云贵高原草地生态系统CO_2通量变化特征

草地是云贵高原的重要植被类型,与其他地区研究相比,该地区草地生态系统的CO_2交换过程和驱动机理的研究较为薄弱。基于涡度相关系统对云贵高原草地生态系统观测的连续高频数据(2017年10月-2018年8月),分析了该生态系统CO_2通量的时间变化特征及其环境影响因素。结果表明:日尺度上CO_2通量具有显著的变化特征,为明显的单峰型变化,白天净吸收,夜晚净排放。季节尺度上,每月均为碳吸收,吸收速率呈春夏高,秋冬低的特征,吸收峰值出现在6月,最低值在1月,且生长季的碳吸收变化幅度比非生长季大。影响CO_2通量变化的主要环境因子有太阳辐射、气温、土壤温度和风速,综上,云贵高原草地生态系统CO_2通量对温度较为敏感,温度升高可提高其固碳能力。总的来看,该生态系统是一个明显的碳汇,研究时段内净碳吸收量为425.14 g CO_2·m~(-2)。     

青藏高原高寒湿地生态系统碳水通量与水分利用效率研究

为明晰高寒湿地生态系统碳水耦合机制，本研究基于2004—2009连续6年青海海北高寒湿地生态系统通量数据计算出总初级生产力和蒸散量变化，进而计算出高寒湿地水分利用效率变化。结果表明：年际尺度上，湿地生态系统呼吸速率、水分利用效率和生态系统CO₂净交换量均呈极显著上升趋势；季节尺度上，连续6年间非生长季生态系统碳排放总量大于生长季碳吸收总量；针对生态系统呼吸速率和水分利用效率均呈现出生长季值大于非生长季值；结构方程模型结果揭示相对湿度极显著影响高寒草甸湿地生态系统CO₂净交换量、生态系统呼吸速率和水分利用效率变化；水分利用效率和生态系统CO₂净交换量分别受净辐射和降水量的极显著影响。该研究结果可为高寒生态系统碳水耦合及对气象因子变化适应等提供理论依据。     

干旱年份沙质草地生态系统净CO2通量年变化特征

草地生态系统是干旱半干旱区生态系统类型的重要组成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对科尔沁沙质草地生态系统进行连续两年(2015和2016年)的碳通量观测,此两年恰逢研究区的相对干旱之年,年降水量约为历史平均值的60%。研究结果表明:1)年最大日均CO₂吸收速率分别为-6.68和-9.58 g·m^-2·d^-1,年最大日均释放速率分别为5.69和5.21 g·m^-2·d^-1。2)生长季(5-9月)碳吸收量分别为-120.54和-139.83 g·m^-2,非生长季碳释放量分别为230.33和212.82 g·m^-2。3)全年尺度上沙质草地生态系统表现为碳源,2015年净碳释放量(109.79 g·m^-2·年^-1)稍高于2016年(72.99 g·m^-2·年^-1)。4)生态系统净CO₂交换量(NEE)与空气温度、土壤温度及土壤湿度存在显著相关关系,但不同年份同期NEE对环境温度和湿度的响应程度不尽一致。     

新疆天山北坡荒漠草原碳通量特征及其对环境因子的响应

荒漠草原是天山北坡广泛分布的草地类型,对天山北坡草地生态系统碳收支具有重要的调节作用。为阐明天山北坡荒漠草原生态系统碳通量变化特征及环境因子对碳通量的影响,以新疆天山北坡荒漠草原为研究对象,利用微气象观测系统和LI-840 CO₂/H₂O红外分析仪获得连续观测数据,定量分析了荒漠草原碳通量的变化特征及其影响因子。结果表明：天山北坡荒漠草原植被净生态系统碳交换速率在日尺度上呈倒“U”型曲线;在季节尺度上,6、7、8月表现为碳汇,9、10月表现为碳源;6-10月荒漠草原总固碳量为15.50 g C·m^-2,8月固碳量最高为23.03 g C·m^-2;生态系统呼吸速率日变化呈“单峰”曲线;在季节尺度上,碳排放呈现先增加后降低趋势,7月碳排放量最高128.42 g C·m^-2,10月荒漠草原生态系统碳通量日变化不明显。光合有效辐射是影响日间净生态系统碳交换速率的主导因子,二者符合直角双曲线模型,日间净生态系统碳交换速率随光合有效辐射增大而减小;生态系统呼吸速率与5 cm土壤温度关系符合Van^,t Hoff模型,温度敏感性系数Q₁₀为1.69;最适土壤含水量是0.16 m³·m^-3,土壤含水量过高或过低均会对荒漠草原生态系统呼吸速率产生抑制作用。     

草毡寒冻雏形土有机质补给、分解及大气CO2通量交换

调查草毡寒冻雏形土生物量及土壤有机质,利用涡度相关技术观测该区域作用层与大气CO₂通量。结果表明:地下90%生物量集中于0~10cm的表土层,年总净初级生产量约935.0g/m²;土壤有机质含量在6.401~7.060%之间;净CO₂通量呈明显的日变化和季节变 化规律;5月中 旬到9月底为CO₂的净吸收(780gCO₂/m²),其中以7月最高,净吸收量明显高于非生长季的,10月到翌年5月初CO₂的净排放量(383gCO₂/m²);全年固定碳高达397g/m²。     

