城市公园绿地水、热与CO2通量观测与分析

水、热和CO2通量是评价城市绿地生态效益的重要指标。在北京海淀公园中部和边缘架设涡度相关系统,连续观测和定量研究城市公园绿地影响下的通量变化特征。结果表明,公园绿地所获得的净辐射在植被生长季节大部分用于植被的蒸散作用,潜热大于显热;而在植被非生长季节大部分用于显热,潜热数值非常小。晴天显热与潜热的比值在春季随着植被枝叶的生长逐渐减少,到夏季达到最小值约1/3,在秋季随着植被叶片枯黄逐渐变大,冬季达到数倍。公园绿地能量平衡率在52%～83%,普遍存在能量不平衡。公园中部的潜热观测值大于公园边缘,而显热小于公园边缘;公园中部CO2通量日均值为负,公园绿地是CO2汇。公园绿地在植被生长季节具有明显的降温增湿、吸收CO2等生态效应。     

太湖流域西部丘陵区茶园生态系统碳通量特征

本文基于静态箱/红外气体分析法,分析太湖流域西部丘陵区不同植茶年龄(3、9和20 a)茶园生态系统碳通量特征。结果表明:茶园生态系统碳通量日变化和季节变化均呈单峰型,最大碳通量达-1.10 mg·m-2·s-1,晴天为碳吸收,阴天以碳排放为主;采茶使3—4月茶园生态系统碳通量降低,对9、20 a茶园影响较大,修剪使5—9月3、9 a茶园碳通量趋于一致,固碳能力大幅下降;茶园生态系统是显著的大气碳汇,年净生态系统碳交换量为-304.04 g C·m-2,固碳能力与林地相当,其开发利用不会造成生态系统碳汇减少。     

张掖灌区玉米农田生态系统CO_2通量的变化规律和环境响应

采用涡动相关法对张掖灌区玉米农田生态系统生长季(6—9月)CO2通量进行了连续观测,分析了玉米农田生态系统CO2通量变化特征及其对环境的响应。结果表明:CO2通量具有明显的日变化特征,白天以碳吸收为主,夜间以碳排放为主,CO2吸收的最大值出现在灌浆期,峰值为-1.426 mg·m-2·s-1;农田生态系统在4个生育期均表现为碳吸收,但吸收CO2能力存在显著差异,日吸收总量灌浆期拔节期成熟期苗期。利用Michaelis-Menten方程和指数曲线拟合方法,分别分析了光合有效辐射对白天CO2通量的影响,及温度对夜间生态系统呼吸的影响。结果表明:白天CO2吸收强度随着光合有效辐射的增大而增大,在低光阶段,光照是控制光合作用的主导因子,之后随着光合有效辐射的增大,净吸收量增加减缓;玉米的光量子利用效率变化范围为0.00098～0.0022 mg·μmol-1。夜间生态系统呼吸与温度呈显著的指数关系,不同生育期的主导因子不同,苗期土壤温度是主导因子,其余生育期气温是主导因子。     

黄河三角洲芦苇湿地生态系统碳、水热通量特征

利用涡度相关法对黄河三角洲芦苇湿地生态系统进行了连续两年的通量观测,对2009—2010年生长季芦苇湿地的净生态系统碳交换量(NEE),感热通量(Hs)和潜热通量(LE)数据进行了分析。结果表明,在日尺度上,芦苇湿地NEE日变化特征表现为两个CO2吸收高峰,分别出现在11:00和16:00左右,其特点是在午间出现了碳交换通量的降低。CO2吸收的日最大值在两个生长季出现的时间有所不同,分别出现在2009年7月(-0.30 mg CO2m-2s-1)和2010年6月(-0.37 mg CO2m-2s-1)。CO2排放的日最大值两个生长季均出现在9月,分别为0.19和0.25 mg CO2m-2s-1。Hs和LE的日动态均为单峰型,极值都出现在中午前后,生长季生态系统的能量消耗主要以潜热为主,且在日尺度上,热通量和NEE有显著的负相关关系。在季节尺度上,芦苇湿地生长季具有明显的碳汇功能,2009年生长季生态系统白天固定354.63 g CO2/m2,同时期夜间释放159.24 g CO2/m2,净CO2吸收量为-195.39 g CO2/m2。2009年整个生长季生态系统总初级生产力(GPP)为-651.13 g CO2/m2,生态系统呼吸(Re)为455.74 g CO2/m2,系统表现为碳汇。路径分析表明:光合有效辐射(PAR)显著影响NEE的日动态(R2=0.46—0.84),而NEE的季节动态主要受土壤温度的影响,降水和PAR的影响次之。     

