中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的研究进展及其发展思路

涡度相关技术经过长期的理论发展和技术进步,已经成为直接测定陆地生态系统与大气间的CO2和水热通量的重要方法.随着涡度相关通量观测在全球范围内的广泛开展,各区域、国家以及国际通量观测研究网络(FLUXNET)也应运而生.在过去10年里,通量观测研究在探讨全球陆地生态系统碳循环和水循环过程及环境控制机理、揭示陆地生态系统碳收支的时空格局、寻找"未知碳汇"等方面取得了显著的成果,也为资源、生态和环境等科学领域的国际交流创造了理想的合作研究平台.随着通量观测研究的不断深入,今后国际通量界将加强引进和开发新的观测技术,扩展通量观测的应用领域,尝试运用通量观测数据来协助研究有关生物地理学、生物地球化学、生态水文学、气象/气候学、遥感和全球碳循环模型等领域的科学问题.中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)是FLUXNET的重要组成部分,经过3年多的连续观测和研究已在涡度相关通量观测技术和方法、典型陆地生态系统碳水交换过程及其环境响应机理、生态系统碳水通量模型开发等方面取得了一系列重要进展.研究发现中国的主要森林生态系统在2003～2005年度都为大气CO2的汇,青藏高原上的高寒草甸生态系统也表现为较弱的碳汇,而封育的内蒙古半干旱羊草草原却表现为弱的碳源;在大的空间尺度上,温度和水分是决定陆地生态系统碳收支的关键环境因子.ChinaFLUX的发展思路拟以典型生态系统通量的联网观测与陆地样带研究相结合为技术途径,开展多尺度、多过程、多途径、多学科的综合集成观测,重点探讨生态系统的水、碳、氮循环过程机理及其耦合关系.     

亚热带针叶林水碳通量的模拟及其与观测的对比研究

CEVSA模型是一个基于生理生态过程模拟植物-土壤-大气系统能量交换和水碳氮耦合循环及其对环境变化响应和适应的机理模型,在区域和全球尺度上得到广泛应用.尽管该模型在大尺度上已经应用大量的植被生产力,碳储量和叶面积测定以及遥感反演数据进行了验证,但还缺乏在冠层和景观尺度上对模型的机理过程(如对光合,呼吸和蒸散过程及其导致的水碳通量变化)模拟的检验.以近年来生态系统机理过程研究的最新进展为基础,对模型进行改进,应用一个亚热带针叶林水碳通量连续观测数据对模型模拟结果进行检验,并分析机理模拟与涡度相关观测得到的水碳通量与环境条件关系的差异.模型模拟的主要水碳通量季节变化特征均与观测值一致.对蒸散和土壤水分的模拟结果与观测值相近,分别解释了观测值90%和86%的变异性,但是模拟值系统偏低.模拟的年总光合碳固定(GPP)和生态系统呼吸(Re)接近于观测值,并且能够分别解释其观测值79%和88%的变异性.尽管净生态系统生产力(NEP)的模拟值(394 gC/m2)也与观测值(387.15 gC/m2)接近,但是它仅能解释观测值31%的变异性.与观测值相比,模拟的NEP在冬季偏低而在夏季偏高.通过与温度、水汽压差的相关分析表明,在严重的高温和缺水胁迫条件下,模型没有准确模拟生态系统光合和呼吸过程.结果证明CEVSA模型对水碳循环的模拟与植被冠层尺度水碳通量测定结果一致,但仍然需要对极端温度和水分胁迫效应的模拟作进一步的ChinaFLUX.     

陆地碳循环模型-数据融合:前沿与挑战

陆地碳循环是地球生物化学循环的重要组成部分,与人类福祉和可持续发展息息相关,但其模拟和观测都具有高度不确定性.融合模型和观测数据以减少陆地碳循环估计的不确定性、提高其可预测性,已成为陆地碳循环研究前沿.文章综述了陆地碳循环模型与观测各自不确定性的来源和特征,介绍了数据同化和参数估计这两类模型-数据融合方法的数学原理,其实质都是在考虑模型和观测各自误差的基础上,实现模型和观测信息的最优融合.文章进一步分析了陆地碳循环模型-数据融合的挑战和研究热点,重点讨论了真实和虚假的模型"异参同效"及其可识别性,地面通量观测与遥感观测代表性误差的估计,敏感性分析得到的参数后验概率分布对于确定模型误差矩阵的潜在作用,对日光诱导叶绿素荧光等新型遥感观测的同化,并指出把多源观测整合到一个协调一致的碳数据同化系统中绝非易事,然而这方面的突破是发展新一代全球碳数据同化系统的前提.论文最后指出,应用陆地碳循环数据同化,产出更高分辨率、更长时间序列、更可靠和一致的陆地碳循环再分析数据产品,对于准确估计全球和区域碳循环、实现碳管理和碳中和具有重要意义.     

