CO2 flux dynamics and its limiting factors in the alpine shrub-meadow and steppe-meadow on the Qinghai-Xizang Plateau

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型, 在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止, 对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析, 对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰, 不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004-2008年)的涡度相关CO₂通量连续观测数据, 对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分, 包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明: 灌丛草甸的CO₂通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸, 并且连续5年表现为“碳汇”, 平均每年NEP为70 g C·m ^-2·a ^-1, 高寒草原化草甸平均每年NEP为-5 g C·m ^-2·a ^-1, 几乎处于碳平衡状态, 但其源/汇动态极不稳定, 在2006年-88 g C·m ^-2·a ^-1的“碳源”至2008年54 g C·m ^-2·a ^-1的“碳汇”之间转换, 具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异, 因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子; 其次, 灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE, CUE = NEP/GPP), 而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO₂通量大小的差异外, 其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明, 灌丛草甸生长季节CO₂通量的主要限制因子是温度, NEP和GPP主要受气温控制, 随着气温升高而增加; 而草原化草甸的CO₂通量多以季节性干旱导致的水分限制为主, 其次才是气温的影响, 受二者的共同限制。此外, 两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响, 其中GPP起主导作用, 非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明, 水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

Biotic effects dominate the inter-annual variability in ecosystem carbon exchange in a Tibetan alpine meadow

青藏高寒草甸生态系统碳交换年际变异主要受生物效应影响 位于西藏的高寒草甸生态系统具有敏感脆弱的特点,在全球气候变化背景下,其碳汇功能的变化受到了广泛的关注。因此,本研究旨在明确高寒草甸碳通量的年际变异特征,并进一步量化各驱动因素对碳通量变异的贡献。本研究基于7年(2012–2018)的碳通量与气象因子和生物因子数据,采用一组查表法(look-up tables,LUTs)对高寒草甸碳通量的年际变异来源进行了拆分和量化,并进一步利用线性扰动分析法量化了各个关键因子对碳通量变异的贡献。2012–2018年,高寒草甸生态系统净生产力(net ecosystem productivity, NEP)、总初级生产力(gross primary productivity, GPP)和生态系统呼吸(ecosystem respiration, Re)多年平均值分别为3.31 ± 26.90、210.18 ± 48.35和206.88 ± 28.45 g C m⁻² y⁻¹,表现出了较大的年际变异。本研究通过区分和量化气象因子和生物因子对碳通量年际变异的贡献,发现了生物因子对年际变异的主控作用。此外,发现了气象因子和生物因子之间的负反馈作用。在气象因子中,只有土壤水分对年际变异的贡献相对较大,并在气象因子和生物因子的相互作用中发挥着调节作用。这些结果表明,在气候变化背景下,若要准确估算碳通量,需考虑生物因子的作用。     

青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008—2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m~(-2) a~(-1),而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m~(-2) a~(-1)和(2100.30±163.38) g m~(-2) a~(-1),金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m~(-2) a~(-1)和(1870.58±177.93) g m~(-2) a~(-1)。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。     

小兴安岭典型沼泽湿地生态系统呼吸及其影响因子

2007和2008年在植物生长季内采用静态箱一气相色谱法,研究了小兴安岭典型修氏苔草(Carex schmidtii)沼泽和油桦-修氏苔草(Betula ovalifolia-C. schmidtii)灌丛沼泽生态系统呼吸排放CO_2 通量的季节动态、年际动态及其与环境因子的关系,并估算了排放总量.结果表明:草丛沼泽和灌丛沼泽2007年生长季排放CO_2总量分别为17841.78和20130.56 kg·hm~(-2);2008年分别为16331.78和18294.24 kg·hm~(-2).草丛沼泽和灌丛沼泽排放CO_2通量具有明显的季节变化,最大排放量出现在夏季,其中,2007年CO_2排放平均通量分别为487.89和549.62 mg·m~(-2)·h~(-1);2008年分别为391.53和438.31 mg·m~(-2)·h~(-1),年际间差异不显著,不同类型间排放差异显著.温度是季节和年际变化的关键因子,CO_2排放通量和空气温度、箱内温度、0～20 cm的地温均呈显著或极显著正相关,潜水位是不同类型间排放差异的主要控制因子.     

