青藏高原高寒草甸净生态系统碳交换对散射辐射变化的响应

青藏高原是地球上接收太阳辐射能最多的地区之一,具有世界上最高的高寒草甸生态系统,对区域乃至全球碳循环起着重要作用.为了探究太阳辐射变化对高寒草甸生态系统碳动态的影响,本研究利用涡度相关技术和微气象观测系统对高寒草甸生态系统CO₂净交换(NEE)、太阳总辐射、散射辐射及其相关环境要素进行观测;根据晴空指数(CI,到达地面的太阳辐射与大气上界太阳辐射的比值)将天空状况划分为晴天(CI≥0.7)、多云(0.32·m^-2·s^-1)对应的光量子通量密度(PPFD)约为1400 μmol·m^-2·s^-1,出现在CI为0.6～0.7范围内的多云天空,高于CI≥0.7的最高值(-0.57 mg CO₂·m^-2·s^-1)(NEE负值为碳吸收,正值为排放,为方便起见在此均用绝对值描述);CI<0.6条件下,NEE随散射辐射的增加呈显著的对数增加;CI在0.6～0.7范围内,NEE达到最大值,CI≥0.7时,NEE随CI的上升呈降低趋势,说明生态系统的光合作用可能出现了光抑制现象,且散射辐射的增加有利于提高生态系统固碳能力;生态系统呼吸(R_e)随温度升高呈明显的指数上升趋势,高寒草甸NEE最高值对应的温度为15 ℃,当温度高于15 ℃时,NEE随温度的升高呈下降趋势.晴天状况下,温度升高增加了R_e,进而降低了NEE.当饱和水汽压差(VPD)<0.6 kPa时,NEE随VPD增加呈增加趋势;当VPD>0.6 kPa时,NEE随VPD的升高呈缓慢下降趋势,说明相对较高的VPD抑制了生态系统的光合作用.晴天的强辐射并不能促进青藏高原高寒草甸的碳吸收能力,而晴空指数在0.6～0.7范围的多云天气最有利于生态系统碳固定.     

三江源高寒草甸冻融循环期CO2通量变化特征

青藏高原是我国最典型的季节性冻土分布区,近年的气候变化对该区域的土壤冻融及其生态系统碳排放产生了深刻影响。为揭示土壤冻融变化对高寒生态系统呼吸(R_e)的影响,于2016和2017年利用涡度相关和微气象系统对三江源高寒草甸生态系统的碳通量和环境要素进行了观测,重点探讨了季节性冻融循环(Seasonal Freeze-Thaw Cycles, SFTC)对R_e的影响,并分析了昼夜冻融循环(Diurnal Freeze-Thaw Cycles, DFTC)诱导R_e的绝对和相对增量(ΔR₍FTC (p)),R₍FTC (p))/R_min)及对R_e的标准化效应值(lnRR_p)。结果表明,在土壤冻结期R_e维持在低水平,而在春季冻融循环期和融化期冻土逐渐融化,T_s5和SWC的上升促进了冻土有机碳转化为CO₂,使R_e升高。春季冻融循环期的R<...     

青藏高原三江源区人工草地能量平衡的变化特征

为揭示建植人工草地对青藏高原三江源区能量平衡的影响,利用涡度相关和微气象系统的观测数据定量分析了该区域人工草地能量收支及其各分量的变化特征。结果表明:太阳总辐射(R_s)和净辐射(R_n)的日最高值分别为33.6和19.1 MJ m~(-2)d~(-1),年累计值分别为6789.4和2773.3 MJ/m~2;全年R_n与R_s的比值(R_n/R_s)为0.41,但生长季的R_n/R_s(0.54)明显高于年均值;显热(H)与潜热(LE)通量呈明显的季节变化,H最低值出现在12月,之后随R_s的增强而增加,但进入生长季后呈下降趋势,7月中旬出现次低值;而LE在冬季维持较低值,3月以后迅速增加,最高值出现在生长旺季的7月。在能量分配上,可利用能量主要消耗于LE和H,年均LE/R_n,H/R_n,G/R_n分别为0.46,0.45和-0.13。但能量分配的季节变化差异明显,波文比(β=H/LE)在冬季、春季、夏季和秋季的平均值分别为3.33、0.68、0.42和1.29。受植被叶面积指数(LAI)等生物因素以及土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)等环境因素的共同影响,冠层导度(g_c)和解耦系数(Ω)的年最大值均出现在夏季,其平均值分别为16.22mm/s和0.70,表明在植被生长盛期LE仍受R_n的控制,其它季节Ω均值低于0.5,说明LE更多的是受VPD调控。本研究说明,虽然三江源区接收的太阳总辐射较强,但R_n/R_s相对较低,生态系统能量平衡中各分项的变化主要受植被、土壤含水量以及净辐射的控制,在退化草地恢复过程中,由于建植人工草地增加了植被覆盖度,进而改变了能量收支过程及能量平衡各分项。     

