科尔沁草甸生态系统净碳交换特征及其驱动因子

以2013年10月-2014年9月连续观测的CO₂通量数据为基础,分析了科尔沁草甸生态系统净碳交换量(NEE)的时间变化特征及其驱动因素。结果表明,NEE日变化季节差异明显,生长季变化幅度大,净CO₂日吸收速率7月>8月>9月>6月>5月;生长季内,NEE主要受控于叶面积指数和光合有效辐射。NEE与光合有效辐射(PAR)之间的关系可用直角双曲线方程来描述,拟合得到的表观初始光能利用率α为0.0015 μmol CO₂/μmol PAR,最大光合速率P_max为0.65 μmol CO₂/(m²·s)。叶面积指数(LAI)对NEE的影响可由分段函数表示,当LAI>3.08时,表现为渐进饱和型,且LAI越大NEE对PAR的响应越明显;当高饱和水汽压差(VPD)在1.5~2.0 kPa时,光合作用开始降低,NEE明显受到VPD值的抑制;短暂强降雨(累计降雨量>40 mm/d)对昼间NEE有一定的抑制,而持续低强度降雨(降雨时长>15 h)对夜间NEE存在激发作用;夜间NEE随土壤温度呈指数增长,温度敏感系数(Q₁₀)为2.63。     

基于通量观测数据的玉米水碳交换量及水分利用效率分析

揭示玉米生长期内水分、二氧化碳交换量及水分利用效率的变化规律,对于认识玉米生长规律,指导农业灌溉具有重要意义。该文采用美洲通量网(Ameri Flux)3个农田通量站的数据,计算玉米生育期内的水分消耗量ET(evapotranspiration)、总初级生产力GPP(gross primary productivity)和生态系统净交换量NEE(net ecosystem exchange)及水分利用效率,并采用统计分析方法分析饱和水汽压差和光合有效辐射对水分利用效率的影响。结果表明,该区域玉米整个生育周期约为156~180 d,ET为440~520 mm,GPP为1 320~1 640 g/m2,以C计,NEE为-560~-620 g/m2,以C计;水分利用效率,NEE/ET为1.2~1.4 g/kg,GPP/ET为3.0~3.5 g/kg。水分利用效率与饱和水汽压差(VPD)成负指数关系,存在常数k使得GPP/ET正比于VPD-k,最优k值为0.42~0.63。水分利用效率与光合有效辐射无显著相关性。     

Hydrus-1D模型在田间水循环规律分析中的应用及改进

为分析农田水分运移规律,以华北平原位山引黄灌区典型田间为研究对象,应用Hydrus-1D模型连续模拟了 2006－2009年的田间水分运移过程。对模型中表面阻抗的计算方法进行了改进,从而改善了蒸散发的模拟结果,与涡度相关系统的实测蒸散发数据对比表明了改进的合理性。对蒸散发的分析表明,对于种植季节性作物的农田,叶面积指数（leaf area index,LAI）是影响蒸散发季节变化过程的重要因素,而气象条件主要决定其在较短时间尺度（如一周）内的波动。与时域反射仪（time domain reflectometry,TDR）实测土壤含水率的对比表明,模型对土壤含水率的模拟精度较高。水量平衡分析结果表明,降雨和灌溉的80%由蒸散发消耗,在汛期农田通过排水发生田间渗漏损失。     

基于PLC控制的室内降雨入渗自动测定系统

在马氏瓶供水进行人工降雨入渗测定方法的基础上,设计了一种以PLC为处理器、触摸屏为人机界面的室内降雨入渗自动测定系统,可实现马氏瓶自动补水、降雨强度自动调节、试验数据实时显示存储及查询。系统测控元件包括马氏瓶及径流瓶中的2个液位传感器,马氏瓶进水口和通气孔处的2个电磁阀,马氏瓶与降雨器间的1个调节阀。PLC实时采集液位传感器的输出信号,通过模/数转换获取记录马氏瓶与径流瓶中的液位值;并根据马氏瓶液位控制电磁阀的开闭实现马氏瓶自动补水;通过改变调节阀输入电流强度实现降雨强度的自动调节。试验表明,系统操作简单、运行稳定,测定结果可以合理反映土壤降雨入渗过程,适用于与土壤有关领域的降雨入渗测定。     

基于涡度相关的半干旱区沙丘-草甸水热通量对比分析

为了解科尔沁地区不同下垫面地-气界面的能量收支、水汽交换过程及其与气象要素的响应关系,利用涡度相关法开路系统、常规微气象观测系统等进行长期定位观测,选取流动半流动沙丘和草甸2种下垫面下的观测资料进行对比分析。结果表明:草甸与沙地潜热通量日变化差异明显,且春秋两季典型晴天更为显著,沙地约为草甸的26.2%和30.5%;夏季沙丘与草甸潜热极值大体持平,冬季2个站点差距缩小,互为上下波动;在冬、春、夏季3个典型晴天中,草甸与沙地感热通量差异显著的起始与终止时间不断提前,累积大于时长分别为19.5 h、16 h、6 h,秋季二者差异的时间不断推后,累积时长缩短;观测通量源区随风向改变而发生变化,风频比例越大,通量源区的贡献距离越长;草甸、沙地蒸散量与降雨呈负相关,雨后日蒸散值分别较晴天偏低14%和40%,晴天,沙地日蒸散量随风速波动呈规律性变化,而较大风速对草甸蒸散发不利。