不同降雨量年份鄂尔多斯高原油蒿灌丛生态系统碳交换特征

采用涡度相关技术对欠雨年(2011年)和丰雨年(2012年)鄂尔多斯高原油蒿灌丛生态系统CO₂交换量特征及其影响因子进行研究.结果表明: 在两个不同降雨量年份,油蒿灌丛生态系统CO₂交换量日动态根据CO₂吸收峰值的出现分为两种模式,即单峰型和双峰型;2011年生长季内CO₂通量共出现3个明显的吸收峰值和3个释放峰值,2012年生长季内CO₂交换量出现4个吸收峰值和1个释放峰值;2011年6-9月,油蒿灌丛生态系统表现为弱的碳汇,10月转变为碳源;2012年整个生长季,油蒿灌丛生态系统均呈现为碳汇.丰雨年比欠雨年生长季的油蒿灌丛生态系统固碳量增加了268.90 mg CO₂·m^-2·s^-1;在日尺度上,生态系统CO₂交换量受光合有效辐射的控制,在生长季尺度上,非生物因素(降雨量、土壤含水量)和生物因素(生态系统净初级生产力)共同制约油蒿灌丛生态系统CO₂交换量的变化.     

上海市近地面CO2浓度及其与下垫面特征的定量关系

城市化所带来的土地利用变化和化石燃料燃烧对全球碳循环和气候变化产生了深远影响.明确城市区域CO₂浓度的空间变化特征,对于认识和控制温室气体排放、减少人类活动对全球气候变化的影响具有重要意义.本研究以高强度人类扰动和快速城市化背景下的上海市为研究对象,于2014年春季利用近红外气体分析仪Li 840A开展近地面CO2浓度样带监测,结合遥感数据获取的城市下垫面特征信息,在明确上海市近地面CO₂浓度空间分布格局的基础上,进一步定量分析其对城市下垫面特征的响应机制.结果表明： 上海市近地面CO₂浓度为(443.4±22.0) μmol·mol^-1,城市中心CO₂浓度比郊区平均高12.5%(52.5 μmol·mol^-1).近地面CO₂浓度空间异质性显著,呈现西北高、西南次之、东南低的趋势,总体表现为随着下垫面城市化水平的降低而降低. 城市下垫面植被覆盖率(C_Veg)是城市近地面CO₂浓度的重要指示因子,两者呈现负相关;不透水层覆盖率(C_ISA)次之,两者呈正相关.CO₂浓度（C_CO2）与C_ISA及C_Veg的相关性(R²)在缓冲距离为5 km时同时达到峰值,三者之间的定量关系可通过建立逐步回归方程表征：C_CO2=0.32C_ISA-0.89C_Veg+445.13 (R²=0.66, P<0.01).
     

上海市近地面CO2浓度及其与下垫面特征的定量关系

城市化所带来的土地利用变化和化石燃料燃烧对全球碳循环和气候变化产生了深远影响.明确城市区域CO₂浓度的空间变化特征,对于认识和控制温室气体排放、减少人类活动对全球气候变化的影响具有重要意义.本研究以高强度人类扰动和快速城市化背景下的上海市为研究对象,于2014年春季利用近红外气体分析仪Li 840A开展近地面CO2浓度样带监测,结合遥感数据获取的城市下垫面特征信息,在明确上海市近地面CO₂浓度空间分布格局的基础上,进一步定量分析其对城市下垫面特征的响应机制.结果表明： 上海市近地面CO₂浓度为(443.4±22.0) μmol·mol^-1,城市中心CO₂浓度比郊区平均高12.5%(52.5 μmol·mol^-1).近地面CO₂浓度空间异质性显著,呈现西北高、西南次之、东南低的趋势,总体表现为随着下垫面城市化水平的降低而降低. 城市下垫面植被覆盖率(C_Veg)是城市近地面CO₂浓度的重要指示因子,两者呈现负相关;不透水层覆盖率(C_ISA)次之,两者呈正相关.CO₂浓度（C_CO2）与C_ISA及C_Veg的相关性(R²)在缓冲距离为5 km时同时达到峰值,三者之间的定量关系可通过建立逐步回归方程表征：C_CO2=0.32C_ISA-0.89C_Veg+445.13 (R²=0.66, P<0.01).
     

