1980—1999年大兴安岭灌木、草本和地被物林火碳释放估算

应用排放因子法,对大兴安岭林区1980-1999年间主要森林类型中灌木、草本和地被物因森林火灾释放的碳量及主要含碳温室气体量进行了估算．结果表明：不同森林类型灌木、草本和地被物的排放因子不同,以杜香-兴安落叶松林的灌木、草本和地被物层CO2排放因子最大,为93．08％,樟子松林最小,为82．56％;樟子松林CO和CxHy排放因子最大,分别为10．25％和0．84％,杜香-兴安落叶松林最小,分别为6．55％和0．30％．结合灌木、草本和地被物层生物量和碳储量数据,得出20年间大兴安岭典型森林类型灌木、草本和地被物层因森林火灾释放的总碳量为6．56Tg,年平均0．33Tg,约占全国森林火灾碳释放量的11．55％～16．30％;直接释放的含碳温室气体22．03Tg,其中CO2的释放量占总释放量的85．20％,CO占总释放量的14．21％,CxHy占总释放量的0．59％．     

中国森林生态系统土壤CO2释放分布规律及其影响因素

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环变化的关注。陆地生态系统在全球变暖格局下的地位与作用,尤其是土壤碳库对全球变暖格局的响应是全球变化研究的焦点。土壤CO2释放作为土壤-大气CO2交换的主要途径之一,也就成为各国生态学家研究的重点内容。在对我国森林生态系统CO2释放通量以及相关气候、生物等因子的资料进行收集、整理和分析的基础上,探讨了我国森林生态系统土壤CO2释放的分布规律,以及这种规律性分布的气候、生物影响因素。对于我国这样一个南北跨度大的国家,不同区域的森林生态系统土壤CO2释放通量间存在较大的差异,在全国尺度上,森林生态系统土壤CO2释放通量平均值为（1．79±0．86）gCm^-2d^-1,而且土壤CO2释放通量随着纬度增加逐渐降低。作为一个复杂的生态过程,土壤CO2释放受到生物、非生物因子或独立、或综合的影响。通过分析指出,在全国尺度上,年均温、降雨量、群落净生产力及凋落物量显著地影响森林土壤CO2释放通量。同时,也正是这些影响因子的纬度分布,导致了我国森林生态系统土壤CO2释放通量的纬度分布规律。作为衡量土壤CO2释放对温度敏感性的重要指标,计算了我国森林生态系统土壤CO2释放温度敏感性系数-Q10值,约为1．5,该值显著低于全球平均水平,2．0。     

一次降水过程对青藏高原高寒草甸CO2通量和热量输送的影响

青藏高原高寒草甸的热量输送和碳收支对气候变化的响应十分敏感,降水过程对其影响较为复杂。利用三维超声风速仪和红外CO2／H2O分析仪,以及常规微气象要素的涡度相关观测系统,分析了2002年8月8—17日的一次降水过程对青藏高原高寒草甸CO2通量和热量输送的影响。结果表明：降水过程使气温、地温和辐射等有所降低,大气湿度和CO2通量有所升高;气温、地温、总辐射、地表反射辐射、光合有效辐射（PAR）、净辐射、土壤热通量、潜热通量和显热通量分别下降了23．3％、23．1％、61．9％、58．9％、61．7％、57．9％、268．3％、61．6％和71．0％,大气湿度和CO2通量分别升高了27．0％和38．6％;降水削弱了PAR对白天净生态系统CO2交换量（NEE）的影响,而增加了地温对夜间呼吸的控制;降水强度对白天NEE几乎没有影响,但能降低夜间呼吸。     

农田生态系统CO_2通量的转换计算

通过冬小麦单叶CO2 通量与冠层CO2 通量的同步测定 ,发现不同日期净光合速率 (Pn)和冠层CO2 通量 (FCO2 )变化趋势相同 ,但峰值出现的时间不一致 .CO2 浓度差与FCO2 日变化趋势相反 ,CO2 浓度差最小时FCO2达到最大值 ;空气动力学法计算的FCO2 与采用积分法计算的冠层CO2 通量 (Ac)呈明显的倒“U”字型日变化趋势 ,而Ac日变化过程波动性小 ;采用积分法模拟的日同化量与空气动力学法计算日同化量有时相差很小 ,但有时误差大 ,由于模拟冠层通量Ac值只考虑了光强的变化 ,而实际上 ,温度、风速、土壤湿度等变化均对冠层CO2通量产生影响 .     

