神农架大九湖亚高山泥炭湿地水汽通量特征及其与相关环境因子的关系

以神农架大九湖亚高山泥炭湿地为对象,采用涡度相关技术,通过采集湿地水汽通量的年际数据,并进行数据统计和分析,研究水汽通量特征及其与环境因子的关系。结果显示:(1)大九湖泥炭湿地全年蒸散量占降水量的58.59%,能够满足大九湖生态系统水汽循环的需要。(2)大九湖泥炭湿地的水汽通量全年各月份日均变化大多为正值,即释放水汽,表明该地区总体表现为水汽源;在季节尺度上,水汽通量最大值出现在夏季,夏季水汽通量日均变化幅度最大。(3)净辐射月均变化幅度较大,其中夏季净辐射最大,占全年的34.96%。各季节的净辐射与水汽通量均呈正相关,春季、夏季和秋季的拟合效果(R2)均超过0.7,夏季最高(0.8347),且高于其他同纬度6个地区。(4)除2018年1月外,各月份水汽通量与气温均呈显著正相关,特别是夏季最显著相关,这与夏季植物蒸腾和水分蒸发旺盛有关。(5)气温和净辐射对水汽通量的影响在各季节均显著,但各季节间有所差异。研究表明净辐射在大九湖泥炭湿地水汽循环中的作用大于气温对水汽通量的影响。     

重庆缙云山针阔混交林水汽通量特征及其影响因子

利用涡度相关技术于2019年9月-2020年8月在重庆缙云山针阔混交林生态系统观测了水汽通量和其他环境要素。基于观测数据, 分析了水汽通量特征及其与环境因子的关系。结果表明: (1)针阔混交林生态系统能量闭合率为0.77, 且通量足迹高贡献区域所处方向与风玫瑰图的全年主风方向(东北风向)一致, 累计通量贡献区变异系数比较小, 证明涡度相关技术在研究区适应性较好, 数据可靠。(2)缙云山针阔混交林的全年水汽通量基本为正值, 月平均日变化范围为-0.001-6.623 mmol·m^-2·s^-1, 说明研究区为水汽源。水汽通量月平均日变化和季节变化均为单峰趋势。夏季水汽通量平均值最大(4.620 mmol·m^-2·s^-1), 变化趋势强; 冬季水汽通量值最低(2.077 mmol·m^-2·s^-1), 变化趋势弱。(3)该地区全年蒸散总量(792.40 mm)占降水总量(1 489.18 mm)的53.12%, 夏季的蒸散量(325.53 mm)和降水量(680.52 mm)最高, 分别占到全年蒸散量和降水量的41%和46%。缙云山针阔混交林生态系统站点与其他地区不同生态系统站点对比, 得出全年蒸散量为湿地>森林>农田。(4)净辐射、气温、饱和水汽压差和风速对水汽通量的影响在各季节均显著, 净辐射、气温和饱和水汽压差与水汽通量呈正相关关系, R²最大分别为0.85、0.53和0.60, 风速与水汽通量呈负相关关系, R²为0.61, 均是夏季的相关性最高, 其中净辐射和气温是影响水汽通量的最主要因子。     

安吉毛竹林水汽通量变化特征及其与环境因子的关系

以浙江省安吉县毛竹(Phyllostachys edulis)林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术进行观测,获取2011年毛竹林的水汽通量数据,同时结合常规气象观测数据,分析了水汽通量全年变化。结果表明:毛竹林全年水汽通量基本为正值,月尺度上,水汽通量呈单峰型变化趋势,且各月的最大值均在12:00—14:00出现,呈现一定规律性,7月(0.1116 g m-2s-1)最高,12月(0.0209 g m-2s-1)最低;季节尺度上,夏季最高(0.0873 g m-2s-1),呈现典型单峰型变化趋势,春秋季(均为0.0541 g m-2s-1)次之,变化特征与夏季相似,冬季最低(0.0221 g m-2s-1),曲线变化复杂,波动较大。毛竹林全年蒸散量占全年降水量48.26%。2、4、5、11、12月蒸散量略大于降水量,其余月份蒸散量均小于降水量,6月份降水量与蒸散量差别最大。季节尺度上,对毛竹林水汽通量与净辐射进行回归关系分析,夏季最大,R2为0.6111,秋季为0.5295,春季为0.2605,冬季最小0.0455。通过F检验,水汽通量与净辐射有极显著线性关系。在植物生长期,毛竹林水汽通量随饱和水汽压差的增大而增大,植物发育成熟后,当饱和水汽压差增大到一定程度时,其增大反而抑制了水分的蒸散。     

