黄土塬区麦田CO2通量季节变化

利用涡度相关法对黄土塬区小麦地CO₂通量季节变化进行了研究。结果表明：（1）小麦CO₂通量日变化与生育期、光合有效辐射、土壤温度密切相关。（2）小麦各生育期CO2的平均日收支由大到小依次为拔节孕穗期＞返青期＞起身期＞抽穗期＞成熟期＞灌浆期＞出苗分蘖期＞越冬期。（3）白昼CO₂通量与光合有效辐射在出苗分蘖期、起身期、成熟期几乎不相关,在灌浆期低度相关,在其他生育期内都达到了显著相关。CO₂通量与夜间2cm土壤温度在越冬、起身、拔节孕穗期显著相关,其他5个生育期内为低度相关。（4）小麦收割后表现为碳源,各天具体状况与前一天是否降雨、当天的天气状况有关。     

青海省三江源区人工草地生态系统CO2通量

 了解三江源人工草地净生态系统CO₂交换(Net ecosystem CO₂ exchange, NEE)的季节变化规律和主要生物因子及环境因子对这些过程的影响将有助于认识青藏高原人工草地生态系统碳循环、生态价值、功能,以及对三江源区的生态安全的重要意义。该研究利用涡度相关技术,于2005年9月1日至2006年8月31日对位于青海腹地的垂穗披碱草（Elymus nutans）人工草地的NEE及生物和环境因子进行观测, 阐明NEE及其组分的动态变化特征和影响因子。三江源区人工草地生态系统的日最大吸收量为2.38 g C·m^－2·d^－1,出 现在7月30日。日间最大吸收率和最大排放率都出现在8月,分别为-6.82和2.95μmol CO₂·m^－2·s^－1。在生长季, 白天的NEE主要受光合有效辐射(Photosynthe tically active rad iation, PAR)变化控制,同时又与叶面积指数和群落多样性交互作用,共同调节光合速率和光合效率的强度。最大光合同化速率为2.46～10.39μmol CO₂·m^－2·s^－1,表观初始光能利用率为0.013～0.070μmol CO₂·μmol^－1 PAR。 在碳交换日过程中,NEE并不完全随着 PAR的增加而增大,当PAR超过某一值（>1 200μmol ·m^－2·s^－1）时,NEE随PAR的增加而降低。受温度的影响,生长季的生态系统的呼吸商Q₁₀（1.8）小于非生长季节的 2.6）。 生态系统呼吸主要受温度的控制,同时也受到叶面积指数的显著影响。生长季昼夜温差大并不利于生态系统的碳获取。 三江源区人工草地生态系统是一个较强的碳汇,为-49.35 g C·m^－2·a^－1。     

鼎湖山针阔叶混交林冠层下方CO2通量及其环境响应

精确估算典型森林生态系统冠层下方CO₂通量（Fcb）对验证陆地生态系统碳平衡模型具有重要意义。采用开路涡度相关法对鼎湖山针阔叶混交林Fcb进行定位测定,根据1周年数据分析Fcb及其对环境要素的响应特征,结果表明：(1) 白天Fcb呈下降趋势表明地表植被全年具有光合能力,但总体上地表植被和土壤表现为CO2排放源;(2) Van’t Hoff方程、Arrhenius方程和Lloyd-Taylor方程均可以较好反映土壤温度(Ts)与Fcb的关系,其中仅Lloyd-Talor方程能够反映温度因子敏感性指标Q10随温度的变异性特征;(3) Lloyd-Talor方程模拟的Fcb完全由Ts控制,而连乘模型由Ts和土壤水分(Ms)控制,可以反映水热条件的综合影响,对Fcb具有更强的拟合能力;(4)在Ms较大时连乘模型对Fcb的估算高于Lloyd-Talor方程,反之在干旱时段连乘模型模拟结果低于Lloyd-Talor方程,表明当存在水分胁迫时,Ms可以成为影响Fcb的主导因子;(5) 2003年鼎湖山针阔叶混交林Fcb总量((787.4±296.8)gCm^-2a^-1)比静态箱-气相色谱法测得的土壤呼吸偏低17%。与箱式法相比,涡度相关法通量测定结果普遍存在偏低估算现象。     

