湿地生态系统碳循环研究进展

碳在不同类型湿地中储藏量约占地球陆地碳总量的15%。由于全球湿地面积迅速减少,湿地生态系统正常的水循环和碳循环过程产生一定的变化,湿地生态系统的演变也可能是全球大气CO₂含量升高的一个不可忽视的重要因素。气候条件是湿地碳循环生物地球化学过程的重要驱动因素,湿地特殊的生态水文过程和土壤环境条件,使得湿地碳循环具有区别于其它生态系统碳循环的特征。影响湿地中碳积累与分解过程的重要控制因子是温度、水文条件和植物群落,特别是水文条件对湿地碳循环过程影响较大。湿地土壤呼吸通量与根层土壤温度呈正相关关系,并受地表积水深度和地下潜水水位的影响,另外,洪泛作用会增加湿地CO₂的排放率,湿地水文过程决定溶解有机碳的输入与输出过程。     

陆地生态系统碳循环研究进展

近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。本文结合IGBP和IPCC中有关碳循环的最新报告,介绍了全球碳循环中大气、海洋和陆地生态系统等几个主要碳库的大小及特点,并重点介绍了陆地生态系统碳循环及其基本过程。总结了当前陆地生态系统碳循环研究的四种主要方法:清单方法、反演模拟、涡度相关技术和陆地碳循环模式,介绍了它们的各自特点以及存在的问题,并对陆地碳过程中的不确定性进行了详细分析。此外,还简要叙述了当前碳循环研究中待解决的问题和今后的发展趋势。     

陆地生态系统碳循环及其机理研究的地球信息科学方法初探

针对陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环过程的驱动机制及未来情景等前沿科学问题,提出陆地碳循环研究的地球信息科学方法,采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合网络观测、生物过程的适应性实验研究以及河流碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径、与以土地利用/土地覆被变化和对地观测数据生态参量反演为基础的自上而下研究途径、经相互验证和尺度转换模型实现有机结合的研究方法,开展综合观测、调查、比对分析、模拟和评价研究,把握陆地生态系统碳循环的格局与过程规律,辨析自然和人为因素对陆地生态系统碳循环过程的影响,探讨全球气候变化条件下陆地生态系统碳循环过程的演变趋势。     

鄱阳湖湿地CO_2通量观测信号扰动特征

在高动态水位影响下,鄱阳湖区的水面积范围、形态和分布发生着显著的年际变化。受水位变化的影响,鄱阳湖周边湿地植物种群与景观变化十分明显。周期性水位变化和植物变化直接影响湿地生态系统的CO_2的吸收与释放。鄱阳湖及其周边湿地作为特殊的吞吐性湖泊生态系统,对其地球化学过程基本规律的探索,是研究全球变化及其区域响应的重要基础性工作。鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室在南矶湿地国家级自然保护区建设了野外综合实验站。该站位于鄱阳湖主湖区南部,是赣江前缘三角洲与鄱阳湖之间的水陆过渡地带,是鄱阳湖湿地的典型代表。利用该实验站GHG-Biomet LI-COR涡度相关能量平衡系统2015年4~8月获取的CO_2通量监测数据,分析通量观测信号的扰动特征。研究结果表明,1观测期间,7月9~15日CO_2通量的信号强度最好,8月9~31日信号强度最差,信号强度日变化中,较好的时段为0︰00~4︰00(凌晨时段),较差的时间段主要是4︰00~8︰00(日出时段)与19︰00~22︰00(日落时段);2CO_2通量的信号强度受到环境水热要素的综合影响,但与气温、降水量不直接相关,水热要素影响风速、露点温度和空气中水汽含量,扰动CO_2通量信号强度的稳定性,在风速强、空气中水分含量高、光合有效辐射低的情况下,CO_2通量的信号强度低,不利于涡度相关技术监测生态系统的CO_2通量;3利用涡度相关技术监测高动态水位变化条件下湿地生态系统的CO_2通量,密集的日常数据检查和仪器维护十分必要,确保监测数据质量。     

中国陆地自然植被碳量空间分布特征探讨

陆地生态系统在全球碳循环动力学中的作用受到越来越多的注意。目前中国森林覆盖率为1392% , 到本世纪末全国森林覆盖率将达到15% , 对全球碳平衡具有重要作用。但是,由于我国碳循环的基础研究比较落后,致使我国陆地生态系统的碳储量和净第一性生产力 （NPP） 碳量还没有被准确确定, 而且陆地生态系统的碳通量估计存在较大差异。     

