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%.     

数据处理方法不确定性对CO2通量 组分估算的影响

基于中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)4个站点(2个森林站和2个草地站)的涡度相关通量观测资料,分析了CO₂通量数据处理过程中异常值剔除参数设置、夜间摩擦风速(u^*)临界值(u^*_c)确定及数据插补模型选择对CO₂通量组分估算的影响.结果表明： 3种数据处理方法均对净生态系统碳交换量(NEE)年总量估算有显著影响,其中u^*_c确定是影响NEE估算的重要因子;异常值剔除、u^*_c确定及数据插补模型选择导致NEE年总量估算偏差分别为0.62～21.31 g C·m^-2·a^-1(0.84%～65.31%)、4.06～30.28 g C·m^-2·a^-1(3.76%～21.58%)和0.69～27.73 g C·m^-2·a^-1(0.23%～55.62%),草地生态系统NEE估算对数据处理方法参数设置更敏感;数据处理方法不确定性引起的总生态系统碳交换量和生态系统呼吸年总量估算相对偏差分别为3.88%～11.41%和6.45%～24.91%.     

科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统土壤温室气体通量特征及其影响因素

采用静态箱-气相色谱法,对科尔沁半干旱地区典型的沙丘-草甸梯级生态系统中半流动沙丘和草甸湿地的温室气体(CO₂、CH₄、N₂O)通量进行了观测,分析了生长季温室气体的动态变化及其与环境影响因子的关系.结果表明: 生长季半流动沙丘和草甸湿地CH₄通量均整体表现为吸收,平均值分别为-52.7和-34.7 μg·m^-2·h^-1,介于-176.1～49.8 μg·m^-2·h^-1之间变化,8月22日半流动沙丘CH₄吸收值达到生长季最大值;8、9月降雨集中时段内草甸湿地CH₄通量表现为持续排放,与半流动沙丘呈明显差异.N₂O通量在7月21日达到生长季最大值,半流动沙丘N₂O通量的月均值表现为7月>8月>9月>6月>5月.土壤温湿度是影响CO₂和CH₄通量的关键因子,N₂O通量主要受土壤温度的影响.样地土壤温度敏感性(Q₁₀)表现为半流动沙丘(1.009)<草甸湿地(1.474),半流动沙丘土壤受到水分胁迫,导致其温室气体通量对土壤温度变化的敏感性明显低于草甸湿地.     

箱体特征对箱式法观测水-气界面CO2和CH4通量的影响

箱式法是广泛运用于内陆水体CO₂和CH₄通量监测的重要方法,但各研究中使用的箱体特征存在差异,箱体设计缺少统一标准,从而会影响观测结果。为明确箱体透光性、箱体内外气压差以及箱体内气体混合状态对水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响,本研究基于多通道闭路式动态箱观测系统,分别对比明箱和暗箱、箱体是否配备气压平衡阀及风扇对养殖塘水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响。结果表明: 夏季白天观测期间,与可观测CO₂实际通量的明箱相比,当CO₂呈现排放状态时,暗箱高估了90%的CO₂通量;当CO₂呈现吸收状态时,暗箱低估了50%的CO₂通量。暗箱测得的CH₄扩散通量比明箱低40%。箱体内气压是否与外界气压保持平衡对CO₂和CH₄通量影响均不显著。无风扇的箱体观测的CO₂通量代表性较差,在本研究中较有风扇的箱体高20%。无风扇的箱体难以区分不同途径排放的CH₄通量。在运用箱式法观测水-气界面CO₂、CH₄通量时,应使用透明箱体,并在其中安装风扇辅助气体混合。     