农田生态系统CO2通量的转换计算

通过冬小麦单叶CO2通量与冠层CO2通量的同步测定,发展不同日期净光合速率（Pn)和冠层CO2通量（Fco2)变化趋势相同,但峰值出现的时间不一致。CO2浓度差与Fco2日变化趋势相反,CO2浓度差最小时FCO2达到最大值;空气动力学法计算的FCO2与采用积分法计算的冠层CO2通量（Ac)呈明显的倒“U”字型日变化趋势,而Ac日变化过程波动性小;采用积分法模拟的日同化量与空气动力学法计算日同化量有时相差很小,但有时误差大,由于模拟冠层通量Ac值只考虑了光强的变化,而实际上,温度,风速,土壤湿度等变化均对冠层CO2通量产生影响。     

开放式空气C02浓度增高对水稻冠层能量平衡的影响

大气CO2浓度升高对植物冠层能量平衡的影响是导致植物生长发育和水分利用率发生变化的环境物理原因．利用位于江苏省无锡市安镇的农田自由开放式空气CO2浓度增高(FACE)系统平台,进行水稻冠层微气候和土壤热通量的连续观测,并结合能量平衡分析,研究了FACE对水稻冠层能量平衡的影响．结果表明,水稻冠层显热和潜热通量FACE与对照的差异日最大值出现在14：00左右,与空气相对湿度日最低值出现时间一致;潜热通量FACE与对照的差异日最大值变化在—15-—65J·m^-2·s^-1之间,显热通量FACE与对照的差异最低值变化在12—55J·m^-2·s^-1之间;显热和潜热通量FACE与对照的差异日最大值随冠层上方辐射平衡增加而增大．水稻冠层白天总显热通量FACE均高于对照,而总潜热通量FACE均低于对照．白天总显热和潜热通量FACE与对照的差异在同一生育期内随冠层上方净辐射增强而增大,在不同生育期随生育期推进而减少．开花期至蜡熟期,水稻冠层白天总潜热通量FACE比对照平均低6．7％．FACE使水稻冠层白天总显热通量及其占冠层上方辐射平衡的比例减少,而使总潜热通量及其占冠层上方辐射平衡的比例增大,但对土壤热通量及夜间显热和潜热通量的影响不大．开花期至蜡熟期水稻冠层白天总显热、潜热通量占冠层上方净辐射总量的比例FACE与对照之差平均为5．5％．     

升流厌氧污泥层反应器动力学模型

用碘离子作示踪剂,采用矩形脉冲示踪法测定升流厌氧污泥层(UASB)反应器的流动分布。建立了申级返混加沟流模型。模型简单,能够反映反应器流动分布,具有较强的拟合能力和良好的适用性。运用流动模型和Monod方程,建立了UASB反应器稳态模型,并对模型参数进行了估计。通过灵敏度分析,进水基质浓度S。,废水流量Q,最大比基质降解速率,μmax 对出水基质浓度有较大影响。在稳态模型的基础上又建立了UASB反应器动态模态,利用此模型,对出水基质浓度序列Se,和产气量序列Qg进行计算预测,平均偏差分别5．40％和7．46％,标准偏差分别为7．02％和9．66％。     

东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

长白山温带混交林林冠下层CO2通量对生态系统碳收支的贡献

作为ChinaFLUX的重要组成部分,从2002年年底开始利用涡度协方差技术在长白山温带混交林林冠上层和下层进行连续通量观测,这为量化林冠下层CO2通量对整个森林生态系统碳收支的贡献提供了一条有效途径.利用2003年林冠上层和林冠下层的观测数据,研究表明林冠下层夜间的CO2通量与5 cm深度的土壤温度存在明显的指数正相关关系.林冠下层的呼吸通量与箱式法观测的土壤呼吸通量之间具有很好的一致性(R2=0.77),二者在全年都与整个森林的光合产物量相耦合,且都在7～8月份达到最大值.林冠下层的呼吸量和土壤呼吸量分别为770 g Cm-2a-1和703 g Cm-2a-1,占整个森林生态系统呼吸年总量的比重高达59.88%和54.69%.林冠下层的光合作用呈双峰型季节变化,两个峰值分别出现在5月中旬和8月下旬.尽管全年林冠下层光合产物量为87 g Cm-2a-1,对整个森林光合产物量的贡献率仅为5.69%,但林冠郁闭度低的4、5月和10月份,林冠下层的光合产物贡献率也分别达到19.99%、21.06%和14.53%.林冠下层净初级生产力的季节动态受该层呼吸作用的季节变异控制,林冠下层在全年都表现为碳源,其净碳排放速率在8月份达到最大.     