利用MODIS影像和气候数据模拟中国内蒙古温带草原生态系统总初级生产力

温带草原生态系统与大气间的碳交换通量受到降水和土壤水分可利用性的强烈影响,时空变化显著．所以,整合卫星遥感和田间通量观测成为准确刻画中国北方内蒙古温带草原生态系统区域碳循环动态的重要基础．基于涡度相关通量观测系统提供的生态系统与大气间的碳交换通量数据,研究发现：对于内蒙古锡林郭勒温带草原试验站,遥感增强植被指数（EVI）与植被总初级生产力（GPP）的相关关系强于归一化植被指数（NDVI）与GPP的关系．因此,利用基于EVI的植被光合模型（VPM）对该站点的总初级生产力进行了遥感模拟,模型的输入包括增强植被指数,陆地表面水分指数（LSWI）,平均空气温度（勋）和光合有效辐射（PAR）．对比2003年5月到2005年9月的涡度相关通量观测数据和模型模拟结果发现：植被光合模型可以准确模拟研究时间段内总初级生产力的季节动态限（R^2=0．903,N=111,p〈0．0001）;研究时间段内模拟的总初级生产力为641．5g C．m^-2,仅高估了约6％,且植被光合模型模拟效果优于其他生产效率模型（比如：TURC,MODIS-PSN）．因此,引进改进的植被指数（比如EVI和LSWI）,植被光合模型可以成功模拟温带草原生态系统的总初级生产力,可能成为区域碳通量准确模拟的有效工具．     

土地利用和气候变化对农牧过渡区生态系统生产力和碳循环的影响

气候和土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响是当前全球变化研究中的中心问题之一. 近20 a来中国的气候和土地利用发生了很大的变化, 对陆地生态系统生产力和碳循环产生重要影响, 尤其是在生态敏感的农牧过渡区. 应用以遥感观测为基础的土地利用数据和高时空分辨率的气候数据驱动生态系统过程模型, 估计土地利用和气候变化对农牧过渡区 NPP(净初级生产力)、植被碳贮量、土壤呼吸和碳贮量以及NEP(净生态系统生产力)的影响. 结果显示, 20世纪80~90年代, 农牧交错带由于气候变暖和降水减少导致NPP减少3.4%, 土壤呼吸增加4.3%, 每年NEP总量减少33.7×10⁹ kg. 尽管植被和土壤碳贮量由于NPP仍然高于HR(土壤异氧呼吸)而有所增加, 但NEP的下降表明气候变化削弱了生态系统的碳吸收能力, 降低了碳贮量的增长速率. 土地利用变化使所发生区域NPP增加3.8%, 植被碳增加2.4%, 每年NEP总量增加0.59×10⁹ kg. 土地利用变化使生态系统碳吸收能力有所加强, 但尚不足扭转由气候变化导致的下降趋势. 土地利用变化对整个区域生产力和碳循环的影响比较小, 但在它所发生地区的影响大于气候变化的影响.     

中亚热带季节性干旱对千烟洲人工林生态系统碳吸收的影响

千烟洲中亚热带人工林生态系统受典型亚热带大陆性季风气候影响,其特点是年水热资源丰富,但是夏季水热资源分布明显不同步,经常受到季节性高温干旱胁迫的影响.作为中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲人工林生态系统CO2通量进行了长期连续的观测.本研究基于2003和2004年月尺度的净生态系统生产力(NEP)、生态系统呼吸(Re)和总生态系统生产力(GEP)数据,初步分析和探讨了季节性干旱对生态系统碳吸收的影响.结果表明,2003和2004年该生态系统的碳吸收都呈现双峰曲线式的季节变化模式.生态系统碳平衡的两个组分Re和GEP的耦合关系决定了生态系统的碳吸收特征.生态系统碳吸收的降低程度取决于季节性干旱期间温度升高和降水量减少的耦合程度.Re和GEP都会受到干旱胁迫的影响,但是响应的方式与程度有所不同,是造成森林生态系统源/汇强度变化的根本原因.     