青藏高原高寒湿地生态系统CO2通量

依据涡度相关系统连续观测的2005年CO2通量数据,对青藏高原东北隅的高寒湿地生态系统源/汇功能及其部分环境影响因素进行了分析.结果表明,高寒湿地生态系统为明显的碳源,在植物生长季(5～9月份)吸收230.16 gCO2·m-2,非生长季(1～4月份及10～12月份)释放546.18 gCO2·m-2,其中净排放最高在5月份,为181.49 gCO2·m-2,净吸收最高在8月份,为189.69 gCO2·m-2,年释放量为316.02 gCO2·m-2.在平均日变化中,最大吸收值出现在7月份12:00,为(0.45±0.0012) mgCO2·m-2·s-1,最大排放速率出现在8月份0:00,为(0.22±0.0090) mgCO2·m-2·s-1.生长季中6～9月份表现为明显的单峰型日变化,非生长季的变化幅度较小.净生态系统交换量(NEE)和生态系统总初级生产力(GPP)与气温、空气水气饱和亏和地表反射率等环境因素呈现相似的相关性,与地上生物量和群落叶面积指数则为线性负相关,生态系统呼吸(Res)则与上述因子的相关性呈现相反的趋势.     

外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响

三江平原沼泽湿地受到大气沉降、地表径流、农业排水等外源氮素的输入,对湿地生态系统CH₄和N₂O通量有重要影响。采用野外原位施肥试验模拟外源氮输入,设0,60,120,240kgN•hm^-2 4种试验处理,探讨外源氮对沼泽湿地CH₄和N₂O通量的影响。结果表明,外源氮促进了CH₄和N₂O排放。与对照处理比较,各施氮水平CH₄平均排放通量分别增加了181％,254％和155％,N2O排放通量分别增加了21％,100％和533％。外源氮输入对CH₄排放的季节变化形式影响不大,而N²O的季节变化形式随着氮输入表现出波动变化的趋势。不同施氮水平对CH₄排放的促进作用与植物生长阶段和产CH₄的微生物过程密切相关,N₂O排放通量随氮输入量呈指数增加（R²＝0.97,p<0.01）。外源氮通过影响湿地微生物过程来进一步影响CH₄和N₂O的排放。     

超临界CO2提取甘草地上部分总黄酮

采用单因素试验对甘草地上部分（茎叶）的超临界CO₂提取工艺进行了研究。实验考察了压力、萃取时间、温度及CO₂流量对甘草地上部分总黄酮提取率的影响,以总黄酮提取率和含量为指标,系统的研究了超临界二氧化碳萃取法提取甘草地上部分总黄酮的提取效果。得出的最佳工艺参数为：采用40~60目原料,80%乙醇为夹带剂,萃取时间：1.5 h;萃取压力：30.0 MPa;萃取温度：50℃;CO₂流量：10 kg·h^-1;分离压力: 5.8 MPa;分离温度: 40℃。实验结果表明超临界二氧化碳萃取甘草总黄酮的提取率2.09%,含量5.42%,工艺具有提取率高,纯度高的特点,为规模化生产甘草总黄酮的提取提供了研究基础。     

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。     

杜香挥发油的超临界CO2萃取实验条件优化

采用正交实验法对超临界CO₂萃取杜香挥发油的条件进行了优化。研究了萃取温度、萃取压力、CO₂流量等因素在不同水平下对杜香挥发油提取率的影响。得到了超临界CO₂萃取杜香挥发油的最佳实验条件：萃取压力为20 Mpa、萃取温度为35℃、CO₂的流量为60 kg·h^-1。     

中国森林生态系统土壤CO2释放分布规律及其影响因素

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环变化的关注。陆地生态系统在全球变暖格局下的地位与作用,尤其是土壤碳库对全球变暖格局的响应是全球变化研究的焦点。土壤CO₂释放作为土壤-大气CO₂交换的主要途径之一,也就成为各国生态学家研究的重点内容。在对我国森林生态系统CO₂释放通量以及相关气候、生物等因子的资料进行收集、整理和分析的基础上,探讨了我国森林生态系统土壤CO₂释放的分布规律,以及这种规律性分布的气候、生物影响因素。对于我国这样一个南北跨度大的国家,不同区域的森林生态系统土壤CO₂释放通量间存在较大的差异,在全国尺度上,森林生态系统土壤CO₂释放通量平均值为(1.79 ± 0.86) g C m^-2 d^-1,而且土壤CO₂释放通量随着纬度增加逐渐降低。作为一个复杂的生态过程,土壤CO2释放受到生物、非生物因子或独立、或综合的影响。通过分析指出,在全国尺度上,年均温、降雨量、群落净生产力及凋落物量显著地影响森林土壤CO₂释放通量。同时,也正是这些影响因子的纬度分布,导致了我国森林生态系统土壤CO₂释放通量的纬度分布规律。作为衡量土壤CO₂释放对温度敏感性的重要指标,计算了我国森林生态系统土壤CO2释放温度敏感性系数-Q₁₀值,约为1.5,该值显著低于全球平均水平,2.0。     

