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。     

高寒灌丛草甸生态系统CO2释放的初步研究

以金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和裸地(GL)的CO₂释放进行了初步研究。结果表明:GG、GC和GLCO₂的释放速率均呈明显的单峰型日变化进程,最大释放速率出现在15:00～17:00之间,最小值在7:00前后出现,白天释放速率大于夜晚;CO₂释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO₂释放速率明显高于枯黄期,且均表现为正排放,8月为CO₂释放高峰期,释放速率GG>GC>GL(P<0.01);2003年6月30日至2004年2月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO₂释放量为3088.458±287.02g/m²,丛内草甸植被-土壤系统CO₂释放量为2239.685±183.68g/m²,其中基础土壤呼吸CO₂的释放量约为1346.748±176.24g/m²,分别占GG和GC释放量的43.61%和60.13%;CO₂释放速率的日变化主要受地表和5cm地温制约,而季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01)。     

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。     

黄河口滨岸潮滩湿地CO2、CH4和N2O通量特征初步研究

2009年8月,运用静态暗箱-气相色谱法对夏季黄河口滨岸潮滩湿地CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化特征进行了原位观测。结果表明,夏季低潮滩沉积物-大气界面的CO₂、CH₄和N₂O通量均具有明显日变化特征,日通量范围分别为-18.755～43.731,-0.070～0.224和-0.002～0.008 mg/(m²·h),均值为11.630,0.079和0.005 mg/(m²·h),全天表现为三者的排放“源”;中潮滩沉积物-大气界面CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化范围分别为-30.780～25.734,-0.111～0.100和-0.004～0.006 mg/(m²·h),均值为4.570,0.011和0.002 mg/(m²·h),全天亦表现为三者的排放“源”;中潮滩-大气界面CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化范围分别为46.253～102.637,-0.211～0.048和-0.008～0.008 mg/(m²·h),均值为76.656,-0.038和-0.002 mg/(m²·h),全天表现为CO₂的“源”、CH₄和N₂O的“汇”。 本研究还发现,中潮滩的CO₂通量与气温呈显著正相关(P＜0.05)关系,低潮滩沉积物的CH₄通量与气温、地表温度和5 cm地温呈极显著正相关(P＜0.01)关系,而中潮滩的N₂O通量与气温、地表温度和不同深度地温(5,10,20 cm)呈显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)负相关关系;沉积物基质和翅碱蓬群落是影响CO₂、CH₄和N₂O通量特征的重要因素,而水分、盐分对于三者通量特征的影响也不容忽视。     

高寒草甸土壤异养呼吸对气候变化和氮沉降响应的模拟

利用研究区植被、土壤和气候观测资料,借助CENTURY模型研究了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量动态变化。结果表明,1)CENTURY模型较好地反映了高寒草甸土壤异养呼吸季节变化。模拟结果与试验点观测结果相吻合,风匣口和干柴滩2个试验点观测值与模拟值的线性回归方程分别为y=0.7776x+23.796(R²=0.6885, n=31)和y=0.9487x-8.6994(R²=0.6062, n=30)。2)过去46年(1960-2005年)研究区年平均气温趋于暖化,平均线性增温率为 0.35℃/10 a。降水量变化不明显,呈振幅较为稳定的波动变化。同期CENTURY模型模拟的高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量呈波动性缓慢上升的趋势,通量变化范围在479.22~624.89 g C/(m²·a) 之间,平均值为(539.56±34.32) g C/(m²·a),通量增加率为16.5 g C/(m²·10 a)。对模拟结果与气温、降水量之间进行的相关性分析结果显示,土壤异养呼吸CO₂通量与气温呈显著正相关(r=0.70,P<0.05),与降水量相关性不显著。3)氮沉降增加显著促进了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量。中氮(MN)和高氮(HN)与对照(CK)处理间差异极显著(P<0.01),但中氮(MN)与高氮(HN)处理间差异不显著。说明,长期受低温和土壤有效氮限制的高寒草甸对气候变化响应敏感,高原气候的暖化和氮沉降的增加均能引起土壤异养呼吸作用的小幅上升,但可能由于异养呼吸作用对氮沉降存在着一定的“氮饱和”现象,随着大气氮沉降的倍增,其促进效应降低。     

