湿地生态系统CO_2源/汇研究综述

湿地生态系统独特的生态特性使其在温室气体的固定和释放中发挥了重要作用,湿地生态系统CO2源/汇成为全球气候变化研究中的热点问题。该文系统总结了近年来湿地生态系统CO2源/汇特征,探讨了自然环境因子以及人类活动对湿地CO2源/汇功能的影响。研究表明,目前绝大多数湿地生态系统是大气CO2的汇,湿地CO2源/汇特征表现出明显的时空变异性。气温是气象因素中影响湿地净生态系统CO2通量(NEE)变化的一个重要甚至首要因子;土壤状况因子包括温度、pH值等均对NEE有明显影响,但影响程度不同;湿地水文对CO2源/汇的影响主要表现在干、湿季以及水位变化对NEE的影响上;植被类型及干扰程度不同,湿地CO2源/汇功能具有很大差异;人类活动尤其是将湿地开垦为农田,会使湿地变成大气CO2的源,而生态修复则使湿地作为大气CO2汇的能力得到恢复。     

快速变化中北冰洋CO2汇研究进展

作为高纬度吸收CO2重要海区之一,北极气候和生态环境正发生快速变化,这些变化使得北冰洋CO2的源汇格局及相关过程发生相应改变,并带来巨大的不确定性.表层海水CO2分压(pCO2)是评估CO2源汇的重要参考指标,其调控因子较为复杂,特别是对于环境具有区域性显著差异的北冰洋.综合目前国内外对北冰洋碳汇的研究进展,阐述了北冰...     

楚科奇海和白令海沉积地层中甾醇的物源组成及其周边气候效应

楚科奇海 C-8短柱沉积样中检出甾醇化合物碳数 C_(27)、C_(28)、C_(29)和C_(30)双键位置在5-和5,22-及22,24-的甾醇;白令海 B2-9短柱沉积样中检出甾醇化合物碳数 C27、C28和 C29双键位置在5-和5,22-及22-的甾醇。从两个海域的甾醇组合特征来看,主要来自陆源碎屑物质以及海洋硅质生物自生源组成。研究还表明楚科奇海和白令海沉积地层(2-0cm)中甾醇异常记录对应时间段约20世纪80年代-90年代未,保存着北极增暖的信号,这是北极海域生态环境对周边气候变化作出的响应。     

西北地区气溶胶的源和汇与沙尘暴研究综述

西北地区是我国沙尘暴发生次数频繁、发生强度最大的地区,近年来发生的大沙尘暴源地均位于新疆、甘肃和内蒙古的干燥沙漠或戈壁地带。由这些地区起源的沙尘既对全球气候有影响,又对全球化学物质的循环有重要意义。该地区荒漠化严重,已成为全球四大沙尘暴高发区之一的中亚沙尘暴区的重要组成部分,文中综合论述了中国西北地区沙尘气溶胶的源和汇与输运过程,概括性总结了近20多年来对西北地区沙尘暴的研究成果。     

极锋以南洋区N_2O源汇特性初析

N_2O是大气中最重要的温室气体之一,目前已经有大量的研究对海洋N_2O循环及海洋对N_2O收支的贡献进行追踪报道。然而,极区相关研究仍然十分有限。本研究利用中国第25、26次南极科学考察的机会,对南大洋进行的采样以及实验室分析,结果显示,南大洋表层海水存在亚热带锋附近N_2O过饱和,亚南极锋附近接近饱和,和极锋以南洋面的不饱和的特征。海冰融化后,其融冰水的注入是N2O不饱和特征形成的主要原因。运用正态分布选取站观测风速95%以上的风速范围进行平局估算出极锋以南洋区海气通量,结果显示,极锋区以南表层海水是大气N_2O的汇区,年吸收通量约为3.5×10~(-4)—7.7×10-4Tg·a-1(百万吨氮/年)。     

