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.     

基于涡度相关技术估算植被/大气间净CO2交换量中的不确定性

近年来，涡度相关技术的进步使陆地生态系统CO2通量的长期和连续观测成为可能。目前，涡度相关技术是全球通量观测网络（FLUXNET）测定植被/大气间CO2通量的主要技术手段，但绝大部分CO2通量观测站点都处于非典型的理想条件下，不能完全满足涡度相关技术的基本假设条件，从而导致基于涡度相关技术估算植被/大气间净生态系统CO2交换量的不确定性。系统介绍了涡度相关技术的基本假设，基本理论公式和误差的类型与特征等理论问题，重点阐述了通量测定中仪器本身的物理限制、二维和三维的气流运动、数据处理的方法和夜间通量的低估等不确定性的主要来源，并据此对通量观测研究中需要优先考虑的问题提出一些建议。研究认为数据质量控制与分析以及误差评价是不同通量站点间的结果比较和全球尺度综合分析的过程中需重点考虑的问题。     

基于Forest-DNDC的长白山阔叶红松林土壤碳氮温室气体通量的模拟研究（英文）

土壤温室气体排放是土壤与大气之间的温室气体交换的重要途径,但对土壤温室气体排放动态变化的理解和收支水平的估算仍存在较大的不确定性。基于动态箱原位监测的高频、连续土壤温室气体通量数据,本研究初步检验了生物地球化学模型(Forest-DNDC)对长白山阔叶红松林(CBF)土壤CH_4、CO_2和N_2O温室气体通量的模拟效果。结果显示,当前版本的Forest-DNDC可以反演得到土壤温度、土壤湿度和积雪等主要环境要素的总体变化趋势,但是对于环境要素季节变化的准确模拟尚存在较明显偏差,特别是在非生长季节。模拟得到的土壤CH_4通量与监测结果相当接近,并且受到了土壤温度和积雪变化的显著调控。受温度变化的影响,模拟CO_2通量的季节变化与测定值相似,均在夏季达到高峰,但模拟的土壤CO_2排放量明显小于实际测定结果。与监测的土壤N_2O通量在春季冻融期间出现排放高峰的变化显著不同的是,模拟土壤N_2O通量主要受温度变化的影响,其最大值出现在夏季。因此,有必要结合更长时段的土壤温室气体监测数据,进一步优化模型参数与过程,特别是土壤水热传导和温室气体的产生过程等,为模拟改进和生态系统碳氮收支评估,以及从站点到区域的扩展提供支撑。     

1981-2010年中国散射光合有效辐射的估算及时空特征分析

光合有效辐射（Photosynthetically active radiation,PAR）是植物光合作用的主要能量来源,其散射组分能够增强植被冠层光能利用率,从而增加碳吸收。因此,散射PAR是生态系统生产力模型的重要驱动因子。本文尝试估算我国1981-2010 年的散射PAR,通过空间化得到近30 年月尺度10 km分辨率的散射PAR空间数据集,并分析了其空间分布特征和时间变化趋势。结果表明：（1）1981-2010 年散射PAR多年平均值的空间分布具有明显的空间异质性,总体上东北部较低,南部和西部较高。全国范围内的多年平均值在6.66~15.27 mol m^-2 d^-1之间,且夏季散射PAR最大,冬季最小。（2）1981-2010 年全国所有像素散射PAR年平均值表现出明显的上升趋势,上升幅度为0.03 mol m^-2 d^-1/10a;但前10 年下降趋势明显,且1982、1983、1991 和1992 年存在明显异常。春季的散射PAR呈现微弱的下降趋势,其他季节均呈上升趋势。（3）1981-2010 年散射PAR时间变化率的空间分布具有明显的季节变化和区域差异,我国大体呈现南部区域上升,北部区域下降。     

