青藏高原腹地不同退化程度高寒沼泽草甸生长季节CO2排放通量及其主要环境控制因子研究

采用静态箱～便携式红外色谱法对青藏高原风火山地区3种不同退化程度高寒沼泽草甸CO2排放通量进行了研究. 结果表明: 在整个生长期内3种不同退化程度沼泽草甸均表现为正排放, 排放高峰集中在7-8月份, 平均排放通量分别高达111.48 mg·m-2·d-1(未退化)、 77.28 mg·m-2·d-1(中度退化)和38.12 mg·m-2·d-1(严重退化). 不同退化程度沼泽草甸之间CO2排放通量存在明显差异, 表现为未退化>中度退化>严重退化. 气温、 5 cm土壤温度和湿度与3种不同退化程度高寒沼泽草甸CO2排放通量之间均呈显著正相关关系, 是控制CO2排放的主要环境因子.     

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量有助于准确估算该区域的土壤CO₂排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO₂通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO₂的源, 土壤CO₂通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m^-2·h^-1. 土壤CO₂年排放总量为1 429.88 g·m^-2, 年均通量为163.23 mg·m^-2·h^-1; 其中, CO₂通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO₂通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO₂通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q₁₀值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO₂排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视.     

川中丘陵水旱轮作土壤—小麦系统CO2排放及其影响因素

利用静态箱／气相色谱法对川中丘陵区水旱轮作区的小麦进行全生长季CO2排放观测。结果表明：①土壤-小麦系统的CO2排放通量存在着明显的日变化。凌晨 4：00～6：00排放量最低，随着温度的升高，CO2的排放量逐渐增大，在午后 1：00～3：00达到峰值。分析表明，气温和地表温度与土壤-小麦系统CO2排放通量之间存在显著的相关关系。②土壤-小麦系统CO2排放都有明显的季节变化。分析表明，小麦生物量和气温与土壤-小麦系统CO2排放季节变化之间存在显著的相关关系。③在小麦各个生育期中，CO2平均排放通量常规处理＞无氮处理＞空白＞裸地。水旱轮作区小麦常规处理、无氮处理、空白点和裸地的CO2排放通量的平均值分别为574．51、362．23、 239．91、129．47 m g／（ m 2· h）。     

疏勒河上游多年冻土区植物生长季主要温室气体排放观测

选取青藏高原东北部疏勒河上游多年冻土区的高寒草甸样地为研究对象, 对2011年植物生长季(6-10月)主要温室气体(CO₂、 CH₄CH₄和CO₂)的排放进行了观测. 结果显示: 疏勒河上游多年冻土区高寒草甸地表CO₂、 CH₄和N₂O排放速率范围分别为7.58~418.60 mg·m^-2·h^-1, -0.20~0.14 mg·m^-2·h^-1和-27.22~39.98 μg·m^-2·h^-1. 0~10 cm土壤温度、 含水量和盐分与CO₂和CH₄排放速率显著相关, 但与N₂O排放速率无显著相关. 日均排放速率显示, CO₂和N₂O在整个观测期均表现为排放; CH₄在植物返青期和生长旺盛期表现为排放, 在枯黄期伴随表层土壤发生日冻融循环时为吸收. 从9月30日12:00-10月6日14:40, 表层0~10 cm土壤经历了3次日冻融循环, CO₂和N₂O日均排放速率分别由冻融前的60.73 mg·m^-2·h^-1和9.91 μg·m^-2·h^-1提高到122.33 mg·m^-2·h^-1和11.70 μg·m^-2·h^-1. 土壤温度、 含水量和盐分是影响CO₂和CH₄排放的重要因子, 表层土壤冻融交替作用可提高地表CO₂和N₂O的排放速率.     

喜马拉雅北部地区春季大气特征及日变化分析

利用珠峰北部地区的观测资料和AIRS卫星遥感资料,分析了喜马拉雅北部地区的大气日变化及其垂直结构.结果发现喜马拉雅北部地区气温日变化具有明显的单峰单谷型特征,一天气温最高值出现在18:00左右,最低值出现在早上7:00～9:00.风速的日变化呈现单峰型特征.气压的平均日变化呈双峰双谷型分布特征,气压极大值出现在2:00和12:00,气压极小值出现在6:00和19:00时,其中19:00出现气压最小值.感热通量、潜热通量的平均日变化和气温日变化具有一致性,春季感热通量大于潜热通量.净辐射通量的日变化特征是单峰型特征,每日最大值出现的时间比感热通量及潜热通量的最大值出现的时间早2个小时.引起高原地区日变化剧烈有2个主要原因:一是高原地区大气柱的质量较小,对太阳辐射的削弱较小,且相同的辐射加热和冷却可使较少大气产生较大温度变化;二是高原地区是大气云光学厚度较小的区域,由此可使地面在日间接受较强烈的太阳短波辐射而增温较大,在夜间又接受较小的大气长波逆辐射而降温较大.     