千烟洲人工林水汽通量特征及其与环境因子的关系

利用涡度相关技术研究了2004年千烟洲人工针叶林生态系统的水汽通量变化特征,结合气象要素的观测,进一步分析了净辐射、温度、水分、热量等环境因子对水汽通量的影响。结果表明:全年各月各时刻的水汽通量大多为正值,夏季大于春秋两季,冬季最小。其中7月份为全年最高,日最大值达到0·149gm-2·s-1;1月份最低,日最高值仅为0·021gm-2·s-1。不同天气条件下(晴天和多云)水汽通量的日变化有明显区别。全年蒸散量为736·1mm,占总降水量(1323·6mm)的55·6%。除7月份和10月份外,各月的蒸散量都要小于降水,尤以3、4月份差别最大,2004年10月出现典型的秋旱,但蒸散量和常年相差不大。水汽通量对净辐射、气温、地温、以及土壤热通量的变化都有很好的响应,两种天气条件下都能达到显著水平,可以用一元二次方程表达其间的关系。逐步回归分析显示晴天和多云时入选的变量不完全相同,晴天主要是净辐射、温度(气温、地温)、水分(饱和水汽压差),多云时包括净辐射、地温、土壤热通量和水分(空气相对湿度、土壤含水量)。可见气象条件在很大程度上制约着水汽通量的变化,而以辐射和地温的影响最大。     

青海湖流域泥炭湿地地气系统不同时间尺度上CO2交换特征

为了定量分析2017年青海湖流域泥炭湿地地气系统不同时间尺度上的碳交换的变化特征及影响机制, 利用涡动相关技术对其不同时间尺度上的碳通量进行了测定, 结果表明: 1)青海湖流域泥炭湿地地气系统在2017年表现为“碳源”, 全年合计排放209.312 gC·m–2。2)生态系统总初级生产量(GPP)和生态系统总呼吸(Re)年变化均呈倒V型, 而净生态系统碳交换(NEE)年内变化则呈双峰型。3)NEE和GPP 与各环境要素(气温、土壤温度、月平均降水量、土壤含水量)呈现负相关关系, 而Re与之呈显著的正相关关系(P<0.01)。4)NEE受温度因子影响较大, 主要受控于气温。5)GPP和Re与各水热因子都有较大的相关性, 但GPP受温度因子影响较显著, 而水、热季节变化及其协调程度对Re有更大的影响。     

基于热扩散技术的梭梭树干液流特征研究

利用TDP热扩散式茎流计,结合自动气象站,对古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭的树干液流及环境因子进行连续监测,分析了梭梭树干液流对环境要素的响应,建立了生长季梭梭树干液流与环境因子的关系,估算出梭梭群落的日、季耗水量。结果表明:(1)液流速率日变化主要为单峰曲线,夏季偶有出现双峰曲线,不同季节间的液流速率大小差异显著,夏季树干液流启动早,峰值出现早,夜间持续有微弱的液流;(2)梭梭树干瞬时液流速率与风速、净辐射、空气温度、饱和水汽压亏缺值等因素呈显著正相关,与实际水汽压和空气湿度呈极显著负相关,影响梭梭树干瞬时液流速率变化的关键因子是净辐射和饱和水汽压亏缺值是导致树干液流速率瞬时变化的关键因子;(3)梭梭树干日均液流速率与净辐射、空气温度、实际水汽压、土壤含水率和土壤温度等呈极显著正相关,与空气湿度等呈极显著负相关,与风速相关性不显著,影响梭梭日均液流速率变化的关键因子是净辐射、饱和水汽压亏缺和空气温度。     