内蒙古克氏针茅草原生态系统-大气通量交换特征

基于内蒙古克氏针茅草原生态系统的涡动相关观测资料和小气候梯度系统观测资料,对研究区碳通量和水热通量的日、季动态进行了研究.结果表明：克氏针茅草原生态系统生长季的碳通量日动态呈U型曲线,即日出前释放CO2,日出后开始吸收CO2,正午前后达峰值,午后吸收CO2减弱,日落后重新转为释放CO2;9月白天CO2吸收最为强烈,8月次之,10月最低.克氏针茅草原的感热和潜热通量的日动态均呈倒U型曲线,与碳通量日动态相反,即白天感热和潜热通量多为正值,夜间感热为负值,潜热接近于零;感热通量以5月最高,潜热通量以9月最高.冬季草地为弱碳源,CO2通量较小,夏季表现为明显的碳汇.     

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。     

内蒙古克氏针茅草原生态系统碳通量数据质量评价及日和季节变化特征

利用内蒙古锡林浩特国家气候观象台2010年3月至2011年2月全年的大气湍流观测资料,在数据质量控制的基础上,对内蒙古克氏针茅草原生态系统碳通量数据进行质量评价,并分析了日变化和季节变化特征。结果表明:在惯性副区,湍流通量的功率谱和协谱基本呈-2/3和-4/3的斜率变化。经过质量控制后的通量数据中,可用于基础研究的高质量数据约为74%,约有8%的低质量数据需要剔除。克氏针茅草原生长季中碳通量的日变化分为单峰和双峰两种类型,均有明显的不对称性,上午碳吸收强于下午。克氏针茅草原在冬季由于低温碳通量值很小,春季气温缓慢回升,草原处于早期发展阶段,表现为弱的碳汇,夏季的6月碳吸收达全年最强,7月和8月受干旱胁迫影响,碳通量逐渐减小,秋季草原开始枯黄,表现为弱的碳汇。内蒙古克氏针茅草原CO2年总量达-348 g CO2·m-2·a-1。克氏针茅草原7月夜间碳排放达最大值,6月白天碳吸收全年最强。本研究加深了对草原生态系统生长季和非生长季碳通量交换特征的理解,为陆面过程模型及相关碳模型参数修正提供了参考。     

黄河小浪底人工混交林冠层CO2储存通量变化特征

基于黄河小浪底人工混交林2008年的CO2浓度和碳通量数据,分析了不同天气条件下CO2浓度在时间和空间上的变化特征,对比了CO2浓度廓线法和涡度相关法估算的CO2储存通量,研究了CO2储存通量的日、季变化特征。结果表明:人工混交林冠层上方月平均CO2浓度具有明显的季节变化规律。月平均CO2浓度最大值出现在3月(370μmol/mol),最低值出现在8月(347μmol/mol)。涡度相关法估算的CO2储存通量比廓线法所得结果偏低9%。生长季,冠层CO2储存通量和净生态系统碳交换量(NEE)日平均值分别为-0.0004和-0.091 mg CO2m-2s-1,冠层CO2储存通量在NEE中仅占0.4%。2008年CO2储存通量和NEE分别为-46.1、-1133 g CO2m-2a-1。在年尺度上,CO2储存通量占NEE的4.1%。因此,在日和年尺度上计算黄河小浪底人工混交林NEE时,CO2储存通量可以忽略。     