青藏高原高寒草甸生态系统净二氧化碳交换量特征

高寒草甸是青藏高原广泛分布的植被类型之一,面积约120万km2,地处青藏高原腹地的当雄草原站即位于该类植被的典型分布区。以2003年8~10月中旬在该站用涡度相关法连续观测的CO2通量数据资料为基础,分析了高寒草甸生态系统8~10月份净二氧化碳交换量(NEE)的日变化规律,及其与光合有效辐射、降水、温度等环境因子之间的关系。结果表明,8~10月份的日均NEE有明显的日变化,表现为单峰型,通常在地方时11:00~12:00左右达到碳吸收的最大值,平均为-0.2680mgCO2/(m2·s)(-6.0800μmolCO2/(m2·s))。白天的NEE与光合有效辐射之间符合很好的直角双曲线关系,表观量子产额平均为0.0203μmolCO2/μmolPAR,表观最大光合速率平均为9.7411μmolCO2/(m2·s)。夜晚的NEE与5cm地温有很好的指数函数关系。     

CO2 flux in alpine wetland ecosystem on the Qinghai-Tibetan Plateau, China

Using the CO₂ flux data measured by the eddy covariance method in the northeast of Qinghai-Tibetan Plateau in 2005, we analyzed the carbon flux dynamics in relation to meteorological and biotic factors. The results showed that the alpine wetland ecosystem was the carbon source, and it emitted 316.02 gCO₂ · m⁻² to atmosphere in 2005 with 230.16 gCO₂ · m⁻² absorbed in the growing season from May to September and 546.18 gCO₂ · m⁻² released in the non-growing season from January to April and from October to December. The maximum of the averaged daily CO₂ uptake rates and release rates was (0.45 ± 0.0012) mgCO₂ · m⁻² · s⁻¹ (Mean ± SE) in July and (0.22 ± 0.0090) mgCO₂ · m⁻² · s⁻¹ in August, respectively. The averaged diurnal variation showed a single-peaked pattern in the growing season, but exhibited very small fluctuation in the non-growing season. Net ecosystem exchange (NEE) and gross primary production (GPP) were all correlated with some meteorological factors, and they showed a negatively linear correlation with aboveground biomass, while a positive correlation existed between the ecosystem respiration (R_es) and those factors.     

青藏高原高寒湿地GPP变化特征及对生长季积温的响应

基于涡度相关系统,利用2004—2016年的涡度相关系统观测资料,做了青藏高原高寒湿地生长季总初级生产力(GPP)在不同时间尺度上对生长季有效积温(GDD)响应的研究。结果表明:高寒湿地生态系统在生长季的日GPP、GDD与月际GPP、GDD都表现为先增大后减小的单峰变化趋势,都在7月或8月达到峰值,在5月达到最小值。在整个生长季尺度上,GPP与GDD变异性较大,没有明显的变化趋势。2004—2016年整个生长季GPP与GDD的均值分别为(458.82±25.78) gC m^-2季^-1和(1060.89±84.07)℃。在日尺度、月尺度、生长季尺度上,GPP与GDD都呈极显著正相关关系(P<0.01)。但是,通过比较生长季分别每个月GPP与GDD的关系发现,5、9月的GPP与GDD没有显著相关性(P>0.05),而在7月相关性最为显著(P<0.01)。整体上看,高寒湿地生态系统植被的总初级生产力与热量条件表现为正相关关系,由此说明在全球气候变暖的背景下,将会提高青藏高原高寒湿地生态系统植被的光合生产能力。     

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.     