热带季节雨林碳通量年变化特征及影响因子初探

为深入分析西双版纳热带季节雨林碳通量年变化特征及其与各种因子的关系,通过西双版纳主要自然生态系统(热带季节雨林)2003～2004年林冠-大气间和近地层的碳通量以及不同覆盖状况下的地表碳通量(土壤呼吸)的长期观测,并结合植物光合作用、叶面积指数、凋落物和凋落物分解速率以及温度、辐射等常规气象的测定,对热带季节雨林碳通量的年变化特征及其影响因子进行了综合的分析与研究.结果表明热带季节雨林的碳通量表现出和其它热带雨林不同的特征,在干季(11～4月)的林冠-大气间碳通量为负值,森林生态系统呈现碳汇效应;而在雨季(5～10月)表现出较弱的碳源效应;森林生态系统碳通量具有明显的日变化特征,在白天呈现碳汇效应,而夜间为碳源效应,并且干季昼间碳通量较大;雨季较小;夜间则呈现相反趋势.林冠植物在昼间具有较强的光合作用,对昼间林冠-大气间碳通量有较大的贡献;林冠和植物林内低矮植物的光合速率均与林冠-大气间碳通量有显著的相关关系,而林内低矮植物的光合速率与林内近地层碳通量仅在于热季存在显著的相关关系.林内不同覆盖状态的地表碳通量具有明显的季节变化;林冠-大气间碳通量与地表碳通量同样具有较好的相关性,地表碳通量是导致热带季节雨林生态系统碳通量呈现特殊分布的主要因子;另外,林冠-大气间碳通量与凋落物量、凋落物分解速率、降水量、土壤含水率和土壤温度均表现出较好的相关性.初步的统计表明,西双版纳热带季节雨林林冠-大气间碳通量在不同季节呈现不同的汇/源效应,在总体上表现为一个较弱的碳汇.     

中国通量网(ChinaFLUX)夜间CO2涡度相关通量数据处理方法研究

利用涡度相关方法连续观测的结果来估算陆地生态系统碳收支"真值"的工作,越来越引人注目.但是在后期的数据(特别是夜间观测数据)处理过程中,涡度相关方法会出现许多的不确定性问题.目前在世界范围内,用涡度相关方法测定的有效和可靠的夜间CO2通量数据占所有夜间数据的比例很低(通常低于50%).因此,夜间CO2通量数据的处理以及分析其对生态系统碳收支估算的影响是一个非常关键的问题.简要分析和讨论了用涡度相关方法观测的夜间CO2通量数据失真的可能原因,介绍了目前国际上处理夜间CO2通量数据所采用的理论和一般方法,并结合中国通量网(ChinaFLUX)部分台站的观测数据,提出了一种可以根据夜间CO2通量与摩擦风速的相关关系来客观确定摩擦风速阈值的方法--平均值检验法(AVT),并以禹城站和长白山站数据为例,分析讨论了不同夜间数据处理方法对夜间CO2通量产生的影响.最后还在查阅相关文献的基础上,对ChinaFLUX不同台站的数据插补方法和经验方程进行了汇总.     

