鼎湖山常绿针阔叶混交林CO_2通量估算

鼎湖山通量站是中国通量网络(ChinaFLUX)中4个森林站之一,采用开路涡度相关方法,对南亚热带常绿针阔叶混交林进行生态系统尺度的CO2通量长期定位观测．利用2003,2004年2整年观测资料,分析该生态系统CO2通量时间变化特征及其受环境因子的制约关系．通过坐标转换、WPL订正和质量控制后,发现本通量站存在明显的夜间泄漏问题,因此采用Michaelis- Menten模型,利用白天(PAR>1．0μmol-1 Photons·m-2·s-1)湍流充分条件-F(u*>0．2 m·s-1)的通量资料,逐月拟合净生态系统CO2交换NEE对光合有效辐射PAR的响应,利用拟合Michaelis-Menten方程得到的生态系统呼吸Reco,建立Reco与5 cm土壤温度的指数关系,借此反演夜间呼吸．主要结论包括:(i)逐月拟合的光能利用效率a平均为0．0027(±0．0011)mgCO2·μmol-1 Photons,最大光合速率Amax平均为1．102(±0．288)mgCO2·m-2·s-1,a与Amax季节性变化规律均不明显,表明林内旱季没有明显的缺水和低温胁迫存在,这与南亚热带常绿混交林叶面积指数(LAI)季节性变化较小的特点是一致的．(ii)生态系统呼吸月总量平均为95．3(±21．1)gC·m-2month-1,约占生态系统总初级生产力GPP的68％．NEE月总量平均为-43．2(±29．6)gC·m-2·month-1,大部分月份NEE为负号,表明该生态系统全年均具有较强的碳汇功能．估算得到2003,2004年NEE总量分别为-563, -441．2 gC·m-2·a-1,占GPP的32％．     

CO_2 flux evaluation over the evergreen coniferous and broad-leaved mixed forest in Dinghushan, China

The Dinghushan flux observation site, as one of the four forest sites of ChinaFLUX, aims to acquire long-term measurements of CO2 flux over a typical southern subtropical evergreen coniferous and broad-leaved mixed forest ecosystem using the open path eddy covariance method. Based on two years of data from 2003 to 2004, the characteristics of temporal variation in CO2 flux and its response to environmental factors in the forest ecosystem are analyzed. Provided two-dimensional coordinate rotation, WPL correction and quality control, poor energy-balance and underestimation of ecosystem respiration during nighttime implied that there could be a CO2 leak during the nighttime at the site. Using daytime (PAR > 1.0μmol-1·m-2·s-1) flux data during windy conditions (u* > 0.2 m·s-1), monthly ecosystem respiration (Reco) was derived through the Michaelis-Menten equation modeling the relationship between net ecosystem CO2 exchange (NEE) and photosynthetically active radiation (PAR). Exponential function was employed to describe the relationship between Reco and soil temperature at 5 cm depth (Ts05), then Reco of both daytime and nighttime was calculated respectively by the function. The major results are: (i) Derived from the Michaelis-Menten equation, the apparent quantum yield (α) was 0.0027±0.0011 mgCO2·μmol-1 photons, and the maximum photosynthetic assimilation rate (Amax) was 1.102±0.288 mgCO2·m-2·s-1. Indistinctive seasonal variation of o or Amax was consistent with weak seasonal dynamics of leaf area index (LAI) in such a lower subtropical evergreen mixed forest. (ii) Monthly accumulated Reco was estimated as 95.3±21.1 gC·m-2 mon-1, accounting for about 68% of the gross primary product (GPP). Monthly accumulated NEE was estimated as -43.2±29.6 gC·m-2·mon-1. The forest ecosystem acted as carbon sink all year round without any seasonal carbon efflux period. Annual NEE of 2003 and 2004 was estimated as -563.0 and -441.2 gC·m-2·a-1 respectively, accounting for about 32% of GPP.     

