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相似文献
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1.
氮添加对内蒙古温带典型草原生态系统碳交换的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
生态系统碳交换(NEE)是评估碳循环及平衡的重要指标,由生态系统总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(ER)共同决定。以往研究表明,N添加能显著促进草地生态系统植物的生长进而提高生态系统的生产力,但N添加如何影响生态系统碳交换的结论仍不明确。同时,对于不同剂量的N添加对生态系统碳交换影响有何差异也不清楚。于2012和2013年在内蒙古草原开展N添加控制实验,设置中等剂量(10 g N m~(-2)a~(-1),N10)和高等剂量(40 g N m~(-2)a~(-1),N40)两个N添加处理,并采用生态系统原位观测箱系统监测不同N处理条件下的NEE动态。结果表明:2年中等剂量N添加处理(N10)下GPP较对照分别增加了15.6%和20%,而ER的变化不显著,该处理下NEE较对照显著降低了230%和337%(即固碳能力增强)。与中等剂量N添加处理结果不同,高等剂量N添加处理下GPP和ER均有不显著的降低趋势,同时,尽管该处理下NEE有升高的趋势(即固碳能力降低),但并不显著。土壤水分改善、土壤温度下降以及叶片N浓度增加可能是中等剂量氮添加促进该生态系统固碳能力的重要机制,而土壤酸化和物种组成改变可能是导致高等剂量N添加下生态系统固碳能力低于中等剂量的重要原因。研究结果表明,不同剂量N添加对生态系统生产力与呼吸的作用机制存在差异,导致生态系统固碳能力有着明显区别。  相似文献   

2.
《植物生态学报》2018,42(3):349
为揭示凋落物去除和添加处理对草原生态系统碳通量的影响, 2013和2014年连续两年在成熟群落围封样地进行凋落物去除实验、在退化群落放牧样地进行凋落物添加实验, 并运用静态箱法探讨碳通量变化规律并分析其主要影响因子。结果表明: 两种群落的净生态系统CO2交换(NEE)有明显的季节性变化。对成熟群落而言, 去除50%凋落物显著增加了NEE, 去除100%凋落物显著降低了NEE, 而对生态系统总初级生产力(GEP)和生态系统呼吸(ER)均无显著影响; 对退化群落而言, 凋落物添加显著增加了GEPNEE, 而对ER无显著影响。两种群落的GEP与10 cm土壤温度显著正相关, 但NEEGEP的变化规律与土壤温度相反, 与10 cm土壤湿度相同。由此可见, 凋落物去除和添加处理对生态系统碳通量的影响主要是改变土壤湿度和地上生物量,而不是改变土壤温度。该研究为合理利用凋落物改善草地生态系统管理和促进草地恢复提供了理论依据。  相似文献   

3.
氮沉降增加将影响草原生态系统固碳, 但如何影响草原生态系统CO2交换目前为止还没有定论。同时, 不同类型和剂量氮素对生态系统CO2交换影响的差异也不明确。选取内蒙古额尔古纳草甸草原, 开展了不同类型氮肥和不同剂量氮素添加条件下生态系统CO2交换的野外测定。实验设置尿素和缓释尿素2种类型氮肥各5个剂量水平(0、5.0、10.0、20.0和50.0 g N·m-2·a-1)。结果显示, 生长季初期及中期降雨量低时, 氮素添加抑制生态系统CO2交换; 而生长季末期降雨量较高时促进生态系统CO2交换。随着氮素添加水平的提高, NEE和GEP均显著增加, 当氮素添加量达到10 g N·m-2·a-1时, NEE和GEP的响应趋于饱和。2种氮肥(尿素和缓释尿素)仅在施氮量为5 g N·m-2·a-1时, 缓释尿素对生态系统CO2交换的促进作用显著大于尿素, 在其它添加剂量时差异不显著。研究结果表明: 氮素是该草甸草原生态系统的重要限制因子, 但氮沉降增加对生态系统CO2交换的影响强烈地受降雨量与降雨季节分配的限制, 不同氮肥(尿素和缓释尿素)对生态系统CO2交换作用存在差异。  相似文献   