极端气候事件对陆地生态系统碳循环的影响

近年来,极端气候事件发生频率增加,对陆地生态系统服务功能和人类社会生产生活造成严重影响.碳循环是驱动陆地生态系统变化的关键过程.准确理解和评估极端气候事件对陆地生态系统碳循环的影响,能为人类社会减缓和适应气候变化提供重要科学依据.文章以干旱、极端降水、极端高温和极端低温为例,系统总结了极端气候事件对陆地生态系统碳循环的影响及其机理.已有研究表明,干旱是当前陆地生态系统碳汇功能的重要胁迫因子,对生态系统生产力和呼吸都存在压制作用,但生产力对干旱的敏感性一般高于呼吸对干旱的敏感性,从而导致陆地生态系统碳汇功能显著削弱,甚至使之变成碳源.不同模型对干旱导致的碳循环变化模拟结果差异很大,显示目前学术界对生态系统碳循环响应干旱机制的认知有限,尤其是干旱对热带植被生长的影响机制仍存在较大争议.极端降水事件对生态系统碳循环的影响存在显著区域差异,一般认为,极端降水促进干旱地区生态系统碳积累,却不利于湿润地区生态系统固碳;但目前对极端降水导致的土壤碳侧向输移和土壤养分流失等间接影响过程的了解十分有限,致使结果存在很大不确定性.极端高温和极端低温也通过不同的机制过程影响生态系统碳循环,尤其值得注意的是其影响程度与这些事件的发生时间存在密切关系,但这一联系还有待进一步研究.基于已有认识,建议未来关于极端气候事件对碳循环影响的研究重点应该是关注其长期效应和不同时间尺度上的作用机理,并加强基于多数据、多途径的多尺度集成研究.     

中国通量观测网络(ChinaFLUX)通量观测空间代表性初步研究

涡度相关系统的观测结果可以代表发生在特定表面或某一部分表面的物理过程.这样,由点到面的空间代表性就成为通量观测中不可忽视的问题.运用FSAM模型结合实际观测数据对中国通量网各站通量观测的空间代表性做了初步的分析研究.结果表明随着大气稳定度的增强、观测高度的升高和下垫面粗糙度的减小,通量贡献区有被拉长的趋势,且沿上风向逐渐远离观测点,这表明通量观测值所代表的下垫面平均状况的范围有所扩大.对于一个观测点而言,在观测高度和下垫面状况一定的情况下,通量贡献最大点和源权重函数最小点距观测塔的距离受大气稳定度的影响,大气越稳定,通量贡献最大点Smx和源权重函数最小点χ1距观测塔的距离(分别为Dmx和Dmin)越大.Dmax和Dmin对下垫面粗糙度和观测高度变化的响应是,随着粗糙度的增加和观测高度的减小,Dmx和Dmin均变小.本研究给出了在不同大气稳定度状况下,对各通量站通量观测值贡献90%时的通量贡献区长度,结合各站点的盛行风向以及通量贡献区对各种影响因素响应规律的分析,使我们对各通量站点通量观测的空间代表性形成了初步的认识.本研究虽然仅可做为实际应用中的参考,但其结果可为通量观测数据的质量控制,解释通量数据不确定性产生的原因提供一定的理论依据.     

陆地生态系统碳循环的多尺度试验观测和跨尺度机理模拟

准确估计陆地碳汇时空变化是预测气候变化和执行温室气体控制协议的基础.近10年来,以大型试验环境控制、涡度相关测定和定量遥感为代表的新技术手段的应用推动了多尺度生态观测网络的建立,获得和积累了大量有关陆地生态系统碳循环变化的数据.但是这些高强度和多尺度观测并没有显著降低对陆地碳汇及其变化估计和机理认识的不确定性.其主要原因是这些观测主要是在各个尺度上分别进行的,而生态系统碳循环变化取决于从生物个体的短期反应到区域生态系统格局长期变化各个尺度过程的相互作用.试验和观测总是在特定尺度上进行的,认识和定量表达跨尺度相互作用需要应用机理模拟的方法.但是,现有的生态机理模型以单一尺度试验观测数据为基础,不能现实地模拟生态系统大尺度格局、结构和过程对环境变化的动态响应和适应.估计和预测由多尺度过程相互作用决定的陆地碳汇变化要求构建新的生态系统理论框架和机理模型,集成和定量表达从生理生态过程响应到生态系统格局适应性变化的传递机理和非平衡生态系统演替机制.多尺度数据-模型融合(Data-modelfusion)是近年来发展起来的生态系统碳循环研究的新方法,它包括应用多尺度观测数据建立跨尺度机理模拟模型;应用多种观测数据在不同尺度上对模型进行检验和验证;应用动态观     

