冬小麦农田尺度瞬态CO2通量与水分利用效率日变化及影响因素分析

以华北平原冬小麦农田尺度为研究对象,采用涡度相关技术,研究冬小麦灌浆期瞬态CO2通量日变化特征及其与农田热量平衡各分量的关系。结果表明,非水分胁迫下CO2通量日变化(负值表示通量指向冠层)为U型,群体净光合速率最高值为-1.2~-1.4mg/m2.s,夜间瞬态CO2通量呈非稳定变化,最高值达0.4~0.54mg/m2.s。白天时段内CO2通量与净辐射、潜热通量呈高度相关,8:00~15:30时段内CO2和水汽通量呈同步日变化趋势,水分利用效率处于稳定状态,瞬态水分利用效率基本维持在0.012~0.014g(CO2)/g(H2O)范围内;但早晨和傍晚时段内水分利用效率变化较大。     

复杂地形条件下涡度相关法通量测定修正方法分析

复杂地形条件下涡度相关法通量观测修正方法以及夜间净生态系统CO2交换通量（NEE）质量评价方法，是世界范围内通量观测研究中的重大技术问题。本文以鼎湖山南亚热带针阔叶混交林生态系统涡度相关法碳通量观测数据，探讨典型订正方法对CO2通量估算的影响。主要结论有：1）基于流线坐标系统的二次坐标旋转（DR）、三次坐标旋转（TR）和平面拟合坐标旋转（PF），均使得CO2通量（Fc）绝对值趋于变小，变化幅度依次为：DR〈PF〈TR。坐标转换对Fc影响程度白天小于夜间，冬季小于夏季，冠层上方小于冠层下方。2）冠层下方和冠层上方CO2通量合适的u^＊订正阈值分别为0．05、0．2ms^-1。3）对于涡度相关通量观测中普遍存在的夜间CO2涡度通量偏低问题，WPL订正没有帮助，坐标转换甚至起到反作用，冠层储存项订正在一定程度上减少夜间偏低程度，但效果不显著；u^＊订正可以明显减少夜间偏低幅度，但估算结果与箱式法相比依然偏低。夜间涡度通量观测数据最好能结合箱式法观测结果讲行校诈．     

冬小麦农田二氧化碳通量及其影响因素分析

以冬小麦农田为研究对象,利用涡度相关通量测量系统,测定了CO2通量及其影响因素。结果表明:冬小麦CO2通量存在明显的日、季变化,各生育时期CO2通量日变化均呈倒"U"型,CO2通量瞬时最高值和累积值在灌浆前期达到最大,抽穗期次之,返青期最低。潜热通量、显热通量、净辐射、光合有效辐射均与CO2通量呈极显著正相关。潜热通量与CO2通量的相关系数在0.920～0.955之间,苗期、拔节期和抽穗期相关性较高,灌浆期较低;显热通量与CO2通量的相关系数在0.801～0.953之间,拔节期相关性最高,苗期次之,抽穗期和灌浆期较低;净辐射与CO2通量的相关系数在0.879～0.967之间,苗期、拔节期和抽穗期较高,灌浆期较低;光合有效辐射与CO2通量的相关系数在0.910～0.953之间,冬小麦生育前期和后期光合有效辐射对CO2通量的影响小于生育中期。灌溉在一定程度上可以提高CO2通量。     

江汉平原稻-油连作系统冠层CO2通量变化特征

采用涡度相关法,于2010年和2011年对江汉平原水稻-油菜连作田冠层CO2通量进行周年观测,研究该系统CO2源、汇的季节和日变化规律。结果表明,CO2通量的日变化特征明显,各生育期平均CO2通量日变化幅度较大。将观测期通量数据插值后得到CO2净交换通量(NEE)的逐日变化过程,油菜收割后闲置期-中稻移栽期、分蘖期、拔节-抽穗期、乳熟期的平均NEE分别为1.63、-11.86、-20.61、-4.65g.m-2.d-1;水稻收割后的闲置期、油菜苗期-现蕾期、抽薹期、开花期、绿熟期平均NEE值分别为2.18、0.43、-5.00、-11.70、-13.91g.m-2.d-1。全年稻-油连作农田生态系统净CO2吸收量为19.26 t.hm-2。     