The relative controls of temperature and soil moisture on the start of carbon flux phenology and net ecosystem production in two alpine meadows on the Qinghai-Tibetan Plateau

在温带和寒冷地区,春季植被物候的变化普遍受温度影响。然而,在寒冷地区的干旱/半干旱生态系统中,温度对物候的影响仍难以捉摸,因为土壤水分状况有调节物候的重要作用。利用生长度日(growing degree day, GDD)和生长季节指数(growing season index, GSI)模型,对最低温度(minimum daily temperature, T_min)与土壤水分(daily soil moisture, SM)进行耦合,探索热量需求和水文气候交互作用对青藏高原(QTP)两个不同降水状况的高寒草甸生态系统碳吸收期开始日期(start of carbon uptake period, SCUP)和净生态系统初级生产力(net ecosystem productivity, NEP)的影响。其中,一种是水分限制的高寒草原草甸生态系统,另一种是温度限制的高寒灌丛草甸生态系统。GDD模型和GSI模型与SCUP明显相关联：在湿润的高寒灌丛草甸生态系统中,SCUP对生长季前GDD和GSI的变化同样敏感;而在半干旱高寒草原草甸生态系统中,与GDD相比,SCUP对生长季前GSI的变化更敏感。这些不同模式表明,限制SCUP的气候因子由温度和水分有效性的平衡来决定。在湿润的高寒草甸生态系统中,在不受干旱胁迫的情况下,较高的SCUP温度敏感性可以最大化热效益,正如观察到的SCUPs与GDD模型模拟具有较高的线性相关系数(R²)和AIC。而在半干旱的草原化草甸中,较高的SCUP水分敏感性可以最大化水分效益,正如观测到的SCUPs与GSI模型模拟具有较高的R²和AIC。此外,虽然在高寒灌丛草甸生态系统中SCUPs由GDD决定,但两个高寒草甸生态系统NEP均受累积GSI控制。本研究重点强调湿润和半干旱高寒草甸生态系统水文气候交互作用对春季碳通量物候和植被生产力的影响;揭示半干旱地区高寒草甸生态系统物候和碳平衡模型中应该包括温度和水分条件。这些结果对改善植被物候模型具有重要意义,从而加深我们对将来植被物候、生产力和气候变化相互作用的理解。     

青藏高原海北高寒湿地和草甸生态系统碳库对比

青藏高原高寒湿地和草甸生态系统碳库对我国陆地生态系统碳循环具有极为重要的作用。本研究以青藏高原海北高寒湿地塔头、塔间以及高寒草甸3种生境为对象,分析了3种生境下植被碳库、土壤碳库(0~30 cm)以及生态系统总碳库的差异。结果表明:湿地塔头和塔间的植被碳库分别为1.54±0.11和1.57±0.20 kg·m~(-2),显著高于草甸植被碳库(0.83±0.05 kg·m~(-2)),尤其是植被地下碳库;湿地塔间的土壤有机碳(SOC)库为21.99±1.18 kg·m~(-2),显著高于湿地塔头和草甸的SOC库,湿地塔头与草甸的SOC库没有显著差异;湿地塔间的总碳库最大,为23.53±1.18 kg·m~(-2),湿地塔头总碳库为19.53±1.43kg·m~(-2),草甸总碳库为18.70±0.81 kg·m~(-2),湿地塔头与草甸的总碳库没有显著差异。因此,建议在未来的高寒湿地碳库估算中将湿地塔头和塔间碳库予以区分,有助于精确估算高寒湿地碳库。     

