西北干旱区绿洲葡萄园净碳交换及其影响因素

研究干旱区绿洲农业生态系统碳收支动态和其碳源汇形成机制对于指导绿洲农业固碳减排至关重要.基于敦煌干旱绿洲葡萄园涡度相关系统观测的CO2通量和相关环境因子数据,估算2019年生长季(5—10月)葡萄园的碳收支总量,同时探究净生态系统碳交换(NEE)的日、季动态及其对叶面积指数(LAI)、光合有效辐射(PAR)、水汽压差(...     

锡林郭勒草原下垫面地气相互作用特征研究

草原是锡林郭勒地区的主体生态系统，观测研究该地区地气相互作用对深入理解该区草原气候和生态效应具有重要意义。利用2016-2020年锡林浩特国家气候观象台的近地层综合观测资料经过异常值剔除和缺失值插补后进行统计分析：1)利用最小二乘法和能量平衡比率法，对比分析了该地区生长季和非生长季能量通量平均日变化特征、能量闭合特征，进而分析讨论了大气稳定状态对近地层能量闭合特征的影响；2)分析了5年平均能量通量逐月日变化特征；3)分析了该地区的CO₂通量特征。结果表明：锡林郭勒草原生态系统的能量分配主要以感热通量为主，约占净辐射的36.95%。生长季的能量闭合斜率高于非生长季，全年平均能量闭合斜率为0.69。近地层大气稳定层结出现的频率大于不稳定层结出现的频率，且不稳定大气条件下的能量闭合率更高。通过对碳通量的分析发现，该生态系统总体表现为碳汇，生长季的日总净固碳量为2.44gc·m^-2·d^-1,非生长季为0.57gc·m^-2·d^-1。     

青海海北高寒嵩草草甸系统水分利用效率特征

系统水分利用效率(WUE)是高寒草甸生态系统碳水耦合及植被演替的重要指标,但其时间格局和主要环境因素仍不清楚。基于青藏高原东北隅高寒嵩草草甸的涡度相关仪器观测的CO_2和H_2O通量数据,分析了2015年植被生长季(4月-10月)的系统水分利用效率(总初级生产力/植被蒸腾)的变化特征和主要环境影响因子。结果表明,总初级生产力(GPP)和植被蒸腾具有显著的单峰季节趋势,与群落叶面积指数(LAI)显著相关。生长季日均WUE为3.24g C·kg H_2O~(-1),没有显著的季节动态,呈现出"保守型"的特征。增强回归树的结果表明光合光量子通量密度(PPFD)、饱和水汽压差(VPD)和净辐射(Rn)是其主要调控因素,与WUE显著指数负相关(r~2>0.40,p<0.001)。     

高寒矮嵩草草甸植物生长季土壤水分动态变化规律

利用2001年和2003年土壤水分观测资料分析了中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站(海北站)矮嵩草草甸土壤水分的日变化、植物生长季期土壤水分的季节变化及垂直变化规律。结果表明:高寒矮嵩草草甸土壤水分的日变化在各季节表现出早晚高,中午低的U型分布变化;在植物生长季土壤水分的季节变化与植物生长、土壤消融与冻结、气候条件等有很大的联系,少降水年与多降水年变化基本一致;土壤水分随土层深度增厚而降低;根据植物根系对土壤水分利用情况将土层分为根系利用层和根系微利用层。     

胡杨林净生态系统CO2交换特征

文中使用2014年生长季两个胡杨林通量观测样地的数据,分析了黑河下游荒漠河岸胡杨林净生态系统CO2交换(FNEE)的变化特征、影响因素以及冠层内CO2储存通量(FS)对FNEE的贡献.结果表明:(1)2014年生长季总的FNEE为-198.85g·C·m-2,5-10月FNEE分别为-24.45,-46.10,-60.48,-50.70,-34.30和17.18g·C·m-2·mon-1.日最小FNEE为-2.97g·C·m-2·d-1,日最大FNEE为1.69g·C·m-2·d-1.(2)各月FNEE的日变化过程明显不同,白天吸收和夜间释放CO2的强度随生长过程而变化,7月FNEE的日变化幅度最大.(3)各月冠层内CO2储存通量(FS)的日变化过程基本一致且季节变化不明显,半小时尺度上Fs对FNEE的影响较大,然而在月、季节尺度上Fs对FNEE的贡献太小,可以忽略不计.(4) FNEE主要受光合有效辐射(PAR)和叶面积指数(LAI)的影响:日尺度上FNEE与PAR在0.01的显著性水平上呈显著负相关关系,月尺度上FNEE的值随着LAI的增大(降低)而降低(增大).     