青藏高原纳木错高寒草原温室气体通量及与环境因子关系研究

青藏高原广泛分布着以高寒草甸和高寒草原为主的陆地生态系统。由于高寒草地生态系统异质性较大,对高寒草地主要温室气体通量的估算具有较大的不确定性。为研究高寒草原温室气体通量规律及其驱动因子,并为动态碳-氮耦合模式在高寒生态系统的参数化与检验提供数据支持,于2008年7-9月,使用静态箱-气相色谱法在位于青藏高原腹地的纳木错高寒草原开展了主要温室气体通量(CO₂,CH₄,N₂O)及环境因子的同步观测。结果表明:纳木错高寒草原生态系统CH₄,N₂O通量和CO₂排放分别为:-0.047 mg·m^-2·h^-1,0.49μg·m^-2·h^-1和208.2 mg·m^-2·h^-1;在季节尺度上,土壤温度与CO₂排放呈显著正相关,与N₂O和CH₄通量线性关系不显著;土壤含水量与CH₄和N₂O通量呈正相关关系,但与CO₂通量无显著相关。在日变化尺度上,土壤湿度稳定,土壤温度变化与N₂O和CO₂通量成正相关,对CH₄通量影响不显著。     

增温强度对晋北赖草草地CH4通量的影响

温度变化通过影响土壤甲烷代谢微生物及相关酶的活性进而影响草地生态系统CH₄通量。为明确晋北赖草(Leymus secalinus)草地生态系统CH₄通量随气温升高的变化趋势及机理,采用开顶箱法(Open top chambers, OTCs)设置5个梯度的增温处理,对增温第4年各处理生长季CH₄通量及其影响因素进行测定。结果表明：增温显著提高了空气温度,但随着空气温度的增加,土壤温度和土壤体积含水量无显著变化;生长季晋北赖草草地生态系统是弱的大气CH₄汇,其CH₄平均吸收速率为(6.42±5.63)μg·m^-2·h^-1;增温显著影响CH₄通量和pmoA功能基因丰度,与对照相比,只有W1处理促进CH₄吸收通量;冗余分析表明土壤体积含水量是同时影响pmoA基因丰度和CH₄吸收速率的关键因子。本研究可为预测未来气候变暖情境下草地生态系统CH₄通量变化提供...     

疏勒河上游高寒草甸生态系统CO2通量观测研究

采用涡动相关技术对2009,2010和2011年疏勒河上游高寒草甸生态系统CO₂通量观测和分析表明,疏勒河上游高寒草甸生态系统CO₂通量具有明显的日变化和年变化特征,6月、7月和8月为CO₂的强吸收期,4月、5月和10月为CO₂的强释放期。计算得到3年的CO₂净吸收量分别为134.5,151.3和194.4 g CO₂/m²,平均吸收量为160.0 g CO₂/m²,在区域起着碳汇的作用。生长季节,净生态系统交换量(net ecosystem CO₂ exchange, NEE)与温度、降水量、相对湿度以及地表长波辐射呈负相关,气温在0~7℃范围内NEE随气温增加线性减小,当温度大于7℃时,NEE随温度的增加而增大;非生长季节,NEE与温度、降水量、相对湿度以及地表长波辐射呈正相关。当地表反射率在0.2左右,NEE呈现快速增长趋势,当反射率超过0.3时,NEE接近最大值,并保持稳定。     

青藏高原高寒灌丛生态系统CO2通量年变化特征研究

高寒灌丛生态系统是广布于青藏高原的高寒草甸植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对青藏高原高寒灌丛CO₂通量进行连续观测(2003年1月1日至2005年12月31日),结果表明:2003,2004和2005年高寒灌丛年净生态系统CO₂交换量分别为223,277和61g CO₂·m^-2·a^-1,3年平均CO₂值为187g CO₂·m^-2·a^-1;与其他地区草地生态系统类型相比,在为期3年的研究时段海北地区高寒灌丛生态系统表现为大气CO₂的汇。     

贝加尔针茅草原生态系统生长季碳通量及其影响因素分析

以贝加尔针茅草原为研究对象,利用涡度相关通量测量系统,测定CO₂通量及其影响因子。结果表明,贝加尔针茅草原CO₂通量存在明显的日、季变化,不同生育阶段CO₂通量日、季变化呈“U”型,其中以7月最为明显,CO₂通量固碳、释放碳最大值均出现在7月,分别为-0.56和0.83 mg/(m²·s)。潜热通量、显热通量、有效光合辐射与CO₂通量显著相关,与土壤温度、土壤含水量相关不显著。     

