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。     

黄河口潮间盐沼湿地生长季净生态系统CO2交换特征及其影响因素

潮间盐沼湿地生物地球化学过程独特,生态系统CO2交换存在着极大的复杂性和不确定性。利用2012年黄河口潮间盐沼湿地生态系统生长季(4—10月)连续的涡度相关观测数据,分析了潮间盐沼湿地的净生态系统CO2交换(NEE)、总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Reco)的变化特征及其影响因素。结果表明:生长季,生态系统NEE具有明显的日变化和季节变化。日尺度上,表现为白天CO2净吸收,夜间CO2净释放,NEE日平均值为-0.38 g CO2m-2d-1;月尺度上,平均气温最高的7月生态系统释放CO2最多(15.16 g C/m2),6月生态系统吸收CO2最多(25.07 g C/m2)。潮间盐沼湿地生态系统的CO2交换受到光合有效辐射(PAR)、土壤温度(Ts)、土壤含水量(SWC)和潮汐淹水的共同影响。白天NEE主要受控于PAR,且生态系统表观初始光能利用率(α)和最大光合速率(NEEsat)分别在6月和5月达到最大值,分别为(0.0086±0.0019)μmol CO2μmol-1光子和(4.79±1.52)μmol CO2m-2s-1。夜间NEE随Ts呈指数增加趋势,生态系统呼吸的温度敏感性(Q10)为1.33,且SWC越高,Q10值越大。研究典型晴天(6月19日—6月25日)表明,潮汐淹水增强了生态系统白天对CO2的吸收,同时也增强了夜间CO2释放,研究时段内,潮汐淹水使生态系统净CO2吸收增加了0.76 g CO2m-2d-1。整个生长季,黄河口潮间盐沼湿地生态系统表现为CO2的汇,NEE为-22.28 g C/m2(其中,吸收118.34 g C/m2,释放96.28 g C/m2)。研究结果利于对潮间盐沼湿地源汇功能和影响机制的进一步认识与研究。     

华北低丘山地人工林生态系统净碳交换与气象因子的关系

植树造林使我国森林碳储量显著增加,人工林潜在的碳汇功能不容忽视.基于涡度相关技术,对华北低丘山地30年生栓皮栎-刺槐-侧柏人工混交林生态系统进行了连续2a的碳通量观测,以探讨净碳交换(NEE)与气象因子的关系.结果表明:在主要生长季(4～9月份),夜间日平均NEE(生态系统呼吸)随气温升高呈指数增长(P<0.01).2006年和2007年生态系统呼吸的温度敏感系数(Q_(10))分别为1.92和1.86.气温在10℃以下时,NEE日总量较小.气温超过10℃后,人工林以净吸收大气CO_2为主,且日吸收量随温度升高迅速增加.白天净碳吸收量随光合有效辐射(PAR)增加而增大(P<0.01),可由直角双曲线方程描述;不过,当饱和差(VPD)小于1.0 kPa时,二者呈线性相关(P<0.01).2006年和2007年主要生长季(4～9月份)的平均表观初始光能利用率(α)分别为0.032和0.019,平均最大光合速率(P_(max))分别为0.96mg · m~(-2) · s~(-1)和1.10 mg · m~(-2) · s~(-1).α和P_(max)都存在季节变化.在月尺度,P_(max)与VPD和PAR呈明显的负相关关系(分别为P<0.01和P<0.05),但与气温相关性不显著;α与对应的PAR、气温和VPD均无明显相关关系.     

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。     

鼎湖山针阔叶混交林生态系统呼吸及其影响因子

精确估算典型森林生态系统呼吸(Reco)对评价生态系统碳平衡具有重要意义。采用开路涡度相关法对鼎湖山针阔叶混交林Reco进行定位测定,根据2003~2004年数据采用多种呼吸模型对Reco进行估算并分析Reco对环境要素的响应特征,结果表明:(1)Reco受土壤温度、湿度和冠层气温、相对湿度共同影响,Reco对环境因子的响应模式存在季节性差异,总体上土壤温度是驱动Reco的主要因子。(2)描述Reco与温度因子的关系模式中,指数方程、Van’tHoff方程、Arrhenius方程和Lloyd-Talor方程,统计意义上具有同等的能力,从温度敏感性指标Q10看,Lloyd-Talor方程比其他方程更适合于描述Reco对温度的响应特征。(3)由土壤温度(Ts)和土壤含水量(Ms)驱动的连乘耦合模型,能综合反映Ts、Ms对Reco的协同作用。在Ms较高时段,连乘模型模拟的Reco高于Tloyd-Taylor方程,而在Ms较低时段连乘模型的结果低于Tloyd-Taylor方程,但二者没有统计意义上的显著差异。(4)鼎湖山混交林2003年Reco年总量,基于白天涡度相关通量观测资料的模型估算结果为1100~1135.6gCm-2a-1,比基于夜间通量资料估算结果(921~975gCm-2a-1)增加12%~25%。采用白天通量资料估算Reco,对克服夜间涡度相关法通量测定结果偏低问题具有积极意义,为进一步可靠评估净生态系统CO2交换(NEE)奠定方法基础。     