科尔沁沙地流动沙丘不同时空尺度水热变化及CO2交换特征

陆面碳循环在气候变化和生态系统碳收支平衡中起到关键作用。水热变化与CO₂交换分析对于深刻揭示荒漠生态系统的区域碳循环规律及机制具有重要意义。本研究选取科尔沁沙地典型流动沙丘为对象,利用涡度相关技术和波文比气象观测系统所测的数据分析近地层水热变化及CO₂交换特征,探讨了日和季节尺度,以及0～10 m垂直空间尺度下流动沙丘近地层温湿度与CO₂交换过程的相互关系。结果表明: 研究区近地表气温垂直变幅在0.4～2 ℃,4—9月,气温随着高度的升高呈减的趋势,其余月份则相反,空气相对湿度季节变幅超过40%;在2018年生长季,沙丘净生态系统碳交换量(NEE)的日均值为-0.02 mg·m^-2·s^-1,全年水平的NEE日均值为0.003 mg·m^-2·s^-1,全年整体上表现为碳源;垂直空间尺度上,垂直温、湿度差与NEE拟合均较好,水热影响拐点分别为10%和0.5 ℃,而全年尺度上温度拟合结果相对较好,水热影响拐点分别为17 ℃和65%。在生长季,研究区近地层垂直温差为负,会抑制流动沙丘对大气CO₂的吸收,而大气高湿环境则会促进流动沙丘对大气CO₂的吸收。不同时间和不同垂直高度上,水热变化与CO₂交换关系较密切,对沙丘碳汇和碳源的产生具有一定的影响,且碳收支对温度的敏感性强于相对湿度。     

湖泊生态系统碳汇特征及其潜在碳中和价值研究

为了应对气候挑战,达成碳达峰远景目标,需要正确评估自然资源碳中和价值。湖泊作为具有独特生态、人文价值的地理单元,因碳循环强度高、碳排放总量大,是传统意义上的碳源。通过梳理近期相关研究成果,对比不同类型湖泊碳汇/源状况,湖泊生态系统以一系列碳汇特征表现出潜在的碳中和价值。强烈的光合作用可以使水体CO₂欠饱和,但由呼吸-光合作用、碳酸盐岩溶蚀作用带来的水体碱度、CO₂分压pCO₂提高也有利于湖泊碳汇增益。CO₂在水体中大量溶解,积极参与到湖泊碳循环,将pCO₂高于40 Pa作为判断湖泊为碳源的依据可能忽视了水体碱度上升带来的碳汇。在湖泊沉积物中有机碳的累积受到生态系统光合-呼吸作用的影响,当异养微生物群落能及时分解沉入湖底的衰亡组织、有机质时,沉积物中有机碳不会大量累积,当呼吸对光合的相对滞后,有机碳才会大量累积。湖泊生态系统的生产力决定了固碳能力,是湖泊发挥碳汇效益的重要“碳库”。由水生植物固定下的CO₂总量不如浮游植物,但在过程中发挥了“压舱石”般的稳定作...     

极端干旱条件下锡林河流域羊草草原净生态系统碳交换特征

采用涡度相关法对2005年生长季内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原净生态系统交换(Net ecosystem exchange, NEE)进行了观测。观测结果表明:作为生长季降雨量仅有126 mm的干旱年,锡林河流域羊草草原生态系统受到强烈的干旱胁迫,其净生态系统碳交换的日动态表现为具有两个吸收高峰,净吸收峰值出现在8∶00和18∶00左右。最大的CO₂吸收率为-0.38 mg CO₂·m^-2·s^-1,出现在6月底,与丰水年相比生态系统最大CO₂吸收率下降了1倍。就整个生长季而言,不管是白天还是晚上2005年都表现为净CO₂排放,整个生长季CO₂净排放量为372.56 g CO₂·m^-2,是一个明显的CO₂源。土壤含水量和土壤温度控制着生态系统CO₂通量的大小,尤其是在白天,CO₂通量和土壤含水量的变化呈现出显著的负相关关系,和土壤温度表现为正相关关系。     