大气CO_2变化与气候

在地质历史时期,地球的气候不断在变化,全球大气CO2浓度也在变化,二者之间是否存在一种响应—反馈作用,目前存在争议较大.本研究从地质时间尺度、千年以来和现代气候变化3个角度进行介绍,认为全球气候变化是多重时间尺度变化规律的叠加,从长时间尺度来看,全球平均温度和大气CO2水平均表现出整体降低的趋势.地质历史时期存在多次大气CO2浓度升高的时期,有时甚至可达现在大气CO2水平的十几倍.气候变化与大气CO2的关系非常复杂,高CO2时期并不全部对应于高温时期.千年以来的气候变化在全球各大洲均有温暖时期的出现,并且很多地方的重建结果表明中世纪暖期的全球平均温度要比现代的全球平均温度还高.但这一区间的温度变化和大气CO2水平在1850年之前没有明显的相关性.近百年的气候观测资料表明全球平均温度上升了0.74℃,但对于这种上升的理解目前还存在较大争议.是否确实是由于人类活动（主要是工业革命以来）导致了全球CO2水平增高,进而导致全球变暖,需要更多的证据来验证.     

天山云杉林地生态系统CO2源/汇关系研究

通过实地观测和模型模拟的方法,研究了云杉林地的CO2源汇的日变化和年变化,结果表明(1)云杉光合速率在白天呈现明显的双峰曲线,即存在明显的光合"午休"现象.光合速率最高出现在10时和15时,分别达到了13.96和13.24 μmo1·m-2·s-1,白天光合速率的最低点出现在20时,为2.52 μmol·m-2·s-1.晚间植物呼吸的平均速率为2.65μmol·m-2·s-1.(2)云杉林地土壤呼吸速率在白天明显要高于夜间,最高土壤呼吸速率出现在19时,达到了CO21.42g·m-2·h-1.土壤呼吸速率最低值出现在22时,CO2为0.48 g·m-2·h-1.夜间土壤呼吸速率相对较为稳定,维持在CO20.6～0.8 g·m-2·h-1之间,平均值为CO20.70 g·m-2·h-1.(3)夜间云杉生态系统总的来说是碳源,白天随着气温、光强等环境因素的变化,碳源/碳汇关系有着一定的不确定性.总体来看云杉林地生态系统24小时净释放CO24.22 g·m-2·d-1,因此8月份,云杉林地生态系统应该是一个碳源;通过模型预测的结果表明云杉林地生态是一个极弱的碳源,年释放量为CO28.20t/hm2.     

基于“源汇”格局的传统乡村景观保护与导控策略

传统乡村景观人文与生态系统交织,时空演进因素复杂,其景观过程的分析和推导是对其科学保护的重要前提。借助在物质流动和景观过程模拟中具有突出优势的"源汇"理论和方法,解析传统乡村地域中的"源"与"汇",提出基于正负双向"源汇"格局的传统乡村景观保护策略和实施路径,为传统村镇的规划编制和数字化管理提供空间分析方法与决策支持,以期探索一条兼顾人文、生态景观保护和现代社会经济发展的景观可持续利用路径。     

腾格里沙漠民勤实验点夏季沙丘CO2浓度变化

为查明腾格里沙漠沙丘CO2浓度和昼夜变化规律,利用红外CO2监测仪在2009年夏季对腾格里沙漠两南部的民勤沙丘CO2浓度变化进行了昼夜连续观测,研究了不同类型、不同深度沙丘CO2浓度变化.研究得出:所有实验点CO2浓度在深度上的变化与通常观测的不同,2m和4m处的CO2浓度都比1 m处的大;固定沙丘的昼夜CO2浓度累积值大于半同定沙丘的昼夜CO2浓度累积值,而半固定沙丘的昼夜CO2浓度累积值又大于流动沙丘的昼夜CO2浓度累积值;沙丘白天CO2浓度累积值高于夜间;在极端干旱的腾格里沙漠西南部,不论是固定沙丘、半固定沙丘还是流动沙丘,CO2浓度在一昼夜内也具有清楚的变化规律,即从当日09:00左右到次日09:00点左右均呈现由低到高再到低的变化,但CO2浓度升降相对于大气温度的升降具有一定的滞后性,滞后时间约1～3 h;沙丘CO2浓度和大气温度之间存在显著的正相关关系,温度是决定CO2昼夜浓度变化规律的主要因素.在极端干旱的民勤沙漠区,各类沙丘沙层中的CO2浓度都明显高于空气CO2浓度.     

