安吉毛竹林非生长季CO2通量与其光合响应关系探究

利用涡度相关法和生理生态法(光合)对安吉毛竹林生态系统非生长季(2014.10-2015.4, 无2 月)的CO₂ 通量进行测定, 结果表明, 两种方法具有良好的响应关系, 基于涡度的生态系统净交换量(NEE)和基于光合的生态系统净初级生产力(NEP)日变化均呈单峰型曲线, 受光合有效辐射(PAR)的直接影响, 在午间12:00 前后有最大值, 且两者均表现为秋季最大(10 月最高), 春季次之, 冬季最低。就各月而言, 基于光合测定的NEP 日最大值和月总量均低于涡度相关技术白天的测定值, 但均占到后者的40%和65%以上, 在毛竹光合能力比较强的10、11 和4 月, 所占比例更大。表明在白天, 安吉毛竹林生态系统的NEP 主要取决于毛竹的光合作用。此外, 观测期间, 毛竹林生态系统在的净初级生产力总量为1365.59 gCO₂·m^–2, 吸收的碳约372.44 gC·m^–2, 整体表现为较强的碳汇。     

北京奥林匹克森林公园绿地碳交换动态及其环境控制因子

随着城市化进程的推进,城市公园绿地的面积也在不断地增加。在碳循环与气候变化研究中,以人工植被为主要存在形态的城市绿地生态系统,其潜在的碳汇功能亦不容忽视。基于涡度相关技术,于2011年12月1日至2012年11月30日对北京奥林匹克森林公园城市绿地生态系统进行了碳通量观测,以探讨城市绿地生态系统碳交换及其与环境因子的关系及其源/汇属性和强度。研究发现：奥林匹克森林公园绿地年总生态系统生产力（Gross ecosystem production, GEP）、生态系统呼吸（Ecosystem respiration, Re）、生态系统净生产力（Net ecosystem production, NEP）具有明显的季节变化,生长季（4月—11月）以吸收二氧化碳（CO2）为主,非生长季以释放CO2为主。Re随空气温度（Air temperature, Ta）呈指数增加,温度敏感性系数（Q10）为2.5;GEP也随Ta的升高而增加;GEP与Re对Ta的响应差异决定着NEP与Ta的关系：当Ta < 10.0 ℃时,NEP随Ta升高而下降;当Ta > 10.0 ℃时, NEP随Ta升高而增加。在生长季各月,日总GEP随日光合有效辐射（Photosynthetically active radiation, PAR）的升高而增加,生态系统光合作用表观光量子效率（α）和平均最大光合速率（Amax）也表现出明显的季节变化,最大值出现在7月,分别为0.083 μmol CO2/μmol PAR 和29.46 μmol/m2?s,最小值出现在11月,分别为0.017 μmol CO2/μmol PAR和4.16 μmol/m2?s。奥林匹克森林公园绿地全年GEP 、Re、NEP的年总量分别为1192、1028、164 g C/m2。该研究结果可用于估算、模拟预测相似城市生态系统在气候变化背景下生态系统净碳交换,可作为城市绿地生态系统管理与应对气候变化的重要理论基础。     

毛竹林总初级生产力年际变化及其驱动因素——以安吉县为例

森林生态系统碳通量的年际变化及其驱动因素分析是了解森林碳收支动态变化以及预测未来气候变化对森林碳收支影响的重要理论基础,对评估森林应对气候变化的贡献具有重要意义。结合MODIS叶面积指数(LAI)和归一化植被指数(NDVI)产品、MERRA气象数据和通量塔观测数据,采用光能利用率模型模拟2004—2011年安吉县毛竹林生态系统总初级生产力(GPP)空间分布,并分析GPP年际变化及其驱动因素。结果表明:(1)小年毛竹林GPP稍高于大年GPP;(2)2004—2011年安吉县毛竹林年日均GPP呈下降趋势,东部、西部和整个安吉县毛竹林年日均GPP变化速率分别为-0.064、-0.033和-0.045g C m-2W-1,年均温度持续下降是主要驱动因素;(3)LAI年际变化是GPP年际变化的主要驱动因素,主要原因是毛竹林大小年交替规律引起了有效LAI年际间差异;(4)西部GPP年际变化幅度大于东部,环境和生物因素对GPP年际变化的作用方向决定了毛竹林GPP年际变化的幅度。     