高寒湿地生态系统水分利用效率研究

高寒湿地生态系统水分利用效率的研究,有助于明晰高寒地区碳水耦合程度和优化水资源管理。基于涡度相关系统,研究分析了2015年和2016年生长季青海湖高寒湿地生态系统水分利用效率的变化特征和主要环境因子对其的影响。结果表明:生态系统各月水分利用效率日变化都呈先减小后增大的趋势,且生长季中期大于前期和后期的水分利用效率。生态系统水分利用效率季节变化呈生长季中期高,初期和后期低。2015年和2016年总体水分利用效率分别为5.42 g·kg~(-1)和4.65 g·kg~(-1)。与环境因子的分析表明,生态系统水分利用效率与温度、叶面积指数、月降水量和土壤体积含水量相关性显著,而与光合有效辐射和饱和水汽压差的相关性较差。     

新疆高产棉田生态系统NEE变化及其影响因素

温室气体大量排放使得全球变暖已成为世界公认的热点问题之一。农田生态系统在全球碳循环与碳平衡中扮演着重要的角色。文中运用开路式涡度相关测量系统进行定点定位观测,研究干旱区农田生态系统/大气间净交换量(Net Ecosystem Exchange),分析农田生态系统中碳源/汇功能的关系。结果表明:新疆棉田生态系统在现蕾期、开花期与铃期CO_2通量日变化呈现出单峰型的"U"型曲线,现蕾期、开花期和铃期CO_2通量最高点在凌晨3:00、4:00和1:00,分别为9.45、8.78和7.68umol·m~(-2)·s~(-1),CO_2通量最低点在正午14:00、15:00和15:00,依次为-19.35、-21.73和-20.51umol·m~(-2)·s~(-1)。不同生育期夜晚NEE值均负值,表明棉田生态系统夜间处于碳排放过程;白天正值,棉田生态系统为碳吸收过程。棉花不同生育期均为碳储存,且开花期碳储量最大,平均值为-7.26g·m~(-2)·d~(-1),其次是现蕾期,平均值为-6.31g·m~(-2)·d~(-1),铃期平均值为-5.37g·m~(-2)·d~(-1)。温度和降雨对棉田生态系统碳储量影响显著。研究结果表明干旱区高产棉田生态系统有着较好的碳储量,是一个碳汇过程。     

天津城市系统碳通量与碳平衡测度研究

城市是碳排放的重要空间,低碳减排是通过调控进入到城市系统内部的物质代谢路径来降低碳通量.从城市经济-环境的复合系统均衡的视角,将碳排放嵌入到城市系统的代谢分析体系之内,以天津市为例,动态测度碳排放的通量代谢特征与碳平衡的变化规律.研究表明:近十年来天津市碳储量总体呈现逐年递增趋势,自然碳库增长速度低于人为碳库增长速度;城市系统碳输出总体高于碳输入,通量水平变化明显,且总体处于不平衡状态、碳补偿能力较差.其中,化石能源消费是影响碳通量变化的主要因素.在此基础上,提出城市系统碳减排的关键环节.     

黄土区不同土地利用类型下砂质壤土地表CO2通量变化特征——以清凉寺沟流域为例

利用LI-8100A土壤碳通量自动测量系统对晋西北黄土丘陵沟壑区清凉寺沟流域地表土壤CO_2通量进行测量,探讨了CO_2通量时空变化特征、不同土地利用类型下的CO_2通量特征以及环境因子对CO_2通量的影响,对于晋西北黄土丘陵沟壑区小流域地区地表土壤CO_2通量的研究进行补充。结果表明:(1)CO_2通量在生长季呈现单峰变化,于日出前后达单日最低值,在16:00—22:00达到单日最高值;在非生长季则呈现不规律变化。(2)农耕地的CO_2通量相较于荒草地以及枣林地的CO_2通量要低;不同季节的CO_2通量关系为8月CO_2通量最大,5月CO_2通量次之,11月CO_2通量最低。(3)地表土壤CO_2通量与光合有效辐射、大气温度、土壤温度、土壤含水率、土壤有机质、土壤质地等因素密切相关,通过科学的土地利用方式可有效提高土壤的固碳能力。     

