种植不同作物对农田N2O和CH4排放的影响及其驱动因子

以种植玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)和水稻(Oryza sativa)的农田生态系统为研究对象,于2003年6~10月系统观测了N2O和CH4的排放、土壤温度和湿度以及相关的生物学因子。玉米和水稻分别施化肥氮300 kg.hm-2,大豆未施氮肥。研究结果表明,作物类型对农田N2O和CH4排放具有显著的影响。土壤-玉米系统、土壤-大豆系统和土壤-水稻系统的N2O季节性平均排放通量分别为620.5±57.6、338.0±7.5和238.8±13.6μg.m-2.h-1(N2O)。种植作物促进了农田生态系统的N2O排放,玉米地土壤和裸地土壤的N2O平均排放通量分别为364.2±11.7和163.7±10.5μg.m-2.h-1(N2O)。土壤-玉米系统、土壤-水稻系统、玉米地土壤和裸地土壤N2O排放受土壤温度的影响,与土壤湿度无显著统计相关,但受土壤温度和水分的综合影响。土壤-大豆系统N2O排放随作物绿叶干重的增加而指数增加,与土壤温度和水分条件无统计相关,由大豆作物自身氮代谢所产生的N2O-N季节总量约为6.2 kg.hm-2(N)。土壤-水稻系统CH4平均排放通量为1.7±0.1 mg.m-2.h-1(CH4),烤田抑制了稻田CH4的排放。烤田前影响稻田CH4排放的主要因素是水稻生物量,烤田后的浅水灌溉及湿润灌溉阶段的CH4排放与土壤温度和水稻生物量无关。本研究未观测到旱作农田有吸收CH4的现象。     

利用区域尺度气象模式模拟黑河地区地表能量通量的研究

应用中尺度区域模式RAMS (the regional atmospheric model system), 在40余组不同参数的条件下模拟中国干旱半干旱黑河地区的地表能量通量和土壤温度特征, 并以此探索模式在干旱半干旱地区的适用性。为了证明模拟结果的准确性和模式的稳定性, 模拟连续运行30天, 其中包含晴好和阴雨的天气过程。模拟结果表明: 即使使用较为可靠的NECP再分析气压层资料和实地探测资料, 进行初始场和参数的输入, RAMS的默认设置也很难较为合理地反演出地表能量通量, 只有合理地调整好其土壤特征参数, RAMS才能得到与实测资料符合得较好的结果。土壤特征参数对模拟结果影响较大, 影响因子的重要性依次为: 土壤含水量、 土壤层总厚度、 土壤温度。     

河西走廊东部冬季浅层地温与春季沙尘天气的关系

利用河西走廊东部民勤、凉州、永昌3个气象站1960~2010年冬季0、5、10、15、20 cm地温和1961~2011年春季沙尘暴和扬沙天气的常规观测资料,分析了河西走廊东部冬季浅层地温和春季沙尘天气日数的时空特征,进而探讨了春季沙尘天气与冬季浅层地温的关系。结果表明:受海拔高度、地理位置等影响,河西走廊东部冬季浅层地温有明显地域差异,其中高海拔的永昌最低,低海拔的民勤次之,而海拔介于民勤和永昌之间的凉州最高;春季沙尘天气日数自低海拔地区向高海拔地区逐渐减少,即民勤最多、凉州区次之、永昌最少;河西走廊东部的沙尘天气日数与浅层地温在空间上呈一定的负相关,二者的年变化趋势明显相反,即冬季浅层地温总体呈逐年升高的趋势,而春季沙尘日数呈逐年减少的趋势,且都存在6~7 a和9~10 a的周期;相关分析表明,河西走廊东部春季沙尘日数与冬季浅层地温呈负相关,其中与0 cm地温的相关性最显著。     

干旱及高寒荒漠区土壤温湿度特征及相互影响的分析

根据黑河试验1991年6月20日～8月21日、1990年12月17日～2月15日每天48个时次和第二次青藏高原试验改则及狮泉河1998年全年每天24个时次的土壤温湿度资料，采用功率谱分析、PCA分析等方法，分析了干旱及高寒荒漠区两种典型下垫面土壤温湿度的时空分布特征及其相互作用。结果表明：土壤温度除日和年变化周期外还存在6～30天的不同周期；下垫面的非均匀性及其季节变化及温度梯度变化对土壤水分运动有很大的影响，冬季温度梯度变化对土壤含水量的影响大于夏季温度梯度对土壤含水量变化的影响，且温度梯度与水分运动方向相反。     

长白山苔原带土壤温度与肥力随海拔的变化特征

土壤温度与土壤肥力的分解释放、植被生长密切相关。利用2015年8月至2017年6月长白山西坡苔原带5 cm土壤温度并测试其土壤肥力,分析了土壤温度与肥力随海拔的变化特征及土壤温度对苔原带肥力的影响。结果表明：（1）长白山西坡苔原带土壤最热月为8月,最冷月为1、2月。长白山西坡苔原带土壤年均温随海拔的升高而下降,垂直变化率为-0.44℃·（100m）^-1。月均温垂直变化率则有所差别,5-9月垂直变化率为正,其余月份垂直变化率为负。（2）海拔是土壤温度空间分异的主要影响因素,冷季土壤温度随海拔升高而显著降低。随着海拔升高,越稀疏的植被和越薄的土层使得土壤热容量越小,暖季土壤温度随海拔升高而显著升高。（3）长白山西坡苔原带土壤肥力,尤其是与植物生长关系密切的速效养分随海拔升高表现出先升高再降低,在植物多样性和丰富度及草本植物盖度最高的2 250 m处达到土壤肥力最高水平。低海拔（2 050~2 250 m）的土壤肥力水平明显高于高海拔（2 350~2 550 m）的土壤肥力水平。西坡苔原带土壤肥力的空间分异状况受草本植物入侵影响较大。（4）长白山西坡苔原带土壤肥力水平随土壤温度升高而升高,温度是土壤有机质分解和矿物质养分转化的限制性因素。建议山地苔原带生态系统生产和生态管理中要重点考虑草本植被入侵给土壤肥力带来的影响。     