氮素富集对青藏高原东缘窄叶鲜卑花灌丛根系分泌物碳输入的影响

为探究高寒灌丛生态系统根系分泌物碳(C)输入通量对大气氮(N)沉降的响应规律,该文以青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛为研究对象,采用根系分泌物野外原位收集法,分析了不同施N水平(对照N0=0 g·m~(–2)·a~(–1);低N处理N5=5 g·m~(–2)·a~(–1);高N处理N10=10 g·m~(–2)·a~(–1))对根系分泌物C输入速率与通量季节动态变化规律的影响。结果表明:(1)窄叶鲜卑花灌丛单位根生物量、单位根长、单位根表面积根系分泌物C输入速率均表现出明显的季节性动态变化,具体表现为8月6月10月,并呈现出与5 cm土壤温度相一致的变化趋势。(2)施N降低了窄叶鲜卑花灌丛单位根生物量、单位根长和单位根表面积根系分泌物C输入速率,但仅N10处理与对照(N0处理)间存在显著差异(p0.05)。(3)N5和N10处理下,窄叶鲜卑花灌丛细根生物量与N0处理相比分别降低了23.36%和33.84%。(4)由于施N导致根系分泌物C输入速率与细根生物量二者均显著降低,使得施N对窄叶鲜卑花灌丛根系分泌物C输入通量(g·m~(–2)·a~(–1))有显著的抑制作用,并随着施N浓度的增加抑制作用增大。推测其可能的原因是N素富集在一定程度上缓和了植物根系对养分的微生物驱动需求,从而降低了植物根系分泌物C输入通量,即N素富集条件下植物采取了低N收益-低C投入的生理策略。该研究结果对于进一步认知不同环境变化下高寒灌丛生态系统根系分泌物C输入及其介导的土壤生物C-养分循环过程具有重要的理论意义。     

隆宝滩保护区不同生态系统CH_4和CO_2通量差异及其影响因素

以位于青藏高原中部的隆宝滩自然保护区为对象,在2017—2018年生长季节使用便携式温室气体分析仪对高寒草地、沼泽化草甸和高寒沼泽的CH_4和CO_2通量进行原位观测,结合环境因子确定不同生态系统的CH_4和CO_2通量差异及其影响因素。结果表明,2个生长季节中沼泽化草甸和高寒沼泽排放CH_4,峰值出现在7—9月,高寒草地吸收CH_4,峰值出现在8月,沼泽化草甸和高寒沼泽CH_4通量与高寒草地差异显著(P0.05)。3种生态系统的CO_2通量均为正值,峰值出现在6—8月,高寒草地CO_2通量年均值最大,高寒沼泽最小,二者差异显著(P0.05)。统计显示,高寒草地和高寒沼泽CO_2与CH_4通量之间呈极显著负相关(P0.01),而在沼泽化草甸中二者呈显著正相关(P=0.02)。CH_4、CO_2与环境因子关系的主成分分析结果显示,第1主成分是土壤因子,第2主成分是生物因子,第3主成分是温度因子。逐步回归结果显示,土壤温度是影响月尺度CH_4通量的关键因子,土壤温度和湿度是影响月尺度CO_2通量的关键因子。Pearson相关分析表明,3种生态系统的CO_2通量均与土温呈极显著正相关(P0.01),与土壤水分呈显著负相关(P0.05),CH_4通量则与土壤水分呈极显著正相关(P0.01)。受温度、土壤水分以及土壤有机质和氮等因素影响,高寒草地、沼泽化草甸和高寒沼泽CH_4和CO_2通量存在明显的异质性。因此,在估算青藏高原CH_4和CO_2排放时,需考虑不同生态系统碳排放的差异。     

