青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究进展

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域碳平衡中起着极为重要的作用。基于对青藏高原主要高寒草甸生态系统类型CO2通量研究方面的综述,系统分析了高寒草甸生态系统CO2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统CO2通量的影响;同时,结合其他地区草地生态系统,就青藏高原三种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值进行了比较;最后,结合青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究的现实与需要,提出了当前存在一些不确定性和有待深入研究的问题。     

祁连山海北高寒湿地微气象日变化特征

利用2004年的观测资料分析了青海海北高寒湿地微气象要素的日变化特征,结果表明,辐射、热量平衡各分量日平均变化中,瞬时最高值出现在中午,最低在早晨。地面长波有效辐射日最高出现在中午,日最低出现在下午。地面反射率表现出早晚高白天低的"U"型分布状况,1月日最低达0.68,而7月日最低仅为0.12。动量通量、垂直风速、水平风速、摩擦速度等均在下午大,夜间到清晨小。垂直风速除10月全天为上升运动外,其他月份夜间还出现下沉运动,而且冬季明显。海北高寒湿地夏季热强明显,冷季热强减弱。因湿地长久积水,地温日变化平稳,40 cm地温<0℃的维持时间不到2个月,60 cm地温全年均>0℃,即季节冻结层浅薄。     

青藏高原三江源区退化草地生态系统的地表反照率特征

为了揭示青藏高原三江源区草地退化对生态系统地表反照率的影响,利用2006年12月至2007年11月一整年的观测数据,分析了地表反照率的季和日变化特征及其影响因子。退化草地生态系统的年均地表反照率为0.22,生长季(5～9月)的平均地表反照率为0.18,非生长季为0.25。在植物生长初期的5月,地表反照率主要受土壤水分影响,5月末至6月初出现全年最低值;植物生长旺季的7～8月,受植被的影响地表反照率相对较稳定,并略高于生长季中其它各月。地表反照率的日变化呈"U"型,阴天的地表反照率高于晴天。全年地表反照率出现的最大频率集中在0.20附近,非生长季在0.22附近,生长季在0.18附近。退化草地生态系统生长季地表反照率的变化受土壤水分和植被的的影响,而非生长季受积雪的影响较大。     

青藏高原金露梅灌丛草甸净生态系统CO2交换量的季节变异及其环境控制机制

利用涡度相关技术,对2003年和2004年青藏高原金露梅灌丛草甸生态系统CO2通量观测表明,金露梅灌丛草甸生态系统CO2通量日变化、年变化明显,且日变化暖季大于冷季.CO2净交换量在年内的4,9月为两个释放高峰期,以7和8月的吸收量最大.2年的CO2吸收分别为231.4和274.8 gCO2·m-2,平均为253.1 gCO2·m2,在区域起着重要的碳汇功能.CO2日交换量与温度、辐射等气象因素具有显著的负相关关系.受年际间气候差异影响,两年CO2释放和吸收高峰出现及维持时间具有微小的差异.比较发现,各年白天CO2通量受光合辐射的控制作用基本相同,温度条件似乎成为影响CO2通量的重要环境因子.在植物生长季温度过高明显时,会降低碳的吸收能力.其原因可能是由于高温度条件下土壤呼吸增强有关引起的.生物量测定表明,2003和2004年的地上和地下生物年净固碳量分别为544.0和559.4 gC·m-2,与CO2年净交换吸收碳量(分别为63.1和74.9 gC·m-2)基本趋势一致.     

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.     

祁连山海北高寒湿地植物群落结构及生态特征

海北高寒湿地系沼泽型和湖泊型湿地相并存.海北高寒湿地植物种类组成较少,从湿地中央到边缘植物优势种组成不同,群落结构变化明显.中部以帕米尔苔草为主要植物建群种的沼泽草甸,边缘地带以藏嵩草为主要建群种的沼泽化草甸,从中央到边缘地带主要有25种植物组成,隶属10科20属.高寒湿地植物有较高的地上生物量(349.373 g·m^-2)和地下生物量(仅1~40 cm层次最高可达10769.301 g·m^-2),而且地下部分远高于地上部分,地下生物量从表层到深层基本均匀下降,与矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸区的地下生物量分布截然不同.因湿地帕米尔苔草、藏嵩草、黑褐苔草、华扁穗草等为主的植物粗纤维高,牲畜利用率下降,不论地上还是地下对土壤有机物的补给均较高,多年的积累使其海北高寒湿地有深达2~3 m的泥炭层,使湿地形成一个非常重要的碳库.在气候变暖的条件下,这些未分解或半分解的土壤有机物质(或残体)将加速分解,对大气有更多的CO₂、CH₄等温室气体的排放.     