湿地生态系统碳通量研究进展

湿地碳循环在全球气候变化中起着重要作用,而湿地碳通量研究是湿地碳循环研究的关键问题。由于湿地独特的土壤、植被以及水文过程,使得湿地碳通量有别于其他类型的生态系统。湿地温室气体特别是CO2和CH2的释放水平具有明显的时空变化特征,其通量变化与许多外部因素相关,包括土壤状况、水文条件、植被类型、外源氮等。对近年来湿地生态系统碳汇功能变化以及影响碳通量相关因子的研究成果进行了系统的分析和综述。现有的研究表明,土壤状况对湿地碳通量影响较复杂,在一定范围内,表层土壤温度与气体排放密切相关,甚至呈正相关关系;土地利用／覆盖也影响湿地碳通量变化,导致湿地温室气体排放增加;水文条件特别是水位高度对湿地CO2和CH2排放的影响不同,高水位不利于CO2排出,CH2则与之相反;植被对湿地碳排放也起到正、负两方面作用,并且物种各异。还讨论了湿地碳通量研究进展的瓶颈问题,特别对植被演替较快的潮滩湿地碳通量研究做了展望。     

西南岩溶地区碳循环观测与模拟研究进展和展望

岩溶地区碳循环具有地表与地下双层结构的相互渗透、有机与无机碳循环的相耦合以及生物与非生物过程的相关联等特征,相对于其他陆地生态系统更为特殊和复杂。中国西南地区是全球最大范围的喀斯特连续出露地区,前期研究结果表明该区域的碳循环路径与过程是基本清晰的,但岩石-土壤-植被-大气-水不同界面间的碳通量及迁移转化机制仍然不明确,亟待开展小流域尺度碳循环各个分量的精细观测,以及区域尺度的碳循环遥感估算和模型模拟工作。论文对西南岩溶地区碳循环观测与模拟研究的进展进行了梳理,在此基础上展望下一步需要重点开展的工作,该研究可以为评估全球气候变化对该地区影响及制定适应对策提供参考。     

中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的主要进展及发展展望

基于微气象学理论的涡度相关通量观测技术实现了对生态系统尺度的生产力、能量平衡和温室气体交换等功能和过程的直接测定,特别是全球尺度通量塔观测网络的联合观测是实现从生态现象观察和生态要素观测跨越到全球尺度生态系统功能状态变化观测的重大突破。本文回顾了中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的创建及发展历程,系统介绍了ChinaFLUX的科学目标和设计理念、观测技术体系、观测数据的标准化处理及长期积累;综合评述了ChinaFLUX在陆地生态系统碳—氮—水的收支评估和交换过程的环境响应、碳通量时空格局及其形成机制等方面所取得的主要研究进展。最后,在探讨未来全球尺度通量塔观测网络发展趋势的基础上,提出了ChinaFLUX的主要发展方向、关键科学问题与未来工作重点,为中国通量观测研究事业的进一步发展提供理论参考。     

国外湿地生态系统碳循环研究进展

在全球变化背景下,面对湿地生态系统是否能维持其碳汇功能等问题,在以下几方面进行了讨论:当前湿地生态系统碳源与碳汇评估中存在的问题;湿地碳源与碳汇功能时空格局变异最新研究进展;影响湿地甲烷排放的因素;湿地碳循环过程对全球变暖的响应模式;湿地生态系统碳循环模拟。认为当前对湿地生态系统碳循环认识的局限性,是导致碳循环成为全球变暖互馈机制中不确定性的主要原因之一。针对中国当前湿地生态系统碳循环研究的特点,提出了中国未来湿地生态系统碳循环研究的焦点问题,即如何在气候变化及人类活动双重影响下,维持中国湿地生态系统现有碳储存库的功能,以及如何提高已退化湿地的固碳功能及潜力。     

排水造林对泥炭沼泽湿地碳循环的影响概述

湿地仅占全球陆地表面很小的一部分,却是全球陆地生态系统的碳汇,在全球碳循环中发挥着重要的作用。湿地排水后,地表水位下降,湿地土壤有氧层增加,CO2排放速率增加,CH4排放速率减少,进而影响湿地生态系统的碳汇功能。综述了当前国内外有关湿地排水对土壤CO2和CH4温室气体和土壤有机碳储量影响的研究进展,研究表明:森林湿地选择适当择伐可能有利于减缓大气温室气体(CO2和CH4)的排放。这将为我国基层林业局湿地恢复和碳管理,以及湿地经营提供参考价值。     

不同水淹环境下河口感潮湿地枯落物分解及营养动态

采用分解袋法,以我国东南沿海典型的感潮河口--闽江河口最大的鳝鱼滩湿地为研究区域,选取2个潮水水淹环境差异显著的地段(一个为近潮沟地段,另一个为远潮沟地段)为研究样地,对闽江河口主要的本地种芦苇、短叶茳芏及外来人侵种互花米草枯落物分解过程及影响因素进行研究,结果表明:(1)经常性的潮汐水淹对3种植物枯落物分解速率的影响不显著;(2)经常性的潮汐水淹促进了短叶茳芏和互花米草枯落物N、P元素的损失,但对芦苇的影响不大;(3)在2种不同的水淹环境,3种植物枯落物分解速率由快到慢的顺序均是短叶茳芏>互花米草>和芦苇,分解速率在0.003166～0.005280 d-1之间,95%干物质分解需要的时间在1.56～2.61 a之间;(4)C浓度基本稳定,N浓度呈上升趋势,总N在研究末期表现为净损失,P浓度呈较大的波动,总P在研究末期也表现为净损失;(5)具有最低C/P的短叶茳芏枯落物分解速率最快.     