青藏高原高寒草甸净生态系统碳交换对散射辐射变化的响应

青藏高原是地球上接收太阳辐射能最多的地区之一,具有世界上最高的高寒草甸生态系统,对区域乃至全球碳循环起着重要作用.为了探究太阳辐射变化对高寒草甸生态系统碳动态的影响,本研究利用涡度相关技术和微气象观测系统对高寒草甸生态系统CO₂净交换(NEE)、太阳总辐射、散射辐射及其相关环境要素进行观测;根据晴空指数(CI,到达地面的太阳辐射与大气上界太阳辐射的比值)将天空状况划分为晴天(CI≥0.7)、多云(0.32·m^-2·s^-1)对应的光量子通量密度(PPFD)约为1400 μmol·m^-2·s^-1,出现在CI为0.6～0.7范围内的多云天空,高于CI≥0.7的最高值(-0.57 mg CO₂·m^-2·s^-1)(NEE负值为碳吸收,正值为排放,为方便起见在此均用绝对值描述);CI<0.6条件下,NEE随散射辐射的增加呈显著的对数增加;CI在0.6～0.7范围内,NEE达到最大值,CI≥0.7时,NEE随CI的上升呈降低趋势,说明生态系统的光合作用可能出现了光抑制现象,且散射辐射的增加有利于提高生态系统固碳能力;生态系统呼吸(R_e)随温度升高呈明显的指数上升趋势,高寒草甸NEE最高值对应的温度为15 ℃,当温度高于15 ℃时,NEE随温度的升高呈下降趋势.晴天状况下,温度升高增加了R_e,进而降低了NEE.当饱和水汽压差(VPD)<0.6 kPa时,NEE随VPD增加呈增加趋势;当VPD>0.6 kPa时,NEE随VPD的升高呈缓慢下降趋势,说明相对较高的VPD抑制了生态系统的光合作用.晴天的强辐射并不能促进青藏高原高寒草甸的碳吸收能力,而晴空指数在0.6～0.7范围的多云天气最有利于生态系统碳固定.     

洪泽湖湿地杨树林生长季碳通量变化特征及其影响因子

洪泽湖调蓄灌溉与南水北调常态化调水影响下,湖区水位显著波动对湿地土壤水分及植被生长产生深刻影响。以洪泽湖湿地典型杨树林为对象,借助涡度相关系统,研究杨树生长季(4—9月)CO2通量的动态变化特征,解析气象因子的影响。结果表明:杨树生长季净生态系统CO2交换量(NEE)与环境因子均具有明显的日、月变化特征。NEE的月平均日变化总体表现为"U"型曲线,累计达-1758.10 g CO2·m-2,在生长季表现为明显的碳"汇"。光合有效辐射(PAR)与日间净生态系统CO2交换量(NEEd)的变化符合双曲线关系,PAR能解释34.3%~75.5%生长季的NEEd的变化。5 cm土壤温度(Ts)与夜间净生态系统CO2交换量(NEEn)之间符合极显著的指数函数关系,Ts能解释38.9%~55.2%生长季的NEEn的变化。不同时间尺度碳通量与环境因子的分析发现,NEE的日变化主要受土壤含水量(SWC)、净辐射(Rn)和水汽压亏缺(VPD)的影响,而月变化主要受降雨量(P)和土壤含水量(SWC)的影响。因此,洪泽湖水位变化对湿地土壤水分的影响可能显著改变湿地碳汇功能。     

长白山阔叶红松林CO2通量与温度的关系

应用涡度相关法观测的通量数据和环境因子数据,在生态系统水平上分析了长白山阔叶红松林生长季温度与CO2通量之间的关系.结果表明：（1）在相同的光合有效辐射水平下,净生态系统CO2交换量（NEE）随温度Ta的变化趋势为,在Ta〈20℃范围内,NEE随温度的增加而增加,在Ta=20℃附近有极大值,随温度的继续增加NEE呈下降的趋势,同时NEE还具有明显的季节变化,表现为7月〉6月〉8月〉9月〉5月〉4月〉10月.（2）应用Michaelis-Menten方程计算得出最大光合速率Pmax和生态系统呼吸Re,分析其与温度的关系发现,Pmax随温度的变化呈S型曲线,Re则随着温度的升高而呈指数上升的趋势,曲线为：Re=0.0607 exp（0.0666Tα）,R^2=0.96.夜间生态系统呼吸的Q10为3.15.（3）通过对NEE与环境因子的偏相关分析表明,温度对NEE的偏相关系数在生长季呈现先减小后增大的趋势,说明在生长季初期和末期升高温度比生长季中期对NEE的影响要大.     