通量及其不确定性对农业区高塔CO_2浓度模拟的影响

利用WRF-STILT模型模拟玉米种植区生长季(6-9月)小时CO_2浓度,并基于美国最大农业种植区‘玉米带’100m高塔CO_2浓度观测数据,对WRF-STILT模型的模拟能力及CO_2通量的不确定性对模拟结果的影响进行分析。结果表明:(1)WRF-STILT能够模拟高塔观测的CO_2浓度日变化特征,模拟值与观测值的均方根误差为13.70mmol×mol~(-1),模拟结果偏高7.26mmol×mol~(-1)。(2)EDGAR和Carbon Tracker两种典型化石燃料的CO_2通量,其区域平均值相差6%,但两者对CO_2浓度增加值的模拟结果相差约10%;(3)CO_2通量空间分辨率的差异会导致模拟结果产生偏差,使用区域边长为1o的EDGAR化石燃料CO_2通量模拟的浓度贡献值仅为0.1o的0.4倍,且空间分辨率越低,模拟误差越大;(4)白天和夜晚Carbon Tracker模拟的植被生态系统净交换数据是高塔涡度相关方法观测结果的2.26和1.56倍,下垫面分类的误差以及相应的通量模拟误差使模拟的CO_2浓度贡献出现12mmol×mol~(-1)的差异,这是模拟结果偏高7.26mmol×mol~(-1)的潜在误差来源。研究认为,WRF-STILT模型和高空间及时间分辨率的CO_2通量能够较好模拟出农业区生长季的CO_2强日变化特征,CO_2通量的误差是模拟结果误差的主要来源,研究结果表明该方法具有评估和优化通量的巨大潜力。     

克氏针茅草原生态系统生长季碳通量变化特征

植被和大气之间CO2通量的观测有助于理解陆地生态系统的碳循环及其控制机理。以中国北方典型草原克氏针茅草原为研究对象,以涡度相关法为主要技术手段,探讨了2008年生长季内克氏针茅草原净生态系统碳交换（NEE）的变化特征。结果表明,克氏针茅草原生态系统CO2通量的日变化进程可以依据高峰出现的时间分为两种,一种具有一个吸收高峰,出现在11：00左右,另一种则具有两个吸收高峰,在正午前后出现碳释放现象。2008年克氏针茅草原生态系统最大的CO2吸收速率为-0．4mg·m^-2·s^-1。克氏针茅草原在4月和10月的NEE昼夜变化比较平缓,在5—9月日间CO2吸收量和夜间CO2排放量都开始增大,出现了明显的CO2日吸收峰值,但各月的日动态格局差异较大。2008年生长季中7—9月白天碳吸收活动最强,6—9月夜间CO2释放量较大。克氏针茅草原碳通量日累积量在2008年出现了3个明显的碳吸收峰;NEE的日最大累积吸收量和最大累积释放量分别为-2．38和1．47gC·m^-2·d^-1,并且出现在植被生长最旺盛的7、8月份。研究表明,温度和水分是影响克氏针茅草原生态系统碳通量变化的重要因子。     

土壤表面CO_2通量的原位测定方法

研究介绍了一种土壤表面CO2通量原位测定的方法及装置。利用二氧化碳对红外线气体具有特殊吸收、土壤空气与大气间对流和扩散的原理,设计了一条测定土壤表面CO2通量的技术路线进行原位测定。本测定装置由两部分组成:仪器和气体收集容器。用胶管连接仪器和气体收集容器,形成一个闭路系统,即可完成瞬间或某一时间段土壤表面二氧化碳浓度值测量工作,通过公式计算得到通量值。本方法和装置可用于陆地生态系统土壤二氧化碳的释放或吸收的原位测定;用于自然状况下多地点、多样地(点)土壤表面二氧化碳通量测定,具有便携、花费小、简单易操作、直接、快速等优点。     

红松阔叶混交林不同演替阶段土壤肥力与林木生长的关系

运用对比和统计分析方法,研究小兴安岭红松阔叶混交林进展演替系列4个阶段（形成阶段、发展阶段、稳定阶段和顶级群落阶段）的土壤肥力、林木生长以及土壤肥力与主要树种生长的关系。结果表明：随着林分演替进展,林分中针叶树种（红松、云杉和冷杉）树高、胸径、蓄积量增加,白桦、山杨等阔叶树种蓄积量则不断减小;土壤物理性状得到改善,土壤渗透性、饱和持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度增大;土壤有机质、全氮、硝态氮和铵态氮含量逐渐增加;表层（0—10cm）土壤pH值逐渐减小。红松阔叶混交林各演替阶段土壤密度、pH值与林木树高、胸径呈负相关;土壤饱和持水量、毛管持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、有机质、铵态氮、硝态氮、全氮均与林木平均树高、平均胸径呈正相关。相关性因树种不同而有所差异。运用主成分分析方法证明。土壤饱和持水量、毛管孔隙度、有机质和硝态氮是影响林木生长和不同演替阶段土壤肥力的主要因子。不同演替阶段土壤肥力排序为原始林〉稳定阶段〉发展阶段〉形成阶段。土壤肥力向着良性发展。     