二氧化碳储存通量对森林生态系统碳收支的影响

涡度相关系统观测高度以下的CO₂储存通量对准确评价森林生态系统与大气间净CO₂交换量（NEE）有着重要的影响.本研究以长白山阔叶红松林为研究对象,利用2003年的涡度相关观测数据以及CO₂浓度廓线数据,分析了CO₂储存通量的变化规律及其对碳收支过程的影响.结果表明：涡度相关观测高度以下的CO₂储存通量具有典型的日变化特征,其最大变化量出现在大气稳定与不稳定层结转换期.利用涡度相关系统观测的单点CO₂浓度变化方法与利用CO₂浓度廓线方法计算的CO₂储存通量差异不显著.忽略CO₂储存通量,在半小时尺度上会造成对夜间和白天的NEE分别低估25%和19%,在日和年尺度上,会对NEE低估10%和25%;忽略CO₂储存通量,会低估Michaelis-Menten光响应方程及Lloyd-Taylor呼吸方程的参数,并且对表观初始量子效率α和参考呼吸R_ref的低估最大;忽略CO₂储存通量,在半小时、日及年尺度上,均会对总光合作用（GPP）和生态系统呼吸（R_e）低估约20%.     

中国北方针叶林生长季碳交换及其调控机制

采用开路式涡动相关法对北方针叶林连续2个生长季节(2007和2008年)的碳交换及其影响因素进行分析.结果表明：北方针叶林生态系统总生产力(GEP)、生态系统呼吸(R_e)和净生态系统碳交换(NEE)在6月下旬到8月中旬的生长旺盛期达到最大值,但各峰值出现的日期并不一致.2007和2008年北方针叶林生长季的日均GEP、日均R_e、日均NEE分别为19.45、15.15、-1.45 g CO₂·m^-2·d^-1和17.67、14.11、-1.37 g CO₂·m^-2·d^-1,2007年碳交换明显大于2008年,这可能是生长季较高的平均温度及光合有效辐射引起(2007年为12.46 ℃和697 μmol·m^-2·s^-1,2008年为11,04 ℃和639 μmol·m^-2·s^-1).北方针叶林的GEP与温度和光合有效辐射具有很好的相关性,其中与气温的相关系数接近0.55(P<0.01);R_e主要受温度调控,相关系数为0.66～0.72(P<0,01);NEE与光合有效辐射相关性最大,相关系数为0.59～0.63 (P<0.01).     

三江源高寒草甸冻融循环期CO2通量变化特征

青藏高原是我国最典型的季节性冻土分布区，近年的气候变化对该区域的土壤冻融及其生态系统碳排放产生了深刻影响。为揭示土壤冻融变化对高寒生态系统呼吸(R_e)的影响，于2016和2017年利用涡度相关和微气象系统对三江源高寒草甸生态系统的碳通量和环境要素进行了观测，重点探讨了季节性冻融循环(Seasonal Freeze-Thaw Cycles, SFTC)对R_e的影响，并分析了昼夜冻融循环(Diurnal Freeze-Thaw Cycles, DFTC)诱导R_e的绝对和相对增量(ΔR₍FTC (p)),R₍FTC (p))/R_min)及对R_e的标准化效应值(lnRR_p)。结果表明，在土壤冻结期R_e维持在低水平，而在春季冻融循环期和融化期冻土逐渐融化，T_s5和SWC的上升促进了冻土有机碳转化为CO₂,使R_e升高。春季冻融循环期的R<...     

基于通量和光谱观测的中亚热带人工针叶林光能利用效率的反演

利用光谱反射率测量的光化学植被指数（PRI）估算植被光合作用的光能利用效率（LUE）,能够更好地为生态系统总初级生产力的估算及尺度扩展提供重要的技术支撑.本研究以中国通量网（ChinaFLUX）千烟洲通量观测站为研究区域,2013年9月和12月在通量塔上测量了中亚热带人工针叶林的植被反射光谱,并获取了通量塔上同步观测的气象数据和涡度相关通量数据,对两者进行回归分析.结果表明： PRI-LUE相关关系（R²=0.20,P<0.001）优于NDVI LUE.在整个观测期内,土壤水分含量（SWC）与PRI组合的二元回归模型能够提高LUE的估算精度（日间观测R²=0.29,P<0.001;正午观测R²=0.30,P<0.01）,而在秋季,饱和水汽压差（VPD）与PRI组合的二元回归模型能较好地估算正午LUE（R²=0.448, P<0.001）,表明环境因子SWC和VPD是影响PRI-LUE关系的重要因素,不同季节的二元回归模型所选择的最佳环境变量有所不同.     