鄂西南亚高山不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地甲烷排放特征及其环境影响因子

沼泽湿地是大气甲烷(CH₄)的重要来源, 但有关亚热带亚高山沼泽湿地CH₄排放的研究却鲜有报道, 特别是对不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量的精确估算及其与环境因子的关系尚不清楚。该研究选择鄂西南亚高山泥炭藓沼泽湿地为研究区域, 于2018年11月-2019年10月间, 使用静态箱-气相色谱仪法原位测定3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄通量, 同步记录大气和地下5 cm土壤的温度以及地下水位变化。结果表明: (1)光照下, 裸露地(B)、泥炭藓(Sphagnum paluster)(S)、金发藓(Polytrichum commune)(P) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄-C通量全年变化范围分别为: 0.012-1.372、0.022-1.474、0.027-3.385 mg·m^-2·h^-1; 遮光处理下, B、S、P 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄-C通量的全年变化范围分别为: 0.012-1.372、0.009-1.839、0.017-2.484 mg·m^-2·h^-1, 均为CH₄排放源。同时, 光照条件下不同覆被泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量略大于黑暗条件, 但差异不明显。(2)不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放存在明显的季节变化规律, 即: 夏季>秋季>春季>冬季, 其中夏季CH₄排放量显著大于其他季节, 占全年的57%-84%。该研究发现泥炭藓沼泽湿地CH₄通量均与气温和地下5 cm土壤温度极显著相关, 且CH₄排放量随温度升高呈指数增加, 表明温度是影响泥炭藓沼泽湿地CH₄排放时间变化的主要环境因子。(3) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地的年平均和年累计CH₄排放量均依次为: P > S > B, P显著大于B。该研究发现植被类型与泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量存在显著相关性, 表明覆被类型是影响泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量空间变异的主要因子。(4) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量均与地下水位变化不相关。该研究进一步丰富了泥炭藓沼泽湿地CH₄排放规律, 同时也为区域碳循环提供了详实的基础数据。     

黄土高原农牧交错带稀疏自然植被生态系统的地表能量特征

基于2011-2012年黄土高原农牧交错带稀疏自然植被生态系统的地表能量通量以及气象数据,对该地区能量平衡各分量(净辐射、感热、潜热和土壤热通量)以及波文比进行日、季节动态的特征分析,研究了潜热通量和感热通量对不同强度降雨事件响应程度的差异,并分析了潜热通量和感热通量的主控因子.结果表明:该地区净辐射、感热、潜热和土壤热通量的日、季节动态曲线均为单峰型曲线,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量的年平均值分别为78.19、33.32、24.91和2.65 W·m-2.在全年能量收支平衡中,感热通量占净辐射的43％,潜热通量占32％,土壤热通量占3％,表明对于黄土高原农牧交错带自然稀疏灌木生态系统,全年能量主要以感热的形式交换.生长季感热和潜热占净辐射的比例相同(36％);而在非生长季,感热占主导,占净辐射的比例高达54％.潜热通量在强、弱降雨事件发生后明显升高,感热通量则明显下降.潜热通量与净辐射、水汽压差及植被参数均显著相关,感热通量与净辐射及空气温度梯度显著相关.     

西双版纳热带季节雨林晴天CO2交换的日变化和季节变化特征

应用2003年11月-2004年10月晴好天气涡度相关通量观测资料,对西双版纳热带季节雨林CO2交换的日变化和季节变化进行分析。结果表明：雾凉季、干热季和雨季的净生态系统CO2交换（NEE）均呈现出单峰型曲线的日变化趋势,昼间其变化规律较强,夜间呈波动状态。昼间NEE（取绝对值）雾凉季和雨季均显著大于干热季;夜间NEE雨季显著大于干热季,而干热季显著大于雾凉季。光合有效辐射是影响NEE日变化的主要因素,但不是造成季节差异的主要因素;饱和水汽压差和气温对NEE的季节差异有较大贡献。另外,应用Michaelis-Menten模型对昼间不同饱和水汽压差和气温下NEE对光合有效辐射的响应进行分析,结果表明：各季节较高饱和水汽压差下的表观最大光合速率（Pmax）、表观暗呼吸速率（Re）比较低饱和水汽压差下的Pmax、Re大,而表观光量子产额（α）则相反。各季节较高气温下的Re比较低气温下的Re大;雾凉季气温的差异对Pmax和α的影响较小;干热季和雨季较高气温下的α较小。     