大兴安岭重度火烧迹地天然次生林土壤温室气体通量及其影响因子

为研究大兴安岭重度火烧迹地自然恢复后的林分土壤温室气体源汇强度及其影响因素,采用静态箱/气相色谱法,对生长季(6—9月)天然次生林土壤温室气体CO₂、CH₄、N₂O通量进行原位观测.结果表明: 1)生长季内天然次生林土壤为大气CO₂、N₂O的源,CH₄的汇,平均通量分别为575.81 mg·m^-2·h^-1、17.81 μg·m^-2·h^-1和-68.69 μg·m^-2·h^-1;CO₂与CH₄通量在生长季内表现出明显的双峰变化规律,N₂O通量则呈单峰变化,且均在8月达到观测期的最大值.2)土壤温度是影响该区天然次生林土壤温室气体通量的主控因子,土壤湿度和大气湿度在昼夜与季节尺度上与土壤温室气体通量的相关性不同.3)该区天然次生林9:00—12:00时段观测获得的土壤气体通量值经矫正后可代表当日气体通量.研究补充了大兴安岭火烧迹地森林生态系统温室气体通量数据,为该区土壤温室气体源汇的相关研究提供了依据.     

鼎湖山主要森林生态系统地表CH4通量

利用静态箱-气相色谱法对鼎湖山3种处于演替不同阶段的森林类型-季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林-的地表CH₄通量进行了为期一年的原位观测和研究,结果表明:3种林型地表吸收CH₄通量按从大到小的顺序为:季风林>混交林>松林,不同林型间的CH₄通量差异与森林土壤的性质有密切关系,即土壤容重越小、有机质含量与土壤温度和湿度都没有明显的相关性,但在旱季土壤温度成为控制地表CH₄通量的主要因子.     

黄土高原半干旱区农田生态系统蒸散与作物系数特征

蒸散是地表能量平衡和水分平衡的重要组分,与水循环过程密切相关.采用涡度相关技术,对黄土高原半干旱区农田生态系统2010年生长季(4-9月)蒸散特征进行观测,分析了农田作物系数与环境因子的关系.结果表明： 在观测期间,研究区各月潜热通量(LE)日变化呈近似“单峰型”曲线特征,最大峰值出现在8月(151.4 W·m^-2);日间能量分配方式存在明显季节差异,4-6月的日间能量分配表现为LE/R_n＜H/R_n(R_n为净辐射,H为感热通量),7-9月的日间能量分配方式(LE/R_n＞H/R_n)与4-6月相反.黄土高原半干旱区农田日蒸散率存在显著季节变化特征,最大日蒸散率为4.69 mm·d^-1.风速(W_s)、空气相对湿度(RH)、土壤含水量(θ)和饱和水汽压差(D)是作物系数(K_c)的主要影响因子.K_c随W_s增加呈指数降低趋势,随RH、θ增加呈指数增长趋势,随D增加呈线性降低趋势.     

箱式通量观测技术和方法的理论假设及其应用进展

碳(CO₂、CH₄)、氮(N₂O)和水汽(H₂O)等温室气体的交换通量是生态系统物质循环的核心, 是地圈-生物圈-大气圈相互作用的纽带。稳定同位素光谱和质谱技术和方法的进步使碳稳定同位素比值(δ ¹³C)和氧稳定同位素比值(δ ¹⁸O)(CO₂)、δ ¹³C (CH₄)、氮稳定同位素比值(δ ¹⁵N)和δ ¹⁸O (N₂O)、氢稳定同位素比值(δD)和δ ¹⁸O (H₂O)的观测成为可能, 与箱式通量观测技术和方法结合可以实现土壤、植物乃至生态系统尺度温室气体及其同位素通量观测研究。该综述以CO₂及其δ ¹³C通量的箱式观测技术和方法为例, 概述了箱式通量观测系统的基本原理及分类, 阐述了系统设计的理论要求和假设, 综述了从野外到室内土壤、植物叶-茎-根以及生态系统尺度箱式通量观测研究的应用进展及问题, 展望了气体分析精度和准确度、观测数据精度和准确度以及观测数据的代表性评价在箱式通量观测研究中的重要性。     

稻田CH4和N2O的排放及养萍和施肥的影响

用箱法对我国东北稻田CH₄和N₂O排放进行观测研究表明,东北稻田的CH₄排放通量比南方稻田小,平均日排放通量和生长季节排放总量分别为0.07和7.4g·m^-2.稻田淹水期几乎没有N₂O的净排放,但在非淹水期内却有大量N₂O排放(平均通量59μgN₂O·m^-2·h^-1).稻田养萍和施肥明显促进CH₄和N₂O排放。稻田CH₄和N₂O排放之间存在消长关系。制定稻田温室气体减排技术措施时应充分注意这一关系。     