4.
增温对青藏高原高寒草原生态系统碳交换的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
碳交换是影响草地生态系统碳汇功能的关键过程,对气候变暖极为敏感。青藏高原分布着大面积的高寒草原,其碳汇功能对气候变暖的响应对区域碳循环过程具有重要的影响。为探究高寒草原生态系统碳交换过程对增温的响应,2012—2014年,在青藏高原班戈县进行了模拟增温对高寒草原生态系统碳交换过程影响的研究。结果表明,增温对高寒草原碳交换各组分的影响存在年际差异,但总体上对碳交换存在负面影响。3年平均结果显示,增温显著降低了高寒草原地上生物量、总生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(ER)和净生态系统碳交换量(NEE)(P0.05),平均降幅分别为15.1%、36.8%、19.2%和51.5%。增温条件下3年平均土壤呼吸(SR)较对照无显著变化(P0.05),但2013年增温显著降低了SR(P0.05),降幅达18.1%。增温对SR与ER的比值具有一定的促进作用,最高增幅达到40.0%。GEP、ER、SR和NEE与土壤温度和土壤水分无显著相关(P0.05),而GEP、ER和NEE与空气温度呈显著的负相关关系(P0.05)。增温引起的干旱胁迫以及地上生物量降低是导致高寒草原NEE降低的主要原因。研究表明,全球变暖会一定程度降低青藏高原高寒草原的碳汇功能。  相似文献   

5.
1981—2000年中国陆地生态系统碳通量的年际变化   总被引:26,自引:0,他引:26  
应用一个生物地球化学模型(CEVSA)估算了中国陆地净初级生产力(NPP)、土壤异养呼吸(HR)和净生态系统生产力(NEP)在1981—1998年期间对气候和大气CO2浓度变化的动态响应。结果显示,全国NPP总量波动于2.89—3.37Gt/a之间,平均值为3.09Gt C/a,年平均增长趋势约为0.32%。HR总量变化范围为2.89—3.21Gt C/a,平均值为3.02Gt C/a,年均增长0.40%。NEP总量变动于-0.32和0.25Gt C/a之间,在统计上没有明显的年际变化趋势。在研究时段内,年平均NEP约为0.07Gt C/a,表明中国陆地生态系统在气候与大气CO2浓度变化的条件下吸收了碳,为碳汇,总的吸收量为1.22Gt C,约占全球碳吸收总量的10%,与同期内美国由大气CO2和气候变化所产生的碳吸收量大致相当。尽管由于较高的年际变率,NEP在统计上没有明显的变化趋势,但NPP的增长率低于HR的增长率,说明在研究时段内,中国陆地生态系统的吸碳能力由于气候变化降低了。全国大多数地区年平均NEP接近零,明显的NEP正值区(即碳汇)出现在东北平原、西藏东南部和黄淮平原等地区,而大小兴安岭、黄土高原和云贵高原等地区NEP为负值(即碳源)。研究认为,1981~1998年期间中国气候温暖、干旱,因此估算的NEP可能低于其他时段。如果气候进入一个比较湿润的时期,碳吸收量可显著增加,但若当前干旱和暖化趋势以此为继,中国的NEP可能会变成一个负值。  相似文献   

6.
草地生态系统是我国最大的陆地生态系统, 其碳循环的动态变化在全球碳收支平衡中扮演着重要角色。放牧是草地生态系统的主要利用方式。不同的放牧利用强度对草地生态系统会产生不同的影响。该文采用便携式光合仪LI-6400和密闭式箱法于2014-2016年生长季(5-10月)测定了3个载畜率处理(对照、轻度放牧和重度放牧)的生态系统净碳交换, 同步测定了土壤10 cm温度和湿度, 探讨载畜率、水热因素对短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原碳交换的影响。结果表明: 载畜率对生态系统净碳交换有显著影响, 随着载畜率的增加, 生态系统净碳交换、生态系统呼吸以及生态系统总初级生产力分别降低了48.6%、35.3%、40.4%。重度放牧显著降低了草地的固碳能力, 但轻度放牧对草地的固碳能力没有显著影响。年际间生态系统净碳交换主要受降水调控。整个生长季, 短花针茅荒漠草原均表现为碳吸收, 土壤温度对生态系统净碳交换的贡献率高于土壤湿度。  相似文献   

7.
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(Reco)、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;Reco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(Ts)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Ts与夜间生态系统呼吸(Reco,n)呈指数关系,生态系统呼吸的温度敏感性(Q10)为2.30,SWC和Ts是影响芦苇湿地Reco,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.  相似文献   