玉米和大豆秸秆还田初期对黑土CO2排放的影响

通过恒温培养试验,研究了不同类型秸秆还田后的土壤CO₂排放特征及其与秸秆C、N含量的关系,以明晰黑土区不同类型秸秆还田后的分解特征,探明还田秸秆的C、N含量对固碳效果的影响.结果表明： 在61 d的培养试验中,土壤CO₂排放速率随时间呈现出“下降 稳定 增大(出现‘较高值’) 下降”的过程.不同类型秸秆还田后土壤CO2排放速率随时间变化的特征存在明显差异,主要体现在“较高值”出现和持续的时间不同.秸秆类型对土壤CO₂累积排放量具有显著影响,前21 d和前61 d的土壤CO2累积排放量对秸秆添加的响应不同.在前21 d,玉米根、玉米茎下部、玉米叶、大豆叶的CO₂累积排放量(约160 μmol·g^-1)显著大于其他秸秆;而除大豆叶外,大豆秸秆61 d的CO₂累积排放量均比玉米秸秆大.前21 d CO₂累积排放量与秸秆含碳量的比值(CR)和秸秆的C/N、含氮量之间均呈显著的线性相关;而61 d的CO₂累积排放量与秸秆的C、N含量之间不存在线性关系.综上,在还田条件下,秸秆类型对土壤CO₂的排放有明显影响;大豆秸秆比玉米秸秆容易分解,但与长时间分解不同,大豆秸秆还田最初阶段的分解速率小于玉米秸秆;秸秆的C/N、含氮量只对还田最初阶段的土壤CO₂排放有较大影响.     

屋顶绿化低碳景观潜力探究

屋顶绿化作为一类城市人工生态系统,在其生命周期内展现出碳源/汇特征。然而,屋顶绿化碳作用机制复杂,目前缺少针对性的综合碳绩效量化方法和考核指标,阻碍了屋顶绿化城市脱碳的推广应用。着眼于屋顶绿化低碳景观潜力量化,本文分析了屋顶绿化系统内部碳循环机制,探究了生物碳汇、隐含碳、运行碳以及生物能源供给4条减碳增汇路径(P₁～P₄);基于碳排放归一化值和碳回收期双重绩效指标,总结了各减碳增汇路径归一化值测度方法;通过提取文献数据,量化了各减碳增汇路径的绩效潜力和特点。结果表明：路径P₁～P₄潜力量化值分别为9.54、-2.26、2.96、0.35 kg CO₂·m^-2·a^-1,各路径潜力受植物类型、气候等因素影响很大;此外,基础数据库不完善、评估情景异质对测度准确性产生了影响。对粗放型绿色屋顶综合低碳景观潜力进行分情景讨论,其生命周期(40年)综合减碳量在92.24～433.42 kg CO₂·m^-2...     