流域源区溪流CO2的来源与扩散过程研究综述

江河水系的源头多由规模小但数量多的溪流构成。溪流是源区生态系统向下游进行碳输出的开端,同时也存在水体CO_2向大气扩散的过程。溪流CO_2扩散通量(F_(CO_2))取决于水体二氧化碳分压(pCO_2)、水-气界面因湍流而产生的CO_2扩散速率(k_(CO_2))及溪流水域面积等方面,可以直接测量也可以通过经验公式及模型估算。溪流pCO_2受外源输入和内源产生两个过程的制约。外源CO_2是由壤中流和地下水向溪流注入的溶解无机碳(DIC)转化而来,内源主要指水体有机质分解产生的CO_2。水-气界面k_(CO_2)主要受到与河床坡度、粗糙度及流量变化密切相关的水流湍流程度的影响。源区溪流F_(CO_2)在时间上表现为暖湿季节干冷季节、夜间白天、洪水期非洪水期;全球空间尺度呈现自热带向寒温带递减;特定溪流内自地下水排泄区向下游递减。目前,关于源区溪流CO_2来源与扩散的研究逐渐增多,但是在溪流CO_2各种内外来源贡献量与贡献比例的估算、源区生态系统中各地理要素对溪流外源碳输入过程的控制、溪流水-气界面F_(CO_2)估算模型及山区溪流k_(CO_2)和CO_2扩散过程等方面还有待深入研究。     

2010年夏季白令海小型底栖动物丰度与生物量初步研究

2010年7月12—18日, 中国第4次北极科考队在白令海以箱式或多管取样器采集7站位10 cm长度的表层沉积物芯样, 并在现场进行了分层处理。室内分析时共检出14个小型底栖动物类群：自由生活海洋线虫(free-living Nematoda)、底栖桡足类(Copepoda)、多毛类(Polycheata)、动吻类(Kinorhyncha)、端足类(Amphipoda)、双壳类(Bivalvia)、涟虫(Cumacea)、介形类(Ostracoda)、原足类(Tanaidacea)、腹足类(Gastropoda)、等足类(Isopoda)、海蛇尾(Ophiura)、缓步类(Tardigrada)以及其它类(Others)。平均丰度和平均生物量分别为2 658.89±2 452.86 ind/10 cm²和1 587.56±1 452.65 μg?dwt/10 cm², 最高值皆出现在白令海北部陆架浅水区, 分别为7 135.12±429.43 ind/10 cm²和4 056.42±721.33 μg?dwt/10 cm², 最低值皆出现在白令海盆西部深水区, 分别仅为56.04±39.38 ind/10 cm²和87.91±85.60 μg?dwt/10 cm²。线虫为丰度的最优势类群, 占平均丰度比例的94.81％, 桡足类为第二优势类群, 占3.60％。表层0—6 cm芯样的取样效率为93.44％。基于各站丰度的类群相似性分析, 浅水区与深水区的小型底栖动物群落的相似性系数仅为30.72%, 最大的差别在于深水区的丰度比浅水区小了一个数量级。白令海陆架浅水区比白令海盆深水区和中国海域具有明显更高的小型底栖动物丰度和生物量。Pearson相关性分析显示, 白令海小型底栖动物丰度和生物量与水深、营养盐及多个粒径参数呈负相关, 其中生物量对环境变化的响应可能比丰度更敏感。     

Seasonal climatologies of oxygen and phosphates in the Bering Sea reconstructed by variational data assimilation approach

Climatological fields of dissolved oxygen and phosphates in the Bering Sea during the spring, summer, and fall seasons were generated on the basis of an extensive dataset of hydrochemical observations (16,356 stations, beginning in 1928) and a novel 3D variational algorithm for interpolation of a passive ocean tracer. The resulting patterns comply with maps produced earlier using an optimal interpolation method, though they also provide more detail and contain no “missing data” regions. Vertical, spatial, and temporal variability of both parameters follow large-scale patterns of circulation, upper mixed layer depth, and phytoplankton productivity in the Bering Sea.     