8.
1981~2000年中国陆地生态系统碳通量的年际变化   总被引:1,自引:0,他引:1  
应用一个生物地球化学模型(CEVSA)估算了中国陆地净初级生产力 (NPP)、土壤异养呼吸(HR)和净生态系统生产力 (NEP) 在1981~1998年期间对气候和大气CO2浓度变化的动态响应.结果显示,全国NPP总量波动于2.89~3.37 Gt C/a之间,平均值为3.09 Gt C/a,年平均增长趋势约为0.32%.HR总量变化范围为2.89~3.21 Gt C/a,平均值为3.02 Gt C/a, 年均增长0.40%.NEP总量变动于 -0.32和0.25 Gt C/a之间,在统计上没有明显的年际变化趋势.在研究时段内,年平均NEP约为0.07 Gt C/a,表明中国陆地生态系统在气候与大气CO2浓度变化的条件下吸收了碳,为碳汇,总的吸收量为1.22 Gt C,约占全球碳吸收总量的10%,与同期内美国由大气CO2和气候变化所产生的碳吸收量大致相当.尽管由于较高的年际变率,NEP在统计上没有明显的变化趋势,但NPP的增长率低于HR的增长率,说明在研究时段内,中国陆地生态系统的吸碳能力由于气候变化降低了.全国大多数地区年平均NEP接近零,明显的NEP正值区(即碳汇)出现在东北平原、西藏东南部和黄淮平原等地区,而大小兴安岭、黄土高原和云贵高原等地区NEP为负值(即碳源).研究认为,1981~1998年期间中国气候温暖、干旱,因此估算的NEP可能低于其他时段.如果气候进入一个比较湿润的时期,碳吸收量可显著增加,但若当前干旱和暖化趋势以此为继,中国的NEP可能会变成一个负值.  相似文献   

9.
通过连续5年对退化草地进行凋落物添加处理, 分析不同处理强度植物群落动态, 探讨凋落物对草地地上和不同功能群生产力的影响。结果表明: 凋落物添加对草地地上生产力有显著的促进作用, 草地地上生产力随着凋落物添加强度的增加而变化不大。处理效应主要表现在处理后第一年, 重度处理与对照有极显著差异(p < 0.05), 以后几年差异不显著(p > 0.05), 年度间差异极显著(p < 0.001)。凋落物添加对植物群落各功能群生产力无显著影响。年度间不同处理各功能群相对生物量随年际变化的主成分分析(PCA)结果说明: 草地生产力主要是由多年生丛生型禾草与多年生杂类草在生态系统中的竞争补偿作用决定的, 随着凋落物添加强度的增加, 二者的竞争作用减弱, 相关性下降, 多年生丛生型禾草占更大优势, 预示着多年生杂类草与一二年生草本、灌木、多年生根茎型禾草的竞争补偿作用增大。  相似文献   

10.
不同的草原利用方式(围封、放牧和割草等)随着大气氮沉降的不断加剧, 改变了凋落物输入量。凋落物作为连接地上-地下碳循环过程的关键环节, 对草原生态系统生产力和碳循环过程影响显著。氮是草原生产力的主要限制因子, 凋落物输入量的变化对草原生态系统结构和功能的影响仍缺乏长期实验证据支持。该研究在内蒙古半干旱典型草原建立一个凋落物输入变化和氮添加控制实验平台, 通过连续6年对群落生产力和功能群组成的监测, 研究了凋落物添加与去除和氮添加对半干旱草原群落生产力和功能群组成的影响。研究发现: 1)凋落物输入量增加和氮添加均显著提高了群落生产力, 在对照和氮添加处理下, 凋落物去除处理导致生产力分别降低了8.4%和7.6%, 而凋落物添加处理使生产力分别提高了10.7%和6.3%; 2)不同植物功能群对凋落物输入变化和氮添加的响应存在差异, 导致群落功能群结构发生变化。随着凋落物输入量增加和氮添加, 群落优势功能群多年生禾草(包括多年生丛生禾草和多年生根茎禾草)的生物量显著提高, 对群落生产力的贡献增加, 在群落中的优势地位增强; 而另一优势功能群多年生杂类草生物量对凋落物和氮添加处理均无显著响应, 进而导致在氮添加处理下其对群落生物量的贡献比例显著降低; 3)凋落物输入主要改善土壤水分状况, 而氮添加则主要通过提高土壤养分含量, 促进群落生产力, 并通过影响主要功能群生物量, 导致群落结构发生变化。以上结果表明, 适当的草原管理方式如围封禁牧和降低放牧强度等都能通过增加凋落物的输入来提高草原生产力, 维持生态系统稳定性。而适量的氮等养分添加管理也有助于提高草原生产力, 促进其恢复。  相似文献   