华北平原农田生态系统碳交换及其环境调控机制

在华北平原冬小麦/夏玉米轮作田采用涡度相关法进行了连续两年的碳通量观测,研究农田生态系统碳通量的构成及其变化特征,并分析碳交换对主要环境因子的响应.结果显示夜间净碳交换量(NEE)与0～10 cm地温呈明显的指数关系,两年度(2002年11月～2003年10月和2003年11月～2004年10月)的Q10分别为2.94和2.40.通过模拟计算得到总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Rec).冬小麦、夏玉米GPP的光响应曲线均符合直角双曲线方程.玉米季平均最大光合速率(Amax)与表观初始光能利用率(α)大于麦季.冬小麦α值随LAI增加而增大.作物主要生长季农田NEE的日变化明显白天吸收、夜晚释放CO2.其他月份农田以碳排放为主,NEE的日变化不显著.农田NEE日较差4～5月和8～9月较大,其它月份较小.农田NEE,GPP和Rec呈明显的季节变化.2003年和2004年玉米田最大日平均碳吸收量分别为-10.20和-12.50 gC·m-2·d-1;麦田最大日平均碳吸收量分别为-8.19和-9.50 gC·m-2·d-1.麦田和玉米田的最大碳吸收量分别出现在4～5月和8月中旬,和GPP最大值出现时间一致.冬小麦和夏玉米主要生长季(3～5月和8～9月)的NEE由GPP支配.GPP主要受PAR和LAI影响.温度对GPP的影响在早春较为明显.7月Rec达到全年最大,Rec和GPP对NEE的贡献相当.其余月份NEE以Rec为主,温度成为NEE的主要控制因子.从生长季NEE总量看,两年度的麦季分别为-77.6和-152.2 gC·m-2·a-1,玉米季分别为-120.1和-165.6 gC·m-2·a-1,玉米季均大于麦季.两年度冬小麦/夏玉米轮作田的年均NEE分别为-197.6和-317.9 gC·m-2·a-1,表明华北平原农田是大气CO2的汇.若考虑收获籽粒的碳,则农田由碳汇变为碳源两年度分别为340.5和107.5 gC·m-2·a-1.受温度、降水等气候因子及施肥、耕作等农田管理措施影响,农田碳交换的年际变化很大.实行免耕和一年一熟制是减少土壤碳排放、增加作物碳吸收的有效途径.     

长白山红松针阔叶混交林生态系统生产力的估算

利用LI-6400CO2分析系统测定了长白山红松针阔叶混交林生态系统土壤呼吸、乔木和灌木树干和枝条的呼吸、植物叶片光合与呼吸.同步监测森林小气候气象因子,建立土壤、树干、叶片与气象因子间的模型.根据红松针阔叶混交林植被群落特性,估算红松针阔叶混交林森林生态系统不同组分CO2通量.利用涡度相关技术监测红松针阔叶混交林净生态系统交换量.探讨温度、光合有效辐射对森林生态系统CO2通量的影响.通过分析发现,在当年的气候条件下,该森林净生态系统交换量主要受土壤呼吸和叶片光合的影响.红松针阔叶混交林净生态系统交换量全年变化范围在-4.67～13.80 μmol·m-2·s-1.该森林生态系统CO2通量在冬季和夏季里平均分别为-2.0和3.9 μmol·m-2·s-1 (24 h平均值).乔木、灌木和草本的初级生产力分别占阔叶红松林总初级生产力的89.7%,3.5%,6.8%.土壤呼吸是森林生态系统中最主要的CO2排放源,约占红松针阔叶混交林生态系统CO2排放的69.7%,植物叶片和枝干分别占15.2%和15.1%.在生长季和非生长季中红松针阔叶混交林净生态系统交换量分别占全年CO2通量的56.8%和43.2%.自养呼吸占总初级生产力的比值(RaGPP)为0.52(NPPGPP=0.48).森林生态系统地下当年碳积累量占总初级生产力的52%.土壤呼吸占总初级生产力的60%.红松针阔叶混交林NPP为769.3 gC·m-2·a-1.该森林净生态系统交换量(NEE)为229.51 gC·m-2·a-1.涡度相关技术获得的该森林生态系统NEE低于箱式法获得的19.8%.     

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.     