亚热带毛竹林生态系统能量通量及平衡分析

利用开路涡度相关系统和常规气象观测仪器,对亚热带(浙江省)毛竹林生态系统2011年的净辐射、显热通量、潜热通量、土壤热通量以及气温、地温、降雨量等气象要素进行了连续观测,定量分析了毛竹林生态系统能量通量的变化和各能量分量的分配特征,并计算了能量闭合度以及波文比。结果表明:毛竹林全年净辐射为2628.00 MJ/m2,显热通量为576.80 MJ/m2,潜热通量为1666.77 MJ/m2,土壤热通量为-7.52 MJ/m2,土壤为热源,各能量分量季节变化明显,日变化基本呈单峰型曲线变化。显热通量占净辐射的22.0%,潜热通量占63.4%,毛竹林生态系统潜热通量为能量散失的主要形式。波文比逐月变化规律不明显,波动较大,在0.07—1.77之间变化,能量平衡比率法得出毛竹林年能量闭合度为0.85,月平均闭合度为0.84,能量闭合度高于线性回归法计算结果,但仍有15%的能量不闭合。     

黄土高原半干旱区典型草地生态系统CO2交换对刈割的响应

草地生态系统碳循环在全球气候变化中扮演着重要的角色。刈割是实现草地资源合理利用的主要管理措施,但其对草地生态系统碳通量的影响过程和机理尚不清楚。以黄土高原半干旱区典型草地为研究对象,设计刈割和对照两种处理,于2013—2015年对生态系统碳通量各组分,土壤温度和水分进行了测定。结果表明:生态系统碳通量季节性变化均呈明显的单峰模式,以夏季最高,春秋季节最低,但不同组分峰值出现的时间有所不同。刈割使整个试验期土壤呼吸增加了17%,但对总初级生产力(GEP)、生态系统呼吸(Re)和净初级生产力(NEE)的影响不显著。GEP和NEE在正常降水年(2014)高于干旱年(2015),而且其对刈割的响应与降水年型有关。在正常降水年,刈割后GEP和NEE显著减低,而在干旱年显著增加。这些结果表明,降雨年际变化是造成半干旱草地生态系统碳通量变化的主导因素,而刈割增大了这一生态系统的土壤碳排放。     

基于EALCO模型对中亚热带人工针叶林CO2通量季节变异的模拟

 EALCO模型是一个基于生理生态学过程,模拟生态系统下垫面与大气之间水、热和碳通量交换的综合模型。将该模型应用在亚热带常绿针叶林, 对其生态系统过程进行了模拟,以深入探讨季节性干旱对生态系统过程的影响。对EALCO模型进行了参数化与初始化并对模型的光合作用时段和 落叶机制进行了改进,以更好地模拟亚热带人工针叶林生态系统。千烟洲通量观测站自2002年底开始应用涡度相关技术对中亚热带人工针叶林 生态系统进行通量观测,该站点2003年经历了一次较严重的季节性干旱(由高温与少雨综合作用造成),降水量仅为多年平均值的65%,而2004年 的年降水量与多年平均值较为接近,利用该站点2003和2004年特殊的气候条件,使用其通量观测数据对模型的模拟效果进行检验。从模拟结果 的总体趋势来看,模型能较好地从半小时、日及年尺度上反映两年内土壤-植被-大气之间的碳交换状况。总初级生产力(Gross primary production, GPP)在一年中呈现单峰型变化,遇高温及干旱胁迫GPP值下降。由于受到干旱胁迫的影响,2003年GPP值比2004年偏低12.9%。模拟 结果显示,2003年GPP值比2004年偏低11.2%。观测数据与模拟结果均显示,水分胁迫期间净碳交换量(Net ecosystem production, NEP)模拟值 与实测值的日变化均呈现一种“偏态",即一天中生态系统碳交换量最大值出现在上午某一时刻,之后逐渐降低。 模拟结果显示,水分匮缺对 光合能力的影响比对生态系统呼吸作用的影响更为强烈,因而导致了净生态系统生产力的降低。进一步分析表明,水分匮缺期间,晴天正午之 前,深层土壤( >20 cm) 水分的匮缺抑制了光合作用能力,正午之后,高温与深层土壤水分匮缺共同削弱光合作用能力,影响各占一半。     