经济发展对碳排放的影响

探讨国家经济发展对碳排放的影响，采用具体评价模式对发达国家和发展中国家长期发展的对比研究。结果表明：第一，经济结构多元化的发展导致国家能源消费需求增长的减缓；第二，能源消费结构的多元化发展则导致国家碳排放水平的下降；第三，经济和能源消费的两者结构多元化的演进最终促使国家发展完成从高碳燃料为主向低碳为主的转变。     

南极大气CO_2、CH_4和N_2O本底趋势特征分析

对南极大气温室气体CO_2(含δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2)、CH_4和N_2O长期测值进行比较分析。结果表明,南极是全球大气温室气体浓度(CO_2稳定同位素丰度值)随纬度分布变化中的最低(高)区域。南极大气温室气体浓度值变化趋势、年增长率与全球整体上一致,但在具体数值上存在差异。南极CO_2平均年增长率(1958—2014年)为(1.43±0.59)mg·L~(–1)·a~(–1),低于同期赤道(1.51±0.72)mg·L~(–1)·a~(–1),但1980—2014年和2000—2014年年增长率均高于南半球中纬度地区。δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2丰度趋势揭示了化石燃料排放和全球尺度过程对CO_2的影响,但南极是受影响最小的区域。1983—2014年南极CH_4平均增长率为(6.2±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),低于北半球中纬度(6.5±5.6)μg·L~(–1)·a~(–1)而高于赤道(5.6±5.3)μg·L~(–1)·a~(–1)和南半球中纬度(6.1±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),这与CH_4人为排放增强主要在北半球中纬度地区而显著被OH氧化在赤道和中纬度地区的事实是吻合的。南极N_2O平均年增长率为(0.87±0.15)μg·L~(–1)·a~(–1)(2005—2013年),与南半球中纬度地区接近但低于北半球而高于赤道地区。     

中亚干旱区咸海的湖面变化及其环境效应

由于气候和人类活动的影响,近百年来成海水位出现了明显的波动,湖泊面积波动幅度近6×10<'4>km<'2>,由此产生了严重的区域生态环境问题.尤其是近50年来,随着流域人口增加、社会经济发展、工农业及生活用水造成的流域水资源匮乏,导致成海面积快速萎缩,引起一系列区域环境问题,威胁当地居民的生存.成海水位下降、面积萎缩主要引发了两个方面的生态环境效应:(1)绿洲的荒漠化.干涸的湖底直接成为荒地,形成新的沙源地;同时,区域地下水位下降,植被退化,草地沙化,加之风力从干涸湖底及临近沙漠区带来的风沙覆盖,形成新的沙漠带.改变的下垫面,影响湖泊对气候的调节功能,造成流域人居环境的恶化.(2)湖滨湿地的消失及湖水的成化,使得湿地资源与渔业资源等周围居民赖以生存的经济来源消失,同时由于来自裸露湖底的污染尘暴影响,使得流域原有土地功能退化.另外,污染的空气与饮用水直接威胁当地居民的健康.     

干旱沙区典型人工植被群落下土壤剖面CO_2浓度变化特征及其驱动因子

对人工固沙植被区柠条(Caragana korshinskii)群落和油蒿(Caragana korshinskii)群落下不同深度的土壤气体采样,主要研究和讨论了不同类型人工植被区下土壤CO2浓度的变化特征及土壤温度和土壤水分对其的影响。结果表明:柠条和油蒿群落0~80cm处的土壤空气CO2浓度随着土壤深度的增加而增加,并且在0~40cm,油蒿群落下的土壤CO2浓度值大于柠条,而在40cm以下则相反。其平均值分别为1 229.3μmol·mol-1和1 242.7μmol·mol-1,大于同一深度流沙下土壤CO2浓度值978.9μmol·mol-1。土壤水分与二者的土壤CO2浓度变化趋势在年际尺度上具有一致性,浅层40cm内油蒿群落下的土壤CO2浓度和土壤水分含量的相关性明显大于柠条和流沙。而在40cm以下,则表现为柠条油蒿流沙。土壤温度对土壤CO2浓度的影响程度一般为流沙油蒿柠条,特别是流沙,在表层达到了极显著的水平,之后随着土壤深度的增加而降低。而土壤温度对油蒿和柠条样地土壤CO2浓度的影响较为复杂,呈现出先增加后减小的趋势。在年际尺度上,土壤水分含量是不同植被群落下土壤剖面CO2浓度的关键限制因子,而在日尺度上,土壤温度则为主要限制因子。据粗略估计,在0~80cm内,柠条和油蒿根系呼吸所占的比例约为30.7%和33.3%。     