千烟洲人工针叶林CO_2通量季节变化及其环境因子的影响

对千烟洲人工针叶林碳通量与环境影响因子进行了分析,研究了23m和39m两层高度碳通量的时空变化特征,对2003年该生态系统的碳收支状况进行了初步估算.研究结果表明:影响净生态系统交换(NEE)的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)、土壤温度等.白天(有光期)的NEE对于PAR的响应符合直角双曲线方程.通过摩擦速度的阈值对夜间数据进行了筛选,夜间(无光期)的NEE对于温度和饱和水汽压差的响应呈明显的指数关系.该生态系统全年各个月均表现为碳汇;碳通量各月的平均日变化和季节变化趋势明显.2003年各月NEE值以5,6月最高,日最大值为?0.61~?0.67mg·CO2·m?2·s?1;盛夏7月遭遇了严重伏旱及持续高温,NEE值约为5~6月的2/3,日最大值为?0.40mgCO2·m?2·s?1;秋末到冬季由于持续干旱,NEE为全年最低,日最大值为?0.29~?0.35mg·CO2·m?2·s?1.2003全年碳收支估算值在?0.553~?0.645kgC·m?2之间.     

青藏高原高寒草甸生态系统表观量子产额和表观最大光合速率的确定

高寒草甸是青藏高原广泛分布的植被类型,面积约1.2×106km2,位于青藏高原腹地的西藏当雄县即是典型分布区之一.以2003年生长季在当雄草原站用涡度相关法连续观测的CO2通量数据为基础,分析了净生态系统二氧化碳交换量(NEE)与光合有效辐射(PAR)之间的关系,及其表观量子产额(α)和表观最大光合速率(Pmax)在生长季中的变化特征.结果表明:白天的NEE与PAR之间符合很好的直角双曲线关系;α随生长季依次为草盛期>草盛初期>种子成熟期>枯黄期,最大为0.0244μmolCO2·μmol?1PAR,最小仅0.0098μmolCO2·μmol?1PAR;Pmax在草盛初期、草盛期、种子成熟期变化不大,平均0.433mgCO2·m?2·s?1(9.829μmolCO2·m?2·s?1),在枯黄期仅0.35mgCO2·m?2·s?1(7.945μmolCO2·m?2·s?1).青藏高原高寒草甸的α值与世界上其他的草原生态系统相比,明显偏小.     

鼎湖山常绿针阔叶混交林CO2通量估算

鼎湖山通量站是中国通量网络(ChinaFLUX)中4个森林站之一,采用开路涡度相关方法,对南亚热带常绿针阔叶混交林进行生态系统尺度的CO₂通量长期定位观测．利用2003,2004年2整年观测资料,分析该生态系统CO₂通量时间变化特征及其受环境因子的制约关系．通过坐标转换、WPL订正和质量控制后,发现本通量站存在明显的夜间泄漏问题,因此采用Michaelis- Menten模型,利用白天(PAR>1．0μmol^-1 Photons·m^-2·s^-1)湍流充分条件-F(u*>0．2 m·s^-1)的通量资料,逐月拟合净生态系统CO₂交换NEE对光合有效辐射PAR的响应,利用拟合Michaelis-Menten方程得到的生态系统呼吸Reco,建立R_eco与5 cm土壤温度的指数关系,借此反演夜间呼吸．主要结论包括:(i)逐月拟合的光能利用效率a平均为0．0027(±0．0011)mgCO₂·μmol^-1 Photons,最大光合速率A_max平均为1．102(±0．288)mgCO₂·m^-2·s^-1,a与A_max季节性变化规律均不明显,表明林内旱季没有明显的缺水和低温胁迫存在,这与南亚热带常绿混交林叶面积指数(LAI)季节性变化较小的特点是一致的．（ii）生态系统呼吸月总量平均为95.3（±21．1）gC·mm^-2month^-1，约占生态系统总初级生产力GPP的68％．NEE月总量平均为-43．2（±29．6）gC·m^-2·month^-1，大部分月份NEE为负号，表明该生态系统全年均具有较强的碳汇功能．估算得到2003，2004年NEE总量分别为-563，-441．2gC·m^-2·a^-1，占GPP的32％．     

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.     

千烟洲中亚热带人工林生态系统CO2通量的季节变异特征

作为中国陆地生态系统通量网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲中亚热带人工林生态系统CO2通量进行了长期观测.本研究集中探讨了千烟洲人工林2003年和2004年净生态系统CO2交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总生态系统CO2交换量(GEE)的季节变异特征及其源汇状况与强度.研究结果表明(i)NEE,Re和GEE具有明显的季节变化趋势且密切相关,冬季和干旱期量级较低而夏季量级较高.(ii)光照、温度和水分条件是控制千烟洲人工林生态系统NEE,Re和GEE季节动态的主导因素.光照是控制NEE的主要因素,而温度和水汽压差共同影响着NEE,但水汽压差对NEE的影响作用更强.在适宜光照条件下,干旱胁迫会造成千烟洲人工林生态系统碳吸收的适宜温度范围明显降低.温度和降水的协同作用共同控制着Re.(iii)2003年和2004年千烟洲人工林生态系统NEE,Re和GEE分别为-387.2和-423.8g C·m-2,1223.3和1442.0 g C·m-2,-1610.4和-1865.8 g C·m-2,这表明千烟洲人工林生态系统具有较强碳吸收能力.     