玉米和大豆秸秆还田初期对黑土CO2排放的影响

通过恒温培养试验,研究了不同类型秸秆还田后的土壤CO₂排放特征及其与秸秆C、N含量的关系,以明晰黑土区不同类型秸秆还田后的分解特征,探明还田秸秆的C、N含量对固碳效果的影响.结果表明： 在61 d的培养试验中,土壤CO₂排放速率随时间呈现出“下降 稳定 增大(出现‘较高值’) 下降”的过程.不同类型秸秆还田后土壤CO2排放速率随时间变化的特征存在明显差异,主要体现在“较高值”出现和持续的时间不同.秸秆类型对土壤CO₂累积排放量具有显著影响,前21 d和前61 d的土壤CO2累积排放量对秸秆添加的响应不同.在前21 d,玉米根、玉米茎下部、玉米叶、大豆叶的CO₂累积排放量(约160 μmol·g^-1)显著大于其他秸秆;而除大豆叶外,大豆秸秆61 d的CO₂累积排放量均比玉米秸秆大.前21 d CO₂累积排放量与秸秆含碳量的比值(CR)和秸秆的C/N、含氮量之间均呈显著的线性相关;而61 d的CO₂累积排放量与秸秆的C、N含量之间不存在线性关系.综上,在还田条件下,秸秆类型对土壤CO₂的排放有明显影响;大豆秸秆比玉米秸秆容易分解,但与长时间分解不同,大豆秸秆还田最初阶段的分解速率小于玉米秸秆;秸秆的C/N、含氮量只对还田最初阶段的土壤CO₂排放有较大影响.     

锡林浩特草原净生态系统碳交换量特征及源区分布

为探究草原生态系统固碳能力,利用锡林浩特国家气候观象台2018—2021年的涡动相关资料分析了锡林浩特草原生态系统CO₂通量的变化特征以及环境因子对CO₂通量的影响,并对通量源区分布进行了探讨。结果表明：研究区全年盛行西南风,生长季的源区面积大于非生长季,大气稳定条件下的源区面积大于不稳定条件;90%贡献率的源区最大长度接近400 m,与经典法则估算的长度一致。锡林浩特草原净生态系统碳交换量(NEE)具有明显的日变化和季节变化,生长季白天为碳汇,夜间为碳源,非生长季白天和夜间均为弱碳源。2018—2021年,年总NEE分别为-15.59、-46.28、-41.94和-78.14 g C·m^-2·a^-1,平均值为-45.49 g C·m^-2·a^-1,表明锡林浩特草原有较强的固碳能力。饱和水汽压差和光合有效辐射有助于草原生态系统吸收大气中CO₂;夜间,当温度高于0℃时,气温和土壤温度升高会促进植被呼吸作用释放CO₂。     

城市绿地系统内外CO2浓度、δ13C、δ18O差异和来源及影响因素

采用离轴积分腔输出光谱技术测定夏季和冬季北京市4环路和北京园林科学研究院绿地系统空气中CO₂浓度、δ¹³C和δ¹⁸O值,在半小时尺度上分析了其变化特征和差异以及与车流量和气象因子的关联.结果表明： 4环路上车流量较大,夏季和冬季观测期间每日均超过15万辆次,有明显的早晚交通高峰.4环路与绿地系统的空气中CO₂浓度呈双峰曲线日变化,δ¹³C值呈双波谷曲线、δ¹⁸O值呈单波谷曲线日变化,夏季二者空气中的CO₂浓度、δ¹³C和δ¹⁸O差值远大于冬季.同位素定量区分结果显示,夏季观测期间4环路空气中CO₂主要来源于机动车尾气,约占64.9%,而绿地系统空气中CO₂主要来源于自养和异养呼吸,约占56.3%,冬季观测期间二者空气中CO₂均主要来源于机动车尾气.逐步回归分析表明,在半小时尺度上车流量和太阳辐射对绿地系统与4环路CO₂浓度差值产生显著影响,太阳辐射和相对湿度则是影响δ¹³C和δ¹⁸O差值的主要气象因子.绿地系统中的植物在生长季节通过光合作用吸收和消减化石燃料燃烧产生的CO₂来维持城市碳氧平衡,在改善城市生态环境方面发挥重要作用.     