温度对青藏高原高寒灌丛CO2通量日变化的影响

应用涡度相关技术连续监测的CO₂通量及温度数据(2003年1月1日至2004年12月31日),分析了青藏高原高寒灌丛净生态系统CO₂交换(NEE)日变化与温度之间的关系.结果表明:1)在暖季夜间(21:00至次日06:00时)温度与NEE变化呈显著正相关关联,而白昼(07:00~20:00时)NEE变化与温度无显著关联;2)在冷季不论夜间还是白昼,NEE变化均与温度密切相关,温度是决定冷季高寒灌丛生态系统CO₂交换的主要因素.在全球气候变暖背景下,青藏高原气候变化呈现出冬季增温率明显高于春、夏季特征,未来气候变暖导致的增温效应可能会加速青藏高原高寒灌丛生态系统CO₂排放,使其作为碳汇的能力而减弱.     

川中丘陵水旱轮作土壤—小麦系统CO_2排放及其影响因素

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区水旱轮作区的小麦进行全生长季CO_2排放观测。结果表明:①土壤—小麦系统的CO_2排放通量存在着明显的日变化。凌晨4:00～6:00排放量最低,随着温度的升高,CO_2的排放量逐渐增大,在午后1:00～3:00达到峰值。分析表明,气温和地表温度与土壤—小麦系统CO_2排放通量之间存在显著的相关关系。②土壤—小麦系统CO_2排放都有明显的季节变化。分析表明,小麦生物量和气温与土壤—小麦系统CO_2排放季节变化之间存在显著的相关关系。③在小麦各个生育期中,CO_2平均排放通量常规处理>无氮处理>空白>裸地。水早轮作区小麦常规处理、无氮处理、空白点和裸地的CO_2排放通量的平均值分别为574.51、362.23、239.92、129.47 mg/(m~2·h)。     

基于通量测量的稻田甲烷排放特征及影响因素研究

稻田是大气甲烷(CH_4)的重要来源之一,会直接加剧全球气候变暖。基于涡度相关方法,通过对湖南省益阳市水稻田的CH_4通量进行连续测量,探讨来自水稻田的CH_4通量特征、动态及其影响因素。结果表明:①该地区水稻田的CH_4通量具有显著的季节性变化特征,即在水稻营养生长阶段CH_4通量最大,随后逐渐减少,在休耕阶段CH_4通量最小。②该地区水稻田的CH_4通量在水稻营养生长和生殖生长阶段具有明显的日变化,在14:00-16:00达到日通量峰值,但在休耕阶段,CH_4通量没有显著的日变化。③空气温度是该地区水稻田CH_4通量季节性变化最重要的控制因子,饱和水汽亏缺对CH_4通量的季节性变化也具有一定影响。④该地区水稻田的最大日平均CH_4通量为0.69μmol/(m~2·s),出现在水稻营养生长阶段后期,整个观测时段的CH_4排放总量约为28 g C/m~2。     

翻耕补播对青藏高原疏勒河上游高寒草甸土壤可培养微生物数量的影响

高寒草甸是青藏高原面积最大的草地类型, 对全球生态环境的影响十分巨大。然而在外界干扰下, 使得本身就很脆弱的高寒草甸发生了不同程度的退化。为探究翻耕补播对土壤微生物的影响, 以疏勒河上游不同季节（4月、 6月、 9月）原生高寒草甸、 退化草甸和翻耕补播草甸土壤为对象, 研究了土壤可培养细菌数量的季节变化及其影响因素。结果表明： 研究区域可培养细菌数量介于4.3×10⁶ ~ 4.5×10⁷ CFU·g^-1之间, 不同季节退化草甸与翻耕补播草甸土壤细菌数量均显著低于原生高寒草甸, 且不同类型高寒草甸生态系统下可培养细菌具有明显的季节差异： 原生高寒草甸生态系统下土壤细菌在6月生物量最高, 4月最低; 而退化草甸与翻耕补播草甸土壤细菌生物量并没有表现出明显的季节波动; 相关分析表明, 可培养细菌数量与土壤全氮、 植被盖度及土壤含水量存在极显著正相关关系。研究发现, 翻耕补播措施并没有恢复该区域微生物数量, 研究结果对于认识高寒草甸生态系统的退化成因, 判断恢复措施的有效性和合理性具有重要意义。     