三江源区退化高寒草甸蒸散特征及冻融变化对其的影响

蒸散(ET)是陆地生态系统水分收支的重要分量。为探究三江源区退化高寒草甸的蒸散特征,基于2016和2017年涡度相关和微气象系统的观测数据,定量研究了其生态系统的蒸散变化及其环境和生物因子的影响。为深入探讨不同时段的蒸散变化,根据土壤冻融状态和植被生长状况进一步将年蒸散划分为3个时段:冻结期、冻融交替期和消融期,其中在消融期中又划分出植物生长季(5—9月),并探讨了土壤冻融对年蒸散量的影响。结果表明:研究区2016和2017年的降水量分别为451.8 mm和442.3 mm,但2017年ET为485.6 mm,明显高于2016年的428.6 mm,两年ET的季节变化趋势相同,ET的最高值出现在生长旺季的7—8月,最低值出现在12月或1月,生长季ET分别占全年ET的73%和72%。2017年的冻结期和冻融交替期比2016年分别减少了8 d,2017年消融期的蒸散量比2016年增加了63.1 mm,其中生长季的蒸散量多36.3 mm。2016和2017年消融期的日蒸散速率分别为1.81 mm/d和1.97 mm/d,其中生长季为2.05 mm/d和2.29 mm/d,冻融交替期分别为0.9...     

土壤蒸发和植被蒸腾对三江源退化高寒草甸蒸散的影响

蒸散(ET)主要由土壤蒸发(E)和植被蒸腾(T)组成,然而难以把E与T从陆地生态系统ET中区分开。为阐明位于青海省境内的三江源区(89°24′—102°23′E, 31°39′—36°16′N)高寒草甸E和T对生态系统ET的影响,利用小型蒸渗仪和微气象系统定量研究了三江源退化高寒草甸ET、E和T的变化,以及植被和环境因子对其的影响。结果表明:2017和2018年的ET分别为467.7 mm和479.2 mm,其中生长季(5—9月)约占72%,且E对生态系统ET的贡献(56%)大于T(44%),年降水量(P)的90%以上通过ET返回大气(ET/P> 90%)。根据生长季中不同植被覆盖度的蒸渗仪观测结果发现,ET随植被覆盖度的降低而增加。逐步回归分析表明,净辐射(R_n)是驱动生态系统ET、E、T最主要的因子;另外,E对饱和水汽压差(VPD)的响应更敏感,而T受空气温度(T_a)的影响更大;土壤含水量(SWC₅)对蒸散的影响相对较小,可能由于研究区降水相对较多的原因。结果说明,草甸退化将加剧土壤蒸发,进而导致生态系统散失更...     

封育年限对高寒草甸群落组分和物种多样性的影响

高寒草甸在青藏高原畜牧业发展中占有重要地位,然而气候和人为活动的干扰对原本脆弱的生态系统产生了深刻影响。虽然封育是被广泛采用的草地恢复有效措施之一,但封育年限对群落组分和多样性的影响一直是受关注的核心问题,探明这一问题对高寒草甸的可持续发展具有重要意义。研究了封育2、7、17a的高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸的群落组分和物种多样性变化特征,并探讨了不同封育年限影响物种多样性的可能原因。结果表明:1)随封育年限延长,群落上层禾本科植物的总体重要值明显增加,其中异针茅(Stipa aliena)最为显著,其重要值封育2a(13.87%)封育7a(21.76%)封育17a(23.95%),而豆科植物总体重要值显著降低,莎草科和杂类草植物变化不明显;2)α多样性:随封育年限延长,高寒草甸群落物种丰富度指数(Patrick和Margalef指数)没有发生显著变化,然而物种多样性指数(Simpson、Shannon-Wiener和种间相遇机率指数)及均匀度指数(Alatalo和Pielou指数)均表现为封育2a封育7a封育17a,且封育2a与封育7、17a呈显著性差异(P0.05);3)β多样性:Cody指数和Morisita-Horn相似指数的变化表明,封育2a与封育7、17a之间的物种差异较大,而封育7a和17a之间的物种差异较小;4)封育后凋落物的覆盖时间及其分解引起的土壤养分变化是导致物种多样性降低的重要原因之一,土壤碳氮比(C/N)与物种均匀度指数(Alatalo指数)和多样性指数(Simpson指数和种间相遇机率指数)均呈显著性负相关关系(P0.05),说明土壤养分元素之间的耦合效应对物种多样性变化具有重要影响。本研究说明,虽然物种丰富度指数随封育年限的延长没有变化,但物种均匀度和多样性指数均降低,且封育前期对物种多样性的影响大于后期,就物种多样性而言,该高寒草甸不宜进行长期封育。该研究以期为高寒草甸生物多样性的保护和可持续利用及管理提供科学依据。