Temperature controls ecosystem CO2 exchange of an alpine meadow on the northeastern Tibetan Plateau

Alpine ecosystems are extremely vulnerable to climate change. To address the potential variability of the responses of alpine ecosystems to climate change, we examined daily CO₂ exchange in relation to major environmental variables. A dataset was obtained from an alpine meadow on the Qinghai‐Tibetan Plateau from eddy covariance measurements taken over 3 years (2002–2004). Path analysis showed that soil temperature at 5 cm depth (T_s5) had the greatest effect on daily variation in ecosystem CO₂ exchange all year around, whereas photosynthetic photon flux density (PPFD) had a high direct effect on daily variation in CO₂ flux during the growing season. The combined effects of temperature and light regimes on net ecosystem CO₂ exchange (NEE) could be clearly categorized into three areas depending on the change in T_s5: (1) almost no NEE change irrespective of variations in light and temperature when T_s5 was below 0 °C; (2) an NEE increase (i.e. CO₂ released from the ecosystem) with increasing T_s5, but little response to variation in light regime when 0 °C≤T_s5≤8 °C; and (3) an NEE decrease with increase in T_s5 and PPFD when T_s5 was approximately >8 °C. The highest daily net ecosystem CO₂ uptake was observed under the conditions of daily mean T_s5 of about 15 °C and daily mean PPFD of about 50 mol m⁻² day⁻¹. The results suggested that temperature is the most critical determinant of CO₂ exchange in this alpine meadow ecosystem and may play an important role in the ecosystem carbon budget under future global warming conditions.     

植被对亚热带城市生态系统CO2通量的影响

城市是陆地生态系统的主要碳源,而城市植被是城市区域缓解人类活动所释放的二氧化碳的主要碳汇,但对城市植被对城市大气二氧化碳的影响方面的研究比较缺乏,尤其是发展中国家。发展中国家多数处于亚热带气候区,且发展中国家城市化进程较快,为推进不同生态系统类型碳循环的研究,该研究以位于中国东南部的上海市奉贤大学城为案例,研究该区域植被对亚热带城市生态系统CO_2通量的影响。使用上海市奉贤大学城的涡动相关通量观测站点所观测和记录的2016年10月1日至2017年9月30日共计12个月的通量,气象数据结合遥感数据分析了该研究区的CO_2通量动态特征及其影响因子,主要结论是:(1)整个生态系统全年CO_2通量总交换量为9664.06μmol m~(-2)a~(-1)即表现为碳源。CO_2通量增长率在2017年5月6日达到最低为-4.48μmol m~(-2)d~(-1)在2017年7月30日的CO_2通量增长率为0,在2017年8月30日达到最高为2.24μmol m~(-2)d~(-1),生长季CO_2通量交换量为2169.58μmol m~(-2)月~(-1)低于非生长季的CO_2通量交换量(7494.48μmol m~(-2)月~(-1));(2)不同风区的CO_2通量特征不同,主要表现为随着植被面积的上升CO_2通量有下降的趋势,生长季CO_2通量均值的最低值出现在西北风区为0.09μmol m~(-2)s~(-1);(3) CO_2通量与叶面积指数呈现负相关关系,即随着叶面积指数的上升CO_2通量有下降的趋势。植物的生长状况和其生理活动影响亚热带城市生态系统的碳循环过程,该研究可以为量化城市植被对大气二氧化碳的影响提供参考,同时为亚热带地区建设绿色低碳城市提供服务。     

森林生态系统土壤CO2释放随海拔梯度的变化及其影响因子

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环的关注。土壤CO₂释放作为土壤-大气CO₂交换的主要途径之一,成为了各国生态学家研究的重点内容。通过对1800~2155m海拔梯度上森林生态系统土壤CO₂释放进行研究,揭示了较小空间尺度上土壤CO₂释放的变化规律及其控制机制。在研究区域内,随着海拔梯度的增加,森林土壤CO₂释放由(1.94±006) μmol m^-2 s^-1逐渐增加至(2.22±0.07) μ mol m^-2 s^-1。土壤温度、土壤水分、土壤有机碳（SOC）、全N、全P与土壤CO₂释放呈显著正相关（n=14, P<0.05）;土壤容重与土壤CO₂释放速率呈显著负相关（n=14,P<0.05）;土壤pH对土壤CO₂释放影响不显著。作为一个复杂的生态学过程,环境因子及其交互作用对土壤CO₂释放产生影响,为了减少因子共线性影响,逐步降低因子维数,采用主成分分析（PCA）揭示了土壤温度、土壤水分、SOC、全N、全P、容重6个因子的联合作用,其累积贡献率达到了57％以上;进一步运用逐步回归分析方法,探讨了影响土壤CO₂释放沿海拔梯度分布的主导因子,结果表明土壤水分是研究区域森林生态系统土壤CO₂释放沿海拔梯度变化的主导因子。