森林土壤碳、氮淋失过程及其形成机制研究进展

大气氮沉降对森林生态系统碳截存和损耗过程的影响已引起广泛关注, 但对沉降氮在森 林生态系统中的去向、增氮对土壤中碳/氮转化过程的影响以及土壤氮饱和前后土壤渗漏液中溶 解性有机碳(DOC) 和溶解性有机氮(DON) 动态等方面的研究还不够深入。本文论述了近年来国 内外在土壤氮饱和及土壤碳、氮淋溶领域的最新研究进展, 从系统论的角度阐述土壤氮饱和过程 及内涵; 通过论述DOC 和DON 含量及其结构组成变化来揭示其对增氮/氮沉降的内在响应机 理; 论述了增氮对土壤无机氮转化的影响以及生物和非生物因素对沉降氮固持的贡献。指出土壤 氮饱和为土壤中的有效氮随时间增加超过了土壤中生物和非生物的持留能力, 导致土壤氮的净 矿化、净硝化、NO₃^-流失以及土壤酸化等过程发生一系列非线性变化。初步认为土壤中DOC 和 DON 对增氮的不同响应归因于氮素饱和过程的三个不同阶段。对于特定的生态系统来说, 需要 清楚地认识土壤氮素矿化、硝化、反硝化和固持等过程, 才能明晰土壤氮素状态以及随时间的演 变。另外, 指出在上述三个研究领域中存在的问题, 并提出拟解决的途径以及未来的可能研究方 向, 以期对该领域的研究提供参考。     

中国东部南北样带森林生态系统WUE和NUE空间格局及驱动因子(英文)

From July 2008 to August 2008, 72 leaf samples from 22 species and 81 soil samples in the nine natural forest ecosystems were collected, from north to south along the North-South Transect of Eastern China (NSTEC). Based on these samples, we studied the geographical distribution patterns of vegetable water use efficiency (WUE) and nitrogen use efficiency (NUE), and analyzed their relationship with environmental factors. The vegetable WUE and NUE were calculated through the measurement of foliar δ 13C and C/N of predominant species, respectively. The results showed: (1) vegetable WUE, ranging from 2.13 to 28.67 mg C g-1 H2O, increased linearly from south to north in the representative forest ecosystems along the NSTEC, while vegetable NUE showed an opposite trend, increasing from north to south, ranging from 12.92 to 29.60 g C g-1 N. (2) Vegetable WUE and NUE were dominantly driven by climate and significantly affected by soil nutrient factors. Based on multiple stepwise regression analysis, mean annual temperature, soil phosphorus concentration, and soil nitrogen concentration were responding for 75.5% of the variations of WUE (p<0.001). While, mean annual precipitation and soil phosphorus concentration could explain 65.7% of the change in vegetable NUE (p<0.001). Moreover, vegetable WUE and NUE would also be seriously influenced by atmospheric nitrogen deposition in nitrogen saturated ecosystems. (3) There was a significant trade-off relationship between vegetable WUE and NUE in the typical forest ecosystems along the NSTEC (p<0.001), indicating a balanced strategy for vegetation in resource utilization in natural forest ecosystems along the NSTEC. This study suggests that global change would impact the resource use efficiency of forest ecosystems. However, vegetation could adapt to those changes by increasing the use efficiency of shortage resource while decreasing the relatively ample one. But extreme impacts, such as heavy nitrogen deposition, would break this trade-off mechanism and give a dramatic disturbance to the ecosystem biogeochemical cycle.     

SWH双源蒸散模型模拟效果验证及不确定性分析

SWH模型是在经典Shuttleworth-Wallace双源蒸散模型的基础上发展起来的蒸散模型。过去的研究结果表明在站点尺度上SWH模型表现出较高模拟精度,但有关模型对主要参数及驱动变量的敏感性以及模型模拟的不确定性来源等缺乏深入理解与认识。本文通过与51个陆地生态系统站点多年的蒸散观测数据对比,在季尺度、年尺度上验证了全国范围内SWH模型的模拟效果,并分析了关键参数和驱动变量对模型不确定性的贡献大小。结果表明：SWH模型在区域尺度上取得了较好的模拟效果,模拟蒸散与实测值R²均在0.75以上。模型各参数中,冠层导度估算涉及的两个参数对蒸散模拟不确定性影响较大;驱动数据中,归一化植被指数对蒸散模拟不确定性影响较大。尽管部分数据（如降水）因插补存在较大的误差,但总体上气候驱动数据对蒸散模拟的不确定性的贡献仍低于NDVI。     

亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展

作为FLUXNET的重要组成部分,亚洲区域以其广阔的地域、独特的气候、丰富多样的植被类型等特点,日益成为全球碳通量观测研究的热点地区之一.目前在亚洲地区已经成立了AsiaFlux(日本),KoFlux(韩国)和ChinaFLUX(中国)区域性观测研究网络,约有54个不同生态系统类型的通量观测站点,观测区域覆盖了从2°N到63°N的热带雨林、常绿阔叶林、针阔混交林、灌木草地、高寒草甸和各种农田等陆地生态系统.各观测站点都在以涡度相关技术为主体对植被-大气间的CO2,H2O和能量通量、以及生态系统水碳循环的关键过程进行着长期和连续的观测,所获取的观测数据将被用于量化和对比分析研究区域内的生态系统碳收支与水平衡特征及其对环境变化的响应,验证土壤-植物-大气连续系统的物质交换模型,服务于陆地生态系统碳、水循环的集成性研究.长期以来,亚洲地区的科学家在观测理论与技术、生态系统通量特征和模拟模型等领域取得了许多成就,为全球通量观测事业的发展做出了重要贡献.但是,为进一步提高亚洲地区的通量观测研究水平、加速观测数据的积累、提高数据质量和数据资源的共享水平,急需建立复杂地形和夜间NEE质量评价与校正的方法论体系,构建和发展通量观测网络与稳定性同位素观测网络、水碳循环过程实验网络以及遥感观测或高空     

中国区域陆地生态系统土壤呼吸碳排放及其空间格局——基于通量观测的地学统计评估

土壤呼吸是陆地生态系统通过根系呼吸和微生物呼吸向大气中释放CO2的过程。研究土壤呼吸的时空格局,将有助于构建区域尺度土壤呼吸定量评价模型,也可提高预测未来气候变化情境下的典型生态系统、区域以及全球尺度碳平衡状况的能力。本文整合了中国区域土壤呼吸的主要研究成果,分析了温度敏感性（Q10）和土壤呼吸（Rs）的统计特征和区域差异,定量评价了中国区域Rs的时空格局及其在中国和全球碳平衡中的作用。通过以上分析本文得出以下主要结论：①不同生态系统类型的土壤呼吸的Q10表现为森林〉农田〉草地,气候越寒冷,土壤呼吸Q10越大,并且中国区域的Q10值相对于其他国家偏低;②Rs具有明显的季节变异,不同生态系统类型的Rs表现为森林〉农田〉草地,并且,中国区域Rs低于全球Rs;③月尺度上Rs随着经纬度发生明显的季节变异,随着经度的增加,Rs的季节变幅也逐渐增加;④1995-2004年中国区域Rs的年总量的平均值为3.84 PgC,占全球土壤CO2排放的比例4.78%。     

中国河流入海颗粒态碳通量及其变化特征

河流是连接海洋和陆地两大碳库的纽带,其碳通量是全球碳循环的重要环节。本文以《中国河流泥沙公报》的数据为基础,就中国河流入海颗粒态碳通量及其变化特征进行分析。结果表明：1965-2005年,中国河流入海颗粒态碳通量平均为29.57 TgC.yr-1,占河流入海碳通量的42%,其中有机碳占36.02%,无机碳占63.98%,长江、黄河和珠江的颗粒态碳通量占全国河流入海颗粒态碳通量的96.25%。从2003年开始,河流入海颗粒态碳通量呈逐年递减的趋势,但颗粒态有机碳通量在河流入海颗粒态碳通量中所占的比重有所提高。2009年,全国通过河流泥沙输送到海洋中的碳仅为6.59 TgC,为1965-2005年平均输碳量的22.3%。由此可见,颗粒态碳通量在河流碳通量中占有不可忽视的地位,为了准确评估中国河流及陆地生态系统的碳收支,应对颗粒态碳通量进行细致研究。