农牧交错带半干旱草地生态系统CO2交换对短期不同水平氮添加的响应

本研究以位于山西省右玉县农牧交错带的半干旱草地生态系统为研究对象,探究短期内不同水平的氮添加对半干旱草地生态系统CO_2交换的影响。试验设置8个梯度0、1、2、4、8、16、24和32 g N·m^-2(分别表示为N_0、N_1、N_2、N_4、N_8、N₁₆、N₂₄和N₃₂)。采用静态箱法对草地净生态系统CO_2交换量(NEE)、生态系统呼吸(ER)进行测定,同时监测10 cm表层土壤温度和含水量。试验结果表明:短期氮添加(N₃₂除外)显著增加农牧交错带半干旱草地生态系统净碳交换,NEE、ER和生态系统总初级生产力(GEP)在整个生长季均随氮素添加水平的上升呈单峰型变化趋势,在N₁₆和N₂₄处理下的生态系统CO_2交换达到最高,而N₃₂显著降低了NEE;不同氮添加水平下,ER和GEP相对NEE更为敏感;表层(0～10 cm)土壤温度与含水量影响生态系统CO_2交换,表现为:土壤温度(10 cm)与ER呈显著正相关(R^2>0.1,P<0.05),表层(0～10 cm)土壤含水量与NEE和GEP分别呈显著正相关和显著负相关(R^2>0.1,P<0.05)。因此,短期不同水平氮添加增加了农牧交错带半干旱草地生态系统净碳吸收,对该地区草地生态系统碳的源/汇功能具有一定的参考意义。     

草地生态系统碳循环及其影响因素研究进展

近年来,全球变化背景下草地生态系统的碳循环及其影响因素已经成为生态学、地学、植物学和农学的研究热点之一。本文介绍了草地碳循环的过程,探讨了碳素在大气、草地植被、草食动物和土壤中的周转途径,重点分析了气候因素、土壤因素、CO₂浓度升高及人为因素对碳循环过程的影响,以期加深草地生态系统碳循环及其影响因素的理解,并提出了草地生态系统碳循环研究尚需解决的主要问题和研究前景。     

西藏纳木错高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸主要温室气体通量对比研究

青藏高原高寒草地占我国天然草地的40%,研究其温室气体源汇强度及驱动因子具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法,在西藏纳木错地区开展高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸的生态系统呼吸、CH₄和N₂O通量观测,生长季内的观测表明：高寒草原和高寒草甸生态系统呼吸分别为（283.7±14.4） mg·m^-2·h^-1和（275.7±20.6） mg·m^-2·h^-1,低于有机质丰富的沼泽化草甸,为（591.6±53.2） mg·m^-2·h^-1。高寒草原和高寒草甸均是CH₄的汇,其生长季均值分别为（-84.9±7.6） μg·m^-2·h^-1和（-39.2±4.6） μg·m^-2·h^-1;而沼泽化草甸是CH₄的源其均值为（149.2±34.2） μg·m^-2·h^-1。高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸均为N₂O的源,生长季排放量分别为（7.3±2.8）,（3.0±1.1）和（2.2±4.3） μg·m^-2·h^-1。土壤水分总体控制着高寒草地CH₄通量的时空变化,在土壤水分含量约大于30%的沼泽化草甸表现为CH₄的排放源,而在土壤水分含量低于30%的高寒草原和草甸表现为CH₄的汇;生长季水分含量越高,对CH₄的吸收越弱。     

Temporal and spatial variation in grassland ground surface soil heat flux on the Qinghai-Tibetan Plateau from 2003 to 2018北大核心CSCD

Based on measured data from 7 stations on the Qinghai-Tibetan Plateau,the ground surface soil heat flux （G0） was calculated,and the diurnal and seasonal variations were analyzed. Combining this data with a MODIS,1 km resolution all-weather surface temperature data set for Western China and a China regional surface meteorological element driven data set,the Ma model was used to retrieve the ground surface soil heat flux of Qinghai-Tibetan Plateau from 2003 to 2018,and the differences in surface soil heat fluxes of different grassland types were analyzed. It was found that：1） The soil heat flux G0 in the surface layer was greater than that in the subsurface layers. The diurnal curve of G0 showed an inverted“U”shape,and the flux was relatively gentle at night compared with that during the day. 2） The seasonal amplitude of soil heat flux,G0 in the surface layer ranked summer>spring> autumn>winter. The average value of G0 in spring and summer was typically positive,while the average value of G0 in autumn and winter was basically negative. The ground surface soil heat flux in the northwest of the plateau in summer is higher than that in the southeast,while the opposite occurs in winter. 3） The soil heat flux of plateau grassland ranged between 40 and 80 W·m−2. The highest average value of G0 among all categories of grassland in the 16 years surveyed was 76. 557 W·m−2 for the‘desertification’category of temperate grassland,and the lowest was 46. 118 W·m−2 for the alpine meadow category. 4） The G0 of plateau grassland increased and then decreased through any one calendar year and seasonally was ranked summer>spring>autumn>winter. The lowest G0 in spring and summer occurred in alpine meadow,while the highest in spring was in‘desertification’temperate grassland and the highest in summer was in the temperate grassland category; The highest G0 in autumn and winter was in the warm shrub grassland,while the lowest was in the alpine deserts steppe. The above results can provide reference data for the study of surface energy balance of plateau grassland. © 2022 Editorial Office of Acta Prataculturae Sinica. All rights reserved.