施肥种类对青海草地早熟禾草地土壤呼吸的影响

为了解草地生态系统对全球碳素变化的贡献,通过便携CO₂/H₂O红外气体分析仪EGM-4研究腐熟羊粪、磷酸二铵和生羊粪处理下青海草地早熟禾（Po apratensis‘Qinghai’）草地的土壤呼吸速率,并测定草地土壤温度、含水量和有机质含量。结果表明：肥料种类对土壤呼吸的影响差异显著。与各处理对照呼吸速率相比（1.27,0.99和0.42g CO₂·m^-2·h^-1）,适量腐熟羊粪表现为促进土壤呼吸（1.72,1.53和0.69g CO₂·m^-2·h^-1）,而化肥在盛花期时抑制土壤呼吸（0.99g CO₂·m^-2·h^-1）,成熟期时对土壤呼吸无影响（1.16g CO₂·m^-2·h^-1）,枯黄期则促进土壤呼吸（0.72g CO₂·m^-2·h^-1）。土壤呼吸与土壤温度、有机质含量呈指数正相关,与0~10cm土壤含水量呈线性关系。腐熟羊粪处理提高了Q₁₀,而磷酸二铵和生羊粪对Q₁₀无影响;磷酸二铵和腐熟羊粪处理的土壤呼吸与土壤含水量相关系数比生羊粪的高。有机肥降低了土壤呼吸与土壤有机质的相关系数,而磷酸二铵对其无影响。腐熟羊粪可以提高土壤对土温的敏感性而降低土壤呼吸对土壤有机质含量的敏感性。     

尕海湿地CH4、CO2和N2O通量特征初步研究

2011年7月-2012年7月,采用静态箱-气相色谱法同步研究了尕海4种典型湿地类型的CH₄、CO₂和N₂O通量及其与温度因子的关系,并估算了其全球变暖潜势值(GWP)。结果表明,尕海湿地的CH₄、CO₂和N₂O通量具有明显的空间变化特征,CH₄、CO₂和N₂O通量最小值分别为亚高山草甸(-0.014±0.126) mg/(m²·h),沼泽湿地(137.17±284.51) mg/(m²·h)和高山湿地(-0.008±0.022) mg/(m²·h),而最大值分别为沼泽湿地(0.498±0.682) mg/(m²·h),高山湿地(497.81±473.09) mg/(m²·h)和草本泥炭地(0.094±0.117) mg/(m²·h);同时CH₄、CO₂通量有明显的时间变化特征,通量最大值分别出现在2011年的7-10月和2012年的5-7月,而后降低并维持相对稳定的变化趋势;5 cm地温、气温、地表温度及箱内温度与4种类型湿地CO₂通量呈极显著正相关关系(P<0.01),与高山湿地CH₄通量均存在显著正相关关系(P<0.05),与其他3种湿地类型CH₄通量的相关性均较差,但与4种湿地类型N₂O通量无显著相关性;尕海草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸4种类型湿地的温室效应贡献潜力依次为35.311,13.520,34.816和30.236 t CO₂/(hm² ·a), 沼泽湿地能够显著降低温室效应。     

典型草地地上现存生物量资产动态

生物量不仅是物质的载体,还是能量和价值的载体,也是评价生态系统结构和功能的重要指标。基于内蒙古站和海北站的已有动态监测成果,本研究分析了羊草+大针茅群落和矮嵩草草甸的地上现存生物量资产动态。羊草+大针茅群落和矮嵩草草甸的地上现存生物量动态曲线均呈单峰型,羊草+大针茅群落地上现存生物量的最大值为197.21 g/m²,矮嵩草草甸的地上现存生物量最大值为307.75 g/m²。羊草+大针茅群落和矮嵩草草甸的地上部分能量现存量动态曲线基本与地上现存生物量动态曲线一致,2个群落地上部分的能量现存量积累速率都与地上现存生物量积累速率呈显著的相关性。羊草+大针茅群落的地上部分能量现存量最大值为3 637.8 kJ/m²,矮嵩草草甸地上部分的能量现存量峰值为5 964.20 kJ/m²。羊草+大针茅群落和矮嵩草草甸的地上现存生物量价值曲线与地上现存生物量和能量现存量曲线存在显著差异。羊草地上现存生物量价值的最大值为584.95元/hm²,而大针茅的最大现存生物量价值为300.93元/hm²。矮嵩草草甸的地上现存生物量价值的峰值为2 066.84元/hm²。草地在生物量积累过程中,也形成了气体调节价值。羊草+大针茅群落释放O₂的最大价值为742.40元/hm²,固定CO₂的最大价值为1 484.89元/hm²。矮嵩草草甸群落释放O₂的最大价值量为1 158.52元/hm²,固定CO₂的最大价值为2 317.20元/hm²。     