青藏高原矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸CO2通量变化与环境因子的关系

利用涡度相关技术观测了青藏高原两个典型的生态系统即矮嵩草(K obresia hum ilis)草甸和金露梅(P oten-tilla f ruticosa)灌丛草甸的CO2通量,并就2003年8月份的数据,分析了生态系统通量变化与环境因子的关系.8月份是这两个生态系统的叶面积指数达到最高也是相对稳定的时期,在此期间矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸净碳吸收量分别达56.2和32.6 g C.m-2,日CO2吸收量最大值分别为12.7μm o l.m-2.-s 1和9.3μm o l.m-2.-s 1,排放量最大值分别为5.1μm o l.m-2.-s 1和5.7μm o l.m-2.-s 1.在相同光合有效光量子通量密度(PPFD)条件下,矮嵩草草甸CO2吸收速度大于金露梅灌丛草甸;在PPFD高于1 200μm o l.m-2.s-1的条件下,随气温增加,两生态系统的CO2吸收速度都下降,但矮嵩草草甸的下降速度(-0.086)比金露梅灌丛草甸(-0.016)快.土壤水分影响土壤呼吸,并且影响差异因植被类型不同而不同.生态系统日CO2吸收量随昼夜温差增加而增大;较大的昼夜温差导致较高的净CO2交换量;植物反射率与CO2通量之间存在负相关关系.     

人工高效经营雷竹林CO2通量估算及季节变化特征

利用涡度相关技术观测高效经营雷竹林生态系统的1a碳通量变化过程,初步计算分析了碳收支以及影响的环境因子.数据结果表明,雷竹林系统全年碳收支情况为碳汇,固碳能力小于毛竹林和杉木林,同时也小于水稻田和北方农田.全年净生态系统碳交换量(NEE)为-126.303Cg·m-2·a-1,生态系统呼吸(RE)为1108.845 Cg·m-2·a-1,生态系统总交换量(GEE)为-1235.15Cg·m-2·a-1.其中冬季(12月-2月)覆盖时为碳源,其余月份为碳汇.各月碳吸收量以11月最高,6月次之,呈双峰变化,碳排放量以1月为最高.计算全年平均固碳效率为11％,12-2月为负值,11月最高33％.生态系统呼吸呈单峰变化,以夏季最高,冬季覆盖提高地温后生态系统呼吸随之增加,全年RE受温度影响显著成指数关系.人工经营下温度是影响雷竹林CO2通量过程的主要因素,同时大量有机物覆盖增加了碳排放.     

珠三角城市绿地CO2通量的季节特征

城市绿地是城市碳循环的重要组成部分,利用长期定位观测资料估算珠三角典型城市绿地的CO2通量,可以为应对气候变化、评价区域碳源汇提供参考。应用2009、2010年,东莞市植物园内的涡度相关法CO2通量定位观测资料,分析了净生态系统交换量(NEE)的年变化及其与气象要素的关系,结果表明:(1)年平均NEE总量为-104.2 gC.m-.2a-1,表明城市绿地生态系统具有固碳能力。(2)NEE随光温条件变化呈现明显的季节动态,12至3月表现为碳源,其他月份表现为碳汇。(3)根据白天NEE与光合有效辐射(PAR)逐月拟合Michaelis-Menten方程,得到年平均表观初始光能利用率(α)为(0.00134±0.00035)mgCO.2μmol-1光子,年平均光饱和生态系统生产力(Pmax)为(1.006±0.283)mgCO.2m-.2s-1。(4)利用夜间呼吸(Reco)与5 cm土壤温度(Ts)拟合指数方程,得到年平均Reco总量为1378.1 gC.m-.2a-1。(5)NEE与PAR、气温(Ta)和饱和水压差(VPD)的相关性分析显示,NEE与PAR偏相关系数的绝对值大于Ta和VPD,表明PAR对NEE的影响最大。     

