我国东部山地针阔混交林碳通量特征分析

以浙江省金华市武义县大毛尖山为研究区域,开展复杂山地森林生态系统碳汇能力的观测研究,并利用涡动相关法在2022年6月~2023年5月进行观测,经过数据质量控制和质量评价分析,得到42%的优质CO_(2)通量数据.结果表明,大毛尖山周边以针阔混交林为主,能量闭合度为0.89,能够很好的代表站点通量情况.CO_(2)通量在日尺度上均表现为U型变化,范围为-1.20~0.89mgCO_(2)/(m^(2)·s).四季碳汇能力强弱依次为,夏季、春季、秋季、冬季;各月份净生态系统碳交换量(NEE)均为负值,整体表现为碳汇.CO_(2)通量与气象因子中的空气温度呈负相关,相对湿度和平均风速正相关,夜间因呼吸作用产生的CO_(2)通量与土壤温度正相关.本研究初步解释了大毛尖山森林生态系统的碳汇特征.

贵州省碳吸收/碳排放时空变化特征及其与经济的脱钩效应

贵州省是我国喀斯特生态系统的典型分布区,生态敏感且脆弱,同时其也曾是我国的连片特困区,经济发展愿望迫切。对区域环境-经济发展状况及相互作用关系进行研究具有重要意义。研究从植被净生态系统生产力、土壤碳储量、岩溶碳通量三方面计算了贵州省陆地生态系统碳吸收,以能源燃烧排放的CO_(2)表征碳排放量,对区域碳吸收和碳排放的时空变化特征进行剖析,在此基础上构建环境碳负荷指数和脱钩弹性系数,用于解析贵州省碳收支状况及环境碳负荷与经济发展之间的脱钩关系。结果显示:(1)贵州省植被净生态系统生产力均值为257.72 g C/m^(2),呈逐步增强趋势,空间上呈现西高东低、南高北低的分布格局;岩溶碳通量的均值为6.71 t C/km^(2),年际波动较大,集中分布在研究区东北和西南部;土壤碳储量的均值为8.38 t/hm^(2),其高值区主要位于研究区南部和东部边缘;(2)区域碳排放呈现出了逐年增长的特征,表明了能源消耗的增强,形成了以城市高值区为中心向外辐射递减,各点之间以道路连通为特征的分布格局;(3)环境碳负荷指数呈逐年增长趋势,表征区域面临的环境压力越来越大,特别是在贵州省主城区出现了明显的收支不平衡,能源结构优化亟待加强;(4)综合脱钩状态整体以弱脱钩和扩张连接为主,且随时间推移脱钩状态由弱脱钩向扩张连接转变,说明环境保护滞后于经济发展,也就意味着贵州省经济的发展一定程度上牺牲了环境保护。未来应进一步强化生态修复工程的可持续性,同时发展绿色经济以促进区域生态-经济可持续发展。

保护性耕作对农田生态系统净碳释放量的影响

以华北平原小麦-玉米两熟地区保护性耕作5年田间定位试验为基础,利用West提出的净碳释放方程对翻耕、少耕和免耕3种耕作方式下农田各项投入造成的碳释放和土壤碳累积进行比较。结果表明:在翻耕、少耕、免耕3个处理下,5年间各项农田投入造成的碳释放分别为312.60、295.4和280.52kg.km-2.a-1,表层30cm土壤的碳储量分别为30.59、32.76和31.61Mg.km-2,农田净碳释放量分别为312.60、-138.59和-76.52kg.km-2.a-1;与翻耕地比较,免耕和少耕地的相对净碳释放量为-236.08和-451.19kg.km-2.a-1;免耕地农田投入的碳减排量(32.08kg.km-2.a-1)为土壤碳增汇量(204.00kg.km-2.a-1)的15.73%,少耕地农田投入的碳减排量(17.19kg.km-2.a-1)为土壤碳增汇量(434.00kg.km-2.a-1)的3.96%。少耕地对减少大气CO2的贡献大于免耕地。

覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜处理全生育期表层土壤含水率提高了18.7%,前期可平均提高表层土壤温度1.67℃。覆膜和露地处理土壤呼吸变化规律总体一致,但前者的温度敏感系数Q10比后者低,且中后期前者排放的碳仅为后者的61.7%,说明采用覆盖地膜种植方式有利于农田土壤碳管理。前期和中期覆膜处理绿叶面积指数比露地处理平均高0.81 m2/m2,后期覆膜处理衰老较快,收获时比露地处理低1.00 m2/m2;露地处理在前期和中期日均净碳通量平均比覆膜处理大0.04 mg/(m2·s),而后期仅小0.02 mg/(m2·s),这是造成2处理最终生物产量和经济产量差异的根本原因。在地上干物质积累和地下干物质积累方面,覆膜处理始终比露地处理高,收获时差值分别为269.7和38.6 g/m2。露地处理每公顷少收春玉米籽粒1 348 kg。由此可见,覆膜种植可提高表层土壤温湿度,促进作物生长发育,抑制土壤呼吸,促进碳积累,增加农民收入的同时更有利于土壤碳管理。

长三角地区稻麦轮作生态系统净碳交换及其环境影响因子

采用涡度相关技术对我国长三角地区典型稻麦轮作农田生态系统（2011年11月—2012年10月）的CO2通量进行连续观测,分析了农田生态系统净碳交换（NEE）的变化特征及其环境影响因子。结果表明：长三角地区稻麦轮作生态系统NEE具有明显的日变化和季节变化特征,具有很强的固碳能力。NEE月平均日变化总体呈＂U＂型曲线,不同月份＂U＂型高度不同;NEE季节变化则呈显著的＂W＂型双峰特征,分别对应两季作物（小麦、水稻）的生长季节。小麦/水稻月平均最大碳吸收峰出现在4月/8月,分别达到-1.12 mg·m^-2·s^-1、-1.45 mg·m^-2·s^-1;日最大累积碳吸收量分别为-12.88 g（C）·m^-2·d^-1、-10.63 g（C）·m^-2·d^-1,长三角地区稻麦轮作生态系统年固碳量达到-769.61 g（C）·m-2·a-1。光合有效辐射是影响白天NEE的主要环境影响因子,Michaelis-Menten方程可以很好地表示作物生长季节两者之间的关系（R2=0.37~0.83）;在同一光合有效辐射条件下,长三角地区稻麦轮作生态系统白天NEE随着气温的升高而增加,而当光合有效辐射大于1 800μmol·m^-2·s^-1在着一定程度的光抑制。温度是影响夜间农田生态系统呼吸特征的主要环境影响因子,长三角地区稻麦轮作生态系统夜间NEE与不同层次温度之间均存在显著的指数相关关系,但是不同作物夜间NEE的最适温度略有差异,小麦夜间NEE与土壤温度（10 cm）相关性最好（0.60）,而水稻夜间NEE与气温相关系数最高（0.49）。

森林生态系统碳循环的基本概念和野外测定方法评述

全球气候变化与森林生态系统碳循环息息相关,定量评估森林碳收支是生态系统与全球变化研究的重要任务。30年来森林生态系统碳循环研究已经取得了长足的进展,但全球和区域森林碳收支仍然存在很大的不确定性。这一方面与森林生态系统本身的复杂性有关,另一方面也与具体研究方法有关。评述了森林生态系统碳循环的基本概念和主要野外测定方法,为我国森林生态系统碳循环研究提供可参考的方法论。从生态系统碳浓度、密度、通量、分配和周转5个方面回顾了碳循环相关概念,指出碳浓度和碳储量是对碳库的静态描述,而碳通量和碳周转是对碳库的动态描述。净初级生产力是测量最普遍的碳通量组分,但大多数情况下因忽略了一些细节而被系统低估。普遍使用的净生态系统生产力,由于没有包含非CO2形式的水文、气象和干扰过程产生的碳通量,通常情况下高于生态系统净碳累积速率。在详细介绍碳通量组分的基础上,改进了森林生态系统碳循环的概念模型。重点讨论了碳通量的3种地面实测方法:测树学方法、箱法和涡度协方差法,并指出了其注意事项和不确定性来源。针对当前碳循环研究的突出问题,建议从4个方面减小碳循环测定的不确定性:(1)恰当运用生物量方程估算乔木生物量;(2)尽可能全面测定生态系统碳组分;(3)给出碳通量估算值的不确定性;(4)多种途径交互验证。