亚洲中部干旱区3个典型生态系统生长季水碳通量特征

亚洲中部干旱区地处欧亚大陆腹地, 干旱少雨, 生态环境十分脆弱, 研究该地区大气与地表之间的能量和物质交换对干旱区水资源利用和生态环境保护具有重要意义。该文分析了亚洲中部干旱区荒漠与草地生态系统能量、水汽和CO₂通量的日变化及季节变化特征, 探究了水汽和CO₂通量对主要环境因子的响应。通过分析亚洲中部干旱区3个站点的涡度相关资料发现: 亚洲中部干旱区荒漠和草地生态系统在生长季(4-10月)能量、水汽通量、净CO₂通量和总初级生产力的日变化呈“单峰型”, 而荒漠生态系统呼吸日变化相对稳定; 草地生态系统白天的潜热通量占净辐射通量的比例明显高于荒漠生态系统; 草地生态系统在5-8月呈现较强的碳汇, 而荒漠生态系统表现为弱碳汇。亚洲中部干旱区草地和荒漠生态系统水汽通量和总初级生产力对降水、净辐射通量或光合有效辐射、饱和水汽压差、气温均表现出明显的敏感性。     

Photosynthesis and water relations of well-watered orange plants as affected by winter and summer conditions

The aim of this study was to evaluate how the summer and winter conditions affect the photosynthesis and water relations of well-watered orange trees, considering the diurnal changes in leaf gas exchange, chlorophyll (Chl) fluorescence, and leaf water potential (Ψ) of potted-plants growing in a subtropical climate. The diurnal pattern of photosynthesis in young citrus trees was not significantly affected by the environmental changes when compared the summer and winter seasons. However, citrus plants showed higher photosynthetic performance in summer, when plants fixed 2.9 times more CO₂ during the diurnal period than in the winter season. Curiously, the winter conditions were more favorable to photosynthesis of citrus plants, when considering the air temperature (< 29 °C), leaf-to-air vapor pressure difference (< 2.4 kPa) and photon flux density (maximum values near light saturation) during the diurnal period. Therefore, low night temperature was the main environmental element changing the photosynthetic performance and water relations of well-watered plants during winter. Lower whole-plant hydraulic conductance, lower shoot hydration and lower stomatal conductance were noticed during winter when compared to the summer season. In winter, higher ratio between the apparent electron transport rate and leaf CO₂ assimilation was verified in afternoon, indicating reduction in electron use efficiency by photosynthesis. The high radiation loading in the summer season did not impair the citrus photochemistry, being photoprotective mechanisms active. Such mechanisms were related to increases in the heat dissipation of excessive light energy at the PSII level and to other metabolic processes consuming electrons, which impede the citrus photoinhibition under high light conditions.     

内蒙古温带荒漠草原生态系统水热通量动态

基于2008年全年内蒙古温带荒漠草原的水热通量观测数据,对荒漠草原水、热通量的日、季动态进行了分析.结果表明：温带荒漠草原感热通量和潜热通量的日动态均呈单峰型曲线,在12:00-13:30左右达最大值,其与地表净辐射的日变化趋势基本一致,但感热和潜热的峰值出现时间较地表净辐射峰值出现时间滞后约1 h;温带荒漠草原感热通量和潜热通量的日累积最大值分别为319.01和425.37 W·m^-2,分别出现在5月30日和6月2日;月均感热通量与潜热通量的最大值分别出现在5月和6月,最小值分别出现在1月和12月.研究区土壤含水量与降水的相关性较好,表层土壤含水量对降水的反应最敏感,深层土壤水分对降水的反应存在位相滞后.感热通量和潜热通量的季节动态与地表净辐射基本一致,均受降水影响.感热通量受地表净辐射的影响明显,而潜热通量对降水的反应较敏感,且土壤含水量在潜热通量中起主要作用.     