青海湖北岸草甸草原CO2通量年际动态及其驱动机制

青藏高原草甸草原是生态系统中重要的植被类型,准确评估高寒草甸草原生态系统碳源汇状况及碳储量变化尤为重要。基于涡度相关系统观测,分析了2009年至2016年8年期间青海湖北岸草甸草原环境因子以及碳通量的变化特征,运用结构方程模型(SEM)分析环境因子对总初级生产力(GPP)、净生态系统CO₂交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)的调控机制。结果表明：2009—2016年8年NEE日均值在-2.02—0.88 gC m^-2 d^-1之间,5—9月NEE为负值,表现为碳吸收,雨热同期的6、7、8月是CO₂净吸收最强的时期,平均每月吸收CO₂ 39.85 gC m^-2 month^-1,NEE负值日数约占全年的48%,10月—翌年4月为正值,表现为碳释放,初春3月和秋末11月是CO₂净释放最强的时期;Re日均值为1.69 gC m^-2 d^-1,受季节温度的影响,呈夏季强,冬季弱的态...     

百年尺度地球系统模式模拟的陆地生态系统碳通量对CO2浓度升高和气候变化的响应

利用了加拿大地球系统模式CanE SM2(Canadian Earth System Model of the CCCma)的结果,针对百年尺度大气CO_2浓度升高和气候变化如何影响陆地生态系统碳通量这一问题,分析了1850—1989年间陆地生态系统碳通量趋势对二者响应,以及与关键气候系统变量的关系。结果表明,140年间,当仅仅考虑CO_2浓度升高影响时,陆地生态系统净初级生产力(NPP)增加了117.1 gC m~(-2)a~(-1),土壤呼吸(Rh)增加了98.4 gC m~(-2)a~(-1),净生态系统生产力(NEP)平均增加了18.7 gC m~(-2)a~(-1)。相同情景下,全球陆地生态系统的NPP呈显著增加的线性趋势(约为0.30 PgC/a~2),Rh同样呈显著增加线性趋势(约为0.25 PgC/a~2)。仅仅考虑气候变化单独影响时,NPP平均减少了19.3 gC/m~2,土壤呼吸减少了8.5 gC/m~2,NEP减少了10.8 gC/m~2。在此情景下,整个陆地生态系统的NPP线性变化趋势约为-0.07 PgC/a~2(P0.05),Rh线性变化趋势约为-0.04 PgC/a~2(P0.05)。综合二者的影响,前者是决定陆地生态系统碳通量变化幅度和空间分布的最重要影响因子,其影响明显大于气候变化。值得注意的是,CanE SM2并没有考虑氮素的限制作用,所以CO_2浓度升高对植被的助长作用可能被高估。此外,气候变化的贡献也不容忽视,特别是在亚马逊流域,由于当温度升高、降水和土壤湿度减少,NPP和Rh均呈显著减少趋势。     

鄱阳湖流域植被总初级生产力时空变化特征及其气候驱动因子分析

植被总初级生产力(GPP)在陆地生态系统和全球气候变化研究中占有重要地位。基于MODIS GPP遥感数据产品、土地覆盖数据和气象观测数据,对2000–2013年鄱阳湖流域GPP的时空变化及其与气候因素的关系进行了分析。结果表明,鄱阳湖流域GPP的年总量变化介于88–2 493 g C·m~(–2)·a~(–1)之间,平均值为1 361 g C·m~(–2)·a~(–1);GPP年总量最小值出现在2002年,最大值出现在2004年。GPP年际变化呈现明显的上下波动现象,并呈缓慢增长趋势。近14年植被GPP年均值在空间分布上表现出由湖区中心向四周散射递增的特点,GPP显著增加的区域占全区总面积的40%,主要分布在研究区东北部。相关性分析显示,气温对GPP年际变化的影响程度强于降水。此外,火灾对GPP的年际变化也具有一定的影响。该研究可为了解研究区的植被生长状况和生态环境质量提供参考。     