淮北平原农林复合生态系统非生长季CO2通量变化特征

采用开路式涡度相关系统对淮北平原农林复合生态系统非生长季的CO2通量特征进行连续监测,并基于晴好天气10Hz高频数据直接计算而来的经过简单修正的通量数据来探讨河南省西平县杨树人工林非生长季节CO2涡度通量的变化特征。结果表明：（1）生态系统CO2通量具有明显的日变化和季节变化,在日尺度上整个生长季白天表现为碳吸收,在月尺度上秋末和初春表现为明显的碳汇功能;（2）通过对比生态系统CO2通量和土壤呼吸速率,发现土壤呼吸速率对生态系统碳通量的贡献小于植物对它的贡献;（3）5cm土壤呼吸与土壤温度的日内和日际相关关系显著,但生态系统CO2通量与其相关关系不够显著;（4）5cm土壤呼吸的日内变化与土壤含水量相关关系显著,而土壤呼吸日际以及生态系统CO2通量与其相关关系不显著;（5）降雨和复杂的降水过程（如雨夹雪等）过后,生态系统的碳吸收有增加的趋势;而降雪和雾天后生态系统的碳释放有增强的趋势。     

黑河流域高山草甸湿地土壤CO_2通量日变化特征

采用Li-6400便携式光合作用测量系统连接Li-6400-09土壤呼吸室,在2013年生长季节对黑河流域高山草甸湿地土壤CO2通量进行了野外定位试验,统计分析了水热因子对高山草甸湿地土壤CO2通量特征的影响。结果表明,高山草甸湿地区不同层次土壤的日平均温度差值由土壤表层(0cm)的14.5℃骤降到土壤20cm层的5.8℃,对土壤呼吸有较大的影响;土壤CO2通量日变化特征明显,早晨8:00—10:00维持在较低水平,土壤CO2通量在0.81~1.10μmol/(m2·s),在11:00开始升高,13:00达到峰值,峰值为3.26μmol/(m2·s),18:00开始下降,整个过程呈单峰曲线;高山草甸湿地区土壤CO2通量与10cm土壤温度、土壤含水量存在不同程度的正相关关系,表明土壤CO2通量的变化受温度和水分所控制。     

降水对青藏高原高寒灌丛冷季CO2通量的影响

利用涡度相关系统CO2通量观测数据,分析了青藏高原高寒灌丛生态系统冷季CO2通量对降水事件的响应（以2003～2005年10月和11月份为例）。结果表明：在降水事件过后的较短时间尺度内,青藏高原高寒灌丛生态系统CO2通量会显著增加,而且增加量明显大于降水前平衡态下的正常波动值;一般经过较长的无降水时间段后的降水会显著促进土壤呼吸,从而使高寒灌丛生态系统CO2通量明显增加。     

阔叶红松林不同大小林隙土壤温度、水分、养分及微生物动态变化

对小兴安岭阔叶红松林不同大小林隙主要土壤性质和微生物数量进行测定,对其动态变化进行比较和分析。结果表明,林隙表层(0-10cm)土壤含水量比郁闭林分高。不同大小林隙土壤月平均温度呈现单峰变化。中林隙有机质平均含量(194.34g/kg)>大林隙(169.47g/kg)>小林隙(143.49g/kg)>郁闭林分(128.61g/kg)。各林隙土壤表层NH4+-N含量季节动态变化趋势基本一致。大林隙中,土壤各月平均总有效氮(铵态氮+硝态氮)含量春季最高,夏季最低。林隙的有效磷含量呈现多峰变化。8月份是速效钾吸收和淋失的高峰期。林隙土壤微生物的数量秋季最多,生长季和雨季较少。不同大小林隙土壤因子的相关分析表明,pH值与有机质、速效钾呈显著负相关,与微生物和有效磷呈显著正相关。有机质与全氮、铵态氮、硝态氮、微生物和速效钾呈现显著或极显著相关。     