湿地生态系统碳储存和温室气体排放研究

湿地生态系统是地球上重要的有机碳储库, 湿地植被和土壤碳储量丰富、碳密度高。湿地还是CO₂、CH₄和N₂O等温室气体的源和汇。近百年来,由于土地利用,特别是农业开发和泥炭开采,导致大面积湿地被排干,并排放大量温室气体。多项研究表明湿地保护和恢复能促进碳积累和减少温室气体排放,通过对国内外有关文献的分析,针对近年来科学界普遍关注的湿地生态系统碳储量、碳平衡和土地利用对温室气体排放的影响、湿地与全球气候变化关系等方面的问题进行了初步探讨。     

我国草地生态系统碳循环研究进展

文中首先分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性,进而对我国草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述,包括植物、凋落物、土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等,对其主要研究结论进行了深入的剖析。同时提出了今后我国草地生态系统碳循环的重点研究方向和研究领域。     

Commonalities of carbon dioxide exchange in semiarid regions with monsoon and Mediterranean climates

Comparing biosphere–atmosphere carbon exchange across monsoon (warm-season rainfall) and Mediterranean (cool-season rainfall) regimes can yield information about the interaction between energy and water limitation. Using data collected from eddy covariance towers over grass and shrub ecosystems in Arizona, USA and Almeria, Spain, we used net ecosystem carbon dioxide exchange (NEE), gross ecosystem production (GEP), and other meteorological variables to examine the effects of the different precipitation seasonality. Considerable crossover behavior occurred between the two rainfall regimes. As expected in these usually water-limited ecosystems, precipitation magnitude and timing were the dominant drivers of carbon exchange, but temperature and/or light also played an important role in regulating GEP and NEE at all sites. If significant rainfall occurred in the winter at the Arizona sites, their behavior was characteristically Mediterranean whereby the carbon flux responses were delayed till springtime. Likewise, the Spanish Mediterranean sites showed immediate pulse-like responses to rainfall events in non-winter periods. The observed site differences were likely due to differences in vegetation, soils, and climatology. Together, these results support a more unified conceptual model for which processes governing carbon cycling in semiarid ecosystems need not differ between warm-season and cool-season rainfall regimes.     

闽江河口咸草湿地冬季甲烷和二氧化碳通量及影响因子分析

闽江河口是我国东南沿海典型的开放式感潮河口,咸草Cyperus malaccensis var.brevifolius为闽江河口区最大的鳝鱼滩沼泽湿地的主要土著种。采用静态暗箱-气相色谱法,测定了2008年冬季(11月、12月和次年1月)咸草湿地涨潮前、涨落潮过程中和落潮后3个阶段排向大气环境的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)通量特征。结果表明,涨落潮过程中咸草湿地排向大气环境的甲烷通量小于涨潮前和落潮后,在时间上表现为冬季3个月甲烷排放通量持续下降;咸草湿地二氧化碳通量同样表现为涨落潮过程中小于涨潮前和落潮后,在时间上也呈递减趋势;氧化还原电位(Eh)以及pH值对咸草湿地甲烷和二氧化碳排放通量具有不同程度的影响。     

闽江河口区盐—淡水梯度下芦苇沼泽土壤有机碳特征

为了阐明盐—淡水梯度下河口潮汐沼泽土壤有机碳特征,对闽江河口盐—淡水梯度下芦苇(Phragmites australis)沼泽土壤有机碳含量、储量及其影响因子进行了测定与分析。结果表明,随着芦苇沼泽由淡水向半咸水沼泽演替,沼泽土壤粘粒和粉粒组成都在增加,土壤pH、容重和砂粒组成则在减小;尤溪洲湿地、蝙蝠洲湿地和鳝鱼滩湿地上分布的芦苇沼泽0～60cm土壤的有机碳含量分别为11.56～14.72g/kg、14.01～19.72g/kg和20.93～22.89g/kg,其平均值分别为12.47g/kg、16.62g/kg和21.97g/kg;3个采样点的0～60cm深度各层土壤有机碳储量范围分别为1408.71～1670.31t/km2、1328.44～1659.80t/km2和1319.93～1677.96t/km2,其平均值分别为1534.13t/km2、1548.12t/km2和1569.22t/km2;3块湿地芦苇沼泽0～60cm土壤的总有机碳储量分别为9204.79t/km2、9288.71t/km2和9415.35t/km2。在盐—淡水梯度下,芦苇沼泽土壤有机碳含量和储量都表现为随着盐度的增加而升高;盐—淡水梯度下沼泽土壤有机碳含量受到多个因子的调控。     

碳同位素技术在湿地甲烷排放中的应用综述

碳同位素技术对碳元素在生态系统中的迁移动态具有示踪作用,有助于研究生态系统中碳元素的源与去问题,在生态系统碳循环研究中发挥着极其重要的作用。重点阐述了碳同位素技术在湿地甲烷的产生、传输过程中的应用,并对将来该方面的研究方向作出展望。