我国亚热带毛竹林CO2通量的变异特征

2010年12月至2011年11月,利用涡度相关技术研究了我国亚热带(浙江)毛竹林生态系统的CO₂通量,分析了毛竹林净生态系统交换量(NEE)、生态系统呼吸量(RE)和生态系统总交换量(GEE)的变化.结果表明: 研究期间,毛竹林各月的NEE均为负值,7月最大,为-99.33 g C·m^-2,11月最小,仅-23.49 g C·m^-2,其变化曲线呈双峰型.各月CO₂通量平均日变化差异明显,9月最大,为-0.60 g CO₂·m^-2·s^-1,1月最小,为-0.30 g CO₂·m^-2·s^-1,且在NEE正负转换的时间点上呈明显的季节变化特征;全年RE呈单峰型变化,夏季最高、冬季最低,夜间RE与土壤温度呈极显著正相关.全年NEE、RE和GEE分别为-668.40、932.55和-1600.95 g C·m^-2·a^-1,NEE占GEE的41.8%.与其他生态系统相比,毛竹林的固碳能力极强.     

Seasonal variability of forest sensitivity to heat and drought stresses: A synthesis based on carbon fluxes from North American forest ecosystems

Climate extremes such as heat waves and droughts are projected to occur more frequently with increasing temperature and an intensified hydrological cycle. It is important to understand and quantify how forest carbon fluxes respond to heat and drought stress. In this study, we developed a series of daily indices of sensitivity to heat and drought stress as indicated by air temperature (T_a) and evaporative fraction (EF). Using normalized daily carbon fluxes from the FLUXNET Network for 34 forest sites in North America, the seasonal pattern of sensitivities of net ecosystem productivity (NEP), gross ecosystem productivity (GEP) and ecosystem respiration (RE) in response to T_a and EF anomalies were compared for different forest types. The results showed that warm temperatures in spring had a positive effect on NEP in conifer forests but a negative impact in deciduous forests. GEP in conifer forests increased with higher temperature anomalies in spring but decreased in summer. The drought‐induced decrease in NEP, which mostly occurred in the deciduous forests, was mostly driven by the reduction in GEP. In conifer forests, drought had a similar dampening effect on both GEP and RE, therefore leading to a neutral NEP response. The NEP sensitivity to T_a anomalies increased with increasing mean annual temperature. Drier sites were less sensitive to drought stress in summer. Natural forests with older stand age tended to be more resilient to the climate stresses compared to managed younger forests. The results of the Classification and Regression Tree analysis showed that seasons and ecosystem productivity were the most powerful variables in explaining the variation of forest sensitivity to heat and drought stress. Our results implied that the magnitude and direction of carbon flux changes in response to climate extremes are highly dependent on the seasonal dynamics of forests and the timing of the climate extremes.     

底播增殖菲律宾蛤仔碳、氮、磷收支

为从生源要素角度评价底播增殖滤食性贝类在近岸海域生态系统物质循环中所扮演的角色,本文依据在庄河海域现场研究得到的底播菲律宾蛤仔的生理生态学参数建立了其C、N、P收支方程.结果表明： 菲律宾蛤仔对碳、氮、磷的生长余力(SFG_C、SFG_N、SFG_P)均呈现明显的季节变化,即均在春季达到最高值,而SFG_C在夏季时最低,且为负值,SFG_N及SFG_P全年均为正值,变化范围分别为-3.94～49.82 mg C·ind^-1·d^-1、0.72～9.49 mg N·ind^-1·d^-1和0.15～3.06 mg P·ind^-1·d^-1.菲律宾蛤仔对碳、氮、磷的生长效率季节变化显著,其对C、N、P的净生长效率基本表现为K_P2> K_N2> K_C2.C、N、P收支方程显示,菲律宾蛤仔更趋向于对N、P的富集,即与碳元素相比,摄取的氮源及磷源大部分用于蛤仔自身的生长和繁殖.高密度、大规模底播增殖菲律宾蛤仔是庄河海域生态系统碳、氮、磷循环的重要组分,其对近岸海域生态系统生源要素循环的贡献不容忽视.
     

亚热带毛竹人工林土壤呼吸组分动态变化及其影响因素

利用Li-8100土壤碳通量测量系统,研究了2013年4月—2014年3月浙江临安市毛竹人工林土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率的动态变化规律.结果表明：毛竹人工林土壤总呼吸速率、异养呼吸速率和自养呼吸速率均呈现出明显的季节变化特征,最高值出现在7月,最低值出现在1月,年平均值分别为2.93、1.92和1.01 μmol CO₂·m^-2·s^-1.毛竹林土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸年累积CO₂排放量分别为37.25、24.61和12.64 t CO₂·hm^-2·a^-1.土壤呼吸各组分均与土壤5 cm温度呈显著指数相关,土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的温度敏感系数Q₁₀值分别为2.05、1.95和2.34.土壤总呼吸速率、异养呼吸速率与土壤水溶性有机碳(WSOC)含量均呈显著相关,而自养呼吸与WSOC无显著相关性;土壤呼吸各组分与土壤含水〖JP2〗量以及微生物生物量碳均无显著相关性.土壤温度是影响毛竹人工林土壤呼吸及其组分季节变化的主要驱动因子,土壤WSOC含量是影响土壤总呼吸和异养呼吸的重要环境因子.     