羊草叶片气孔导度特征及数值模拟

对松嫩平原草地羊草叶片气孔导特征及与环境因子关系的研究结果表明,羊草叶片气孔导度日变化与环境因子密切相关,晴天表现为双峰曲线,阴天为单峰曲线,同时叶片气孔导度（gs)对瞬时光合有效辐射（PAR）,叶片与空气间的水汽压亏损（VPD）,空气温度（Ta）反应十分明显,依据野外实测资料,在对国际上两类代表性气孔导度模型验证比较的基础上,建立了适用于羊草草原的羊草叶片气孔导度对环境因子的响应模型gs=PAR(2.01Ta^2 147.74Ta-2321.11)/(444.62 PAR)(-538.04 VPD).     

温度和水分对科尔沁草甸湿地净生态系统碳交换量的影响

基于涡度相关和波文比气象土壤监测系统,研究了2016年科尔沁草甸湿地生态系统生长季5—9月CO₂通量的动态变化特征,分析了温度、水分等环境因子与其的响应关系.结果表明:生长季累计净生态系统碳交换量(NEE)为-766.18 g CO₂·m^-2,总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸量(R_e)分别为3379.89和2613.71 g CO₂·m^-2,R_e/GPP为77.3%,表现为明显的碳汇.NEE各月平均日变化呈单峰“U”型曲线,其中5—7月和8月中旬表现为吸收CO₂,8月后半月和9月表现为释放CO₂.日间NEE与光合有效辐射(PAR)呈显著的直角双曲线关系,同时受饱和水汽压差(VPD)、土壤含水量(SWC)和气温(T_a)等环境要素调控.回归关系表明,日间NEE达到最大时,VPD和SWC值分别为1.75 kPa和35.5%,而NEE随T_a增加逐渐增大,当T_a达到最大时,并未对NEE产生抑制作用;夜间NEE随土壤温度(T_s)呈指数趋势上升.在整个生长季,生态系统呼吸的温度敏感性指数(Q₁₀)为2.4,且SWC越高,Q₁₀越小,夜间NEE受T_s和SWC共同调控.     

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.     

青海湖北岸高寒草甸草原生态系统CO2通量特征及其驱动因子

 草甸草原是青藏高原的重要植被类型, 与其他植被类型相比, 其碳交换过程和驱动机理的研究仍较薄弱。利用青海湖东北岸草甸草原的涡度相关系统观测的连续数据(2010年7月1日–2011年6月30日), 分析了草甸草原CO₂通量特征及其驱动因子。结果表明: 草甸草原净生态系统CO₂交换量(NEE)在植物生长季的5–9月, 其日变化主要受控于光合光量子通量密度(PPFD); 而非生长季(10月21日–4月19日)和生长季初(4月下旬)、末期(10月中上旬) NEE的日变化主要受气温(T_a)的影响。CO₂
日最大吸收值和释放值分别出现在7月1日(11.37 g CO₂·m^–2·d^–1)和10月21日(4.04 g CO₂·m^–2·d^–1)。逐日NEE主要受控于T_a, 两者关系可用指数线性(explinear)方程表示(R² = 0.54, p < 0.01)。叶面积指数(LAI)和增强型植被指数(EVI)对逐日NEE的影响表现为渐近饱和型, LAI和T_a交互作用明显(p < 0.05), EVI的主效应强烈(p < 0.001)。生态系统的呼吸熵(Q₁₀)为2.42, 总呼吸(R_eco)约占总初级生产力(GPP)的74%。生长季适度的昼夜温差(<14.8 ℃)有利于系统的碳蓄积。研究时段该草甸草原作为碳汇从大气吸收271.31 g CO₂· m^–2。     

