亚热带红壤丘陵人工混交林区CO2源汇及变化

利用2003年1～6月份23m高度上的涡动相关观测数据,分析了典型亚热带红壤丘陵人工混交林区CO2通量的变化特征。结果表明森林碳汇午前略高于午后,碳源是后半夜大于前半夜,但平均碳汇大小是碳源的6倍,该生态系统是大气重要的碳汇。研究CO2通量的季节变化时发现呼吸对升温有更大的正相关。日NEE密度受光合作用有效辐射(PAR)、风速的影响很大。研究时段的月NEE密度在-0.0696～-0.1493mg/(m2·s)。最后,利用方差分析和多元线性回归方法建立了预报日NEE的线性模型。     

宁南半干旱地区农田和草地生态系统能量通量的季节变化

根据2002~2003年宁南山区不同下垫面小气候考察资料,用能量平衡法计算了不同下垫面不同季节的感热、潜热通量。分析结果表明:(1)宁南半干旱地区夏季农田和草地的净辐射峰值可达到700W/m2以上,土壤热通量的值比净辐射小1个量级。同类下垫面净辐射通量日积分值夏季>春季>秋季>冬季。(2)宁南半干旱山区感热输送强度以典型草地的最大,其次是禁牧草地,稀树草地的最小。春季各类下垫面地表热量平衡以感热输送为主。在春、夏、秋季的晴天,感热通量日积分值为正,冬季为负。(3)农田在夏、秋季、冬季水汽输送大于各类草地的,其次是稀树草地的,典型草地向上的水汽输送量是最小的。夏季白天农田β在0.2~0.7,稀树草地β为0.2~1.0,能量输送以潜热为主。禁牧草地β为0.2~9.2,典型草地为1.5~13.1,能量输送以感热为主。(4)宁南半干旱地区宜退耕,发展典型草原,在水分充足的山地背阴坡少量发展稀树草地。     

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。     

稻田生态系统中植硅体的产生与积累——以嘉兴稻田为例

本研究在嘉兴杭嘉湖平原实验基地,以嘉花11、浙粳37、宁81、祥湖301、秀水09五个品种水稻及其0~10cm表层土壤为研究对象,运用微波消解和Walkley-Black的方法,研究了稻田生态系统中植硅体的产生和积累通量,为了解植硅体在稻田生态系统硅和碳生物地球化学循环中的作用提供科学参考。结果表明：（1）植硅体含量在不同品种水稻中嘉花11、宁81和祥湖301高于浙粳37和秀水09,在各器官中鞘>叶>茎>根>穗;（2）水稻植株植硅体产生通量为1269.59 kg hm-2 yr-1,其中地上部分为1203.44 kg-hm-2-yr-1,地下部分为66.15 kg-hm-2-yr-1,在种植50年的稻田0~10cm土壤中的积累通量为40.38 kg hm-2 yr-1;（3）选择嘉花11等高植硅体含量品种进行推广种植,对提高水稻植硅体产生通量及其包裹大气中CO2通量有很大的作用。     

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.     

基于数据同化的哈佛森林地区水、碳通量模拟

模型模拟和站点观测是陆地生态系统水、碳循环研究最主要的两种手段,但各有优势和不足,若二者相互结合,则能更准确地反映生态系统水、碳通量的动态变化.数据同化为模型与观测结合提供了一条有效的途径.本文采用哈佛森林环境监测站相关数据,利用集合卡曼滤波同化算法,将实测叶面积指数(LAI)和遥感LAI同化进入Biome BGC模型中,对该地区水、碳通量进行模拟.结果表明：与未同化模拟相比,将1998、1999和2006年实测LAI数据同化后,模型模拟碳通量(NEE)与通量观测NEE的决定系数(R²)平均提升8.4%;蒸散发(ET)的R²平均提升10.6%;NEE的绝对误差和(SAE)和均方根误差(RMSE)平均下降17.7%和21.2%,ET的SAE和RMSE平均下降26.8%和28.3%.将2000-2004年MODIS LAI 产品与模型同化后,NEE、ET模拟值与观测值间的R²分别提升7.8%和4.7%;NEE的SAE和 RMSE分别下降21.9%和26.3%,ET的SAE和 RMSE分别下降24.5%和25.5%.无论实测LAI还是遥感观测LAI,同化进入模型都能不同程度地提高水碳通量的模拟精度.     

基于通量塔观测资料的北美温带植被物候阈值提取方法

通量塔方法可以有效监测植被的季节和物候变化过程.目前,不同物候提取方法间的检验和定量化评估工作还有待加深.本文选取9个北美森林通量塔站的总初级生产力（GPP）和净生态系统生产力（NEP）数据,利用阈值法提取了生长季开始日期（SOS）和结束日期（EOS）,关联生态系统的碳源汇功能,分析了不同阈值标准对物候提取结果的影响.结果显示： 不同阈值标准对落叶阔叶林(DBF)物候提取结果稳定性的影响较常绿针叶林(ENF)小;GPP绝对阈值和相对阈值提取结果间,DBF站点阈值为GPP=2 g C·m^-2·d^-1的物候提取结果与20%最大GPP值(GPP_max)最接近,阈值为GPP=4 g C·m^-2·d^-1物候提取结果介于20% GPP_max和50% GPP_max之间,生态系统碳汇功能开始日期介于GPP=4 g C·m^-2·d^-1和20% GPP_max提取的SOS之间;ENF站点与阈值为GPP=2 g C·m^-2·d^-1和GPP=4 g C·m^-2·d^-1物候提取结果最接近的分别是20% GPP_max和50% GPP_max,生态系统碳汇功能开始日期介于GPP=2 g C·m^-2·d^-1和10% GPP_max提取的SOS之间.     

