黄河三角洲芦苇湿地生态系统碳、水热通量特征

利用涡度相关法对黄河三角洲芦苇湿地生态系统进行了连续两年的通量观测,对2009—2010年生长季芦苇湿地的净生态系统碳交换量(NEE),感热通量(Hs)和潜热通量(LE)数据进行了分析。结果表明,在日尺度上,芦苇湿地NEE日变化特征表现为两个CO2吸收高峰,分别出现在11:00和16:00左右,其特点是在午间出现了碳交换通量的降低。CO2吸收的日最大值在两个生长季出现的时间有所不同,分别出现在2009年7月(-0.30 mg CO2m-2s-1)和2010年6月(-0.37 mg CO2m-2s-1)。CO2排放的日最大值两个生长季均出现在9月,分别为0.19和0.25 mg CO2m-2s-1。Hs和LE的日动态均为单峰型,极值都出现在中午前后,生长季生态系统的能量消耗主要以潜热为主,且在日尺度上,热通量和NEE有显著的负相关关系。在季节尺度上,芦苇湿地生长季具有明显的碳汇功能,2009年生长季生态系统白天固定354.63 g CO2/m2,同时期夜间释放159.24 g CO2/m2,净CO2吸收量为-195.39 g CO2/m2。2009年整个生长季生态系统总初级生产力(GPP)为-651.13 g CO2/m2,生态系统呼吸(Re)为455.74 g CO2/m2,系统表现为碳汇。路径分析表明:光合有效辐射(PAR)显著影响NEE的日动态(R2=0.46—0.84),而NEE的季节动态主要受土壤温度的影响,降水和PAR的影响次之。     

若尔盖高原沼泽湿地与草地二氧化碳通量的比较

采用静止箱/气相色谱法,在2003—2005年的植物生长期对若尔盖高原沼泽湿地和草地的CO₂通量进行了对比观测.结果表明：若尔盖高原沼泽湿地和草地CO₂通量的平均值分别为203.22和323.03 mg·m^-2·h^-1,前者为后者的60%左右.沼泽湿地常年积水的环境条件限制了土壤中的植物残体、根系及有机物质的分解,是沼泽湿地CO₂通量低于草地并形成泥炭积累的重要因素.研究区沼泽湿地与草地CO₂通量的季节变化与气温变化呈正相关,峰值一般出现在7月和8月;其日变化也与气温呈正相关,峰值一般出现在11:00—17:00.5 cm深的土壤温度与CO₂通量的相关性高于10和15 cm深的土壤温度.     

温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。     

玉米农田水热通量动态与能量闭合分析

 基于锦州农田生态系统野外观测站玉米农田涡度相关系统近2年的水热通量观测数据，分析了玉米农田水热通量的日际、年际变化特征及其能量 平衡状况。结果表明： 1）玉米农田水热通量日变化与年变化均呈单峰型二次曲线，峰值出现在12∶00～13∶00左右，与净辐 射的日变化、年 变化同步，潜热通量最大可达到655 w•m^－2（出现在2004年7月8日1 3∶00），显热通量最大值大约为369 w•m^－2（出现在2004年5月31日13∶ 00）。2）玉米农田水热通量强度与局地的环境条件密切相关：显热通量与大气压的年变化呈负相关，潜热通量与气温年变化呈正相关。水热通 量受降水的影响较大，对降水的反应较敏感。其中，潜热通量(LE)不仅与降水的强度有关，而且随着降水的季节分布的不同而出现不同的响应 ，即使同样量级的降水在夜间与白天对LE的影响也是不同的。3）玉米农田通量观测呈现能量不闭合现象，主要原因可能是未包含0～5 cm土壤 热储量与冠层热储量，造成大约15.5%的能量损失。     

氧化磷酸化作用中ATP的产生数目释疑

就高中新课标教材《生物1:分子与细胞》教学中普遍质疑的"对于细胞呼吸的能量转移过程,应如何计算ATP的产量?"做一简要概述。这一问题的研究在生物化学史上是个重要内容。随着研究的深入,可以获得的解释将越来越合理。     

15000年以来若尔盖高原泥炭地发育及其碳动态

高海拔泥炭地是维护高原气候环境稳定的重要生态系统,由于其兼具高海拔和高寒的特点,对气候变化尤为敏感。若尔盖高原泥炭地是中国高海拔泥炭地集中分布区,碳储量丰富,由于方法学差异及数据缺乏,其碳储量估算仍存在一定程度的不确定性,对长时间尺度碳通量的模拟研究还较为匮乏。因此,以若尔盖高原泥炭地为研究对象,基于若尔盖高原泥炭地每千年的面积变化和碳累积速率重新评估若尔盖高原泥炭地碳储量,并利用泥炭分解模型和碳通量重建模型探讨了15000年以来若尔盖高原泥炭地碳通量动态。研究结果表明,若尔盖高原泥炭地约从15000年开始发育,发育高峰期在12000-10000年和7000-5000年,泥炭累积速率范围为0.22-1.31 mm/a,平均值为0.56 mm/a;碳累积速率范围为13.4-77.2 g C m^-2 a^-1,平均碳累积速率为33.5 g C m^-2 a^-1,3000年至今碳累积速率最高,7000-6000年是碳累积速率次峰值时期;15000年以来若尔盖高原泥炭地碳储存量达1.4 Pg（1 Pg=10¹⁵ g）,碳累积输入和碳累积释放分别为5.6 Pg和4.2 Pg;净碳平衡平均值为0.087 Tg（1 Tg=10¹² g）C/a,峰值出现在11000-10000年为0.295 Pg;在6000-2000年若尔盖泥炭地出现微弱碳源,最大值出现在5000-4000年,约为-0.034 Pg,净碳平衡在15000-11000年和4000年至今呈现上升趋势,而10000-4000年整体呈现下降趋势。总体而言,若尔盖高原泥炭地碳储量丰富,是青藏高原东部重要的陆地生态系统碳库和碳汇,本研究将为我国高海拔泥炭地碳库保育提供一定的理论和数据支撑。     