中国通量网(ChinaFLUX)夜间CO_2涡度相关通量数据处理方法研究

利用涡度相关方法连续观测的结果来估算陆地生态系统碳收支“真值”的工作,越来越引人注目．但是在后期的数据(特别是夜间观测数据)处理过程中,涡度相关方法会出现许多的不确定性问题．目前在世界范围内,用涡度相关方法测定的有效和可靠的夜间CO2通量数据占所有夜间数据的比例很低(通常低于50％)．因此,夜间CO2通量数据的处理以及分析其对生态系统碳收支估算的影响是一个非常关键的问题．简要分析和讨论了用涡度相关方法观测的夜间CO2通量数据失真的可能原因,介绍了目前国际上处理夜间CO2通量数据所采用的理论和一般方法,并结合中国通量网(ChinaFLUX)部分台站的观测数据,提出了一种可以根据夜间CO2通量与摩擦风速的相关关系来客观确定摩擦风速阈值的方法——平均值检验法(AVT),并以禹城站和长白山站数据为例,分析讨论了不同夜间数据处理方法对夜间CO2通量产生的影响．最后还在查阅相关文献的基础上,对ChinaFLUX不同台站的数据插补方法和经验方程进行了汇总．     

水分胁迫对内蒙古羊草草原生态系统光合和呼吸作用的影响

在全球气候变化条件下,全球陆地区域的降水量及其空间/时间分布模式将发生明显改变,这种变化将对中国的陆地生态系统,尤其是干旱地区的温带草地生态系统碳收支产生重要影响.作为中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的一部分,本研究利用2003至2004年在内蒙古羊草草原的涡度相关通量观测数据,初步探讨了水分胁迫对羊草草原生态系统光合和呼吸作用的影响.研究发现温度和水分是影响该生态系统在生长季(5～9月)的光合和呼吸作用的主要因子.在土壤水分适宜条件下,生态系统呼吸对温度变化的敏感性较大(Q10=2.0),而当土壤含水量降低时生态系统呼吸对温度的敏感性明显降低(Q10=1.6).高温和干旱会显著降低生态系统的光合生产力.生长季的降水量及其季节分配模式的不同对草地生态系统的生物物候有明显的影响,在2003年6月初生态系统就开始净吸收CO2、在7月初出现最大净生态系统CO2吸收量,而因随后发生的干旱和高温胁迫使其在8月就提早进入休眠期;2004年春季的严重干旱导致生态系在7月初才开始净吸收CO2,并在降水丰沛气温适宜的8月出现最大CO2吸收量,水分胁迫导致该草地植物生长发育比2003年推迟1个多月.观测结果显示该草地生态系统在2004年5～9月比2003年同期多吸收30 g CO2·m-2.我国温带草原植被类型复杂多样,要准确估算我国草地生态系统碳收支还需要开展更多的长期联合观带研究.     

氮沉降与LUCC的关系及其对中国陆地生态系统碳收支的影响

21世纪以来,大气氮沉降的显著增加和土地覆盖的迅速变化是影响中国生态系统碳循环的两个重要因素.但当前针对氮沉降增加与土地覆盖变化耦合关系的研究较少,同时这种耦合关系对生态系统碳收支产生的影响尚不清楚.本研究利用卫星遥感估算的大气氮沉降数据和GlobeLand30土地覆盖变化数据,评估了土地覆盖变化对大气氮沉降总量的影响,并结合陆地生态系统模型,定量估算了由于土地覆盖变化造成的大气氮沉降改变对中国陆地生态系统碳收支的影响.研究结果显示,中国土地覆盖变化的整体特点减缓了大气氮沉降的增加.2000~2010年,中国大气氮沉降平均增加了0.35TgNa~(-1)(Tg=1012g),由于土地覆盖的变化使大气氮沉降少增加了0.21GgNa~(-1)(Gg=10~9g).在典型的土地覆盖变化类型中,森林向草灌和农田的转变使氮沉降增加速率显著上升,而农田向草灌和森林的转变则使氮沉降增加速率下降.中国土地覆盖变化造成的大气氮沉降增加量的减少对碳收支影响有限,仅使陆地生态系统NPP和NEP分别少增加了0.7GgCa~(-1)和0.4GgCa~(-1).研究结果对深入理解氮沉降和土地覆盖变化的耦合关系对中国碳收支的影响具有借鉴意义.     