不同高寒生态系统甲烷通量时空差异及影响因素的量化

使用便携式温室气体分析仪对位于玉树藏族自治州和玛多县的高寒沼泽、高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠生态系统的CH₄通量进行原位观测，同时分析生物量、微生物、营养元素、土壤水分和温度等因子，旨在明确不同生态系统CH₄通量时空差异及其主要影响因素。结果表明：在生长季节高寒沼泽和高寒草甸是CH₄源，8月通量达到最大值，高寒草原和高寒荒漠是CH₄的汇，8月达到最小值，4种生态系统之间的CH₄通量差异显著(P<0.05);高寒沼泽的mcrA基因丰度最大，高寒草甸次之，而pmoA丰度则是高寒草甸最大高寒沼泽次之，高寒荒漠的mcrA和pmoA基因丰度均最小，4种生态系统之间差异显著(P<0.05);Pearson相关分析显示，生长季节高寒沼泽和高寒草甸的CH₄通量与土壤温度和mcrA显著正相关(P<0.05),高寒草原和高寒荒漠的CH₄通量与土壤温度和与pmoA显著负相关(P<0.05),不同生态系统之间CH₄     

采伐干扰对东北温带次生林土壤CH4通量的影响

2007年6月至2009年10月,采用静态箱/气相色谱法测定了不同采伐干扰(皆伐后农作、皆伐后造林、50%强度采伐、25%强度采伐和对照)条件下,东北地区典型次生林的土壤CH₄通量. 结果表明: 研究样地的土壤均为CH₄的吸收汇.采伐干扰降低了土壤的CH₄吸收能力,不同处理样地土壤的CH₄吸收通量大小依次为:对照(-85.03 μg CH₄·m^-2·h^-1)>50%强度采伐(-80.31 μg CH₄·m^-2·h^-1)>25%强度采伐(-70.97 μg CH₄·m^-2·h^-1)>皆伐后农作(-65.57μg CH₄·m^-2·h^-1)>皆伐后造林(-62.02μg CH₄·m^-2·h^-1).各处理样地土壤CH₄吸收通量的季节动态相似,均表现为生长季吸收值较高,冬季较低.采伐干扰后各处理的土壤温度、土壤湿度、土壤硝态氮和铵态氮含量均增加,而土壤CH₄吸收通量与土壤温度呈显著二次相关,与土壤含水量呈线性负相关.次生林采伐后土壤含水量、土壤铵态氮和硝态氮含量的增加是土壤CH₄吸收通量降低的重要控制因子.     

太阳辐射对稻田甲烷排放的影响

太阳辐射减弱是气候变化的主要特征之一,而太阳辐射减弱对稻田甲烷(CH4)排放的影响尚不明确,且缺少高光谱遥感用于估算稻田CH4排放的研究.通过田间模拟试验,研究了不同遮阴强度对稻田CH4排放和水稻冠层光谱特征的影响,并基于冠层高光谱数据估算了CH4排放通量.采用单因子试验设计,遮阴强度设3个水平,即对照(不遮阴,CK)、轻度遮阴(S1,单层遮阴,遮阴率为60%)和重度遮阴(S2,双层遮阴,遮阴率为84%).结果表明:与对照相比,遮阴明显降低了稻田CH4排放,但重度遮阴下CH4排放高于轻度遮阴;近红外波段水稻冠层反射率表现为CK>S2>S1;水稻冠层光谱反射率(699~1349 nm)与CH4排放通量呈极显著正相关,最高相关系数达0.64,6种植被指数与CH4排放通量也呈极显著相关,其中比值植被指数(RVI)与CH4排放通量的相关系数最大,达0.84;建立了以RVI、归一化植被指数(NDVI)和507 nm原始反射率(ρ507)为参数估算CH4排放通量的逐步回归模型,决定系数R2分别为0.86和0.85,利用该模型可为开展区域稻田温室气体排放的遥感监测提供试验依据.     