The PM10and PM2·5 dust generation potential of soils/sediments in the Southern Aral Sea Basin, Uzbekistan

The objective of this study was to assess the contribution of the major soil/sediment surfaces in the Southern Aral Sea Basin to the dust generation potential of this region. Eight crusts and soils/sediments from seven sites, representative of these surfaces, were sampled in the field and their major characteristics (particle size distribution, organic carbon content, carbonate content, salt content and composition) that are related to dust generation, were determined. The PM₁₀ and PM_2·5 dust generation potential of the materials was determined in the laboratory using the Lubbock Dust Generation, Analysis and Sampling System (LDGASS). The highest amount of PM₁₀ dust (579·3 mg.m⁻³) was generated from the Takyr crust material. The lowest by one Solonchak salt crust material (39·6 mg.m⁻³). Salt crusts from the desiccated Aral Sea bottom generated intermediate amounts of dust.The experimental results indicate that the Takyrs and Takyr-like soils, that occupy over 1 million ha in the Southern Aral Sea Basin, constitute the surfaces with the highest potential for being the source for the severe dust storms of the area. Second to the Takyr soils, the Solonchaks and Solonchak-like soils, also with an extent of over 1 million ha, contribute highly saline dust. To these must be added a large, as yet uncharted, proportion of the approximately 4 million ha of exposed sea bed, that exhibit Solonchak-like characteristics.     

Chemical weathering and CO2 consumption in the Xijiang River basin, South China

Monthly samples of riverine water were collected and analyzed for the concentrations of major ions (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, HCO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻, NO₃⁻), dissolved silicon, and total dissolved solids (TDS) at Wuzhou hydrological station located between the middle and lower reaches of the Xijiang River (XJR) from March 2005 to April 2006. More frequent sampling and analysis were carried out during the catastrophic flooding in June 2005. Stoichiometric analysis was applied for tracing sources of major ions and estimating CO₂ consumption from the chemical weathering of rocks. The results demonstrate that the chemical weathering of carbonate and silicate rocks within the drainage basin is the main source of the dissolved chemical substances in the XJR. Some 81.20% of the riverine cations originated from the chemical weathering processes induced by carbonic acid, 11.32% by sulfuric acid, and the other 7.48% from the dissolution of gypsum and precipitates of sea salts within the drainage basin. The CO₂ flux consumed by the rock chemical weathering within the XJR basin is 2.37 × 10¹¹ mol y^− 1, of which 0.64 × 10¹¹ mol y^− 1 results from silicate rock chemical weathering, and 1.73 × 10¹¹ mol y^− 1 results from carbonate rock chemical weathering. The CO₂ consumption comprises 0.38 × 10¹¹ mol during the 9-d catastrophic flooding. The CO₂ consumption from rock chemical weathering in humid subtropical zones regulates atmospheric CO₂ level and constitutes a significant part of the global carbon budget. The carbon sink potential of rock chemical weathering processes in the humid subtropical zones deserves extra attention.     

散射辐射对西藏高原高寒草甸净生态系统CO2交换的影响

2003~2006年在当雄草原站用涡度相关法对西藏高原广泛分布的高寒草甸生态系统的碳通量和常规气象数据进行了连续观测。基于这些数据,根据净生态系统CO₂交换量(NEE)对晴朗指数(k)和土壤温度的响应特征,分析了净生态系统CO₂交换量与散射辐射之间的关系。依据地面接受的散射辐射量把天气划分为云隙天、晴天和多云天。结果表明,散射辐射不能提高西藏高原高寒草甸生态系统的碳吸收水平。该生态系统的碳收支过程主要受光合有效辐射控制,碳排放过程主要受土壤温度控制;且NEE随k的变化趋势受散射辐射的影响较小,生态系统碳收支更多地受太阳辐射对土壤强烈加温的影响。三种散射辐射天气条件下,NEE随k的变化趋势基本一致,先增加后减小;NEE达最大值时的土壤温度皆为15℃左右,k值皆为0.7~0.8。