Diurnal variation in methane emission in relation to the water table,soil temperature,climate and vegetation cover in a Swedish acid mire

Diurnal variation in the rate of methane emission and its relation to water table depth and macro climate was studied in several plant communities within an acid,Sphagnum dominated, mixed mire in Northern Sweden. Provided that diurnal variation in solar radiation and air temperature occurred, methane fluxes differed during day and night. Diurnal patterns in methane emission rates were found to differ among mire plant communities. In relatively dry plant communities (ridges, minerotrophic lawn), the average nighttime emission rates were 2–3 times higher than the daytime rates during the two periods with high diurnal variation in solar radiation and air temperature. Methane emission was significantly (p < 0.05) related to solar radiation and soil temperature at depths of 5 and 10 cm at all sampling points in the dry plant communities. In the wetter plant communities, no significant difference between daytime and nighttime average methane emission rates were found even though methane emissions were significantly related with radiation and soil temperature at approximately 70% of the sampling points. The increased emission rate for methane at night in the comparatively dry plant communities was probably caused by an inhibition of methane oxidation, owing to the lower nighttime temperatures or to a delay in the supply of root-exuded substrate for the anaerobic bacteria, or by both. The pattern observed in the wet plant communities indicated that methane production were positively related either to soil temperature or light-regulated root exudation.     

开放式空气CO2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO2 浓度增高 (FACE)系统平台 ,于2 0 0 1年 8月 2 6日至 10月 13日 (水稻抽穗至成熟期 )进行水稻作物冠层微气候连续观测 ,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响 .结果表明 ,FACE降低了水稻叶片的气孔导度 ,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片 ,生长前期大于生长后期 .FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高 ,这种差异生长前期大于生长后期 ;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显 .在水稻旺盛生长的抽穗开花期 ,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高 1.2℃ ;从开花至成熟期 ,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高 0 .4 3℃ .FACE对冠层空气温度也有影响 ,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照 ,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部 ;冠层中部空气温度FACE与对照的差异 (Tface-Tambient)日最大值在 0 .4 7～ 1.2℃之间 ,而冠层顶部的Tface-Tambient日最大值在 0 .37～ 0 .8℃之间 .夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大 ,变化在± 0 .3℃之内 .而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响 ,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低 ,从而削弱了植株的蒸腾降温作用 ,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高 ,改变了整个水稻冠层的温度环     

涡度相关观测的太湖CH4通量数据插补方法评价

涡度相关法是在湖泊开展CH₄通量长期连续观测的重要方法。受到多种因素的影响,CH₄通量观测数据存在大量缺失。为重构完整的CH₄通量时间序列,就需要适宜的数据插补方法。本研究利用太湖涡度通量观测网络东部的避风港站点2014—2017年的常规气象数据及涡度相关观测的CH₄通量数据,在分析半小时尺度以及日尺度CH₄通量影响要素的基础上,测试了非线性回归法以及随机森林算法和误差反向传播算法在半小时尺度及日尺度上插补CH₄通量缺失数据的可行性。结果表明: 在半小时尺度上,避风港站生长季CH₄通量主要受到底泥温度、摩擦风速、气温、相对湿度、潜热通量和20 cm处水温的影响,非生长季主要受到相对湿度、潜热通量、风速、感热通量和底泥温度的影响,而在日尺度上CH₄通量主要受潜热通量和相对湿度的影响。在对CH₄通量缺失数据的插补中,随机森林模型在所有时间尺度上都表现为最佳的插补性能,其中,将日序、太阳高度角、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压和风速作为输入变量的随机森林模型更适用于半小时尺度缺失数据的插补;将日序、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压、风速和向下短波辐射作为输入变量的随机森林模型更适用于日尺度缺失数据的插补;整体上,插补模型对日尺度缺失数据的插补优于半小时尺度。     

Light and water-use efficiencies of pine shoots exposed to elevated carbon dioxide and temperature