基于不同浓度变量的温带落叶阔叶林CO2储存通量的误差分析

利用帽儿山温带落叶阔叶林通量塔8层CO2/H2O浓度廓线的测定数据,比较分析了基于不同浓度变量[密度(ρc)、摩尔分数(cc)和混合比(χc)]计算CO2储存通量(Fs)的误差.结果表明:通量观测的控制体积内部干空气储存量不为常数,其波动可引起CO2分子进出控制体积,即干空气储存通量调整项(Fsd)的变化.在夜间以及昼夜转换期,Fsd相对于涡动通量而言较大,忽略Fsd将为森林与大气之间净CO2交换量的计算带来误差.大气水热过程对Fs计算引起的误差包括3方面:空气温度变化引起的误差最大,比大气压强(P)的影响高1个数量级;水蒸气的影响在温暖湿润的夏季大于P的影响,但在寒冷干燥的冬季则相反;P的效应在全年均较低.基于ρc、cc和χc计算Fs分别平均高估CO2有效储存通量(Fs_E)8.5%、0.6%和0.1%.在通量计算过程中,建议选择对大气水热过程守恒的χc计算Fs.     

土壤有机碳和外源添加碳对水稻土土体呼吸的影响

土体呼吸输出碳来源于土壤固有有机碳和外源添加碳,而以往关于不同施肥措施对水稻土碳排放的研究少有区分碳的来源。本试验利用一个长达30年的水稻土定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下变更部分施肥处理,得到继续施用高量有机肥(HOM)、施用常量有机肥30年后改施高量有机肥(N-H)、继续施用常量有机肥(NOM)、施用化肥30年后改施常量有机肥(C-N)、施用高量有机肥30年后改施化肥(H-C)、施用常量有机肥30年后改施化肥(N-C)、继续施用化肥(CF)等7种施肥处理。通过观测早稻生长期间原有施肥和改施肥处理土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥对水稻土FCO2的影响,以期探讨土壤原始有机碳和外源添加碳对土壤FCO2的影响。结果表明:7种不同施肥处理土体CO2平均排放通量(F珔CO2)分别为85.34、69.10、51.27、49.15、14.89、12.92和11.59 mg C.m-2.h-1;对施用无机肥料和常量有机肥料的土体而言,土壤本身有机碳含量对F珔CO2无显著影响,但对施用高量有机肥的土体而言,土壤本身的高有机碳含量会增强F珔CO2;CO2排放通量(Y)与添加外源碳量(x)之间符合指数方程:Y=13.33e1.719 x(R2=0.967,n=21),施入的外源有机碳对土体FCO2产生极显著影响;当季外源添加碳以CO2-C矿化分解释放的碳占其总碳量的14%左右,且该分解率受土壤有机碳含量和有机物料添加量的影响较小。     

典型森林和草地生态系统呼吸各组分间的相互关系

生态系统呼吸是陆地生态系统碳收支的重要组成部分,分析其组分间的相互关系对理解生态系统呼吸过程和精确评价生态系统碳收支具有重要意义,也是当前碳循环研究工作的一大难点。本研究利用ChinaFLUX的长白山温带针阔混交林（CBS）,鼎湖山亚热带常绿阔叶林（DHS）和海北灌丛草甸（HBGC）三个典型生态系统的通量观测数据,采用经验统计方法,分析了其在中国典型生态系统中的适用性及敏感性,揭示了生态系统呼吸各组分的动态变化特征及相互关系。结果表明：采用本研究中的呼吸组分拆分方法所获结果与理论推测及实测数据大致相同,拆分结果对净初级生产力与总初级生产力的比值（NPP/GPP）较为敏感,NPP/GPP变化0.1时,自养呼吸在生态系统呼吸中的比例（Ra/RE）改变0.05。各生态系统中,生态系统呼吸及其组分在年内均表现出明显的单峰型变化特征,在夏季生长旺盛的时节达到最大值。异养呼吸与生态系统呼吸的比值（Rh/RE）也具有明显的季节变化,但在生态系统间表现出明显差异,CBS和HBGC分别表现出先增大后减小和先减小后增大的变化趋势,DHS则相对稳定,在0.5附近波动, Ra/RE的季节动态与Rh/RE相反。在年总量上,HBGC主要通过异养呼吸向大气排放CO2,异养呼吸占生态系统呼吸的60%,而CBS和DHS的自养呼吸和异养呼吸所占比重大致相似,异养呼吸占生态系统呼吸的49%。这说明,该统计学模型可以用来进行生态系统呼吸组分的拆分,进而可以为生态系统碳循环过程的精细研究提供参考数据,但今后应加强NPP/GPP的测定,以提高生态系统呼吸拆分的精度。