长白山阔叶红松林冬季雪面蒸发特征

利用2002-2005年冬季积雪期涡度相关水汽通量和微气象观测资料,对长白山阔叶红松林雪面蒸发动态及其与气象因子的关系进行分析.结果表明： 该涡度相关观测系统积雪期能量平衡闭合度为79.9%,潜热通量占净辐射的21.4%.研究期间,该区蒸发日变化呈单峰曲线形式,蒸发速率在融雪期大于稳定积雪期.30 min平均蒸发速率与净辐射呈线性关系,与气温呈二次曲线关系;蒸发日总量与净辐射呈二次曲线关系,与气温呈指数关系.积雪期蒸发日总量呈下降-稳定-上升的动态变化趋势,且上升期>下降期>稳定期,蒸发日总量最大值为0.73 mm·d^-1,最小值为0.004 mm·d^-1.2002-2003、2003-2004和2004-2005年积雪期蒸发总量分别为27.6、25.5和22.9 mm,占同期降水量的37.9%、19.5%和30.0%,平均蒸发日总量分别为0.17、0.19和0.17 mm·d^-1.     

高效经营雷竹林生态系统能量通量过程及闭合度

利用开路涡度相关系统和常规气象仪,对高效经营的雷竹林生态系统2011年的显热通量、潜热通量、净辐射、土壤热通量以及气温、地温、降雨量进行了观测,分析该生态系统能量通量的变化,以及各能量分量的分配特征,并计算了波文比及能量闭合.结果表明：雷竹林全年净辐射为2928.92 MJ·m^-2,潜热通量、显热通量和土壤热通量分别为1384.90、92754和-28.27 MJ·m^-2,各能量分量的日变化和月变化基本呈单峰曲线.潜热通量为能量散失主要形式,占净辐射的47.3%,显热通量占31.7%,波文比呈“U”型曲线,在0.285～2.062之间变化,土壤为热源.雷竹林年能量闭合度为0.782,月平均闭合度为0.808.
     

长白山北坡不同土壤N2O和CH4排放的初步研究

用箱法技术原位测定了长白山北坡不同土壤(苔原土、生草森林土、棕色针叶林土和暗棕色森林土)6-8月间的N₂O和CH₄排放。结果表明,这些土壤既是N₂O的源,又同时是CH₄的汇。N₂O通量变化于6.17-12.33μg·m^-2·h^-3之间(平均9.37μg·m^-2·h^-1),CH₄通量为-85.63—7.58μg·m^-2·h^-1(平均-41.45μg·m^-3·h^-1),并观察到在N₂O排放和CH₄吸收之间有着相互消长关系。实验室培养实验表明,最大反硝化作用活性存在于土壤上层(0-6cm);不同土壤的反硝化作用活性明显不同。山地暗棕色森林土的CH₄吸收作用也主要发生在土壤的上层(0-12cm).     

六盘山南侧华北落叶松人工林冠层蒸腾及其影响因子的坡位差异

2014年5—10月,在宁夏六盘山香水河小流域选择了一个东南坡向的典型华北落叶松人工林坡面,设立上、中上、中、中下、下5个坡位的样地(P_1、P_2、P_3、P_4、P_5),利用热扩散探针法监测树干液流,并同步监测气象、土壤水势等环境因子.结果表明:研究期间林分日蒸腾(T_r,mm·d^-1)存在显著的坡位差异,不同坡位T_r为:P_2(0.975)>P_4(0.876)>P_3(0.726)>P_1(0.653)>P_5(0.628).T_r与日最高气温(T_max)、日均太阳辐射强度(SR)、日均饱和水汽压差(VPD)、日潜在蒸散(PET)、日均土壤水势(Ψ)呈显著正相关,与日均大气相对湿度(RH)、日降水量(P)、日最低气温(T_min)呈显著负相关.基于边界线的斜率绝对值分析表明,从坡上到坡下,T_r对日均气温(T)、RH、VPD、PET和Ψ的响应呈现逐渐减小的趋势,而对SR、土壤体积含水量(VSM)的响应程度则逐渐增大.进一步回归分析和偏相关分析表明,VPD、PET和RH对不同坡位T_r的影响均占主导地位,Ψ和T对上坡样地T_r影响较大,而下坡样地T_r受SR、T_min和VSM的影响较大.总体来看,T_r的坡位差异是土壤水分和气象条件共同作用的结果,在利用特定观测样地的液流速率尺度外推计算坡面T_r时,需同时考虑土壤水分和气象因子随坡位的变化.     