青南退化高寒草甸植被土壤固碳潜力

青南与青北高寒草甸植被、 土壤、 气候类型相似, 地植被、 土壤碳密度可比性强. 研究表明, 青南高寒草甸植被退化严重, 植被和土壤碳密度随退化程度的加剧而降低, 轻度、 中度、 重度和极度退化植被碳密度分别为921.281、 809.998、 237.974 gC·m^-2和75.972 gC·m^-2, 0~40 cm土壤碳密度分别为16.760、 16.145、 14.360 gC·m^-2和12.945 kgC·m^-2. 在青北未退化草甸植被和0~40 cm层次土壤碳密度分别为1 149.327 gC·m^-2和20.305 kgC·m^-2. 相对青北高寒草甸植被类型而言, 青南高寒草甸轻度、 中度、 重度、 极度退化的植被固碳密度分别增加228.046、 339.329、 911.354 gC·m^-2和1073.355 gC·m^-2, 而对应0~40 cm层次土壤固碳密度可分别增加3.545、 4.160、 5.946 gC·m^-2和7.359 kgC·m^-2. 以青南当地未退化草地而言, 轻度、 中度、 重度和极度退化的高寒草甸0~20 cm层次土壤固碳密度可达1.694、 2.087、 3.537 kgC·m^-2和4.282 kgC·m^-2, 表现出较大的固碳潜力.     

祁连山海北高寒湿地微气象季节变化特征

对青海海北高寒湿地2004年的微气象观测资料分析表明:海北高寒湿地地—气长短波辐射、地表反射率、能量通量各分量、动量通量、气温、地温、风速、CO2交换量等季节变化明显。因受湿地下垫面性质影响,地表反射率在1~2月明显大于其他季节,7~10月小,表现出冬季高夏季低的"U"型变化特征。地面长波有效辐射无明显季节变化。分析还表明,海北高寒湿地夏季及春、秋季均为明显的热源,而在寒冷的冬季出现一定的"冷源"效应。海北高寒湿地地—气间CO2交换量季节变化明显,年内4月和10月分别存在两个CO2释放高峰期,夏季的7~8月为一个强吸收期。     

海北高寒草甸生态系统定位站辐射气候特征

以2000-03到2001-02的辐射观测资料,分析了海北高寒草甸生态系统定位站地区辐射及各分光辐射的变化特征,将为高寒草甸生态系统的物质循环、能量流动、草地生产力形成机制等问题的研究提供科学依据。结果表明:海北站区Eg、Er、UV、PAR、NIR和En具有明显的日、年变化,年内其总量分别达6 278.867 M J/m2、1 515.139 M J/m2、311.242 M J/m2、2 576.777 M J/m2、3 397.404 M J/m2和2 542.950 M J/m2,其中在植物生长期的5~9月分别为3 181.215 M J/m2、698.021 M J/m2、165.955 M J/m2、1 133.965 M J/m2、1 673.871 M J/m2和1 668.805M J/m2。年内Er、UV、PAR、NIR和En占Eg的比例分别为0.242、0.048、0.410、0.540和0.410,在植物生长期分别为0.219、0.052、0.413、0.528和0.527。对Eg和PAR提出了下列形式的模拟求算式:Eg=Eg0(0.0897 0.9768S/S0)和PAR=-3.804 4 0.417 7Eg,模拟效果较好,可利用有关常规气象观测资料进行估算。     

植物生长季海北高寒湿地辐射收支特征

依据祁连山海北高寒湿地植物生长期观测资料,分析了区域辐射收支情况及其变化特征.结果表明:祁连山海北高寒湿地有较强的太阳总辐射(DR),但地表反射辐射(UR)、地面有效辐射(ELR)较低;地表长波辐射(ULR)、大气逆辐射(DLR)、净辐射(R_n)均较高,且具有明显的日、季节变化.植物生长期5~9月的日变化振幅DR>Rn>UR>ULR>DLR>ELR,其总量表现出ULR>DLR>DR>R_n>UR>ELR,分别达4650.6、4225.5、3058.8、2156.2、477.6和425.1 MJ·m^-2.从月际分布来看,ULR、DLR、DR最高出现在7月,R_n出现在6月,UR出现在5月,ELR出现在8月,分别为980.3、913.1、721.5、554.9、112.1和127.4 MJ·m^-2.