城市绿地系统内外CO2浓度、δ13C、δ18O差异和来源及影响因素

采用离轴积分腔输出光谱技术测定夏季和冬季北京市4环路和北京园林科学研究院绿地系统空气中CO₂浓度、δ¹³C和δ¹⁸O值,在半小时尺度上分析了其变化特征和差异以及与车流量和气象因子的关联.结果表明： 4环路上车流量较大,夏季和冬季观测期间每日均超过15万辆次,有明显的早晚交通高峰.4环路与绿地系统的空气中CO₂浓度呈双峰曲线日变化,δ¹³C值呈双波谷曲线、δ¹⁸O值呈单波谷曲线日变化,夏季二者空气中的CO₂浓度、δ¹³C和δ¹⁸O差值远大于冬季.同位素定量区分结果显示,夏季观测期间4环路空气中CO₂主要来源于机动车尾气,约占64.9%,而绿地系统空气中CO₂主要来源于自养和异养呼吸,约占56.3%,冬季观测期间二者空气中CO₂均主要来源于机动车尾气.逐步回归分析表明,在半小时尺度上车流量和太阳辐射对绿地系统与4环路CO₂浓度差值产生显著影响,太阳辐射和相对湿度则是影响δ¹³C和δ¹⁸O差值的主要气象因子.绿地系统中的植物在生长季节通过光合作用吸收和消减化石燃料燃烧产生的CO₂来维持城市碳氧平衡,在改善城市生态环境方面发挥重要作用.     

中国北方草地土壤呼吸的空间变异及成因

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键指标,决定了土壤源二氧化碳(CO₂)进入大气的通量,对预测全球气候变化背景下区域乃至全球碳循环变化具有重要意义.本文通过室内短期培养试验测定了中国北方草地样带土壤样品的呼吸速率,研究了北方草地土壤呼吸的区域尺度格局及其与主要调控因子的关系.结果表明：土壤呼吸速率自西向东随年均降水量(MAP)增加呈逐渐增加的趋势,变化范围为0.35～2.09 μg CO₂C·g^-1·h^-1.其中,MAP<100 mm时,土壤呼吸速率为0.35～0.73 μg CO₂C·g^-1·h^-1;100 mm 2C·g^-1·h^-1;MAP>300 mm时,土壤呼吸速率为0.83～2.10 μg CO₂ C·g^-1·h^-1.土壤呼吸速率与年均降水量、地上生物量、土壤有机碳氮含量呈显著正相关,而与年均温和pH值呈显著负相关.增强回归树分析显示,年均降水量、地上生物量、土壤有机碳含量和土壤有机氮含量分别解释了土壤呼吸总变异的25.5%、23.6%、18.3%和12.5%,而土壤pH和年均温仅解释了10.8%和9.2%.     

基于涡度相关技术的城市碳通量研究进展

城市化所带来的土地利用变化和化石燃料燃烧对全球碳循环和气候变化产生了深远影响.准确认识城市系统碳收支状况及其变化特征,是开展城市碳循环过程及其影响机制研究的前提.本文从涡度相关技术理论基础及城市大气边界层与碳循环特征出发,系统总结了利用涡度相关技术开展城市地表-大气间碳通量监测所面临的问题、后期数据处理和评价的主要方法,以及目前涡度相关技术在城市碳通量监测中的应用现状及主要研究进展.现有研究成果表明,城市系统总体表现为碳源,受城市交通流量、生活供暖及植被生长的影响,城市地表-大气间CO₂交换存在明显的日、周及季节变化特征.然而,由于城市下垫面的高度异质性及复杂碳源汇分布,涡度相关技术获取的城市碳通量特征及其解释还存在较大的不确定性.今后需加强复杂城市环境下涡度相关通量观测技术与评价方法研究,从系统整体性出发构建城市系统碳循环模拟模型,结合空间化技术手段,深入开展城市区域尺度碳循环影响机制及其变异特征的客观评价.     

莱州湾增殖礁附着牡蛎的固碳量试验与估算

通过对莱州湾增殖型人工鱼礁附着生物的取样调查,分析了礁体附着优势种褶牡蛎壳干质量、总湿质量和附着厚度的季节变化及其随礁龄变化的差异,并对礁区的总固碳量进行了估算.结果表明： 增殖礁礁体附着褶牡蛎壳干质量和总湿质量均呈现明显的季节性变化(P＜0.01),4月最低,12月最高.增殖礁礁龄对附着褶牡蛎壳干质量、总湿质量和附着厚度影响显著(P＜0.01),均随礁龄的增加呈递增趋势.莱州湾圆管型增殖礁5、4和3年礁龄的礁体附着牡蛎固碳量分别为17.61、16.33和10.45 kg·m^-3.2009—2013年,莱州湾金城海域64.25 hm²海洋牧场圆管型增殖礁礁体上附着牡蛎总固碳量约为297.5 t C,相当于封存了1071 t CO₂,而封存固定这些CO₂所需费用约1.6×10⁵～6.4×10⁵美元.因此,增殖礁附着牡蛎具有巨大的生态效益.     