Carbon dioxide exchange and the mechanism of environmental control in a farmland ecosystem in North China Plain

CO2 flux was measured continuously in a wheat and maize rotation system of North China Plain using the eddy covariance technique to study the characteristic of CO2 exchange and its response to key environmental factors. The results show that nighttime net ecosystem exchange (NEE) varied exponentially with soil temperature. The temperature sensitivities of the ecosystem (Q10) were 2.94 and 2.49 in years 2002-2003 and 2003-2004, respectively. The response of gross primary productivity (GPP) to photosynthetically active radiation (PAR) in the crop field can be expressed by a rectangular hyperbolic function. Average Amax andαfor maize were more than those for wheat. The values ofαincreased positively with leaf area index (LAI) of wheat. Diurnal variations of NEE were significant from March to May and from July to September, but not remarkable in other months. NEE, GPP and ecosystem respiration (Rec) showed significantly seasonal variations in the crop field. The highest mean daily CO2 uptake rate was -10.20 and -12.50 gC·m-2·d-1 in 2003 and 2004, for the maize field, respectively, and -8.19 and -9.50 gC·m-2·d-1 in 2003 and 2004 for the wheat field, respectively. The maximal CO2 uptake appeared in April or May for wheat and mid-August for maize. During the main growing seasons of winter wheat and summer maize, NEE was controlled by GPP which was chiefly influenced by PAR and LAI. Rec reached its annual maximum in July when Rec and GPP contributed to NEE equally. NEE was dominated by Rec in other months and temperature became a key factor controlling NEE. Total NEE for the wheat field was -77.6 and -152.2 gC·m-2·a-1 in years 2002-2003 and 2003-2004, respectively, and -120.1 and -165.6 gC·m-2·a-1 in 2003 and 2004 for the maize field, respectively. The cropland of North China Plain was a carbon sink, with annual -197.6 and -317.9 gC·m-2·a-1 in years 2002-2003 and 2003-2004, respectively. After considering the carbon in grains, the cropland became a carbon source, which was 340.5 and 107.5 gC·m-2·a-1 in years 2002-2003 and 2003-2004, respectively. Affected by climate and filed managements, inter-annual carbon exchange varied largely in the wheat and maize rotation system of North China Plain.     

长白山阔叶红松林主要树种及群落冠层光合特征

基于叶片尺度的光强-光合响应测定,结合冠层CO2涡度通量观测,研究了长白山阔叶红松林主要树种及群落冠层的光合特征.结果表明,叶片及冠层光响应过程均可以用非直角双曲线模型很好地表达.蒙古栎具有较高的光补偿点Lcp(28 μmol·m-2·s-1)、光饱和点Lcp(＞1800 μmol·m-2·s-1)及最大净光合速率Pmax(9.96 μmol·m-2·s-1),表现为典型的喜阳性特点;色木槭的表观量子效率α(0.066)最大,Lcp(16 μmol·m-2·s-1),Lsp(800 μmol·m-2·s-1左右)及Pmax(4.51 μmol·m-2·s-1)最低,表现为弱阳性特点;红松针叶的α值显著低于阔叶树,但具有较高的Pmax,表现为半喜阳特点.在冠层,α和Pmax都位于温带森林报导值的上限,而Lcp位于下限.冠层光合特征参数与叶片具有较好的一致性,均表现为相对较高的光合能力,但环境胁迫,特别是高的饱和水汽压差可显著降低叶片和冠层的光合能力.     