基于静态箱式法和生物量评估海北金露梅灌丛草甸碳收支

高寒灌丛是青藏高原重要植被类型,因特殊生物学性质致使其系统碳功能较难评估。采用静态箱式法测定高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸的生态系统呼吸,结合生物量收获法估测生态系统净初级碳量。结果表明,高寒金露梅灌丛草甸生态系统呼吸、土壤呼吸和植物呼吸具有明显的季节动态变化,其年总量分别为886.28、444.93 gC/m2和441.36 gC/m2;灌丛区、草本区以及土壤区的呼吸均与5 cm地温具有极显著的指数关系(R2分别为0.95、0.94和0.83),各区温度敏感系数Q10分别为4.40、4.13和3.16;8a(2003—2010)植被净初级生产力平均为468.55 gC/m2。结合系统土壤呼吸,生态系统年均净固碳量为27.19 gC/m2,即高寒金露梅灌丛草甸生态系统为碳汇。对比涡度相关标准方法连续观测数据表明该方法评估生态系统碳功能具有较大可信度。     

基于BIOME-BGC模型的秦岭北坡太白红杉林碳源/汇动态和趋势研究

为了解秦岭北坡太白红杉(Larix chinensis)的碳源/汇动态,运用BIOME-BGC模型模拟了1959-2016年太白红杉生产力、碳储量和碳利用效率(CUE),并利用气候情景设定方法预测碳源/汇功能的未来趋势。结果表明,58年间太白红杉的平均净初级生产力(NPP)、初级生产力(GPP)和净生态系统生产力(NEP)分别为328.59、501.56和31.42 g C m–2a–1,平均碳储量为35.38 kg C m–2a–1,平均CUE为0.65;除1960-1961、1969-1970、1997-1999年为"碳源"年外,绝大多数年份为"碳汇"年,年内呈现"碳源-碳汇-碳源"的变化特征,碳储量总体增加,潜在固碳能力较为稳定。GPP、NPP、碳储量的正向作用排序为气温上升CO_2浓度增加,NEP的正向作用排序反之,降水增加对生产力和碳储量增加起反作用,气温升高对CUE起反作用;气温和CO_2浓度是北坡太白红杉生长的限制因子,气温的限制性强于CO_2浓度,未来气温或CO_2浓度升高有利于碳汇功能发挥,降水增加减弱碳汇效果。RCP4.5、RCP8.5情景下太白红杉生产力和碳储量在21世纪呈上升趋势,RCP8.5上升幅度略大于RCP4.5,潜在固碳能力仍较强;1-3月和10-12月为"碳源"月,5-9月为"碳汇"月。这揭示了气候变化背景下气温、降水和CO_2浓度对太白红杉碳源/汇的影响方式,气温和CO_2浓度上升是碳汇的促进因素,降水增加为阻碍因素。     

不同降水梯度下草地生态系统地表能量交换

通过对不同降水梯度下的蒙古中部针茅草原(KBU)、内蒙古羊草草原(NM)、海北高寒灌丛草甸(HB)和当雄高寒草甸草原(DX)4个草地生态系统的能量通量连续4-5 a的测定,分析了影响青藏高原和蒙古高原草地生态系统生长季中地表能量交换的主要因素。研究表明:相对于KBU、NM和DX,HB高寒灌丛草甸NDVI(0.58)和土壤含水量(28.3%)最大,因而地表短波反射率(αk)最低(0.12),从而获得了最大的净辐射(Rn)。KBU、NM和DX 3个草地生态系统生长季中αk随着植被的生长而降低,在生长季末期,随着植被的凋落而增加;HB的αk季节变化趋势与其它生态系统相反。从蒙古高原(KBU和NM)到青藏高原(HB和DX),随着降水量的增加,波文比(β)逐渐减小(2.25-0.53),即生态系统与大气的能量交换从显热(H)占主导转变为潜热(LE)占主导。植被状况对草地生态系统与大气之间能量交换的季节动态有重要的调控作用,在NDVI较低的时候,4个生态系统H/Rn都大于LE/Rn,LE/Rn随着NDVI的增加而增加,而H/Rn呈现出与LE/Rn相反的季节变化趋势。     