放牧对草地生态系统CO_2净气体交换影响研究概述

陆地生态系统与大气之间的CO2净气体交换(net ecosystem exchange of carbon dioxide,NEE)被称为生物圈的呼吸,它是陆地生态系统碳循环的重要组分,是全球气候变化研究的重点。草地生态系统是陆地生态系统的主体,约占陆地表面的40%,是气候变化的敏感区域。放牧是草地生态系统的主要利用方式,伴随着气候变化,放牧利用强度不同,对草地生态系统NEE的影响也不同。本文以放牧草地生态系统NEE组成为基础,从放牧干扰途径出发,综述了放牧对草地生态系统CO2净气体交换特征的影响。放牧主要干扰草地土壤-植被界面,通过影响植物群落组成、地上净初级生产力、地下净初级生产力来影响植被群落的光合作用和呼吸作用,使草地生态系统的NEE发生变化;放牧也可通过影响土壤包括土壤呼吸、土壤养分以及土壤温度和水分来影响NEE。放牧干扰途径的研究亦可应用于草地开垦和刈割等利用方式中,这对了解和研究草地不同利用方式下生态系统的CO2交换特征、草地碳源或碳汇的转换状态,以及草地碳贮存功能的强弱具有重要意义。

在华北玉米生育期观测的16m高度CO_2浓度及通量特征

利用中国气象局固城农业气象生态试验站2004年玉米生育期通量观测资料,分析了CO2浓度和通量随玉米生长的变化,并估算了玉米生育期陆地与大气CO2净交换量。结果表明:CO2浓度变化对农户活动和作物生长极其敏感;浓度在整个生育期始终有明显的日变化规律,峰值(谷值)出现在日出(日落)前后,通量仅在7月中旬至10月上旬之间出现明显的日变化特点,且位相超前于浓度,开花期通量最大;玉米播种期、苗期和成熟后地面向大气净排放碳,拔节至成熟前地面从大气净吸收碳;开花期碳吸收最强,其后依次为吐丝-乳熟期和拔节期。比较分析了目前流行的通量计算方法对碳吸收估计的影响,结果显示不同计算方法能产生高达160%的碳吸收估计偏差,应当引起重视。生态系统碳平衡分析结果表明,玉米地在生长季表现为弱碳汇(大约660 kg/hm2),但这一结果可能低估了实际的碳汇强度,低估程度有待研究。

金色链霉菌碳代谢流量变化特性的研究

建立简化的金色链霉菌代谢网络模型,根据其在复合培养基上的代谢特性,用优化手段求解细胞内碳代谢网络流量。根据不同时期金色链霉菌细胞内碳代谢流的分布,分析金色链霉菌生长代谢过程的碳代谢特性。研究表明, 在对数生长期,碳在EMP途径的通量为0.701mmolg-1h-1,占66.6%,进入HMS途径的流量为0.353mmolg-1h-1,占总碳消耗量的33.4%;在产物合成期,进入EMP途径的代谢流量降至0.382mmolg-1h-1,占进入细胞总碳流量的的51.6%;进入HMS途径的碳为0.358mmolg-1h-1,占48.4%。磷酸己糖旁路HMS通量对金霉素的合成起重要的调节作用, 添加磷酸盐和芳香性氨基酸抑制HMS途径的碳代谢通量,金霉素合成量分别降低50%以上。