鄂西南亚高山不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地甲烷排放特征及其环境影响因子

沼泽湿地是大气甲烷(CH₄)的重要来源, 但有关亚热带亚高山沼泽湿地CH₄排放的研究却鲜有报道, 特别是对不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量的精确估算及其与环境因子的关系尚不清楚。该研究选择鄂西南亚高山泥炭藓沼泽湿地为研究区域, 于2018年11月-2019年10月间, 使用静态箱-气相色谱仪法原位测定3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄通量, 同步记录大气和地下5 cm土壤的温度以及地下水位变化。结果表明: (1)光照下, 裸露地(B)、泥炭藓(Sphagnum paluster)(S)、金发藓(Polytrichum commune)(P) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄-C通量全年变化范围分别为: 0.012-1.372、0.022-1.474、0.027-3.385 mg·m^-2·h^-1; 遮光处理下, B、S、P 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄-C通量的全年变化范围分别为: 0.012-1.372、0.009-1.839、0.017-2.484 mg·m^-2·h^-1, 均为CH₄排放源。同时, 光照条件下不同覆被泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量略大于黑暗条件, 但差异不明显。(2)不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放存在明显的季节变化规律, 即: 夏季>秋季>春季>冬季, 其中夏季CH₄排放量显著大于其他季节, 占全年的57%-84%。该研究发现泥炭藓沼泽湿地CH₄通量均与气温和地下5 cm土壤温度极显著相关, 且CH₄排放量随温度升高呈指数增加, 表明温度是影响泥炭藓沼泽湿地CH₄排放时间变化的主要环境因子。(3) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地的年平均和年累计CH₄排放量均依次为: P > S > B, P显著大于B。该研究发现植被类型与泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量存在显著相关性, 表明覆被类型是影响泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量空间变异的主要因子。(4) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量均与地下水位变化不相关。该研究进一步丰富了泥炭藓沼泽湿地CH₄排放规律, 同时也为区域碳循环提供了详实的基础数据。     

阔叶红松混交林林隙大小和掘根微立地对小气候的影响

在小兴安岭阔叶红松混交林2.55 hm²样地内,选取由掘根倒木形成且具有坑和丘微立地的3个代表性林隙,并以空旷地和郁闭林分为对照,利用多通道HOBO自动气象站于2011年7-9月测定了不同大小林隙中心和丘顶部的光合有效辐射(PAR)、气温、相对湿度以及林隙中心的总辐射和降水量,比较了不同月份不同大小林隙中心和丘顶部微气候因子的差异,分析了不同大小林隙中心微气候因子的月变化以及不同大小林隙在典型天气条件下林隙中心和丘顶部微气候因子的日变化.结果表明: 3个不同大小林隙的月均PAR和月均气温排序是大林隙>中林隙>小林隙,月均相对湿度排序是小林隙>中林隙>大林隙;同一林隙中,丘顶部月均PAR和月均气温大于林隙中心,月均相对湿度为林隙中心>丘顶部;不同大小林隙和对照月均总辐射与月均气温均为7月>8月>9月,空旷地>大林隙>中林隙>小林隙>郁闭林分,月均相对湿度为郁闭林分>小林隙>中林隙>大林隙>空旷地.郁闭林分与各林隙以及与空旷地之间的月均相对湿度差异均显著;7-9月总降水量按照空旷地、大林隙、中林隙、小林隙、郁闭林分的次序依次递减;无论晴天与阴天,丘顶部日均PAR和日均气温都大于林隙中心,日均相对湿度则相反;无论丘顶部还是林隙中心,晴天日均PAR和日均气温都大于阴天,日均相对湿度则为阴天>晴天.