安吉毛竹林碳水通量及水分利用效率的日动态研究

利用涡度相关技术研究了2011 年6-9 月浙江省安吉县山川乡毛竹林碳水通量变化特征, 结合降水、净辐射、饱和水汽压差等气象数据, 分析了毛竹主要生长期内碳水通量耦合关系。结果表明: 毛竹林碳水通量变化白天呈现较高一致性, 变化曲线分别呈“U”型、单峰型。日尺度水分利用效率早晨较低, 正午前后达到最大, 后又下降, 呈现多个小峰的变化趋势; 月尺度9 月曲线波动较复杂, 有多个峰值, 8 月较平缓, 6、7 月份曲线较相似, 大小关系为9 月(8.58 mgCO2g–1H2O)>6 月(6.98 mg CO2g–1H2O)＞7 月(5.34 mg CO2g–1H2O)＞8 月(5.12 mg CO2g–1H2O)。水分利用效率与净辐射显著正相关, 与饱和水汽压差极显著负相关。6-9 月7:00-17:00 净生态系统生产力与水汽通量极显著正相关, 非线性的对数拟合(R2=0.6947)比线性拟合(R2=0.5947)有更好的相关性, 表明亚热带毛竹林碳水的耦合关系会因气候环境的变化而解耦, 原因可能是水热资源具有一定程度上分布不一致的特点, 不利于水资源的高效利用。     

坐标旋转对东北山地森林涡动通量的影响

坐标旋转是复杂地形条件下涡动协方差(EC)通量观测的必要步骤,系统评价不同坐标旋转方法的影响有助于提高EC通量观测的精度.以处于山谷坡面的帽儿山温带落叶阔叶林为例,采用标准主轴法探讨了复杂地形条件下不同倾斜校正方法对感热通量(H)、潜热通量(LE)、CO₂通量(F_c)、能量平衡、摩擦风速(u_*)和垂直速度(w)的影响.结果表明: 与校正前的通量相比,二次旋转(DR)、平面拟合(PF)、垂直速度无偏平面拟合(NBPF)、月尺度平面拟合(MPF)、三次旋转(TR)和月尺度分风向区平面拟合(MSWPF)得到的H变幅依次为+1.5%、+3.8%、+3.1%、+3.3%、-1.3%和-7.1%.对LE来说,NBPF和DR分别升高1.0%和0.4%,PF增加0.671 W·m^-2,MPF降低0.4%,但截距增加0.747 W·m^-2,MSWPF和TR则分别降低4.5%和15.1%.坐标旋转后F_c降幅为6.0%(DR)~12.1%(TR).不同倾斜校正方法中,PF使能量平衡闭合平均提高约2%,TR却降低约6%.从校正后的u_*和w看,TR和NBPF不宜用于风速仪倾斜校正.考虑到EC观测精度和应用,帽儿山站坐标系统应优先选择PF,其次为DR.此结果为复杂地形条件下EC通量观测的风速仪倾斜校正提供参考.     

Eddy-correlation system for long-term monitoring of fluxes of heat, water vapour and CO2

An eddy-correlation system is presented that was designed with special focus on long-term measurements of turbulent fluxes in the atmospheric boundary layer. It consists of a SOLENT sonic anemometer, a fast temperature sensor, and a LI-COR LI 6262 closed-path infrared gas analyser. The use of a fast temperature sensor turned out to be necessary because of errors in the sound virtual temperature measured by the sonic anemometer at high wind speeds. The components are combined with special attention paid to protection against lightning and other environmental stresses. The data acquisition program SOLCOM runs on standalone systems or in a network environment and performs ‘quasi on-line’ data processing, on-line graphical display of single data and fluxes, and on-line correction of the raw data. Raw data can be stored continuously on DAT tapes. All data handling can be done by remote access, thus only a minimum amount of m situ maintenance is required. Power spectra of vertical and longitudinal wind speed, air temperature, air humidity and carbon dioxide concentration showed to follow the -2/3 law quite well. There was some noise in the high frequency range of the carbon dioxide spectrum. However, the corresponding cross spectra with the vertical wind component showed less deviation from a straight line in the high frequency range. The sum of convective heat fluxes and soil heat flux showed good agreement with the measured net radiation for several months and it was concluded that the system described here constitute a good platform for long-term flux measurements over forest.     

