盘锦芦苇湿地空气动力学参数动态及其影响因子

应用盘锦芦苇生态系统观测场的涡动相关通量和小气候梯度系统的观测资料,采用涡动相关与小气候梯度观测相结合的方法估算了研究区芦苇下垫面空气动力学参数,并分析了其影响因素.结果表明：该方法可较好地估算芦苇湿地的空气动力学参数;芦苇湿地零平面位移（d）和粗糙度（z₀）的季节变化均呈先增后减的单峰曲线变化. z₀和d均在9月达到最大,分别为0.24和1.85 m; 12月达最小,分别为0.03和0.02 m.芦苇湿地z₀和d的季节变化主要受株高(h)和叶面积指数(LAI)的影响. d随h的增加而线性增加,z₀与h呈二次曲线关系.d/h和z₀/h均与LAI呈幂函数关系,复相关系数分别为0.99和0.78.     

玉米农田空气动力学参数动态及其与影响因子的关系

对锦州玉米农田生态系统生长季内的粗糙度(z0)和零平面位移(d)动态特征及其与风速、株高(h)和叶面积指数(LAI)的关系分析表明:零平面位移(d)在玉米拔节后10d左右,株高约1.40m时开始出现,在抽雄前为0.80-1.00m,抽雄后为1.00-1.40m;z0在抽雄前小于0.20m,乳熟前后达到最大,约为0.40m.d/h和z0/分别为0.40-0.54和0.10-0.14,在h达到最大值前,分别随LAI增大而减小和增大.d出现前,z0与风速呈负指数关系,与LAI和h都呈线性关系.d出现后,风速与z0、d之和的关系比与各自的关系更显著;d与LAI、h都呈显著指数正相关关系,LAI、h对z0的影响大于d和z0 +d,且h的作用大于LAI.d出现至h达到最大期间,上述各种关系最为显著.研究结果可为建立空气动力学参数的动态参数化方案及改进陆面过程模型提供依据.     

森林蒸散模型参数的确定

以长白山阔叶红松林为研究对象,利用长白山阔叶红松林气象观测塔安装的常规气象梯度观测系统、开路涡动相关系统的观测数据,依据空气动力学基本理论与能量平衡方程建立了森林蒸散机理模型,确定了模型参数,即风速廓线稳定度订正函数ψm、温度廓线稳定度订正函数ψh和零平面位移高度d。其中,研究地的零平面位移高度d为17．8m,是平均冠层高度(26m)的0．68。同时,给出了ψm和ψh随梯度理查逊数Ri变化的数学表达式。     

盐生荒漠净生态系统碳交换的涡度相关法和箱式法对比

将叶面积指数的季节动态,与箱式法同步观测得到的同化枝净光合（呼吸）速率和土壤呼吸速率相结合,对群落碳交换进行估算,并以此验证盐生荒漠涡度相关数据的可靠性。结果表明:盐生荒漠生态系统年叶片生物量为51.30±5.56 g·m^-2,其中90.45%以上来源于多枝柽柳的贡献;而整个生长季,群落叶面积指数（LAI）呈单峰形式变化,从5月30日—9月30日,LAI介于0.18⁰.30,并在第197天达到最大值。涡度相关法和箱式法对群落碳交换的测定结果表明,群落碳交换存在显著的季节变化,并于7月中旬达到碳同化峰值,与LAI有显著的相关性（P<0.001）。对比发现,两种测量方法对群落碳交换日过程的测定结果有很好的一致性,但对夜间生态系统呼吸的测定,涡度相关法较箱式法存在略微的低估,引起这种低估的原因可能是夜间湍流较弱。     

基于变分方法的内蒙古典型草原水热通量估算

利用内蒙古典型草原生长季(2004年8月13～18日、2005年5月21～26日)和非生长季(2004年12月10～15日)共18 d的涡动相关系统观测资料(10 Hz输出1次)和小气候梯度系统在线输出资料(0.5 h输出1次),分析了变分方法对草原陆气通量估算的准确性.结果表明,变分法估算的感热与潜热通量与涡动相关法观测结果的变化趋势较为一致,且能量闭合程度更高.变分法计算的感热通量在白天明显地较涡动相关法得到的通量值高,12:00前后两者通量都达到峰值,两者之差也达到峰值,而夜间则较为接近;变分法计算的潜热通量曲线的相位略微落后于涡动相关法的通量曲线,且夜间的涡动相关法测得的潜热通量负值极少,负值通量的绝对值也很小.这表明夜间大气稳定导致涡动相关法存在一定程度的通量低估现象.变分法与波文比能量平衡法对陆气通量的估算比较表明,变分法可避免能量平衡法计算不稳定导致的虚假峰值现象,计算结果较为稳定.     