近20年新疆农田生态系统碳足迹时空变化

利用1994—2013年新疆农田生产投入和农作物产量等数据,采用碳排放系数法估算了新疆农田生态系统的碳排放量、碳吸收量及碳足迹的变化动态以及在各县市的空间分布特征。结果表明:新疆农田生态系统的碳排量从1994年的179.46万t增长到2013年的474.15万t;不同年份农业碳排放均主要源于化肥使用量的增加和不科学的灌溉方式,其最大贡献率分别为40.02%和41.56%;农田生态系统的碳吸收量20年间增加了2185.04万t,棉花对新疆农田生态系统的碳吸收量贡献最大,多年平均贡献率达47%;新疆农田生态系统的碳排放量、碳吸收量区域主要集中在南疆的县市并呈现出沿天山对称的趋势;1994—2013年,农田生态系统碳足迹呈现快速增长态势,从1994年的2 732.63×104C·hm-2·a-1增加至2013年的4 474.89×104C·hm-2·a-1,碳足迹增加了283.59×104C·hm-2·a-1,表明新疆农田生态系统存在碳生态盈余的现象,种植结构生态效益指数大于1的年份为11个,种植结构的调整迫在眉睫。     

小针茅荒漠草原生长季表层土壤有机碳月动态及影响因素

以内蒙古苏尼特右旗小针茅荒漠草原两种主要草地类型为研究对象,选择典型样地,通过实地调查测定其5~9月生长季地上、地下生物量、土壤有机碳及土壤含水量,分析了小针茅荒漠草原生长季土壤有机碳的月动态,探讨了地下生物量、气温、降水及土壤含水量对土壤有机碳的影响。研究结果表明:1)小针茅荒漠草原两种草地型生长季土壤有机碳月变化趋势不同。小针茅+无芒隐子草草地生长季土壤有机碳月变化表现为从5月份开始逐渐降低,到9月份又略有增加,狭叶锦鸡儿-小针茅+无芒隐子草草地土壤有机碳月变化表现为5~7月增加,8月份降低,9月份又增加的趋势。2)小针茅荒漠草原5~9月生长季各月土壤有机碳含量差异不显著,0-10cm土层深度土壤有机碳含量低于10-20cm和20-30cm土层深度土壤有机碳含量。3)小针茅荒漠草原5~9月土壤有机碳含量与月降水量之间呈正相关关系,但不显著。而6~9月土壤有机碳含量与月降水量之间呈显著正相关关系。4)小针茅荒漠草原土壤有机碳受表层地下生物量影响较大,土壤有机碳含量与0~10cm土层地下生物量呈显著正相关。5)小针茅荒漠草原生长季土壤有机碳含量与月均温之间没有显著相关性,与0~10cm土壤含水量呈极显著正相关。     

祁连山典型植被土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征的垂直变化

本研究针对祁连山国家公园山体沿海拔(2700～4043 m)自下而上出现的针叶林、草甸化草原、高寒灌丛、高寒草甸、流石滩稀疏植被5种典型植被,研究土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量比垂直分异规律,为祁连山国家公园生态系统土壤碳氮磷生物地球化学循环过程提供数据参考和科学依据。结果表明：(1)祁连山山体垂直带上0～40 cm土壤总碳、总氮和总磷含量分别为15.33～83.46 g·kg^-1、1.63～7.76 g·kg^-1、0.41～0.66 g·kg^-1。土壤总碳和总氮含量均表现为针叶林>草甸化草原>高寒灌丛>高寒草甸>流石滩稀疏植被,都是沿着海拔的升高显著降低。土壤全磷含量表现为高寒灌丛显著高于高寒草甸,其余植被间差异不显著。(2)0～40 cm土壤铵态氮、硝态氮、速效磷含量分别为11.01～14.73 mg·kg^-1、2.78～12.46 mg·kg^-1和4.35～13.57 mg·kg^-1。土壤铵态氮含量在各植被类型间差异不显著,...     

赛罕乌拉国家级自然保护区不同草地类型植被碳密度及其分配

准确了解草地生态系统的碳密度及其分配,对于估算不同草地类型中的植被碳储存能力、判定碳汇、合理开发草地资源以及研究陆地生态系统碳循环具有重要意义。通过野外调查测定和室内分析,对内蒙古赛罕乌拉自然保护区草地生态系统的6种草地类型(线叶菊草原、贝加尔针茅草原、银穗草草原、林缘杂类草草甸、河谷草甸和蒙古冰草草原)的碳密度及其分配进行了研究。结果表明,赛罕乌拉自然保护区6种草地类型植被地上部分碳密度为89.61～240.20g/m2,地下部分碳密度为965.74～1520.00g/m2,植被总碳密度为1148.21～1616.99g/m2。在碳密度分配中,植被活体层、凋落物层和地下部分分别占总量的4.59%～12.81%、0.91%～6.56%和83.94%～94.43%,地下部分碳密度随土层深度增加而减少,0～10cm明显高于其他几层,平均占总量的56.86%。     