Long-term measurements of boreal forest carbon balance reveal large temperature sensitivity

We present results from two years’ net ecosystem flux measurements above a boreal forest in central Sweden. Fluxes were measured with an eddy correlation system based on a sonic anemometer and a closed path CO₂ and H₂O gas analyser. The measurements show that the forest acted as a source during this period, and that the annual balance is highly sensitive to changes in temperature. The accumulated flux of carbon dioxide during the full two-year period was in the range 480–1600 g CO₂ m^–2. The broad range is caused by uncertainty regarding assessment of the night-time fluxes. Although annual mean temperature remained close to normal, the results are partly explained by higher than normal respiration, due to abnormal temperature distribution and reduced soil moisture during one growing season. The finding that a closed forest can be a source of carbon over such a long period as two years contrasts sharply with the common belief that forests are always carbon sinks.     

长白山阔叶红松林二氧化碳浓度特征

采用红外气体分析仪对长白山阔叶红松林2003年度CO₂浓度特征进行了分层连续监测,并结合同步气象资料进行了分析.结果表明,长白山阔叶红松林CO₂浓度存在明显的日变化、季变化与垂直变化,这些变化与植被生理活动、土壤呼吸及林内湍流交换强度有关.生长季林内全天CO₂浓度最高值出现在凌晨5:00左右的近地面层,最低值出现在午后15:00左右的冠层部位;日出前后,随着逆温层的打破,林下CO₂有一明显的释放过程.观测期间林内O₂平均浓度为377 μmol·mol^-1,月平均最高值出现在1月,为388 μmol·mol^-1,最低值出现在8月,为352 μmol·mol^-1.生长季夜间森林表现为CO₂的排放,日间表现为CO₂的吸收汇;非生长季日间与夜间森林都主要表现为CO₂的排放源,但在午间冠层部位仍有数小时表现为CO₂的吸收过程.     

热带季节雨林林冠碳通量不同校正方法的比较分析

利用西双版纳热带季节雨林2003年3月1～9日的CO₂和水汽通量数据,比较了不同校正方法的差异.结果表明,对季节雨林林冠碳通量观测数据进行校正是必要的,但不同校正方法所起的作用有所差异;昼间WPL校正的作用最大,虚温校正的作用最小;t检验证明,经WPL修正后的碳通量值与基准值、无显著差异;聚类分析表明,进行自然风3次旋转校正有利于数值精度的提高.夜间是自然风旋转校正的贡献最大、虚温校正贡献最小;t检验表明,经过WPL修正和平面旋转校正及其组合得到的碳通量值与基准值均有显著差异;而经包含有自然风旋转校正处理后的碳通量值与基准值均无显著差异;聚类分析表明,经过自然风坐标旋转后,再进行WPL修正,有利于数值精度的提高.     

我国亚热带毛竹林生长季能量通量过程及闭合度分析

为探讨我国亚热带毛竹林(Phyllostachys edulis)生长季的能量平衡关系,利用开路涡度相关法,对2011年毛竹林生长季的能量通量的变化特征进行了研究,并应用能量平衡比率法和线性回归2种方法,分析了能量闭合的特点。结果表明,我国亚热带毛竹林生长季的净辐射总量为1738.2 MJ m–2,显热通量为354.3 MJ m–2,潜热通量为1146.0 MJ m–2,土壤热通量为58.9 MJ m–2,土壤为热汇,显热通量占净辐射的20.4%,潜热通量占65.9%,土壤热通量占3.4%。毛竹林生长季的能量闭合度为0.89,月平均闭合度为0.91,但仍有11%的能量不闭合。可见,毛竹林生长季以潜热能量散失形式为主,各能量分量均以净辐射变化为基础,且日变化基本呈单峰型曲线。     

艾比湖荒漠-湿地生态系统非生长季碳通量数据特征

选取新疆艾比湖湿地国家级自然保护区非生长季(2012年1月15日—3月15日、11月1日—12月14日、2013年11月1日—11月16日)通量观测数据,参考中国通量数据处理标准开展荒漠-湿地生态系统非生长季碳通量数据特征研究。结果表明:研究区非生长季碳通量观测数据存在大量"野点",占数据总量的37.39%,有效通量变化范围为-0.197—0.283 mg m-2s-1;平面拟合旋转(PF)校正具有较好的结果(R2=0.9349,P0.01),频率响应校正引起的碳通量增量为7.55%,水热校正影响较小;碳通量数据在不同质量等级分布较平均,大气湍流发展的充分性处于中等水平,夜间摩擦风速可划分为3级,在0 m/su*0.30 m/s内进行选择性剔除;传感器状态异常、检验分析和阈值分析剔除数据比例分别为26.34%、2.48%和8.57%;碳通量与5 cm土壤温度和太阳辐射不存在显著相关,采用线性内插和平均每日变异法可实现缺失数据的插补。     