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^-24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（R^2=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。     

物质经皮转运的唯象理论

物质经皮渗透是一个非平衡态的热力学过程,驱使物质经皮转运的动力产生了物质经皮转运的通量,文章试图用唯象理论来阐述这种关系。假设扩散池系统恒温、无化学反应：溶液为非粘性流体,双组份、局域平衡。根据Gibbs方程,建立了扩散池系统的耗散函数,导出了其质量流与质量力、体积流与体积力：实验分对照组(被动扩散)和实验组(电脉冲扩散),分别做3次并以替硝唑为模式药物。实验结果表明：(1)扩散池系统中不但存在物质的经皮渗透,而且存在溶液的体积缺失现象;(2)根据实验数据,确定唯象系数具有时变性,并且推断当时间延迟时,质量力对质量流和体积力对体积流的影响减弱;(3)溶液对流在皮肤表面产生的速度梯度可能产生体积流。结论是扩散池药物经皮渗透系统是一个非线性时变系统。     

城市小型景观水体溶存N2O浓度及排放通量特征

淡水生态系统是大气中N₂O的重要排放源,受到国内外广泛关注。城市小型景观水体作为区域淡水系统的重要组成,具有环境容量小,受人类活动干扰强烈,其N₂O排放特征及影响机制并不清楚。选择重庆大学城8个典型景观水体和2个城市外围的自然水体（对照）作为研究对象,利用顶空法和漂浮箱法对水体溶存N₂O浓度及排放通量进行季节性监测,并通过分析生境特征及水环境特征,探究城市小型景观水体N₂O排放特征及关键影响因素。结果表明：1）小型景观水体TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N、NO₂^--N含量总体偏低但变异性极强（变化范围分别为0.31-1.47 mg/L、0.05-0.79 mg/L、0.03-0.14 mg/L、0.00-0.04 mg/L）,硝态氮是主要的氮形态;景观水体氮丰度远高于外围的自然水体;2）10个小型水体N₂O浓度范围为16.51-158.96 nmol/L,平均为（47.60±21.47） nmol/L,均处于过饱和状态;漂浮箱法实测8个景观水体N₂O排放通量均值为（0.13±0.05）mmol m^-2 d^-1,是对照水体的1.3-5.2倍,高于大部分已有研究结果,是大气N₂O的排放热源;3）景观水体N₂O排放通量与水体各形态氮含量呈显著的正相关关系,较高的N负荷和强烈的氮转化过程是导致景观水体成为N₂O排放热源的主要因子,水体N含量可以作为景观水体N₂O排放强度的有效指示因子;同时水生植物分布对水体N₂O排放影响显著,有植物分布的水域比开敞水域高1.4倍;4）漂浮箱法和边界层模型法对小型景观水体N₂O排放通量的监测结果呈较好的线性关系,但不同季节仍存在着一定差异,需要进一步优化模型估算方法;5）水体N₂O排放通量对温度的季节性变化较为敏感,呈夏季最高,春、秋季次之,冬季最低的季节模式。本研究强调,城市小型景观水体具有较高的N₂O排放速率,在区域氮循环及全球淡水系统温室气体排放清单中具有不可忽视的作用,在未来研究中应得到更多关注。     

林木树干呼吸变化及其影响因素研究进展

树干呼吸是森林生态系统碳平衡的重要组成部分,它每年消耗碳同化总量(NPP)的11%~33%。受测定技术所限,过去对树干呼吸的研究未能引起足够的重视。近十几年来,由于大气CO₂温室气体浓度的持续升高,树干呼吸已成为研究的热点。测定树干呼吸的方法较多,早期一般采用气体交换法和密闭方法,最近利用便携式光合测定系统(Li-Cor6400)或土壤碳通量测量系统(Li-8100)对树干呼吸采用开路系统测定方法。大量研究结果表明: 1)树干呼吸的日变化呈双峰型曲线,即从早晨开始,树干呼吸速率随温度的上升而增加,到午间有所降低,之后逐渐增加,达到峰值后又逐渐降低。2)树干呼吸的季节动态为:生长季的树干呼吸速率明显高于非生长季,即从春季到夏季树干呼吸速率呈持续升高态势,高峰值出现在7或8月,尔后逐渐下降。树干呼吸活动是一个复杂的生物学过程,其影响因子较多。直接影响因子有气象因子(如温度、湿度和CO₂浓度)和生物因子(如树种、树龄、径阶、边材积和树干氮含量等);而纬度、海拔和地形因子通过影响气象因子或生物因子而间接影响树干呼吸。诸多因子中,树干温度对树干呼吸的贡献最大(Q₁₀可描述树干呼吸对温度升高的敏感性)。树干呼吸机理及其影响因子乃是今后研究的主要内容,一方面要采用统一的测量方法和技术,另一方面要综合考虑影响树干呼吸的内外因素,建立树干呼吸的相关模型,为构建森林生态系统碳循环模型、了解森林生态系统碳收支状况及其对大气CO₂浓度变化的贡献和对全球变化的响应提供理论依据。