基于数字相机图像的西藏当雄高寒草地群落物候模拟

物候现象是环境条件季节和年际变化最直观、敏感的综合指示器, 其发生时间不仅反映了陆地生态系统短期的动态特征, 其微小的变化还会对陆地生态系统产生重要的反馈作用。高寒草地是青藏高原分布广泛、极具代表性的植被类型, 准确地获取高寒草地群落的物候特征, 对于理解和预测气候变化对青藏高原生态系统的影响具有重要意义。该文以西藏当雄高寒草地为研究对象, 探讨了近地面数字相机图像在高寒草地群落季相监测中的作用, 结果如下: 1)通过比较不同绿度指数的差别, 确定了准确表征高寒草地植被群落季相变化的绿度指数——绝对绿度指数(2G_RB); 2)结合土壤含水量数据, 通过线性回归分析得知高寒草地植被群落生长过程与表层(≤10 cm)土壤含水量的变化较为一致(R ² > 0.70); 3)通过对比分析, 发现降水在高寒草地群落季相“变绿”过程中具有“触发”作用。研究表明, 数字相机技术可作为物候监测手段, 实现高寒草地植被群落季相的实时、连续获取, 为更好地揭示气候变化影响下景观尺度季相演变特征, 诊断地方、区域和全球尺度上生态系统对气候变化的快速响应提供了有效的手段。     

华北平原农田土壤蒸发δ18O的日变化特征及其影响因素

 土壤蒸发δ¹⁸O (δ_E)是影响大气水汽δ¹⁸O (δ_v)变异的重要因素, 也是农田生态系统蒸散组分土壤蒸发和植物蒸腾拆分的核心科学问题之一。δ_E主要基于Craig-Gordon模型计算, 主要受地表大气水汽δ_v、相对湿度(h)、平衡和动力学分馏系数以及土壤蒸发前缘液态水δ¹⁸O (δ_s)的影响。该研究以华北平原冬小麦(Triticum aestivum)-夏玉米(Zea mays)生态系统大气水汽δ_v的原位连续观测数据为基础, 同时结合不同深度的土壤日变化采样, 综合探讨了δ_E的日变化特征及其影响因素。结果表明: 冬小麦和夏玉米生长季δ_E的日变化表现为双峰曲线, 分别在6:00和15:00左右达到峰值。h强烈影响农田生态系统δ_E, 特别是在h > 95%的高相对湿度环境条件下Craig-Gordon模型并不适用。大气水汽δ_v的原位连续观测技术克服了传统的降水平衡预测大气水汽δ_v方法的不确定性, 可以显著提高δ_E的准确性。不同的平衡分馏系数对δ_E的结果无显著影响。不同的动力分馏系数尤其是考虑湍流扩散对动力分馏系数的影响会显著影响δ_E的模拟结果。土壤蒸发前缘的确定直接影响δ_s和标准化到土壤蒸发前缘温度下的h, 显著影响δ_E的准确性。结合动态箱或静态箱与稳定同位素红外光谱连续观测技术直接测定δ_E, 从而避免模型参数化过程引入的不确定性是未来研究的重要方向。     

扩散速率估算的影响

理论上,土壤呼吸通量的量值可以通过观测土壤呼吸CO₂扩散速率(əc/ət)计算得到。但是为获得əc/ət,通常须允许土壤呼吸箱内CO₂浓度升高,因此,如何估算外界大气CO₂浓度条件下的əc/ət是土壤呼吸观测技术的关键,关系到观测结果的准确性。通常əc/ət的估算会受土壤表层大气CO₂扩散梯度(即土壤呼吸箱内CO₂扩散梯度和大气CO₂浓度昼夜变化)的影响。目前,线性回归方法是土壤呼吸观测中估算əc/ət的基本方法。然而,常用的线性回 归方法会低估əc/ət,而指数回归方法则可以准确地估算əc/ət。夜间əc/ət的变化与大气CO₂ 浓度之间存在非常明显的负相关关系。夜间土壤表层大气CO₂扩散梯度的减小导致线性回归方法明显低估əc/ət。əc/ət的昼夜变化过程存在明显的非对称性现象,而指数回归方法可以更好地描述əc/ət昼夜变化的非对称性响应。     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据 SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型。冬小麦 CO2 通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸。冠层光合采用了 Farquhar光合作用生化模型 ,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来。用涡度相关方法观测了 CO2通量 ,对模型进行了验证 ,结果显示模型可以较好地模拟 CO2 通量日变化过程。对模型的敏感性分析发现日间 CO2 通量最敏感的参数是初始量子效率。其次 ,CO2 通量对光响应曲线凸度、CO2 补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性 ;夜间 CO2 通量敏感的参数是最适温度下 Rubisco催化能力和暗呼吸参数     

热带季节雨林优势树种叶片和冠层尺度二氧化碳交换特征

采用叶室法和涡度相关法分析了西双版纳热带季节雨林优势树种绒毛番龙眼和大叶白颜树冠层及其叶片在不同季节的CO₂交换量,并拟合得到主要特征值.结果表明：以叶室法测得的两树种冠层最大净光合速率(P_{max A})为雨季>雨季末>雾凉季>干热季,叶片暗呼吸速率(R_d)为雨季>雨季末>干热季>雾凉季;以涡度相关法得到的两树种冠层最大净光合速率(P_{max B})为雨季>雨季末>雾凉季>干热季,而冠层呼吸速率(R_e)则是雨季>干热季>雾凉季>雨季末.两种方法得到的不同季节植物冠层最大净光合速率相差0.9～2.0 μmol·m^-2·s^-1.     

华北平原冬小麦冠层导度的环境响应及模拟

通过引入叶面积指数,将叶片水平的气孔导度组合模型扩展到冠层水平,建立了冠层导度环境响应组合模型,组合模型所需参数较少,且均可在冠层水平直接测量,便于应用;模型由潜在气孔导度（PSC）和相对气孔开度（RDO）组成,二者分别由环境变量的日际（inter-day）和日间（intra-day）的值决定。分析表明,冠层导度在日际尺度和日间尺度上对环境变量具有多尺度响应特性,在日际尺度上,温度是影响冠层导度的主要因子,在日间尺度,光是影响气孔开闭的主要因素。利用以温度和光合有效辐射为输入变量构建的组合模型,模拟了华北平原冬小麦农田生态系统的冠层导度,并用Penman-Monteith方程估算的表面导度进行验证。结果显示,在不同天气情况下,二者的日变化均具有较好的一致性;将组合模型与电学类比模型结合,进一步估算了拔节．灌浆期的冠层潜热通量,利用涡度相关系统观测的潜热通量数据进行验证,结果表明对冬小麦冠层潜热通量模拟精度较高,直线回归斜率为0．7054,R^2=0．7894。