陇中半干旱区覆膜玉米净碳交换及其影响因素

【目的】探讨陇中半干旱区覆膜玉米农田生态系统的净碳通量特征及其影响因子。【方法】以陇中半干旱区覆膜玉米农田生态系统为研究对象,基于2016年玉米生长季(5—9月)的涡度相关数据和气象数据,分析了不同生育期内覆膜玉米农田生态系统的净CO2通量(NEE)的变化特征及其与环境因子的相关关系。【结果】(1)陇中半干旱区覆膜玉米农田生态系统在不同生育期内日尺度NEE变化呈现"U"型变化曲线,峰值出现在12:00—13:00之间,且固碳能力表现为灌浆期>成熟期>拔节期>幼苗期。(2)覆膜玉米农田生态系统在月尺度上NEE的变化呈现出"U"变化型曲线,整个生长季期间,NEE总值为-1108.00 mg/(m2·d),平均值为-8.03 mg/(m2·d),最小值出现在8月1日,为-26.5mg/(m2·d)。(3)覆膜玉米生态系统NEE与光合有效辐射、气温和饱和水汽压差呈显著负相关关系,且相关性表现为光合有效辐射>气温>饱和水汽压差,NEE与土壤温度呈正相关关系,与土壤含水率相关性不显著。【结论】陇中半干旱区覆膜玉米NEE变化在日尺度与与月尺度上均呈现"U"型变化曲线,NEE与环境因子相关性为光合有效辐射>气温>饱和水汽压差>土壤温度>土壤含水量。

基于遥感和通量观测数据的生态系统净碳交换估算

大规模人类活动对生态系统造成巨大的影响,改变了其固有的碳收支平衡,引发了一系列全球环境问题,因此碳循环得到了普遍的关注,而陆地生态系统的碳循环更是其中的核心研究之一。研究选取了东亚的三个森林站点,基于MODIS遥感影像和通量观测数据,利用回归统计模型对生态系统净碳通量进行估算,分析并评价模型的精度,验证该基于遥感数据的统计模型在东亚森林生态系统的适用性。

不同区域典型植被类型的净生态系统碳交换特征

利用全球通量网数据集,详细分析了北美、欧洲、亚洲3个主要区域不同植被类型下净生态系统碳交换的变化特征.结果表明:净生态系统碳交换的区域变化特征与植被类型的分布特征密切相关.3个地区CO_2的总体收支为-0.010 93 kg/a,其中,农田和常绿针叶林的碳吸收能力最强,草地的最弱;虽然各地区不同植被类型下净生态系统碳交换的日变化幅度存在明显差异,但均呈"U"型曲线,净生态系统碳交换白天为负值,夜间则相反.碳吸收速率峰值出现在上午10:00-12:00;不同纬度带净生态系统碳交换均表现出明显的季节变化,随纬度升高,植被的碳吸收能力逐渐减弱,中高纬度受降水、土壤湿度等气候因子的影响波动性较大.

基于文献整合的中国典型陆地生态系统初级生产力、呼吸和净生产力数据集

陆地生态系统与大气间的碳交换是重要的生物地球化学循环过程,包含了生态系统的光合生产和呼吸利用,直接决定了生态系统的物质资源生产、生物多样性维持以及气候调节等功能。本文收集整理了2000–2015年中国区域公开发表的生态系统碳交换通量的文献资料,构建了中国区域典型陆地生态系统生产力和呼吸数据集。本数据集涵盖了森林、草地、农田和湿地等的57个典型陆地生态系统的总初级生产力、生态系统呼吸和净生产力的实测记录。此外,还包含了气候区、植被类型、年均气温和年总降水量等生物和气候信息。本数据集的建立与共享,可为区域生态系统固碳效益评估、生态环境承载力评价、全球变化研究以及生物地球化学循环模型的优化提供重要的数据支持。