崇明东滩湿地高等植被演替特征

研究了崇明东滩湿地植被演替过程中生态特征以及重要值、地上部分生物量、植被地上部分氮含量以及氮容量的季节性变化.结果表明：随着高程的升高,演替早期的代表物种海三棱藨草（Scirpus mariqueter）的重要值逐渐减小,互花米草（Spartina alterniflora）和芦苇（Phragmites australis）的重要值增大.演替过程中植物的生物多样性逐渐增加.3种植物地上部分生物量在生长季节内（3—10月）均呈单峰变化,一般在夏季（7、8月）生物量最大.3种植物地上部分氮含量在生长季节内均呈降低趋势,氮容量在生长季节内呈单峰变化.估算每年崇明东滩保护区内芦苇地上部分蓄积的氮为383.4 t,互花米草为39.3 t,海三棱藨草为50.5 t.     

盘锦湿地芦苇(Phragmites communis)群落蒸发散主导影响因子

利用2005年全年盘锦芦苇湿地梯度观测和涡动相关系统的监测数据,对芦苇群落的蒸发散变化规律及其主导影响因子分析表明,不同月份芦苇群落蒸发散日变化呈现出相同的变化趋势,即早晚低、中午高的单峰型曲线;芦苇群落蒸发散主要受当地气象因素、植被生长状况和生理生态特征的影响.相关分析表明,芦苇湿地蒸发散与净辐射、气温、地表温度、相对湿度、风速、土壤含水量等环境因素的变化都有很好的响应.回归分析表明影响生长季主要因素有:净辐射、土壤含水量、相对湿度、气温和地表温度;影响非生长季主要有:净辐射、地表温度和风速.同时,植被生长状况和生理生态特征对蒸发散也有显著影响,其中叶面积指数与气孔导度是芦苇群落蒸发散的主导影响因子.     

长白山阔叶红松林的零平面位移和粗糙度

根据长白山阔叶红松林气象观测塔上 16个月的风速、温度、湿度及气压的连续观测资料 ,根据中性层结条件下风速随高度的对数变化规律 ,利用廓线法中的牛顿迭代法计算了该森林的零平面位移d和粗糙度z0 ,结果表明 ,d和z0 均存在着较明显的季节变化 ,在生长季d较大 ,z0 较小 ,而非生长季恰好相反 ,标准化的零平面位移d/h和粗糙度z0 /h在生长季和非生长季平均分别为 0 86 7,0 76 4和 4 4 7× 10 -2 ,3 5 9× 10 -2 。与叶面积指数对比分析发现 ,d/h和z0 /h与叶面积指数分别存在正相关和负相关的关系。敏感性分析表明 ,牛顿迭代法求d和z0对风速的精度要求较高 ,需要精度高的仪器和长期的数据积累。     

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.     

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.     

扎龙芦苇湿地生长季的甲烷排放通量

为研究高寒地区天然淡水芦苇湿地的甲烷排放特征,采用静态箱-气相色谱法,测定了扎龙不同水位芦苇湿地生长季的甲烷排放通量.结果表明:观测期内,扎龙芦苇湿地甲烷排放通量平均为7.67 mg·m^-2·h^-1（-21.18～46.15 mg·m^-2·h^-1）,其中深水区(平均水深100 cm)和浅水区(平均水深25 cm)的平均甲烷排放通量分别为5.81和9.52 mg·m^-2·h^-1,排放峰值分别出现在8月和7月,最低值均出现在10月.深水区夏季(6-7月)的甲烷排放通量显著低于浅水区,而春(5月)、秋(8-10月)季节显著高于浅水区.生长季甲烷排放通量的变化为夏季>秋季>春季;昼夜排放量为12:00和14:00最高,0:00最低.温度和水位是高寒地区淡水芦苇湿地甲烷排放通量变化的主要影响因子.     

森林蒸散模型参数的确定

以长白山阔叶红松林为研究对象,利用长白山阔叶红松林气象观测塔安装的常规气象梯度观测系统、开路涡动相关系统的观测数据,依据空气动力学基本理论与能量平衡方程建立了森林蒸散机理模型,确定了模型参数,即风速廓线稳定度订正函数φ_m、温度廓线稳定度订正函数φ_h和零平面位移高度d.其中,研究地的零平面位移高度d为17.8m,是平均冠层高度(26m)的0.68.同时,给出了φ_m和φ_h随梯度理查逊数R_i变化的数学表达式.     