氮添加对北京东灵山地区灌丛土壤呼吸的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳收支的重要组成部分。与森林相比,自然或半自然的灌丛主要分布在养分贫瘠的地区,通常认为它们对环境变化较为敏感。外源氮输入可能会显著影响灌丛的土壤呼吸。迄今为止,人们对大气氮沉降对灌丛土壤呼吸的影响知之甚少。该文通过氮添加试验,研究了北京东灵山荆条(Vitex negundo var.heterophylla)和绣线菊(Spiraea salicifolia)灌丛土壤呼吸及其对不同氮添加水平(对照(0)、低氮(20 kg N·hm~(–2)·a~(–1))、中氮(50 kg N·hm~(–2)·a~(–1))和高氮(100 kg N·hm~(–2)·a~(–1)))的响应。结果表明:自然条件下,荆条和绣线菊灌丛的土壤总呼吸年通量为5.91和4.23 t C·hm~(–2)·a~(–1),异养呼吸通量为5.76和3.53 t C·hm~(–2)·a~(–1),荆条和绣线菊灌丛的总呼吸和异养呼吸均与土壤温度呈显著的指数关系。荆条和绣线菊灌丛土壤总呼吸温度敏感性系数(Q_(10))的变化范围分别为1.44–1.58和1.43–1.98,异养呼吸Q10的变化范围分别为1.38–2.11和1.49–1.88。短期氮添加抑制了荆条灌丛的自养呼吸,而对土壤总呼吸和异养呼吸影响不明显;氮添加促进了绣线菊灌丛的异养呼吸,而对土壤总呼吸和自养呼吸均无显著影响;氮添加对两种灌丛土壤呼吸年通量及土壤总呼吸Q10均无显著影响。     

青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征

利用2003年和2004年涡度相关系统通量观测资料,对青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征及其主要影响因子进行了分析。(1)从净生态系统CO2交换(NEE)日变化特征看,除13:00~19:00时有较小的CO2净释放以外,其余时段NEE均很小;(2)高寒灌丛非生长季月份间NEE差异明显,4月和10月是CO2净释放量较大,1月和12月CO2净释放量较小;(3)相对温带草原(高杆草大草原)草地类型,低温抑制下的青藏高原高寒灌丛生态系统非生长季节日平均CO2释放率较低;(4)高寒灌丛非生长季NEE日变化模式与5 cm土壤温度变化呈显著正相关,土壤温度是影响非生长季节青藏高原高寒灌丛NEE变化的主导气候因子,同时NEE变化还受降水的影响。     

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.     

川西贡嘎山峨眉冷杉成熟林生态系统CO2通量特征

成熟森林的碳收支对陆地生态系统碳循环研究具有重要意义。目前,我国关于西南亚高山暗针叶林成熟林碳通量的研究还相对较少,尚不明确对碳循环的作用。以涡度相关技术为基础,对川西贡嘎山东坡峨眉冷杉成熟林生态系统尺度的CO_2通量进行长期定位观测。利用2015年6月至2016年5月观测数据,分析了峨眉冷杉成熟林净生态系统CO_2交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总生态系统生产力(GPP)的季节变异特征及其源汇状况,并结合环境因子,分析CO_2通量的主要控制因子。结果表明:(1)峨眉冷杉成熟林NEE具有明显的日变化特征,呈现"U"形变化,白天为负值,夜间为正值,中午前后CO_2通量达到最大;各月间日平均NEE变化差异显著,NEE峰值最大出现在2015年6月(-0.64 mg CO_2m~(-2)s~(-1)),峰值最小出现在2016年1月(-0.08 mg CO_2m~(-2)s~(-1));日平均NEE由正值变为负值的时间夏季最早,冬季最晚,NEE由负值变为正值的时间冬季最早,夏季最晚。(2)峨眉冷杉成熟林NEE、Re和GPP具有明显的月变化。2015年6月和12月NEE分别达到最大值(-46.02 g C m~(-2)月~(-1))和最小值(-1.42 g C m~(-2)月~(-1));Re呈现单峰变化,最大和最小值分别出现在2015年6月(84.78 g C m~(-2)月~(-1))和2016年1月(12.82 g C m~(-2)月~(-1));GPP最大值和最小值分别出现在2015年6月(130.81 g C m~(-2)月~(-1))与2016年1月(16.15 g C m~(-2)月~(-1))。(3)空气温度(T_a)、5 cm土壤温度(T_(s5))和光合有效辐射(PAR)是影响峨眉冷杉成熟林CO_2通量的主要环境因子。T_a与CO_2通量呈指数相关(R~2=0.5283,P0.01);白天CO_2通量与PAR显著相关(R~2=0.4373,P0.01);夜晚CO_2通量与T_(s5)显著相关(R~2=0.4717,P0.01)。(4)全年NEE、Re和GPP分别为-241.87、564.81 g C m~(-2)和806.68 g C m~(-2),表明川西贡嘎山峨眉冷杉成熟林具有较强的碳汇功能。     