动力扰动下太湖梅梁湾水-沉积物界面的营养盐释放通量

通过波浪水槽试验,研究了不同水动力扰动条件下太湖梅梁湾水-沉积物界面的营养盐通量.结果发现,水动力扰动对该通量的影响很大,在中等扰动强度下(水底波切应力为0.019N·m-2,相当于梅梁湾中部夏季盛行风-东南风风速5～7 m·s-1),TN,DTN和NH4+-N的通量分别为1.92×10-3,-1.81×10-4和5.28×10-4mg·m-2·s-1(向上为正,向下为负),而TP,TDP和SRP的通量分别为5.69×10-4,1.68×10-4和-1.29×10-4mg·m-2·s-1.根据对气象资料的统计,夏季5～7 m·s-1东南风风速的最大持续时间为15h,以上述通量和风速持续时间进行计算,太湖底泥区域按水面积的47.45％,将分别有111tTN,32tNH4+-N,34tTP和10tTDP进入水体,可分别导致整个太湖水体中相应的平均浓度升高约0.025,0.007,0.007和0.002 mg·1-1.当扰动增大时(水底波切应力为0.217 N·m-2,相当于梅梁湾中部东南风速10～11 m·s-1),营养盐通量显著增加,其中TN,DTN和NH4+-N分别达1.16×10-2,6.76×10-3和1.14×10-2 mg·m-2·s-1,而TP通量亦大幅度上升,达到2.14×10-3 mg·m-2·s-1,上述通量的增加幅度均达到一个量级以上.但是,TDP的通量有所减小,其值为9.54×10-5 mg·m-2·s-1,而SRP虽然存在增加趋势,但其通量值却很小(5.42×10-5 mg·m-2·s-1).统计结果显示,太湖地区该风速的持续时间不超过5h.若以5h计,在上述强扰动情况下,营养盐释放量分别为232t TN,134.9t TDN,228t NH4+-N,42.7 t TP,2.0t TDP和1.1tSRP,水体中相应的平均浓度的升高量为0.050,0.029,0.049,0.009,0.0004和0.0002 mg·1-1.由此可见,在浅水湖泊中,动力扰动能造成水体中营养盐浓度的急骤升高,虽然在微扰动情况下,有些指标的释放通量出现负值(如DTN和SRP),水底沉积物表现为上述营养盐成分的汇集场所,但沉积物中大多数营养盐成分会随着底泥悬浮和水体-沉积物界面环境条件的改变而进入水体,给水体生态系统带来严重影响,这也是浅水湖泊所具有的显著特征之一.     

中亚热带人工针叶林CO_2通量组分统计不确定性分析

以ChinaFLUX千烟洲中亚热带人工针叶林2003~2005年连续3a涡度相关CO2通量观测数据为基础,采用"单塔日变化法(Daily-differencingapproach)"分析了CO2通量观测数据的随机误差,研究比较了不同生态过程模型、不同参数优化方法对模型关键参数及CO2通量组分(Reco,NEE,GEE)的影响,并利用不确定性分析方法—自助法(Bootstrapping)系统地分析了生态过程参数和CO2通量组分的不确定性.结果表明:(1)CO2通量观测随机误差更多服从双边指数分布(Laplace分布),而不是高斯正态分布;(2)不同参数优化方法获取的生态过程参数存在明显差异,最大似然参数优化方法获取的参数结果不确定性低于普通最小二乘参数优化方法;(3)最大似然参数优化方法与普通最小二乘参数优化方法模拟的Reco,NEE,GEE结果分别相差12.18%(176.47gC·m?2·a?1),34.33%(79.175gC·m?2·a?1),5.4%(91.955gC·m?2·a?1);而TW_model与T_model模拟Reco,NEE,GEE结果分别相差1.31%(17.825gC·m?2·a?1),2.1%(5.745gC·m?2·a?1),0.26%(4.28gC·m?2·a?1).这说明参数优化方法的选择对CO2通量的影响高于模型的选择,因此选择适当的误差分布假设(参数优化方法)对CO2通量的确定和评价很重要;(4)最大似然法参数优化方法获取结果的相对不确定性低于普通最小二乘法参数优化方法.且CO2通量组分估计结果的不确定性随时间尺度变化,时间尺度越大,CO2通量的相对不确定性越小.Reco,NEE,GEE年尺度上的相对不确定性分别为4%~8%,7%~22%,2%~4%.     