11.
This paper presents results of 1 year (from March 25, 2003 to March 24, 2004, 366 days) of continuous measurements of net ecosystem CO2 exchange (NEE) above a steppe in Mongolia using the eddy covariance technique. The steppe, typical of central Mongolia, is dominated by C3 plants adapted to the continental climate. The following two questions are addressed: (1) how do NEE and its components: gross ecosystem production (GEP) and total ecosystem respiration (Reco) vary seasonally? (2) how do NEE, GEP, and Reco respond to biotic and abiotic factors? The hourly minimal NEE and the hourly maximal Reco were −3.6 and 1.2 μmol m−2 s−1, respectively (negative values denoting net carbon uptake by the canopy from the atmosphere). Peak daily sums of NEE, GEP, and Reco were −2.3, 3.5, and 1.5 g C m−2 day−1, respectively. The annual sums of GEP, Reco, and NEE were 179, 138, and −41 g C m−2, respectively. The carbon removal by sheep was estimated to range between 10 and 82 g C m−2 yr−1 using four different approaches. Including these estimates in the overall carbon budget yielded net ecosystem productivity of −23 to +20 g C m−2 yr−1. Thus, within the remaining experimental uncertainty the carbon budget at this steppe site can be considered to be balanced. For the growing period (from April 23 to October 21, 2003), 26% and 53% of the variation in daily NEE and GEP, respectively, could be explained by the changes in leaf area index. Seasonality of GEP, Reco, and NEE was closely associated with precipitation, especially in the peak growing season when GEP and Reco were largest. Water stress was observed in late July to early August, which switched the steppe from a carbon sink to a carbon source. For the entire growing period, the light response curves of daytime NEE showed a rather low apparent quantum yield (α=−0.0047 μmol CO2 μmol−1 photons of photosynthetically active radiation). However, the α values varied with air temperature (Ta), vapor pressure deficit, and soil water content.  相似文献   

12.
《植物生态学报》2018,42(3):361
草地生态系统是我国最大的陆地生态系统, 其碳循环的动态变化在全球碳收支平衡中扮演着重要角色。放牧是草地生态系统的主要利用方式。不同的放牧利用强度对草地生态系统会产生不同的影响。该文采用便携式光合仪LI-6400和密闭式箱法于2014-2016年生长季(5-10月)测定了3个载畜率处理(对照、轻度放牧和重度放牧)的生态系统净碳交换, 同步测定了土壤10 cm温度和湿度, 探讨载畜率、水热因素对短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原碳交换的影响。结果表明: 载畜率对生态系统净碳交换有显著影响, 随着载畜率的增加, 生态系统净碳交换、生态系统呼吸以及生态系统总初级生产力分别降低了48.6%、35.3%、40.4%。重度放牧显著降低了草地的固碳能力, 但轻度放牧对草地的固碳能力没有显著影响。年际间生态系统净碳交换主要受降水调控。整个生长季, 短花针茅荒漠草原均表现为碳吸收, 土壤温度对生态系统净碳交换的贡献率高于土壤湿度。  相似文献   

13.
Unprecedented levels of nitrogen (N) have entered terrestrial ecosystems over the past century, which substantially influences the carbon (C) exchange between the atmosphere and biosphere. Temperature and moisture are generally regarded as the major controllers over the N effects on ecosystem C uptake and release. N‐phosphorous (P) stoichiometry regulates the growth and metabolisms of plants and soil organisms, thereby affecting many ecosystem C processes. However, it remains unclear how the N‐induced shift in the plant N:P ratio affects ecosystem production and C fluxes and its relative importance. We conducted a field manipulative experiment with eight N addition levels in a Tibetan alpine steppe and assessed the influences of N on aboveground net primary production (ANPP), gross ecosystem productivity (GEP), ecosystem respiration (ER), and net ecosystem exchange (NEE); we used linear mixed‐effects models to further determine the relative contributions of various factors to the N‐induced changes in these parameters. Our results showed that the ANPP, GEP, ER, and NEE all exhibited nonlinear responses to increasing N additions. Further analysis demonstrated that the plant N:P ratio played a dominate role in shaping these C exchange processes. There was a positive relationship between the N‐induced changes in ANPP (ΔANPP) and the plant N:P ratio (ΔN:P), whereas the ΔGEP, ΔER, and ΔNEE exhibited quadratic correlations with the ΔN:P. In contrast, soil temperature and moisture were only secondary predictors for the changes in ecosystem production and C fluxes along the N addition gradient. These findings highlight the importance of plant N:P ratio in regulating ecosystem C exchange, which is crucial for improving our understanding of C cycles under the scenarios of global N enrichment.  相似文献   