寒区滨河湿地生态系统碳通量特征及影响因素

湿地碳循环在全球气候变化中起着重要作用,而湿地碳通量特征及其影响因素研究是湿地碳循环研究重点关注的问题之一。基于金河湾湿地涡度相关观测系统的实测试验数据,系统分析了寒区滨河湿地生态系统净碳交换日际和季节两种尺度的动态变化机制,总结了碳源、碳汇变化规律,并探讨了气象要素对净碳交换量和湿地总生态系统生产力的影响。结果表明,金河湾湿地生态系统净碳交换在日尺度上呈"U"型分布,午时左右达到最高值;季节尺度上,自9月中旬至次年4月初表现为碳源,其余时间表现为碳汇,持续时间约5个月,总固碳量约631.62g/m2;相较于其他湿地生态系统,寒区湿地由于气温低、湿度大,净碳交换量和总生态系统生产力相对较小。

基于涡度相关的黑河玉米生态系统生长季碳通量和固碳能力变化特征研究

利用黑河计划数据管理中心提供的黑河大满灌区农田生态系统4套涡度相关仪和配套的气象观测站点的数据，在对通量和气象数据预处理前提下，得到完整可靠的CO2通量和配套的气象观测数据，计算4个站点的CO2通量（ Fc）、净生态系统交换量（ NEE）、总初级生产力（ GPP），分析它们的动态变化特征。结果表明，在研究区内，整个生长季Fc介于-2.78~0.60 mg/（m2·s），最小Fc出现在7月中下旬；整个生长期月平均Fc表现为“U”型曲线，在13：00达到峰值[-1.91 mg/（m2·s）]。夜间生态系统的碳通量与地表温度呈显著的指数关系，土壤温度是其主要影响因素；NEE最大碳吸收量出现在7月中旬，达到16.04 g/（m2·d），极个别与临近值变化趋势不同的数值，是由高温季节的强降雨天气导致；最终得到的生长季GPP在7月中旬日积累量达到最高[17.74 g/（m2·d）]。4个站点生长期的GPP总累积量分别是914.68 g/m2、937.03 g/m2、984.18 g/m2、1002.20 g/m2。

刈割降低热浪对内蒙古草甸草原碳通量的影响

热浪(Heat waves)是近年来频发的一种极端气候,其短期时间会影响生态系统植被健康并对生态系统碳通量产生长期负面影响,但其影响强度往往因生态系统类型而异。而内蒙古高原草甸草原属高纬度半干旱生态脆弱区,受气候变化影响显著,且正在遭受频繁热浪侵袭。在内蒙古呼伦贝尔草甸草原进行为期2年的野外原位模拟热浪控制实验,关注热浪对生态系统碳循环关键过程的影响和调节机制,并研究人类活动(刈割)与极端气候(热浪)对草甸草原碳通量的交互作用。结果表明,热浪处理显著降低了生态系统的土壤含水量,并显著降低草甸草原净碳交换(NEE)、生态系统呼吸(Re)和生态系统总生产力(GEP),分别为31%、1%和14%。然而,刈割处理下,能够有效降低热浪的负面影响,表现为热浪后草地恢复所需时间缩短了约1/3。同时,热浪后水分供给能缓解热浪对生态系统碳通量的滞后效应,并缩短生态系统所需的恢复时间。

干旱年份沙质草地生态系统净CO_2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-9.58g·m^(-2)·d-1,年最大日均释放速率分别为5.69和5.21g·m^(-2)·d-1。2)生长季(5-9月)碳吸收量分别为-120.54和-139.83g·m^(-2),非生长季碳释放量分别为230.33和212.82g·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(109.79g·m^(-2)·年-1)稍高于2016年(72.99g·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。