玛曲高寒草甸夏季近地层微气象和CO2通量特征分析

利用2015年夏季玛曲高寒草甸观测资料,从中选取7月10个连续完整的观测日,分析了近地层气象要素、地表辐射和能量传输以及CO₂通量日变化特征。结果表明：夏季玛曲地区气温和比湿昼夜差异较大,最大温差为19.2 ℃,平均风速为2.7 m?s^-1,风向以东风为主。晴天条件下向下短波辐射可达1 200 W?m^-2左右,平均地表反照率为0.22,均大于藏北那曲地区。净辐射峰值可达850 W?m^-2左右,陆-气间能量传输以潜热输送为主。10 d能量闭合度平均值为0.61,能量不平衡程度较大。夏季玛曲高寒草甸表现为“碳汇”,CO₂通量平均值为-0.20 mg?m^-2?s^-1,晴天碳吸收最大速率为-14.05 mg?m^-2?s^-1,显著大于阴天,最大碳吸收时长为13 h,CO₂密度平均值为530.7 mg?m^-3。     

青藏高原高寒湿地CO2通量特征及影响因子分析

利用玉树隆宝湿地2015年的涡动相关系统观测资料,分析了高寒湿地CO₂通量的变化特征及影响因子。结果表明：玉树隆宝湿地生长季CO₂通量日变化呈倒单峰型,夏季日变化幅度大,冬季日变化幅度小。4-9月CO₂净交换量为负值,其余各月CO₂净交换量为正值。全年CO₂净吸收量为465 g·m^-2。白天CO₂通量随着光合有效辐射的增大而减小。CO₂排放量与土壤温度和气温日较差均呈正相关。高寒湿地土壤体积含水量对CO₂通量的影响很微弱。降雨事件发生后, CO₂排放量在短期内有所升高。各影响因子中,光合有效辐射对高寒湿地CO₂通量影响的相关度最高,其次为气温日较差,土壤温度,而土壤体积含水量对CO₂通量影响的相关度最低。     

青藏高原多年冻土区不同草地类型生态系统呼吸季节差异性

研究多年冻土区不同草地类型及季节生态系统呼吸,对理解青藏高原碳源汇关系及其对气候变化响应具有重要意义。在青藏高原风火山选取高寒草甸和沼泽草甸对生长季和非生长季生态系统呼吸进行观测。结果表明：生态系统呼吸呈明显的日变化和季节变化,高寒草甸日变异系数（0.30~0.92）高于沼泽草甸（0.12~0.29）,高寒草甸非生长季生态系统呼吸白天/晚上比高于生长季,而沼泽草甸季节变化较小;季节变化与5 cm地温变化一致。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸平均速率分别为0.31和0.36 μmol·m^-2·s^-1,生长季分别为1.99和2.85 μmol·m^-2·s^-1。沼泽草甸生态系统呼吸年排放总量为1 419.01 gCO₂·m^-2,显著高于高寒草甸（1 042.99 gCO₂·m^-2）,其中非生长季高27%,生长季高39%。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸总量分别为268.13和340.40 gCO₂·m^-2,分别占全年的25.71%和23.99%。两种草地类型生态系统呼吸与气温、5 cm和20 cm地温均显著相关,可解释37%~73%的季节变异,除生长季沼泽草甸外,生态系统呼吸与5 cm地温相关性最高。非生长季5 cm地温对应Q₁₀为4.34~5.02,高于生长季（2.35~2.75）,且沼泽草甸高于高寒草甸。生长季生态系统呼吸与土壤水分无显著关系,而非生长季生态系统呼吸受土壤水分显著影响（R²：0.21~0.40）,随土壤水分增加而增加。     

神农架大九湖泥炭湿地CH4通量特征及其影响因子

开展大九湖湿地生态系统CH₄通量研究,对深入了解碳循环机制、科学经营以及准确评估湿地生态系统碳收支等方面具有重要意义.以湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地为研究区域,采用涡度相关法对CH₄通量进行原位连续观测,分析了泥炭湿地CH₄通量变化特征及其影响因素.结果表明,大九湖泥炭湿地在2015年8月至2016年5月期间表现为CH₄的源,日通量均值为15.57 nmol·m-2·s-1.CH₄通量具有“夜间极大值”(2:00或22:00) 和“三峰模式”(6:00、12:00和22:00) 两种昼夜变化规律;CH₄通量具有明显季节变化规律,8月释放最多(36.46 nmol·m-2·s-1),3月释放最少(3.92 nmol·m-2·s-1).相关性分析表明,大九湖泥炭湿地CH₄通量受空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、土壤含水量(SWC)和摩擦风速(U*)的共同影响;不同时间尺度上,各影响因子与CH₄通量的相关性有所差异.曲线拟合得出,CH₄通量与T_a和T_s呈指数增长趋势,与SWC呈二次曲线关系.      