小兴安岭5种林型土壤呼吸时空变异

原始阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林、次生白桦林、人工落叶松林是小兴安岭乃至东北地区的重要森林类型。采用红外气体分析法比较测定了这几种森林类型的土壤呼吸及其相关环境因子,分析探讨了这几种森林类型土壤呼吸的时空变异。结果表明:各林型土壤呼吸与5 cm深土壤温度(T5)呈显著的指数相关,并且土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度及其相互作用的回归模型可以解释各林型土壤呼吸约71%的季节变异。生长季平均土壤呼吸速率为次生白桦林(3.59μmolCO.2m-.2s-1)>谷地云冷杉林(3.52μmolCO.2m-.2s-1)>阔叶红松择伐林(3.44μmolCO.2m-.2s-1)>原始阔叶红松林(2.58μmolCO.2m-.2s-1)>人工落叶松林(2.29μmolCO.2m-.2s-1),说明土壤呼吸对原始阔叶红松林人为干扰的响应是不同的。各林型Q10值介于1.84(人工落叶松林)—2.32(次生白桦林)之间。在整个生长季,各林型之间土壤呼吸的变异系数变化幅度为19.74%—37.39%,而各林型内土壤环间其变化幅度为32.13%—60.20%,显著大于样地间的变化幅度14.28%—35.70%(P<0.001),说明土壤呼吸在细微尺度上的差异更大。土壤湿度可以解释各林型(阔叶红松林除外)内部土壤呼吸15.8%—33.5%的空间异质性。     

Climate change reverses the competitive balance of ash and beech seedlings under simulated forest conditions

This study identifies the important role of climate change and photosynthetic photon flux density (PPFD) in the regenerative competence of ash and beech seedlings in 12 inter- and intra-specific competition designs in simulated mixed ash-beech forest gaps under conditions of non-limiting soil volume, water and nutrient supply. The growth conditions simulated natural forest conditions as closely as possible. Simulations were performed by growing interacting seedling canopies for one season in temperature-regulated closed-top chambers (CTCs). Eight CTCs were used in a factorial design with replicate treatments of [CO2] x temperature x PPFD x competition design. [CO2] tracked ambient levels or was 360 micromol mol-1 higher. Temperature tracked ambient levels or was 2.8 degrees C higher. PPFD on two plant tables inside each CTC was 16% and 5% of open-field levels, respectively, representative of typical light flux levels in a natural forest gap. In several of the competition designs, climate change made the ash seedlings grow taller than the beech seedlings and, at the same time, attain a larger leaf area and a larger total biomass. Advantages of this type for ash were found particularly at lower PPFD. There was a positive synergistic interaction of elevated temperature x [CO2] for both species, but more so for ash. There are many uncertainties when a study of chambered seedlings is to be projected to real changes in natural forests. Nevertheless, this study supports a possible future shift towards ash in north European, unmanaged, mixed ash-beech forests in response to the predicted climate change.     

荒漠河岸胡杨林生态系统能量分配及蒸散发

生态输水工程使得黑河下游地区荒漠河岸林的面积得到了恢复,为进一步巩固生态恢复的成果,非常有必要深入研究胡杨林生态系统的水热交换过程及其对环境因子和人类活动的响应机理。基于涡度相关技术,对2013-2016年荒漠河岸胡杨林生态系统的水热交换过程进行了研究,得出的主要结论如下：（1）生长季生态系统的能量消耗以潜热通量为主,波文比为0.21;非生长季则以感热通量为主,波文比为3.61;春季和秋季的灌水过程,使得胡杨生长前期和后期的潜热通量值较高,直接影响着胡杨林生态系统的能量分配。（2）灌水的时间改变了潜热通量和蒸散发的季节变化过程,而灌水的量决定着春季和秋季潜热通量和蒸散量的年际差异。（3）2014-2016年,生态系统的年蒸散量和生长季蒸散量平均分别为1092 mm和932 mm。荒漠河岸胡杨林生态系统的蒸散量主要受系统水分状况（灌水量）及植物生长状况的影响。