云杉碳氮化学计量比对土壤水分和氮有效性的响应

以西南亚高山针叶林优势种——粗枝云杉(Picea asperata)为研究对象,探究不同土壤水分状况和氮添加下云杉碳氮化学计量比的变化及其响应过程。采用两因素(水分×氮素)随机区组实验,设置5个土壤水分梯度和3个氮添加浓度,其中土壤水分梯度分别是土壤田间持水量的40%(W1)、50%(W2)、60%(W3)、80%(W4)和100%(W5),氮添加浓度分别为0(N0)、20(N1)、40(N2)gNm-2 a-1。结果表明:(1)土壤水分和氮添加显著影响了云杉碳氮化学计量比(P<0.05),具体为:云杉植株和器官碳氮比在N0W4处理下最大值,随土壤水分有效性的降低而减小,随氮添加浓度的增加而降低。(2)随土壤水分有效性的降低,根和叶的碳含量显著升高(P<0.05),茎和叶的碳含量随着氮添加浓度的增加而降低。此外,土壤水分有效性的降低显著提高了根和茎的氮含量(P<0.05),各器官的氮含量随着氮添加浓度的增加而增加。在相同水分和氮添加浓度处理下表现为碳含量:叶>茎>根,氮含量:叶>根>茎。(3)云杉净光合速率随土壤水分有效性的降低先升高后降低,随氮添加浓度增加而增加,在N2W4达到最大。(4)根对NH+4和NO-3的净吸收速率随土壤水分有效性的降低而减小,随氮添加浓度的增加而显著增加(P<0.05)。此外,根对NH+4的净吸收速率与土壤有效氮含量呈显著负相关关系(P<0.05)。本研究表明,土壤水分和氮添加影响了云杉的碳同化和氮吸收过程,改变植物的碳、氮分配策略和养分利用效率,从而导致碳氮比的变化。

全球植被与大气之间碳通量的模式估计(英文)

用大气植被相互作用模式（AVIM）模拟了全球陆地植被的净初级生产力（NPP）。AVIM由相互耦合的两部分组成：物理过程，包括陆地表面水分和能量在土壤、植被与大气之间的传输；以及生理生态过程，如：光合、呼吸、干物质分配、凋落和物候等。全球的植被分为13类，土壤按质地分为6类。用EMDI提供的全球1637个包括不同植被类型的NPP观测点数据对模型进行了检验。NPP模拟的结果表明：全球陆地植被的平均NPP为405.13gCm-2yr-1，不同植被类型的平均 NPP变化范围在99.58 g Cm-2yr-1（苔原）到996.2 g Cm-2yr-1（热带雨林）之间。全球年总NPP为60.72GtCyr-1，其中最大的部分为热带雨林，15.84GtCyr-1，占全球的26.09％。最大的碳汇是在北半球的温带。模式模拟的NPP在全球的空间和季节分布是合理的。

湘中地区中稻碳通量的变化特征

采用涡度相关技术对湘中地区中稻大田生育期(2019年6—9月)的碳通量进行了连续观测,分析了稻田生态系统碳交换中的净碳交换量(NEE)、总初级生产力(GPP)和总呼吸(Reco)的变化特征。结果表明:中稻大田生育期内碳通量具有明显的日变化和季节变化特征,碳通量月平均日变化总体成"U"形单峰曲线变化,不同月份的差异体现在"U"形的高度上;中稻大田生育期内不同生育时期的固碳能力有所不同,孕穗期、齐穗期、灌浆中期、分蘖盛期、成熟期的固碳能力依次减弱;NEE、GPP和Reco的变化曲线分别呈现出"U"形、倒"U"形和偏锋特征;中稻大田生育期内的NEE总和、GPP、Reco分别为-173.93、587.62、413.68 g/m^(2)。研究发现,湘中地区中稻大田生育期内表现出一定的碳汇功能,这也正是产量形成的物质基础和产量潜力挖掘的研究方向。