14.
碳、水循环是沙质草地生态系统物质和能量循环的两个关键生态过程, 认识碳、水循环的变化对了解沙质草地生态系统结构与功能对区域气候变化和人类活动的响应具有重要作用。2013年利用箱式法对科尔沁围封和放牧的沙质草地进行了一个生长季的观测研究, 结果表明: (1)在观测周期内, 沙质草地生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(ER)、蒸散量(ET)在围封和放牧样地之间存在显著差异(p < 0.05)。围封17年样地的GEPERET均最大, 其次为围封22样地的, 放牧样地的最小, 且最大值分别为最小值的2.23倍、1.65倍、1.94倍。(2)碳水(GEPET)之间存在显著的线性正相关关系(p < 0.01), ET可解释GEP 58%-60%的变异, 水分利用效率(WUE)从大到小依次为: 围封22年(2.85 μmol·nmol-1) >围封17年(2.75 μmol·nmol-1) >放牧(2.10 μmol·nmol-1)。(3) GEPER和土壤含水率之间有显著的线性正相关关系(p < 0.01、p < 0.05), 指数模型能够较好地模拟ER对土壤温度变化的响应, ER的温度敏感系数(Q10值)从大到小依次为: 围封17年(1.878) >围封22年(1.733) >放牧(1.477)。因此, 围封能够使退化沙质草地生态系统的碳水循环速率提高, 但围封时间不宜过久。  相似文献   

15.
Precipitation pulses play an important role in regulating ecosystem carbon exchange and balance of semiarid steppe ecosystems. It has been predicted that the frequency of extreme rain events will increase in the future, especially in the arid and semiarid regions. We hypothesize that large rain pulses favor carbon sequestration, while small ones cause more carbon release in the semiarid steppes. To understand the potential response in carbon sequestration capacity of semiarid steppes to the changes in rain pulse size, we conducted a manipulative experiment with five simulated rain pulse sizes (0, 5, 10, 25, and 75 mm) in Inner Mongolia steppe. Our results showed that both gross ecosystem productivity (GEP) and ecosystem respiration (Re) responded rapidly (within 24 h) to rain pulses and the initial response time was independent of pulse size. However, the time of peak GEP was 1–3 days later than that of Re, which depended on pulse size. Larger pulses caused greater magnitude and longer duration of variations in GEP and Re. Differences in the response time of microbes and plants to wetting events constrained the response pattern of heterotrophic (Rh) and autotrophic (Ra) components of Re following a rain event. Rh contributed more to the increase of Re in the early stage of rain pulse response, while Ra played an more important role later, and determined the duration of pulse response, especially for large rain events of >10 mm. The distinct responses of ecosystem photosynthesis and respiration to increasing pulse sizes led to a threshold in rain pulse size between 10 and 25 mm, above which post wetting responses favored carbon sequestration. The disproportionate increase of the primary productivity of higher plants, compared with those in the activities of microbial decomposers to larger pulse events suggests that the carbon sequestration capacity of Inner Mongolia steppes will be sensitive to changes in precipitation size distribution rather than just precipitation amount.  相似文献   

16.
Rapid environmental change at high latitudes is predicted to greatly alter the diversity, structure, and function of plant communities, resulting in changes in the pools and fluxes of nutrients. In Arctic tundra, increased nitrogen (N) and phosphorus (P) availability accompanying warming is known to impact plant diversity and ecosystem function; however, to date, most studies examining Arctic nutrient enrichment focus on the impact of relatively large (>25x estimated naturally occurring N enrichment) doses of nutrients on plant community composition and net primary productivity. To understand the impacts of Arctic nutrient enrichment, we examined plant community composition and the capacity for ecosystem function (net ecosystem exchange, ecosystem respiration, and gross primary production) across a gradient of experimental N and P addition expected to more closely approximate warming‐induced fertilization. In addition, we compared our measured ecosystem CO2 flux data to a widely used Arctic ecosystem exchange model to investigate the ability to predict the capacity for CO2 exchange with nutrient addition. We observed declines in abundance‐weighted plant diversity at low levels of nutrient enrichment, but species richness and the capacity for ecosystem carbon uptake did not change until the highest level of fertilization. When we compared our measured data to the model, we found that the model explained roughly 30%–50% of the variance in the observed data, depending on the flux variable, and the relationship weakened at high levels of enrichment. Our results suggest that while a relatively small amount of nutrient enrichment impacts plant diversity, only relatively large levels of fertilization—over an order of magnitude or more than warming‐induced rates—significantly alter the capacity for tundra CO2 exchange. Overall, our findings highlight the value of measuring and modeling the impacts of a nutrient enrichment gradient, as warming‐related nutrient availability may impact ecosystems differently than single‐level fertilization experiments.  相似文献   

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