长白山阔叶红松林CO2通量季节和年际变化特征及控制机制

老龄林碳代谢的长期测定对于预测其在未来气候条件下的碳收支状态,减小陆地生态系统碳收支的不确定性十分重要.本研究使用连续两个生长季节(2003和2004年)的涡度相关CO2净交换通量测定和常规气象资料分析平均林龄200年的长白山阔叶红松林生态系统(128°28'E,42°24'N,中国吉林省)FNEE及其主要成分FGPP与Re的季节和年际变化特征及环境和生物因子对其的影响.通量数据进行了平面坐标旋转,储存项和u*修正.叶面积指数和温度分别控制着该生态系统FGPP和Re的季节动态和年际差别.水汽压亏缺和气温在更小尺度上调节生长季节的生态系统光合生产,根部水分条件显著影响生态系统冬季维持性的碳代谢过程.2003年1月至2004年12月该生态系统累计截获碳-449 g C·m-2,其中2003和2004年分别为-278和-171 g C·m-2.这两年FGpP和Re分别为-1332,-1294 g C·m-2和1054,1124 g C·m-2.这显示老龄森林可以成为强的碳汇.受环境因子调控,长白山阔叶红松林生态系统的碳代谢表现出显著的季节和年际差异.冬季该生态系统存在弱的光合作用,但总体上向大气释放CO2.春秋季节碳代谢非常活跃,但生态系统吸收和释放几乎相同数量的碳,对全年碳截获贡献并不显著.夏季碳代谢对该生态系统全年碳收支意义重大.90 d的夏季分别贡献全年66.9,68.9%的FGpP和60.4,62.1%的Re.     

21世纪中国陆地生态系统与大气碳交换的预测研究

利用大气-植被相互作用模型（AVIM2）模拟研究了中国陆地生态系统碳贮量的变化和与大气的碳交换,即生态系统的净初级生产力（NPP）、植被和土壤碳贮量、土壤呼吸和净生态系统生产力（NEP）对SRES B2气候变化情景和大气CO2浓度变化情景的响应。研究表明,未来100a大气CO2浓度不变而只考虑气候变化情景时,中国陆地生态系统NPP总量随时间变化逐渐下降;与此同时,植被和土壤碳总量以及NEP总量也下降。至2020年,中国陆地生态系统由21世纪初的碳汇变成碳源。在同时考虑未来气候变化和大气二氧化碳浓度增加的情景下,未来100a中国陆地生态系统NPP总量持续增长,由20世纪末的2.94Gt C·a^-1增加到21世纪末的3.99Gt C·a^-1,同时土壤和植被碳贮量也持续增加,到21世纪末总量增大到110.3Gt C.NEP总量在21世纪初期和中期保持上升趋势,大约在2050年达到最大值,之后逐渐下降,到21世纪末接近于零。     

中国森林生态系统碳周转时间的空间格局

森林生态系统持续的碳吸收能力在很大程度上取决于净初级生产力(NPP)的增长趋势及生态系统碳周转的时间,因此,获取生态系统碳周转时间的空间分布格局是有效评估生态系统碳汇潜力的基础.本研究采用数据-模型融合方法,基于区域生态系统碳循环过程模型(TECO-R),结合生态系统观测数据(NPP、生物量及土壤有机碳)、遥感数据(NDVI)及气象、植被与土壤等辅助空间数据,利用遗传算法(Genetic Algorithm)反演了中国森林生态系统各碳库的周转时间及分配系数,并在此基础上估算了平衡状态下森林生态系统碳周转时间的空间分布格局.研究结果表明:数据-模型融合技术能有效地反演中国森林生态系统碳循环过程模型中的关键参数,从而很好地模拟中国森林生态系统的碳循环过程;反演的中国森林生态系统的碳周转时间在空间上存在很大的异质性,其值大多介于24～70年之间;不同森林类型的统计结果表明,落叶针叶林与常绿针叶林的平均周转时间最大(分别为73.8与71.3年),其次是混交林与落叶阔叶林(38.1与37.3年),而常绿阔叶林的值最小(31.7年);从全国尺度看,中国各种森林生态系统总的碳周转时间的均值为57.8年.     