Characteristics of water and carbon fluxes during growing season in three typical arid ecosystems in central Asia

亚洲中部干旱区地处欧亚大陆腹地, 干旱少雨, 生态环境十分脆弱, 研究该地区大气与地表之间的能量和物质交换对干旱区水资源利用和生态环境保护具有重要意义。该文分析了亚洲中部干旱区荒漠与草地生态系统能量、水汽和CO₂通量的日变化及季节变化特征, 探究了水汽和CO₂通量对主要环境因子的响应。通过分析亚洲中部干旱区3个站点的涡度相关资料发现: 亚洲中部干旱区荒漠和草地生态系统在生长季(4-10月)能量、水汽通量、净CO₂通量和总初级生产力的日变化呈“单峰型”, 而荒漠生态系统呼吸日变化相对稳定; 草地生态系统白天的潜热通量占净辐射通量的比例明显高于荒漠生态系统; 草地生态系统在5-8月呈现较强的碳汇, 而荒漠生态系统表现为弱碳汇。亚洲中部干旱区草地和荒漠生态系统水汽通量和总初级生产力对降水、净辐射通量或光合有效辐射、饱和水汽压差、气温均表现出明显的敏感性。     

城市公园绿地水、热与CO2通量观测与分析

水、热和CO2通量是评价城市绿地生态效益的重要指标。在北京海淀公园中部和边缘架设涡度相关系统,连续观测和定量研究城市公园绿地影响下的通量变化特征。结果表明,公园绿地所获得的净辐射在植被生长季节大部分用于植被的蒸散作用,潜热大于显热;而在植被非生长季节大部分用于显热,潜热数值非常小。晴天显热与潜热的比值在春季随着植被枝叶的生长逐渐减少,到夏季达到最小值约1/3,在秋季随着植被叶片枯黄逐渐变大,冬季达到数倍。公园绿地能量平衡率在52%～83%,普遍存在能量不平衡。公园中部的潜热观测值大于公园边缘,而显热小于公园边缘;公园中部CO2通量日均值为负,公园绿地是CO2汇。公园绿地在植被生长季节具有明显的降温增湿、吸收CO2等生态效应。     

太行山南麓低山丘陵区栓皮栎直径变化及其与环境因子的关系

使用周长传感器(Circumference DC2)研究了太行山南麓低山丘陵上栓皮栎人工林树干直径的日变化及其影响因子.结果表明:在季节性干旱期间,栓皮栎树干的直径变化周期性明显,直径收缩与液流启动时间基本一致,直径最小值滞后于液流速率最大值3 ～4 h;栓皮栎直径日最大收缩量(MDS)呈现低-高-低的变化趋势,与累积液流通量和叶片水势日差值极显著相关,与土壤含水量呈显著的二次方程关系.MDS值受气象因子变化的影响,与温度日差值、蒸汽压亏缺日差值和相对湿度日差值显著相关,而与太阳辐射日差值的相关性不显著.连续降水后,土壤水分不再是栓皮栎直径变化的限制因子,MDS值与累积液流通量、叶片水势、土壤含水量和气象因子差值的相关性均不显著.季节性干旱期和雨季的土壤含水量和温度是影响树干直径日变化的主要因子.     