中国南京与美国德克萨斯稻田甲烷排放的比较

Field measurements of methane emission from rice paddies were made in Nanjing, China and in Texas, USA, respectively. Soil temperature at approximately 10 cm depth of the flooded soils was automatically recorded. Aboveground biomass of rice crop was measured approximately every 10 days in Nanjing and every other week in Texas. Seasonal variation of soil temperature in Nanjing was quite wide with a magnitude of 15.3℃ and that in Texas was narrow with a magnitude of 2.9℃. Analysis of methane emission fluxes against soil temperature and rice biomass production demonstrated that the seasonal course of methane emission in Nanjing was mostly attributed to soil temperature changes, while that in Texas was mainly related to rice biomass production. We concluded that under the permanent flooding condition, the seasonal trend of methane emission would be determined by the soil temperature where there was a wide variation of soil temperature, and the seasonal trend would be mainly determined by rice biomass production if there are no additional organic matter inputs and the variation of soil temperature over the rice growing season is small.     

两种土壤温度算法的对比分析

为了定量理解黄土高原土壤的物理特性和过程, 为进一步提高陆面模式对该地区地表能量平衡模拟能力奠定基础, 本文利用2005年黄土高原陆面过程试验中7月22～26日期间裸土地表观测站土壤温度观测资料, 采用热传导（结合数学拟合法)、热传导－对流两种方法分别计算了该地区土壤热扩散率。本文还利用热传导－对流方法计算0.05～0.1 m浅薄土壤层的热扩散率垂直梯度与水通量密度之和, 其值介于0.80×10-6～2.43×10-6m/s之间。在此基础之上, 以0.05 m深度的土壤层为上边界, 分别利用上述两种方法模拟0.10 m深度的土壤层温度, 结果表明: 由于忽略土壤的垂直不均匀性和水分的垂直运动而只考虑热传导过程, 热传导方法不仅高估了土壤温度振幅, 而且高估了位相的延迟。而热传导－对流方法对温度振幅和位相的模拟值与实际观测值吻合较好, 白天 (北京时间08:00～20:00) 的温度模拟值相对测量值的平均误差、 标准差和归一化标准差分别为0.19 K、0.18 K和0.08%。     

中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气候背景的联系

利用1971—2000年中国722站逐月的土壤温度资料和1981—1998年178站逐旬的土壤湿度观测资料,分析了中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气温、降水变化的关系。结果表明：①我国东部土壤温度的变化在年际—年代际时间尺度上存在明显的区域性差异,其中东北地区表现为持续上升型,而西北东部—华北、江淮和西南—华南地区均为先降后升型;②1970—2000年代,土壤温度的变化在东北以及西北东部—华北地区有显著的上升趋势,而在江淮和西南—华南地区,总体而言变化趋势不显著。此外,1980—1990年代,各区域土壤湿度的变化趋势均不显著;③在年际—年代际尺度上,各区域土壤温度和气温的变化具有显著的正相关关系,而土壤湿度与土壤温度的变化普遍呈负相关关系,其中尤以西北东部—华北地区最为显著。而在较长的时间尺度上,土壤湿度与降水的变化仍然存在较好的正相关关系。     

陆气相互作用及陆面模式的研究进展

较为全面地回顾了有关陆气相互作用的研究进展及陆面模式的发展现状，结合近年来开展的有关陆气相互作用的20多个大型国际研究计划和目前国内外具有代表性的陆面模式，分析了当前陆气相互作用及陆面模式研究中存在并有待进一步解决的问题，探讨了未来陆面模式的发展趋势。     

ＣＬＭ３０对中国区域陆面过程的模拟试验 及评估Ⅱ：土壤湿度

利用NCAR公用陆面模式（Community Land Model 3.0,CLM3.0）及普林斯顿大学1948—2001年1°×1°、3 h一次的全球大气近地面强迫资料,对中国地区1948-2001年的土壤温度进行了off-line模拟试验,通过对模拟结果和全国台站观测土壤温度资料的对比,评估了CLM3.0对中国区域不同层次土壤温度的模拟能力。结果表明：模式能模拟出中国地区多年平均土壤温度的空间分布型,除部分地区模拟比观测偏高外,模式模拟的土壤温度普遍偏低;模式能较好地反映出中国地区土壤温度的年际变化,对4月的模拟稍好于7月。对于划分的8个子区域,东部区域模拟好于其它各区,除高原一带外,表层的模拟均好于深层;模式基本能抓住土壤温度的变化趋势,而且模拟出了7月长江流域以南地区土壤温度显著降低这一趋势,但模拟的趋势比观测有所偏弱。