北京松山天然落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其影响因子

森林生态系统在陆地碳循环过程中发挥着重要作用,关于温带落叶阔叶林生态系统碳平衡过程影响机制的讨论尚未统一。本研究于2019年对北京松山典型落叶阔叶林生态系统的净碳交换量(NEE)及空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、光合有效辐射(PAR)、饱和水气压差(VPD)、土壤含水量(SWC)、降雨量(P)等环境因子进行原位连续监测,分析松山落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其对环境因子的响应。结果表明: 在日尺度上,NEE生长季(5—10月)各月平均日变化均呈“U”字形变化,日间为碳汇,夜间为碳源。其他月份NEE均为正值,变化平缓,表现为碳源。在季节尺度上,NEE呈单峰曲线变化规律,全年NEE为-111 g C·m^-2·a^-1,生态系统呼吸总量(R_e)为555 g C·m^-2·a^-1,总生态系统生产力(GEP)为666 g C·m^-2·a^-1。碳吸收与释放量分别在6月与11月达到最大值。PAR是影响日间净碳交换量(NEE_d)的主导因子,二者关系符合Michaelis-Menten模型,VPD是间接影响NEE_d的主导因子,最适宜日间净碳交换的VPD范围为1～1.5 kPa。土壤温度是影响夜间净碳交换量(NEE_n)的主导因子,SWC是NEE_n的限制因子,SWC过高或过低均会对NEE_n产生抑制,最适值为0.28 m³·m^-3。     

城市绿地冠层导度季节变化及其环境调控

冠层导度(canopy conductance,gc)是生态系统对环境响应的敏感性指标,探讨冠层导度对环境因素的响应模式对了解生态系统生产力的变化模式至关重要。城市绿地作为人为设计的复合生态系统,其冠层导度变化规律及其对环境因子的响应亟待明确。基于涡度相关方法,本研究调查了北京奥林匹克森林公园2012-2016年连续5年的冠层导度的季节动态变化及其对空气温度(Ta)、光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)以及土壤含水量(VWC)等环境因子的响应,利用统计回归方法分析了环境因子对冠层导度的影响,最后分析了冠层导度对总生态系统生产力(GEP)的影响。结果表明:2012-2016年的冠层导度依次为3.97、3.28、2.13、3.95和5.07 mm·s^-1,5年平均值为3.69±1.99 mm·s^-1;季节变化表现为从4月开始逐渐升高,在7、8月达到最大值后逐渐降低;在季节尺度上,VWC和Ta是影响冠层导度的主要环境因子,冠层导度随它们的增加而增大;而PAR和VPD对冠层导度的影响存在年际间的差异;5年间,GEP随着冠层导度的升高显著增大;城市绿地中,季节尺度上土壤水分的增加和气温的升高显著增加冠层导度,从而促进GEP。     

极端高温对亚热带人工针叶林净碳吸收影响的多时间尺度分析

极端高温是影响森林生态系统碳循环重要的极端天气事件之一.本研究利用千烟洲亚热带人工针叶林2003-2012年的CO₂通量及常规气象数据,结合小波分析方法,明确极端高温及极端高温事件对该森林生态系统净碳吸收的影响,以及极端高温及事件发生时,不同时间尺度上环境因子对净碳吸收的控制作用.结果表明: 极端高温发生时,日最高气温在35～40 ℃时,会导致该生态系统平均日总净CO₂交换量(NEE)较30～34 ℃下降51%;极端高温及极端高温事件对月及年总NEE的影响与极端高温事件发生的强度及持续时间有关,2003年强极端高温事件发生时,7、8两个月总NEE仅为-11.64 g C·m^-2·(2 month)^-1,较多年平均值下降了90%,使年总NEE的相对变化率达-6.7%.在极端高温及事件发生的7-8月间,气温(T_a)、饱和水汽压差(VPD)是控制NEE日变化的主要环境因子,其相干性分别可达0.97、0.95;在8、16、32 d周期上,T_a、VPD、土壤5 cm处含水量(SWC)及降水量(P)均对NEE有较强的控制作用,在32 d周期上,NEE与SWC、P的相干性超过了0.8.极端高温及事件发生时,短时间尺度上大气干旱影响该森林生态系统的净碳吸收,而长时间尺度上,大气干旱与土壤干旱共同影响该森林生态系统的净碳吸收.     

Characteristics of net ecosystem carbon dioxide exchange(NEE) from August to October of Alpine meadow on the Tibetan Plateau,China

The Alpine meadow is one of the vegetation types widely distributed on the Tibetan Plateau in China with an area of about 1.2 million square kilometers.The Damxung rangeland station,located in the hinterland of the Tibetan Plateau,is covered with an typical vegetation.The continuous carbon flux data (from August to middle October,2003) measured with the open-path eddy covariance system was used to analyze the diurnal variation pattern of net ecosystem carbon dioxide exchange (NEE) and its relationship with the environmental factors,such as photosynthetically active radiation (PAR),precipitation,and temperature.Results showed that NEE presented obvious diurnal variation pattern with single-peak of diurnal maximum carbon assimilation at 11:00-12:00 (local time) with an CO2.m-2-s-1.During the daytime,NEE fitted fairly well with PAR in a rectangular hyperbola function with the apparent the night-time,NEE showed a good exponential relation with the soil temperature at 5 cm depth.