新疆古尔班通古特沙漠土壤N_2O、CH_4和CO_2通量及其对氮沉降增加的响应

沙漠土壤在全球土壤主要温室气体通量中扮演着重要角色,但是在环境变化条件下的通量估算结果存在很大的不确定性。在新疆古尔班通古特沙漠设定N0、N0.5、N1、N3、N6和N24 6个样方,以0、0.5、1.0、3.0、6.0和24.0 g·m~(–2)·a~(–1) 6个不同模拟氮(N)沉降浓度进行N处理,两年后开始对施N样方进行为期两个生长季的N_2O、CH_4和CO_2通量测定。研究表明生长季对照样方(N0)的N_2O、CH_4和CO_2的平均通量分别为4.8μg·m~(–2)·h~(–1)、–30.5μg·m~(–2)·h~(–1)和46.7 mg·m~(–2)·h~(–1),季节变化显著影响3种气体的通量。N0、N0.5和N1在春季和夏季具有相似的N_2O排放速率,排放速率高于秋季,而N6和N24的N_2O排放主要受N输入时间影响;CH_4的吸收在春季和夏季相对较高,秋季较低;CO_2的排放量在第一年春季和夏季之间变化较小,但高于秋季排放量,第二年CO_2动态与N浓度相关。N增加通常能显著促进N_2O的排放,但受测定季节和年度的影响,且各处理的N_2O排放因子大小无明显规律;CH_4的吸收受N增加影响不显著;CO_2的排放在第一年不受N增加的影响,第二年高浓度N增加对春季和夏季CO_2排放具有限制作用,对秋季影响不显著。结构方程模型的研究表明,对N_2O、CH_4和CO_2的动态变化影响较大的因子分别是施N浓度、土壤温度或土壤含水量和植株密度。整个生长季由N带来的净通量和增温潜力非常小。     

青藏高原高寒草甸生长期CO2排放对气温升高的响应

采用高度分别为0.4 m(OTC-1)和0.8 m(OTC-2)的开顶式增温小室(open top champers,OTCs),对青藏高原高寒草甸生态系统进行模拟增温处理,研究了高寒草甸生态系统的CO2排放强度及过程对气温升高的响应.结果表明:在平均气温分别提高1.25℃(OTC-1)和3.68℃(OTC-2)的条件下,对照及2种不同幅度增温处理高寒草甸生态系统CO2排放通量表现出明显的季节变化特征,并同时在植被生长旺盛期(7-8月)达到峰值,分别为2.31、2.35和6.38μmol·m-2·s-1;CO2排放通量在不同季节都表现出随增温幅度的升高而逐渐增大的趋势,表明随着气温升高,CO2排放通量逐渐增大;不同处理CO2排放通量与气温、5 cm土壤温度和5 cm土壤含水量之间表现出显著的相关关系,CO2排放通量与气温及5 cm土壤温度之间均符合指数关系,而与5 cm土壤含水量之间则符合二次多项式关系.