坝上地区奶牛舍和犊牛舍冬季有害气体的检测

试验旨在研究高寒地区奶牛舍和犊牛舍冬季有害气体的含量变化,选取河北省坝上高原具有代表性的3种奶牛舍和4种犊牛舍,检测冬季不同时间段牛舍内外空气中氨气(NH₃)和二氧化碳(CO₂)的含量。结果显示,不设舍外运动场的奶牛舍中CO₂含量极显著高于带舍外运动场的奶牛舍(P < 0.01),且晚上CO₂含量高于早上和中午,最高达4 481.7 mg/m³(奶牛舍1)。所有犊牛舍CO₂含量均表现为早晚高、中午低的规律性,所有奶牛舍和犊牛舍内CO₂含量均极显著或显著高于净道或运动场(P < 0.01;P < 0.05)。3种奶牛舍19:00后NH₃含量出现急剧升高的趋势。奶牛舍3只检测到低浓度的NH₃,波动范围为0~0.36 mg/m³,犊牛舍的NH₃含量介于0.71~5.28 mg/m³。综上所述,奶牛舍和犊牛舍有害气体含量与牛舍建筑类型和结构相关,密闭性好的牛舍CO₂和NH₃含量均较高,甚至出现CO₂含量严重超标的现象。为降低舍内的有害气体含量,寒冷地区应在考虑牛舍保温设计的同时,兼顾通风换气的设计,以改善牛舍的空气质量。     

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。     

青藏高原高寒灌丛草甸生态系统碳平衡研究

利用静态密闭箱—气相色谱法观测的高寒金露梅Dasiphora fruticosa灌丛、丛间草甸土壤微生物呼吸CO2通量结果,结合研究区群落生物量及样方调查,对高寒灌丛草甸生态系统的碳平衡状况作了初步估测。结果表明:植物生长季高寒灌丛草甸生态系统初级生产力年净固定碳量461.83g/(m2·a),土壤通过微生物呼吸年碳净排放量376.78g/(m2·a)。碳素输入大于输出,系统存在较强的CO2吸收潜力,是大气CO2的汇,其年净交换吸收碳量85.05g/(m2·a)。     

积雪对藏北高寒草甸CO2和水汽通量的影响

于2002和2003年冬季运用涡度相关法测定藏北草甸在有积雪和无雪条件下的CO₂和水汽通量。结果表明:在同一层次CO₂浓度,在有雪时CO₂浓度低于无雪时,其中只有20cm和160cm层次间差异极显著(P<0.01);在同一层次,前者的水汽浓度极显著地高于后者(P<0.01);积雪时,CO₂通量与5cm土温相关不显著;高寒草甸CO₂交换量,随着积雪时间的延长呈线性降低,而高寒灌丛和沼泽则相反;沼泽和草甸在有雪时,CO₂通量值极显著高于无雪时(P<0.01),而灌丛在这两个条件下CO₂通量值之间差异不显著。     

东祁连山高寒灌丛草地土壤微生物量及土壤酶季节性动态特征

本试验以东祁连山杜鹃灌丛草地、高山柳灌丛草地和金露梅灌丛草地为研究对象,对土壤微生物量和土壤酶的季节性动态等进行了研究。结果表明,土壤微生物量碳的季节动态表现为从5月到7月显著上升(P<0.05),之后到9月显著下降(P<0.05),9月到11月又略有上升,最大值和最小值分别出现在7月和9月;除高山柳灌丛草地土壤微生物量氮外,土壤微生物量氮和磷季节动态为从5月到9月显著下降(P<0.05),9月后又略有上升,但差异不显著,最大值在5月;土壤微生物量碳、氮和磷分别对土壤有机质、全氮和全磷的贡献率季节动态与微生物量碳、氮和磷季节动态基本一致;土壤微生物量碳氮比介于5.79~10.31,最大值出现在7月,最小值出现在9月,下层高于上层。在3个灌丛草地,脲酶季节动态表现为从5月到7月上升,7月之后下降,最大值出现在7月,最小值出现在11月;杜鹃灌丛草地和高山柳灌丛草地中性磷酸酶最大值在11月,但金露梅灌丛草地最大值在9月,该酶在3个灌丛草地季节动态差异明显,在杜鹃灌丛草地从5月到7月略上升,7月到9月显著下降(P<0.05),9月后显著上升(P<0.05),在金露梅灌丛则为从5月到9月上升,后下降,而在高山柳灌丛则为从5月到11月逐渐上升。     