三江源高寒草甸不同退化阶段植被和土壤呼吸特征

通过监测三江源玛沁县高寒草甸2017年度植被特征及土壤呼吸通量, 探讨了不同退化阶段植被群落、 土壤呼吸特征及其协同关系, 并分析了土壤呼吸的温度敏感性。结果表明： 随着高寒草甸退化程度加剧, 禾本科植物重要值降低, 毒杂草显著增加（P<0.05）; 植被盖度、 物种数、 多样性指数显著下降（P<0.05）, 重度退化阶段的地上生物量比轻度、 中度退化阶段降低了25.36%、 22.37%（P<0.05）; 在中度退化条件下, 均匀度指数和地下生物量显著增多（P<0.05）。在各退化阶段, 土壤呼吸年内均呈单峰式变化过程, 表现出生长季高、 非生长季低的特征, 植物生长旺季（7 - 8月）最高, 且与5 cm深度处土壤温度之间呈显著指数关系（P<0.05）; 2017年轻度退化、 中度退化和重度退化阶段的土壤呼吸碳排放总量分别为626.89 gC·m^-2、 386.66 gC·m^-2、 393.81 gC·m^-2; 同时, 土壤呼吸与植被群落演替具有显著的协同性, 随着退化程度加剧土壤呼吸速率下降。轻度退化、 中度退化、 重度退化阶段土壤呼吸的温度敏感性系数（Q₁₀）分别为2.82、 3.54和2.35, 表明中度退化条件下的温度敏感性最强, 重度退化条件下最弱。     

青藏高原不同类型草地生态系统下土壤可培养细菌数量及多样性分布特征研究

以青藏高原北麓河不同类型草地生态系统下土壤为研究对象,研究了可培养细菌数量和多样性的季节性变化.结果显示研究区域可培养细菌数量为0.4×107～4.6×107 CFU.g-1,不同类型草地生态系统下可培养细菌具有明显的季节差异：高寒沼泽草甸和高寒沙化草原生态系统下土壤细菌在5月生物量最高,而高寒草甸生态系统下在7月有最...     

神农架大九湖泥炭湿地甲烷通量特征及其与土壤微生物群落组成的关系

虽然神农架大九湖泥炭湿地的甲烷排放特征、土壤微生物群落组成已有一些研究,但是关于微生物群落与甲烷排放量的关系及影响的研究不多.采用涡度相关法和高通量测序技术,探讨2016年3月~2017年2月微生物对大九湖泥炭湿地CH₄通量排放的影响.结果表明,大九湖泥炭湿地研究期间表现为CH₄的源,年总排放量5 566.27 mg·m-2,日平均排放速率10.96 nmol·m-2·s-1;春、夏、秋、冬四季的平均通量分别为12.06、22.47、3.02、2.92 nmol·m-2·s-1;研究区优势菌为泉古菌（54.6%）、广古菌（18.9%）、酸杆菌（12.6%）等.对不同季节样品Shannon指数进行单因素分析,p值为0.000 127,分析结果表明:CH₄月通量变化均呈明显的倒“U”型;夏季CH₄通量最高,冬季最低;不同季节的微生物群落物种多样性存在显著差异;夏季、冬季微生物群落组成与CH₄通量分别呈显著正相关、显著负相关;未鉴别出的菌群和俭菌总门与CH₄通量呈极显著正相关关系,泉古菌门与CH₄通量呈极显著负相关关系.      

季节性放牧对黄河源区高寒草甸植被耗水量及水分利用效率的影响

研究季节性放牧对植被耗水量、水分利用效率的影响,是探索如何提高高寒草甸水源涵养能力的重要内容之一。以青藏高原三江源高寒草甸季节性放牧样地与自然放牧样地为研究对象,分析了季节性放牧和自然放牧条件下高寒草甸植被耗水量、水分盈亏量、水分利用效率（WUE）的动态变化及其与环境因素的关系。结果表明：在植被生长季（5-9月）,季节性放牧样地和自然放牧样地植被耗水量在5月开始增加, 7月达最高,分别为160.94 mm和145.96 mm,季节性放牧样地植被总耗水量（395.52 mm）比自然放牧样地（348.14 mm）高13.61%。生长季平均来看,季节性放牧样地和自然放牧样地5-9月水分正盈余,分别为13.58 mm和70.96 mm,但在植物生长旺季（8月）略有亏缺。季节性放牧样地和自然放牧样地植被耗水量均与降水量呈弱的正相关关系。季节性放牧样地植被地上净初级生产量（ANPP）、地下净初级生产量（BNPP）和总的净初级生产量（NPP）比自然放牧样地分别高32.54 g·m^-2、5.96 g·m^-2、38.50 g·m^-2,季节性放牧样地ANPP的水分利用效率（WUE）比自然放牧样地高53.85%,而BNPP、NPP的WUE比自然放牧样地分别低13.06%和9.97%。这表明,季节性放牧可提高植被生产量和耗水量,但对高寒草甸WUE的影响因放牧方式不同导致地上、地下生物量分配格局不同而有所差异。