黄河三角洲自然保护区典型植物群落物种组成及多样性梯度变化

以黄河三角洲自然保护区典型湿地群落为研究对象,探讨其物种组成及物种多样性的梯度变化规律。结果表明,从芦苇－香蒲群落到翅碱蓬群落梯度上：（1）群落物种丰富度呈波动性变化,旱柳－芦苇－白茅群落的物种丰富度最高,其次是芦苇－柽柳－翅碱蓬群落、芦苇－香蒲群落、柽柳－翅碱蓬群落,翅碱蓬群落的物种丰富最低;（2）群落的α多样性的变化格局与丰富度的变化格局不太一致,其中Shannon-Winner多样性指数与Pelou均匀度指数表现为波动性的下降趋势,而Simpson优势度指数则表现为波动性的上升趋势;（3）群落的β多样性变化格局也不完全相同,其中相异性系数呈波动性降低趋势,Copy指数则表现为先升高再降低的变化趋势。黄河三角洲典型湿地植物群落组成和物种多样性的梯度变化主要与生境变化有关。     

澳门路氹湿地芦苇氮磷含量的季节变化

为探讨芦苇（Phragmites communis）的生长规律及其在湿地生态系统中的作用,对澳门路毡湿地芦苇氮磷含量变化进行了6次调查。结果表明：芦苇地上部分和地下茎的氮、磷含量都在秋冬达到最大值,在春夏达到最低值,其中叶氮、磷含量最高值分别为37．5和4．0g·kg^-1,最低值为28．0和3．5g·kg^-1;茎中部氮、磷含量最高值分别为14．1和2．0g·kg^1,最低值为11．5和1．6g·kg^1;地下茎氮、磷含量最高值分别为10．2和0．9g·kg^1,最低值为6．6和0．8g·kg^-1。各季节芦苇不同部位的氮、磷含量大小顺序均为叶〉地上茎〉地下茎。氮、磷没有在芦苇体不同器官或部位之间发生转移。     

三江平原典型下垫面FAO Penman-Monteith模型适用性分析

提高蒸散量估算精度对于研究地表能量和水分平衡具有重要意义.基于涡度相关系统测量值和小气候观测资料,比较分析了FAO Penman-Monteith模型对三江平原典型下垫面沼泽湿地、水稻和大豆田蒸散量的模拟效果,以探讨模型在该区的适用性.结果表明:作物系数采用FAO推荐值时,FAO Penman-Monteith模型对沼泽湿地蒸散量的模拟值明显高于测量值,平均高估81.8%,模拟效率(ME)为负值,说明该模型不适用于沼泽湿地;该模型能够模拟水稻和大豆田蒸散量季节变化,且对稻田的模拟效果明显优于大豆田.沼泽湿地、水稻和大豆田3种类型下垫面的作物系数(Kc)值与叶面积指数(LAI)均呈极显著正相关关系,大豆田的Kc值还与饱和水汽压差(VPD)呈极显著负相关关系.依据线性回归方程校正Kc值后,FAO Penman-Monteith模型对沼泽湿地、水稻和大豆田估算精度均显著提高,平均偏差(MBE)为-0.1~0.3 mm·d-1,均方根误差(RMSE)为0.50~0.67 mm·d-1,ME为0.69~0.85,对水稻田蒸散量的模拟效果最好.无论是否校正作物系数,FAO Penman-Monteith模型都适用于模拟三江平原稻田蒸散量,如果用于模拟沼泽湿地和大豆田蒸散量,则必须要校正作物系数.     

黄河三角洲芦苇种群特征对水深环境梯度的响应

通过野外调查芦苇种群特征及获取的监测数据,应用多元统计法、函数极值法以及β多样性指数测度法,对黄河三角洲芦苇种群在不同环境梯度（以水深为主）条件下的生物生态学特征及β多样性进行了分析.（1）通过离差平方和聚类分析方法,将研究区的10个调查样地划分为6个类型.随水深环境梯度变化,各样地群落优势植物也发生相应变化.（2）芦苇的平均高度和平均茎粗与平均水深呈显著相关.芦苇平均密度和平均盖度值与平均水深拟合曲线的变化呈非线性变化趋势.在平均水深为0.3m时,芦苇平均密度和平均盖度出现明显的峰,随水深变化向峰两侧递减,而芦苇平均株高和平均茎粗随水深增加呈递葺增趋势.（3）通过β多样性分析,黄河三角洲存在明显的环境梯度变化,随着水深的变化,物种间存在明显的替代关系.通过离差平方和聚类分析后得出的各相邻样地（水深段）间的Sorensen指数值均大于不相邻样地（水深段）间的值.水生环境植物群落间的相似性程度较大,而旱生环境植物群落间相似性程度较小.     