千烟洲中亚热带人工林生态系统CO_2通量的季节变异特征

作为中国陆地生态系统通量网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲中亚热带人工林生态系统CO2通量进行了长期观测．本研究集中探讨了千烟洲人工林2003年和2004年净生态系统CO2交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总生态系统CO2交换量(GEE)的季节变异特征及其源汇状况与强度．研究结果表明:(i)NEE,Re和GEE具有明显的季节变化趋势且密切相关,冬季和干旱期量级较低而夏季量级较高．(ii)光照、温度和水分条件是控制千烟洲人工林生态系统NEE,Re和GEE季节动态的主导因素．光照是控制NEE的主要因素,而温度和水汽压差共同影响着NEE,但水汽压差对NEE的影响作用更强．在适宜光照条件下,干旱胁迫会造成千烟洲人工林生态系统碳吸收的适宜温度范围明显降低．温度和降水的协同作用共同控制着Re．(iii)2003年和2004年千烟洲人工林生态系统NEE,Re和GEE分别为-387．2和-423．8 g C·m-2,1223．3和1442．0 g C·m-2,-1610．4和-1865．8 g C·m-2,这表明千烟洲人工林生态系统具有较强碳吸收能力．     

青藏高原低气压条件下高寒草甸群落光量子效率对温度的响应

以2003年生长季在西藏当雄草原站用涡度相关法连续观测的CO2通量数据为基础,利用低光强下净生态系统碳通量(NEE)与光合有效辐射(PAR)的线性响应关系反算了高寒草甸群落光量子效率(α),并分析了低气压条件下群落α值对温度的响应规律.结果表明群落α值随温度的上升总体上线性降低,与C3植物叶片水平的研究结果相似,但随温度下降的梯度随生长季有逐渐增大的趋势.生长季初期冠层温度每升高1℃,群落α值的平均下降量约为0.0005 μmolCO2·μmol-1 PAR,生长季末期α值随温度的下降量增为0.0008 μmolCO2·μmol-1 PAR.相对于直角双曲线法,采用本文中的计算方法得到的群落α值在数值上偏小.但这种方法在深入分析群落α值与温度等环境因子的关系方面有其自身的优势.     

青藏高原高寒草原生态系统土壤CO_2排放及其碳平衡

青藏高原海拔高,气压低,太阳辐射强,气候寒冷,其主体部分为海拔4000m以上的高寒地区.由于严酷的自然条件的限制,对高海拔地区的土壤CO2排放的研究非常少,尤其对海拔4500m以上的高寒草原生态系统土壤的CO2排放研究更不多见.本试验采用静态箱式法,通过对高原高寒草原生态系统(西藏:班戈县,90.01°E,31.23°N,海拔4800m)土壤CO2排放的2周年的定点观测,结果表明:青藏高原高寒草原生态系统土壤CO2排放的日变化呈现单峰曲线,CO2排放最高点出现在当地时间的14︰00左右,最低点出现在当地时间的凌晨5︰00左右,在夏季这种特征尤其明显;高寒草原生态系统土壤CO2排放亦呈现明显的季节变化,夏季增强,冬季明显减弱;根据计算,高寒草原生态系统土壤CO2排放年日平均值和年总量分别为21.39mgCO2·m?2·h?1和187.46gCO2·m?2·a?1,结合高寒草地净生产量的观测结果,表明青藏高寒草原生态系统是碳汇.     

中国亚热带和温带典型森林生态系统呼吸的季节模式及环境响应特征

作为中国陆地生态系统通量观测网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲亚热带人工针叶林和长白山温带阔叶红松混交林生态系统CO2通量进行了长期观测.利用以温度和水分为驱动变量的连乘形式以及Q10形式的生态系统呼吸模型,分析了2003年中国亚热带和温带森林生态系统呼吸的季节变化及其环境响应特征.研究结果表明:(i)温度是控制生态系统呼吸特征的主导因素,温度和水分的协同作用共同控制着生态系统呼吸,利用这两个变量基本上可以描述生态系统呼吸的季节变异特征;对受到干旱胁迫的生态系统而言,水分条件也可能转化成为生态系统呼吸的主导因素.(ii)模型对比分析表明,在干燥的气候条件下,Q10模型对水分的响应能力比连乘模型更敏感,基于Q10模型可以准确描述生态系统呼吸的季节模式.(iii)基于Q10模型估算的千烟洲亚热带人工针叶林和长白山温带阔叶红松混交林生态系统呼吸年总量分别为1197和1268gC·m?2,而基于连乘模型估算的生态系统呼吸年总量分别为1209和1303gC·m?2.     