内蒙古羊草草原碳交换季节变异及其生态学解析

用涡度相关技术测量了内蒙古羊草草原2003和2004年两个生长季生态系统CO2交换通量.观测表明,两个生长季的CO2通量存在明显差异.内蒙古羊草草原生态系统CO2通量的日变化特征根据其吸收高峰出现的时间可以分为两种,一种具有两个吸收高峰,其特点是在午间出现了碳交换通量的降低,这种现象与植物光合作用的午间降低现象一致;另一种类型是只有一个吸收高峰出现在午间.CO2通量的吸收和排放的日最大值在两个生长季出现的时间有所不同,2003年均发生于7月,分别为-7.4 g·m-2·d-1(白天)和5.4 g·m-2·d-1(夜间),而2004年发生在8月,分别为-12.8 g·m-2·d-1(白天)和5.8 g·m-2·d-1(夜间).2003年128 d的植物生长期内,整个生态系统白天固定了294.66 g CO2·m-2,同时期夜间释放了333.14 g CO2·m-2;在2004年116 d的生长期内白天固定了467.46 g CO2·m-2,夜间释放了437.17 g CO2·m-2.根据两个生长季的观测数据分析表明,在影响生态系统碳交换的生态因子中,水分和光合有效辐射(PAR)是两个重要的生态因子.连续的降雨会引起生态系统碳交换能力的降低;在适宜的土壤水分条件下,决定白天CO2通量的主要是PAR,二者呈双曲线关系;土壤水分胁迫情况下,CO2通量显著低于适宜土壤湿度状况下的CO2通量,且当PAR＞1200 μmol·m-2·s-1时,生态系统出现了光饱和现象;CO2通量明显地被高饱和水汽压差(VPD)所抑制;夜间CO2通量主要依赖于土壤温度与土壤水分有效性的协调作用.     

基于全球涡度相关的森林碳交换的时空格局

森林碳交换的时空格局及其驱动机制是陆地生态系统碳循环研究的核心内容,是建立和校验生态系统碳循环模型、评价和预测森林在全球碳平衡中作用的基础．近10a来,涡度相关（EC）技术的快速发展已经在陆地生态系统与大气圈的能量和物质交换领域做出了卓越的贡献．在整合全球通量观测网络（FLUXNET）及各区域通量观测网络中森林站点已发表的EC测定数据的基础上,分析了森林碳交换组分——净生态系统生产力（NEP）、总初级生产力（GPP）和总生态系统呼吸（TER）的时空格局及其驱动因素．从全球尺度看,森林NEP具有明显的纬度格局,受TER和GPP联合控制,其值从大到小依次为：暖温带森林〉寒温带和热带雨林〉北方森林和亚高山森林．在气候因素中,年均温（MAT）对森林碳交换的影响大于年降水量（sAP）的作用．随MAT升高,GPP呈线性增加,而TER则呈指数式上升,从而使NEP在MAT超出20℃的阈值之后开始下降．SAP小于1500mm时,GPP,TER和NEP的变异性很大,但均呈现随SAP增加而升高的趋势．森林碳交换的时间动态及其影响因子因时间尺度而异．NEP具有明显的年际变化,主要是由于气候波动和碳交换组分对环境变化响应的不同步性引起的．在更长的时间尺度上,碳交换具有明显的林龄效应．随森林的发育进程,一般表现为：森林采伐初期为碳源,当相对林龄（即实际林龄与轮伐期年龄的比值）达到0.3左右时由碳源转变为碳汇,近熟林或成熟林的碳汇强度达到最大．这一格局与叶面积指数和相应的GPP变化相关．研究结果突出了碳交换组分的时空动态在森林碳循环研究中的重要性,并建议全球碳平衡研究中除了考虑森林类型之外还应兼顾森林碳交换的年际变化和林龄效应．     

中国植被和土壤碳贮量

应用0.5°经纬网格分辨率的气候、土壤和植被数据驱动的生物地球化学模型估算了当前中国植被和土壤的碳贮量. 结果表明, 中国陆地生态系统植被和土壤总碳贮量分别为13.33和82.65 Gt, 分别为全球植被和土壤碳贮量的3%和4%, 平均植被和土壤碳密度分别为1.47和9.17 kg/m². 它们受气候、植被和土壤类型等影响, 区域差异明显, 其总趋势是暖湿的东南区大于西北干旱区. 最高植被碳密度出现在温暖的东南和西南地区, 而最高土壤碳密度出现在寒冷的东北地区和青藏高原东南缘. 这些空间类型决定于由气候状况所控制的植物生产力和土壤有机质分解速率, 表明植被和土壤碳密度由不同的气候因素所控制.