An automatic gas exchange system was used to continuously measure water and carbon fluxes of attached shoots of Scots pine trees (Pinus sylvestris L.) grown in environment-controlled chambers for a 3-year period (1998-2000) and exposed to either normal ambient conditions (CON), elevated CO2 (+350 micro mol mol-1; EC), elevated temperature (+2-6 degrees C; ET) or a combination of EC and ET (ECT). EC treatment enhanced the mean daily total carbon flux per unit projected needle area (Fc.d) by 17-21 %, depending on the year. This corresponds to a 16-24 % increase in light-use efficiency (LUE) based on incident photosynthetically active radiation. The EC treatment reduced the mean daily total water flux (Fw.d) by 1-12 %, corresponding to a 13-35 % increase in water-use efficiency (WUE). The ET treatment increased Fc.d by 10-18 %, resulting in an 8-19 % increase in LUE, and Fw.d by 48-74 %, resulting in a reduction of WUE by 19-34 %. There was no interaction between CO2 and temperature elevation in connection with either carbon or water fluxes, as the carbon flux responded similarly in both ECT and EC, while the water flux in the ECT treatment was similar to that in ET. Regressions indicated that the increase in maximum LUE was greater with increasing air temperature, whereas changes in WUE were related only to high vapour pressure deficit. Furthermore, changes in LUE and WUE caused by ECT treatment displayed strong diurnal and seasonal variation.     

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.     

内蒙古克氏针茅草原生态系统-大气通量交换特征

基于内蒙古克氏针茅草原生态系统的涡动相关观测资料和小气候梯度系统观测资料,对研究区碳通量和水热通量的日、季动态进行了研究.结果表明：克氏针茅草原生态系统生长季的碳通量日动态呈U型曲线,即日出前释放CO₂,日出后开始吸收CO₂,正午前后达峰值,午后吸收CO₂减弱,日落后重新转为释放CO₂;9月白天CO₂吸收最为强烈,8月次之,10月最低.克氏针茅草原的感热和潜热通量的日动态均呈倒U型曲线,与碳通量日动态相反,即白天感热和潜热通量多为正值,夜间感热为负值,潜热接近于零;感热通量以5月最高,潜热通量以9月最高.冬季草地为弱碳源,CO₂通量较小,夏季表现为明显的碳汇.     

不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间

在连续6 a耕作模式的基础上,利用静态箱-气相色谱法对常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田CO2、CH4、N2O通量日变化进行了连续48 h观测,并确定1 d中最佳的观测时间。结果表明,常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田CO2、CH4、N2O通量具有显著的日变化特征,常规耕作处理和免耕处理土壤表现为CH4的吸收汇、CO2、N2O的排放源。CH4日均吸收通量:常规耕作无秸秆还田处理(AC)>常规耕作秸秆还田处理(PC)>免耕(PZ);CO2日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ);N2O日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ)。相关性分析表明,常规耕作及免耕条件下CO2、CH4、N2O通量日变化与地表温度和5 cm地温呈极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)的正相关关系,温度是决定温室气体日变化的主要决定因素。通过矫正系数和回归分析表明,在小麦生育后期(4—6月),CO2的最佳观测时间段在8:00—10:00,CH4为8:00—10:00,N2O为8:00—12:00。     

开放式空气CO2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO₂浓度增高(FACE)系统平台,于2001年8月26日至10月13日(水稻抽穗至成熟期)进行水稻作物冠层微气候连续观测,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响.结果表明,FACE降低了水稻叶片的气孔导度,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片,生长前期大于生长后期.FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高,这种差异生长前期大于生长后期;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显.在水稻旺盛生长的抽穗开花期,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高1.2℃;从开花至成熟期,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高0.43℃.FACE对冠层空气温度也有影响,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部;冠层中部空气温度FACE与对照的差异(T_face-T_ambient)日最大值在0.47～1.2℃之间,而冠层顶部的T_face-T_ambient日最大值在0.37～0.8℃之间.夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大,变化在±0.3℃之内.而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低,从而削弱了植株的蒸腾降温作用,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高,改变了整个水稻冠层的温度环