数据填补及能量闭合对半干旱区生态系统年净碳交换的影响

基于半干旱区2种不同下垫面(草地和旱作农田)2005和2008年涡动相关法取得的通量资料,分析了数据填补、能量收支闭合率以及摩擦风速(u*)阈值等对生态系统年净碳交换的影响.通过加入4种不同长度的人工空缺(空缺长度从0.5 h~12 d),比较了平均日变化法(MDV)、边缘分布抽样法(MDS)和非线性回归法等6种填补方法的填补效果.结果表明,MDS的整体表现最好,特别是对长空缺的填补效果优于其他方法,估算的年NEE偏差在5 g C m-2 a-1以内.非线性回归法估算的夜间NEE具有较大的正偏差,表明非线性回归法估算的夜间生态系统呼吸偏高.4种非线性回归法估算的年NEE偏差在8.0~30.8g C m-2 a-1.由于在半干旱区土壤含水量是生态系统碳交换的重要限制因子,非线性回归法中综合考虑土壤温度和土壤含水量影响的Non_linear3和Non_linear4表现较好.MDV对白天NEE空缺的填补优于夜间,估算的年NEE偏差在-2.6~-13.4 g C m-2 a-1.总体上,数据填补的精确度受下垫面类型、空缺长度以及空缺出现时间(白天、晚上)影响.2个观测站点的能量收支闭合率在80%左右.能量收支闭合率受湍流强度影响显著;当夜间摩擦风速较低时,湍流混合不充分,能量收支闭合率也较低.生态系统在某个风向的累积通量印痕较大时,有效能量和湍流通量源区的不匹配造成这一风向上的能量收支闭合率也较低.通过假设能量收支不闭合全部由感热通量和潜热通量的低估引起,评估了能量闭合订正对生态系统CO2通量的影响.结果表明经过订正后的草地、农田的年净碳交换量平均增加近10 g C m-2 a-1.此外当u*阈值从0.1增加到0.2 m s-1,年净碳交换平均增加37.5 g C m-2 a-1,这表明u*阈值的设定对生态系统的年净碳交换影响较大.     

Estimate of productivity in ecosystem of the broad-leaved Korean pine mixed forest in Changbai Mountain

We measured soil, stem and branch respiration of trees and shrubs, foliage photosynthesis and respiration in ecosystem of the needle and broad-leaved Korean pine forest in Changbai Mountain by LI-6400 CO2 analysis system. Measurement of forest microclimate was conducted simultaneously and a model was found for the relationship of soil, stem, leaf and climate factors. CO2 flux of different components in ecosystem of the broad-leaved Korean pine forest was estimated based on vegetation characteristics. The net ecosystem exchange was measured by eddy covariance technique. And we studied the effect of temperature and photosynthetic active radiation on ecosystem CO2 flux. Through analysis we found that the net ecosystem exchange was affected mainly by soil respiration and leaf photosynthesis. Annual net ecosystem exchange ranged from a minimum of about -4.671μmol·m-2·s-1 to a maximum of 13.80μmol·m-2·s-1, mean net ecosystem exchange of CO2 flux was -2.0μmol·m-2·s-1 and 3.9μmol·m-2·s-1 in winter and summer respectively (mean value during 24 h). Primary productivity of tree, shrub and herbage contributed about 89.7%, 3.5% and 6.8% to the gross primary productivity of the broad-leaved Korean pine forest respectively. Soil respiration contributed about 69.7% CO2 to the broad-leaved Korean pine forest ecosystem, comprising about 15.2% from tree leaves and 15.1% from branches. The net ecosystem exchange in growing season and non-growing season contributed 56.8% and 43.2% to the annual CO2 efflux respectively. The ratio of autotrophic respiration to gross primary productivity (Ra:GPP) was 0.52 (NPP:GPP=0.48). Annual carbon accumulation underground accounted for 52% of the gross primary productivity, and soil respiration contributed 60% to gross primary productivity. The NPP of the needle and broad-leaved Korean pine forest was 769.3 gC·m-2·a-1. The net ecosystem exchange of this forest ecosystem (NEE) was 229.51 gC·m-2·a-1. The NEE of this forest ecosystem acquired by eddy covariance technique was lower than chamber estimates by 19.8%.