西藏玉米田养鹅模式下的土壤碳排放特征

为探究玉米田养鹅模式（RGC）对高寒农田土壤碳排放的影响,以藏东南玉米田养鹅模式下高寒农田为研究对象,采用开路式土壤碳通量测定系统进行实地测定。结果表明:土壤温度、体积含水量和碳排放速率均表现为"单峰型"日变化特征,但在峰值和谷值出现时间上存在差异,即土壤呼吸速率滞后于土壤温度和含水量的变化;整个生育期内,土壤碳排放速率均表现为RGC>CK,说明玉米田养鹅模式可有效提高土壤碳排放效率,但从空间变异性（变异系数CK>RGC）和温度敏感性系数(Q₁₀值表现为CK（1.19～1.38）>RGC（1.12～1.30）)来看,玉米田养鹅生产模式可有效提高土壤呼吸抵抗外界干扰的能力和降低高寒区域农田土壤温度敏感性;双变量拟合模型显示,土壤呼吸速率的日变化极显著响应于土壤温度与体积含水量的协同变化（0.8622<0.981）,但不同测定日期的响应程度存在差异;土壤呼吸速率表现为RGC>CK,但变异系数表现为CK>RGC,说明CK的土壤呼吸更容易受到外界环境变化的影响。因此,高寒区域农田玉米田养鹅模式有利于提高土...     

农牧交错带玉米农田生态系统碳储量变化特征及分布格局

农田生态系统碳储量变化是陆地碳循环和全球气候变化研究中的一个重要问题。选取我国北方典型农牧交错区当地主要作物玉米为研究对象,对该地区在传统深耕覆膜种植方式下不同时期（翻耕后、幼苗期、成熟期、次年翻耕前）的玉米农田生态系统碳储量及分布格局进行研究。结果表明：在该地区传统耕作方式下玉米农田生态系统地上碳储量显著大于地下碳储量,而土壤碳密度随着土层加深变化规律不明显;单株玉米平均碳含率为43．3％,除根系外,玉米叶片、茎秆有机碳含率变化规律表现为幼苗期＞收获期;单株玉米碳储量为收获期＞幼苗期;玉米农田生态系统土壤碳密度为收获期＞幼苗期＞次年翻耕前＞翻耕后,土壤碳密度在翻耕后较其他时期显著降低（P＜0．05）;农田生态系统总碳密度与土壤碳密度变化规律一致。玉米农田生态系统经过一个完整的作物生长季后土壤碳密度在次年翻耕前较前一年翻耕后增加了13415 kg?hm －2;而作物的碳密度在收获期高达10974．8 kg?hm －2。由此可见,玉米农田生态系统对大气有明显的固碳减排作用,其“碳汇”能力较强。     

山西中部油松生态系统碳储量研究

以山西中部油松生态系统为研究对象,设置样地测算乔木、灌木、草本及凋落物的生物量,钻取并分析0～100cm土层土样150份,最后依据相关方程,得出各层次及生态系统的含碳率和碳储量。结果表明:植被含碳率变化于42.88%～48.39%,凋落物含碳率平均为45.1%,0～100cm土层含碳率变化于0.22%～1.92%。油松生态系统平均碳储量为131.37Mg·hm-2,其中植被平均碳储量为46.37Mg·hm-2,占生态系统碳储量的35.3%,植被各层碳储量的顺序为乔木(44.30Mg·hm-2)灌木(1.15Mg·hm-2)草本(0.92Mg·hm-2);土壤平均碳储量为77.38Mg·hm-2,占生态系统碳储量的58.9%,是植被与凋落物碳储量的1.67倍和10倍,且随着土层深度的增加而递减;凋落物平均碳储量为7.61Mg·hm-2,仅占生态系统碳储量5.8%。     