住区形态变迁与居民通勤能源消费的关系

快速城市化和城市扩张引发了住区形态的变迁,但形态变迁与居民通勤能源消费关系还不明确,如何通过城市的可持续公共管理政策来控制城市住区形态变迁过程下通勤能源消费及其温室气体排放有着重要意义.以厦门为例,通过土地利用与交通耦合模型TRANUS的情景分析研究了住区形态的变迁对人口、工作以及土地消费空间分布的影响,进而分析了不同情景下通勤能源消费和温室气体排放的水平.结果表明: 基准情景下交通出行早高峰能源消费总量为54.35 tce,CO₂排放为119.12 t;住区形态变迁情景下,通勤能耗和CO₂排放同比基准情景均增加12%;通过适当的土地利用、交通和经济政策的实施,通勤能源消费与CO₂排放同比基准情景减少7%,说明城市公共政策能够有效地控制住区形态变迁背景下通勤能源消费和温室气体排放的增长.     

亚热带天然阔叶林转换为杉木人工林对土壤呼吸的影响

采用静态箱-气相色谱法对浙江省临安市玲珑山风景区天然阔叶林和由天然阔叶林改造的杉木人工林的土壤呼吸进行1年的定位监测.结果表明：天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率均呈现一致的季节性变化规律即夏秋季高、冬春季低;天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率分别为20.0～111.3和4.1～118.6 mg C·m^-2·h^-1;天然阔叶林土壤CO₂年累积排放通量（16.46 t CO₂·hm^-2·a^-1）显著高于杉木人工林（11.99 t CO₂·hm^-2·a^-1）.天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率与土壤含水量均没有显著相关性,而与5 cm处土壤温度呈显著指数相关,Q₁₀值分别为1.44和2.97;天然阔叶林土壤CO₂排放速率与土壤水溶性碳（WSOC）含量无显著相关性,杉木人工林土壤CO₂排放速率与WSOC含量呈显著相关.天然阔叶林转换为杉木人工林显著降低了土壤CO₂排放,提高了土壤呼吸对环境因子的敏感性.
     

黄河三角洲芦苇湿地生长季净生态系统CO2交换及其环境调控机制

采用涡度相关法,对2011年生长季的黄河三角洲芦苇湿地净生态系统CO₂交换(NEE)进行了观测,研究湿地NEE的变化规律及其影响因子.结果表明: 不同月份芦苇湿地的NEE日变化均呈“U”形曲线,CO₂最大净吸收率和释放率的日均值分别为(0.44±0.03)和(0.16±0.01) mg CO₂·m^-2·s^-1;芦苇湿地NEE、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)的季节变化均呈现生长旺季(7—9月)较高、生长初期(5—6月)和生长末期(10—11月)较低的趋势;R_eco和NEE在8月达到峰值,GPP在7月达到峰值.芦苇湿地生态系统的CO₂交换受到光合有效辐射(PAR)、土壤温度(T_s)和土壤体积含水量(SWC)的共同影响.白天NEE与PAR呈直角双曲线关系;5 cm深处T_s与夜间生态系统呼吸(R_eco,n)呈指数关系,生态系统呼吸的温度敏感性(Q₁₀)为2.30,SWC和T_s是影响芦苇湿地R_eco,n的主要因子.在整个生长季,黄河三角洲芦苇湿地生态系统是一个明显的CO₂的汇,总净固碳量为780.95 g CO₂·m^-2.