矮嵩草草甸生物量季节动态及其与气候因子的关系

测定高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸地上、地下生物量季节动态,分析生物量季节动态与气候因子的相关性,建立了地上生物量动态变化的模拟模型。结果表明:高寒矮嵩草草甸地上生物量动态变化历经萌动期、返青期、旺盛生长期、稳定期和折损减少期等5个阶段;地下生物量自5-9月表现出升高-降低-升高的变化规律,且变化幅度较高;2003年地下净生产量633.46g/m²,周转率0.3193;利用海北高寒草甸多年观测资料,建立了气象因子影响植被年生产量的预报模型。     

日本那须地区饲草生物量随时间变化分析

为了揭示草地生态系统的现存生物量随时间的变化规律,明确其变化与环境因素,如气候条件和人为干扰(放牧压,施肥量等)之间的关系,1974-1994年,每年4-11月,在位于日本中部那须地区的国立草地研究所人造围栏放牧草场进行了放牧试验.每个不同放牧条件(牧压或施肥量)下分为4个亚区,每个亚区内放牧一周,四周为一个巡回放牧周期.测定了单位面积内主要牧草的地上现存生物量,并进行了统计学分析.结果表明,1974-1981年的8年间,放牧压分别为轻度和重度的两个放牧区内地上现存生物量的季节变化非常明显,变化范围为:重度放牧区180～260 g/m2,轻度放牧区200～360 g/m2.1982-1989年的8年间,上述放牧样地分成了放牧压相同,施肥分少量和大量两个放牧区进行了同样四周为一个巡回放牧周期的放牧试验.其地上现存量的变化范围:少肥区为150～380 g/m2,多肥区为240～360 g/m2.每一年中不同放牧条件下地上现存生物量的最大值均出现在5,6月份,最小值均出现在11月份.用复合回归分析求得了对现存生物量和气温,放牧压(或施肥量)之间的关系多项回归方程式.用协方差分析明确了放牧压力,施肥量以及季节和年度的变化对现存生物量的影响.     

高寒金露梅灌丛生物量及年周转量

采用样方调查与挖掘相结合的方法,以金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛多年累积枝干、地下生物量和当年新生枝叶量及6-9月冠面长度、宽度和高度为参数进行线性回归分析,结合金露梅灌丛与草本植物在样地所占比例,估算其年净初级生产量及年净固碳量。结果表明:2004年金露梅灌丛地下实际周转量为53.7 g/m²,周转率为26%;当年新生枝叶量为41.0 g/m²,年净初级生产量94.7 g/m²;以草本植物与金露梅灌丛在样地所占比例为60%和40%进行估算,2004年金露梅灌丛草甸总净初级生产量为858.3 g/m²,固碳量481.9 g/m²。     

青海湖地区紫花针茅型中度与重度退化草地地下植物量的比较研究

对青海湖地区紫花针茅型中度与重度退化草原地下植物量进行了比较研究,结果表明,中度与重度退化样地地下植物量的季节积累动态并不相同,随着退化程度加重,在草地植物地上部枯黄之前,光合产物向地下部的运转减少,根部贮藏的营养物质减少,地下与地上植物量的比值随退化程度的加重而增大。两个退化样地地下植物量的80%分布在0~20 cm土层,用y=axb能够很好描述中度与重度样地在生长季各土层平均分布的植物量及其所占比例。在40 cm深的土层中,中度与重度退化样地地下植物量每年的净生产量分别为849.6 g/m21、346.05 g/m2;周转值分别为32.45%、51.93%。     

青海湖地区中度退化线叶嵩草型草地地下植物量的研究

通过对青海湖地区中度退化嵩草型草地地下植物量的研究,结果显示:线叶嵩草型中度退化样地地下植物量季节变化动态为升高—降低的“单峰”曲线;在牧草生长季的不同时期,随着土壤深度的增加,地下植物量的分布呈明显递减趋势;地下85.53%的植物量分布在0~20 cm深的土层中;在地下0~40 cm土层内,其根系的年净生产量及周转值分别为787.13 g/m2、26.08%;地下/地上植物量的值为24.61。     

Algal biomass production and carbon fixation from flue gas

Algal biofuel has established as one of renewable energy. In this study, Nannochloropsis salina was cultured to test feasibility of biomass production and CO_2 fixation from flue gas. Firstly, cultivation was conducted under different light intensity. Results showed that the highest dry biomass of 1.25±0.061 g/L was achieved at light intensity of 10 klux, while the highest total lipids was 33.677 ±1.9% at light intensity of 15 klux.The effect of mercury on algae growth was also investigated, the algae growth was serious limited at the presence of mercury, and there was no any difference at the range of 10-50 ug/m~3. These results provide useful information for algal biomass production and CO_2 fixation from flue gas.