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.     

浙江天目山老龄森林生态系统CO2通量特征

物种丰富的异龄老龄森林对陆地生态系统动态模型及全球碳收支具有十分重要的意义.目前,我国关于老龄森林碳通量的研究很少,亚热带地区的老龄林更鲜有报道.本研究利用涡度相关技术观测了我国中亚热带地区的浙江天目山一个老龄常绿落叶阔叶混交林生态系统的CO₂通量.以2013年7月到2014年6月的观测数据为依据,分析了此老龄林净生态系统碳交换量(NEE)、生态系统呼吸量(R_e)、生态系统总交换量(GEE)的变化.结果表明: 研究期间,老龄林常绿落叶阔叶混交林生态系统NEE月总量除12、2月为正值外(表现为碳源),其余月份均为负值(表现为碳汇).NEE月总量平均为-61.52 g C·m^-2,各月碳吸收量以6月(-149.40 g C·m^-2)最高,10月次之,呈双峰变化;最大碳源出现在2月(23.45 g C·m^-2).各月NEE平均日变化差异明显,6月的平均通量峰值最大,达到-0.98 mg·m^-2·s^-1,12月最小,为-0.35 mg·m^-2·s^-1;NEE符号改变的时间也呈明显的季节变化特征;全年NEE、R_e、GEE分别为-738.18、931.05、-1669.23 g C·m^-2.与相近纬度相近林型的其他森林生态系统相比,由于其复层结构和多种幼龄更新树木的存在,其测定的固碳量较大.表明我国中亚热带天目山地区的老龄森林生态系统不是处于碳收支稳定状态,而是具有相对较高的固碳能力.     

我国亚热带毛竹林CO2通量的变异特征

2010年12月至2011年11月,利用涡度相关技术研究了我国亚热带(浙江)毛竹林生态系统的CO₂通量,分析了毛竹林净生态系统交换量(NEE)、生态系统呼吸量(RE)和生态系统总交换量(GEE)的变化.结果表明: 研究期间,毛竹林各月的NEE均为负值,7月最大,为-99.33 g C·m^-2,11月最小,仅-23.49 g C·m^-2,其变化曲线呈双峰型.各月CO₂通量平均日变化差异明显,9月最大,为-0.60 g CO₂·m^-2·s^-1,1月最小,为-0.30 g CO₂·m^-2·s^-1,且在NEE正负转换的时间点上呈明显的季节变化特征;全年RE呈单峰型变化,夏季最高、冬季最低,夜间RE与土壤温度呈极显著正相关.全年NEE、RE和GEE分别为-668.40、932.55和-1600.95 g C·m^-2·a^-1,NEE占GEE的41.8%.与其他生态系统相比,毛竹林的固碳能力极强.     

基于不同浓度变量的温带落叶阔叶林CO2储存通量的误差分析

利用帽儿山温带落叶阔叶林通量塔8层CO₂/H₂O浓度廓线的测定数据,比较分析了基于不同浓度变量\[密度(ρ_c)、摩尔分数(c_c)和混合比(χ_c)\]计算CO₂储存通量(F_s)的误差.结果表明： 通量观测的控制体积内部干空气储存量不为常数,其波动可引起CO₂分子进出控制体积,即干空气储存通量调整项(F_sd)的变化.在夜间以及昼夜转换期,F_sd相对于涡动通量而言较大,忽略F_sd将为森林与大气之间净CO₂交换量的计算带来误差.大气水热过程对F_s计算引起的误差包括3方面：空气温度变化引起的误差最大,比大气压强(P)的影响高1个数量级;水蒸气的影响在温暖湿润的夏季大于P的影响,但在寒冷干燥的冬季则相反; P的效应在全年均较低.基于ρ_c、c_c和χ_c计算F_s分别平均高估CO₂有效储存通量(F_{s_E})8.5%、0.6%和0.1%.在通量计算过程中,建议选择对大气水热过程守恒的χ_c计算F_s.