天然针阔混交林下穿透降雨特征及其模拟

为了评估天然针阔混交林的生态水文功能,利用传统统计学和地统计学方法,对小陇山天然次生针阔混交林下穿透降雨特征及其空间分布格局与降雨量的关系进行分析研究。共收集了总降雨量947.3mm的29次降雨事件数据,总穿透雨量和穿透率分别为742.6mm和0.783 9。结果表明,穿透雨量随大气降雨量的增加而增加,直线、对数函数和Mitscherlich模型均能很好地描述二者的相关关系。穿透率随降雨量的增加而增大,最终趋于稳定值,可应用对数模型和Mitscherlich模型模拟穿透率与降雨量的关系。穿透降雨变异系数与降雨量呈负相关关系,可以用Mitscherlich模型较好地描述。穿透降雨空间分布的不均匀度随降雨量的增加有下降的趋势,并逐渐趋于稳定。穿透率的空间分布形态在不同雨量级存在明显差别。     

川西亚高山森林土壤过氧化氢酶活性对升高温度和CO_2浓度的响应

川西亚高山针叶林由于其特殊地理位置和特定生态环境下植被的演替动态,使之成为全球变化的敏感性区域之一。本文通过原位模拟升高温度2(±0.4)℃和CO2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤过氧化氢酶活性的影响。结果显示升温和升高CO2浓度对岷江冷杉(Abies faxoniana)根际和非根际土壤过氧化氢酶活性的影响不同,还与冷杉的种植密度有关。同时,冷杉根际和非根际土壤过氧化氢酶活性对升高温度和CO2浓度的响应还随着时期而发生变化。另外,遮荫处理也会影响土壤过氧化氢酶活性。原位研究结果表明亚高山针叶林土壤酶对升高温度和CO2的响应并非简单的提高或者抑制,不同时期、不同密度以及与非根际环境中过氧化氢酶活性反应差异很大,可能涉及的土壤学和生态学过程十分复杂,需深入研究。     

鲁中南石灰岩山地针阔混交林土壤理化性状及水文效应

为选择出适宜鲁中南石灰岩山地的针阔混交林模式,以山东省新泰市扒石山小流域栽植的5种10a生针阔混交林为研究对象,采用野外调查与室内测定相结合的方法,系统分析针阔混交林模式下的枯落物蓄积量、土壤理化性质、土壤渗透速率、土壤水文效应等指标,研究不同针阔混交林对林地土壤理化性状和土壤水文效应的改良效果。结果表明:5种混交林模式下的各项指标均差异显著,且针阔混交林的各项指标均优于侧柏纯林,其中针阔混交林的各项指标均以侧柏刺槐混交林最优,侧柏黄连木混交林较差;林地土壤理化性状和水文效应的改良效果依次为:侧柏刺槐混交林侧柏苦楝混交林侧柏五角枫混交林侧柏臭椿混交林侧柏黄连木混交林。在鲁中南石灰岩山地营造针阔混交林时,应优先选择侧柏刺槐混交林和侧柏苦楝混交林,其次可选择侧柏五角枫混交林和侧柏臭椿混交林,应尽量避免大面积营造侧柏黄连木混交林及侧柏纯林。     

大兴安岭典型针阔混交林区土壤持水效应

受地貌条件的影响,大兴安岭低山丘陵地区土壤的水、热性质出现分异,发育的土壤类型以及植被都表现出典型的高寒森林湿地中域景观特征。沿局部分水岭向河谷低漫滩发育4种土壤类型,依次为塔头苔草草甸土—灰色森林土—白浆土—暗棕壤。大兴安岭地区森林湿地存在明显的冻融过程,冻融作用的影响下森林湿地表层的水分数量和状态都发生明显的变化。在冻融过程中,位于地势较高的森林植被湿地仅表层储存大量水分,而位于低位的塔头苔草湿地整体土体的水分数量和状态都发生明显的变化。白浆土的水分特征曲线非常平缓,表明土壤水分变化微弱。大兴安岭地区山岭和山麓发育的土壤土层较薄,使得除了枯落物(O)层外其他土层土壤持水性能都弱,一旦该地区枯枝落叶层受到破坏,整个山岭表层的土壤将发生严重的水土流失。