内蒙古温带草地植被的碳储量

草地生态系统在全球碳循环中起着极为重要的作用。大部分草地碳储存在地下,但是实测数据十分匮乏,因此准确估算温带草地植被碳储量对评价草地生态系统碳循环具有重要意义。作为一个区域性资料积累工作,作者对内蒙古温带草地的碳储量进行了大范围的实测研究,以估算该地区草地植被的碳储量。主要结果如下:(1)内蒙古温带草地总面积为58.46×106hm2,总植被碳储量为226.0±13.27Tg C(1 Tg=1012g),平均碳密度为3.44Mg C.hm-2;(2)地下根系储存的碳是地上碳储量的6倍左右,地上、地下生物量碳储量分别为33.22±1.75和193.88±12.6 Tg C,平均碳密度分别是0.51和2.96 MgC.hm-2;(3)不同草地类型的碳储量差异较大,典型草原最大(113.25 Tg C),占草地总碳储量的50%,其次是草甸和草甸草原,荒漠草原碳储量最低(15.37 Tg C)。     

祁连山北坡天然草地根冠比与气候因子的关系

利用祁连山北坡5类天然草地地上/地下生物量和同期的气象资料,分析5类草地的根冠比（R/S）与气候因子的关系。结果表明：5类草地生物量为山地草甸＞山地草原＞山地草甸草原＞高寒草原＞山地荒漠草原,除高寒草原、山地草甸草原和山地草原的生物量之间无显著差异外,其余各类之间差异显著（P＜0.05）;高寒草原、山地草甸、山地草甸草原、山地草原和山地荒漠草原的R/S分别为9.3,8.7,5.1,7.0和7.1;5类草地R/S的季节变化均呈反抛物线型,但变化不尽相同;高寒草原的月R/S随上月土壤含水量的增加而显著降低,山地草甸草原和山地草原的月R/S随上月潜在蒸散量的增加也呈显著降低趋势,而山地草甸和山地荒漠草原的月R/S与前期的水热因子无显著相关关系。     

短期增温下青藏高原多年冻土区植物生长季土壤水分的动态变化

以青藏高原腹地典型高寒草甸植被类型为研究对象,采用红外灯加热的方法模拟全球增温,并利用水分探头,于2012年植物生长季（5—9月）获取0~100 cm不同土层深度土壤水分含量数据,并分析其对增温的响应。结果表明：① 短期增温对高寒草甸土壤水分含量有提高作用,但增幅并不显著（P>0.05）,平均提高2.85%。② 土壤水分含量随土层深度的增加呈现先减少后增加的趋势,在10~20 cm土层深度处降为最低值13.8%,在60~100 cm土层深度附近达到了20.57%的最高值;对照组5个月10~20 cm土层深度的土壤水分含量显著低于其他土层,而增温组0~20 cm土层深度的土壤含水量显著低于其他土层深度,表明增温对表层（0~10 cm）的土壤含水量影响较大,对深层土壤含水量的影响则较小,而且短期增温不会对土壤水分的垂直分布趋势产生影响。③ 土壤水分含量随时间的变化,在5—8月呈上升趋势,表明在青藏高原北麓河地区植物生长季,8月是其土壤水分含量最充足的月份,到了9月土壤中含水量开始降低,但5个土层深度降幅均不明显;增温组土壤水分含量随时间的变化趋势与对照组基本一致。     

西鄂尔多斯高原5种荒漠灌丛土壤碳排放特征

为了进一步厘定西鄂尔多斯高原地区5种天然荒漠灌丛土壤碳排放的主控因子,估算灌丛土壤碳排放量,并阐明不同灌丛土壤的碳排放特征,选用5种典型荒漠灌丛林为研究对象,通过土壤碳通量ACE(automated soil CO_2exchange station)监测系统分别测定了5种灌丛土壤呼吸速率、土壤温湿度及碳排放量。结果表明:(1)5种灌丛土壤碳排放速率日动态总体呈现"不对称钟形"单峰曲线特性,峰值在11:30—13:30。5种灌丛生长季土壤碳排放速率均显著高于非生长季,其中半日花灌丛(Helianthemum songaricum Schrenk)比其他灌丛高0.76~1.67倍。土壤年平均碳排放量沙冬青灌丛为8 090.63 kg·hm~(-2)·a~(-1)、四合木灌丛7 868.16 kg·hm~(-2)·a~(-1)、霸王灌丛7 287.40kg·hm~(-2)·a~(-1)、半日花灌丛8 375.69 kg·hm~(-2)·a~(-1)和红砂灌丛7 618.47 kg·hm~(-2)·a~(-1);(2)在3种未来气候情景(低排放情景B1、中等排放情景A1B和高排放情景A2)下,5种灌丛土壤碳排放量将比基准情景高达8.30%,其中霸王灌丛变化最为明显。不同类型灌丛地土壤碳排放对气温变化的响应存在差异,但差异不显著。本研究可为全球环境变化下中国西北干旱、半干旱地区碳平衡估算提供数据基础和参考依据。