季节性干旱对中亚热带人工林显热和潜热通量日变化的影响

植被与大气间的显热和潜热通量的日变化是大气过程和植被生理过程的显著标志。本研究利用ChinaFLUX千烟洲站典型的夏季雨热不同季的季节性干旱的试验条件,探讨了2003年季节性干旱对该生态系统显热和潜热通量日变化变异幅度和峰值时间的影响。研究表明：显热通量的日变化变异幅度年平均值为176 W/m2。潜热通量的日变化变异幅度年平均值为171 W/m2。显热通量到达日变化峰值的时间平均为11:57。全年潜热通量的日变化都在午后达到峰值,平均值为12:33。季节性干旱造成显热通量的日变异幅度明显增大,从144W m-2增加到321 W m-2。而潜热通量的日变异幅度明显降低,从324 W/m2减小到198 W/m2。,显热和潜热通量日变异幅度的相对变化明显增大,从-165 W/m2增加到76 W/m2,气温和饱和水汽压差是影响显热和显热日变异幅度及其相对变化的主要控制因素。干旱胁迫期,深层水对显热通量日变化变异幅度及其与潜热通量日变化变异幅度的相对变化的作用更显著,而潜热通量日变化变异幅度与气象要素关系不显著。季节性干旱造成显热通量日变化的峰值时间和显热和潜热通量日变化峰值时间的相对变化明显向下午偏移,显热通量日变化的峰值从上午11:31到中午12:17,相对变化从1小时到1小时20分钟。季节性干旱对潜热通量日变化峰值时间没有显著的影响。非干旱胁迫期,显热通量日变化峰值时间和显热及潜热通量日变化峰值时间的相对变化均与气温负相关,而干旱胁迫期,则与气温正相关。潜热通量日变化峰值时间与气象要素关系均不显著。该生态系统显热和潜热通量日变化峰值的相对变化主要受降水量的季节分配控制,在干旱胁迫期降水的作用更加明显。潜热和显热通量日变化峰值时间的相对变化总体上都受植被与大气间的耦合程度控制。     

长白山阔叶红松林冬季雪面蒸发特征

利用2002-2005年冬季积雪期涡度相关水汽通量和微气象观测资料,对长白山阔叶红松林雪面蒸发动态及其与气象因子的关系进行分析.结果表明： 该涡度相关观测系统积雪期能量平衡闭合度为79.9%,潜热通量占净辐射的21.4%.研究期间,该区蒸发日变化呈单峰曲线形式,蒸发速率在融雪期大于稳定积雪期.30 min平均蒸发速率与净辐射呈线性关系,与气温呈二次曲线关系;蒸发日总量与净辐射呈二次曲线关系,与气温呈指数关系.积雪期蒸发日总量呈下降-稳定-上升的动态变化趋势,且上升期>下降期>稳定期,蒸发日总量最大值为0.73 mm·d^-1,最小值为0.004 mm·d^-1.2002-2003、2003-2004和2004-2005年积雪期蒸发总量分别为27.6、25.5和22.9 mm,占同期降水量的37.9%、19.5%和30.0%,平均蒸发日总量分别为0.17、0.19和0.17 mm·d^-1.     

Growth response of subalpine fir (Abies lasiocarpa) to climate in the Olympic Mountains, Washington, USA

Growth response of subalpine fir (Abies lasiocarpa) to climate was studied across its local geographical and elevation range in the Olympic Mountains, Washington. A dendroecological analysis of subalpine fir across a range of elevations (1350-1850 m) and annual precipitation (125-350 cm y^?1), was used to compare environmental factors affecting growth. Climate-growth relationships were explored using Pearson product-moment correlation coefficients; partial correlation analysis was used to assess relationships among site chronologies and climatic variables. Radial growth is negatively correlated with winter precipitation at high elevation and wet sites, but not at low and middle elevation dry sites. Growth is positively correlated with current growing season temperature at all sites; however, growth is negatively correlated with previous year August temperature, indicating that climate affects growth in subsequent years. Positive correlations between growth and summer precipitation during the growing season at low and middle elevation dry sites suggest that soil moisture is partially limiting to growth on these sites. If the climate of the Pacific Northwest becomes warmer and drier, then subalpine fir growth may increase at high elevation and wet sites, but may decrease at lower elevation dry sites in the Olympic Mountains. However, the growth response of subalpine fir to potentially rapid climate change will not be uniform because subalpine fir grows over a wide range of topographic features, habitats, and local climates at different geographical scales. A comparison of growth response to current growing season temperature suggests that the temperature-related growth response of subalpine fir is not adequately described by the parabolic curve used in JABOWA-based models.