城市沿江土地覆被变化对土壤有机碳和轻组有机碳的影响

采用Vario EL III型元素分析仪,2007年7月分析了福州城市沿江3种土地覆被类型（芦苇湿地以及草坪和片林）土壤有机碳（SOC）与轻组有机碳（LFOC）的垂直分布特征.结果表明：3种土地覆被类型SOC和LFOC含量均表现为在土壤表层富集并向下层递减的趋势,且人工绿地在土壤剖面（0～60 cm）不同层次的SOC和LFOC含量均显著高于沿江芦苇湿地,其中,草坪0～20 cm土层的SOC含量显著高于片林;沿江芦苇湿地转为草坪和片林后,其SOC储量分别增加了94.8%和72.0%,LFOC储量分别增加了225%和93%;城市沿江湿地转变为城市人工绿地后,因植物物种、密度以及周期性人工管理等变化,使土壤质量得以改善、SOC和LFOC储量增加,其中LFOC对土地覆被变化的响应较SOC敏感,以表层(0～20 cm)土壤LFOC受到土地利用/覆地变化的影响最大.     

辽河口滨海湿地CH4排放特征及其影响因素

采用静态箱-气相色谱法,于2016年6—11月连续观测辽河口芦苇湿地、翅碱蓬湿地和裸滩湿地的CH_4排放速率,同时测定温度、氧化还原电位(Eh)、pH值和电导率(EC)等相关环境因子的动态变化。结果表明,3种类型湿地的CH_4排放具有明显的季节变化特征,均呈先上升后下降趋势。芦苇湿地、翅碱蓬湿地(涨潮前)和裸滩湿地(涨潮前)CH_4排放通量变化范围分别为0.447—10.40、0.045—0.509 mg m~(-2) h~(-1)和0.016—0.593 mg m~(-2) h~(-1),观测期内排放通量均值相应为(3.699±3.679)、(0.165±0.156) mg m~(-2) h~(-1)和(0.198±0.191) mg m~(-2) h~(-1),不同类型湿地之间差异显著(P0.01),芦苇湿地裸滩湿地(涨潮前)翅碱蓬湿地(涨潮前)。涨潮过程中,翅碱蓬湿地和裸滩湿地的排放速率分别变化在0.009—0.353 mg m~(-2) h~(-1)和0.018—0.335 mg m~(-2) h~(-1),观测期间其排放速率均值分别为(0.119±0.132) mg m~(-2) h~(-1)和(0.131±0.103) mg m~(-2) h~(-1),明显低于涨潮前(P0.01)。不同湿地类型间CH_4排放通量与电导率(EC)呈显著负相关(P0.01)。研究结果表明,潮汐和电导率均为影响辽河口不同类型湿地中CH_4排放的关键因子。     

华北平原冬小麦农田蒸散量

以华北平原冬小麦农田为研究对象,采用涡度相关技术和热红外遥感技术,研究了不同环境条件下土壤含水量与农田蒸散量及作物冠层温度的关系.结果表明,冬小麦在农田郁闭(LAI≥3)、晴天和土壤相对含水量低于田间持水量65%的情况下,蒸发比值日变化正午前后出现相对较低且平稳的变化趋势.在晴天情况下,农田潜热通量与作物冠层温度日变化和季节变化均呈极显著的非线性相关关系,而冠气温差、农田相对蒸散量则与0～100 cm土层的土壤相对含水量密切相关.以13:30～14:00的平均冠层温度值T_c、日最高气温T_{a max}和日净辐射总量Rn_d为统计数据,确立了冬小麦农田日蒸散量ET_d （mm）估算简化模式参数.     

基于改进的双作物系数法估算辽河三角洲芦苇湿地蒸散量

以辽河三角洲湿地芦苇群落为研究对象,利用涡动相关通量、小气候梯度要素、群落内水面蒸发量以及芦苇群落生长参数等数据,基于FAO-56模型的双作物系数法,分别计算作物系数K_c、基础作物系数K_(cb)和水面蒸发系数K_w,分析其日变化动态及主导影响因子,建立基于生物因子和环境因子的小时尺度双作物系数模型。结果如下:(1)芦苇生长初期,K_c和K_(cb)的日变化呈现早晚高、中午略低的多峰波动曲线;在快速生长期和稳定生长期,K_c和K_(cb)白天波动幅度较小,早晚波动幅度较大;生长末期,K_c和K_(cb)夜晚波动幅度较大,白天呈现多峰波动曲线;K_w白天较小、夜晚较高,生长初期白天的数值显著高于其他时期。(2)相关分析表明,气温、相对湿度、风速、株高和叶面积指数是K_c、K_(cb)和K_w的影响因子;基于生物因子和环境因子重新构建双作物系数模型,基于改进的双作物系数法模拟芦苇群落蒸散,决定系数R~2达0.894。(3)利用改进的双作物系数模型和FAO-56模型,对辽河三角洲芦苇群落的蒸发与蒸腾过程进行模拟,实现芦苇群落蒸发过程与蒸腾过程的分离,解决了实际观测无法直接获取芦苇群落蒸腾量的问题,同时提高了芦苇群落蒸散的模拟精度。(4)调整了FAO推荐的芦苇单作物系数常数值,调整后的作物系数更适用于辽河三角洲芦苇湿地。