鄱阳湖南矶湿地净生态系统CO_2交换量的日变化特征

利用涡度相关技术分未淹水期和淹水期对2015年4月—2016年10月鄱阳湖南矶湿地净生态系统CO_2交换量(net ecosystem CO_2exchange,NEE)进行观测,分析其日变化特征和影响因子。结果表明:在未淹水期,湿地NEE日变化呈现"U"型分布特征,日间最大CO_2吸收量为18.24μmol·m^(-2)·s^(-1),夜间最大CO_2释放量为24.92μmol·m^(-2)·s^(-1)。在淹水期,除较高洲滩及湖岸高地外,植被被水面覆盖,湿地NEE日变化无明显特征,日间最大CO_2吸收量为2.29μmol·m^(-2)·s^(-1),夜间最大CO_2释放量为12.66μmol·m^(-2)·s^(-1)。相关分析和主成分分析表明在未淹水期南矶湿地日间NEE月平均日变化与光量子通量密度相关性最高,与气温、降水、土壤含水量和土壤温度的相关性次之,夜间NEE月平均日变化与气温、土壤温度和土壤含水量相关性较高。在淹水期,南矶湿地日间NEE月平均日变化与光量子通量密度、土壤含水量有关,夜间变化与土壤温度、土壤含水量和气温有关。

亚热带马尼拉草坪生态系统CO_2净交换量测定方法比较

利用IRGA法和GC法,同步观测了3种天气(晴天、多云、阴天)条件下福州市江滨公园马尼拉草坪生态系统CO2净交换量(NEE)的白昼动态变化,比较IRGA法和GC法透明通量箱对观测样点环境的影响程度,并探讨其对NEE观测结果的影响.结果表明:在单次观测结束时,IRGA法通量箱对样点环境的扰动小于GC法,晴天白天二者箱内的平均升温分别为1.79℃和2.33℃,箱内平均光合有效辐射(PAR)降低幅度分别为11.00%和21.00%.3种天气情况下,IRGA法与GC法观测的NEE白天变化趋势较一致,但3种天气相同时段内GC法测定的NEE平均值比IRGA法高3.17μmol·m-2·s-1,二者的差异在中午最大,在清晨和傍晚较小.IRGA法比GC法可以更为准确地测量草坪NEE.

节水灌溉与生物炭施用对稻田生态系统CO_(2)净通量日变化的影响

为了揭示不同水碳管理对稻田生态系统-大气间CO_(2)交换的影响,基于田间试验,分析了不同水碳管理模式下稻田生态系统CO_(2)净通量日变化特征。结果表明:分蘖期、拔节孕穗期、乳熟期稻田生态系统CO_(2)净通量变化趋势均呈现U型特征,总体表现为白天吸收,夜晚排放,且各生育期的净吸收阶段与净排放阶段在时间上呈现一致性。随着生育期的推进,稻田生态系统白天CO_(2)净吸收时长及吸收量呈现先升高后降低趋势。除分蘖期高量生物炭处理降低了稻田生态系统白天CO_(2)净吸收通量外,生物炭施用增大了节水灌溉稻田生态系统白天CO_(2)净吸收通量与夜晚CO_(2)净排放通量。与不施用生物炭处理相比,2种生物炭情况下稻田生态系统白天与夜间CO_(2)净通量增加幅度为2.26%~27.16%和2.30%~32.69%。节水灌溉减小了稻田生态系统白天CO_(2)净吸收通量,增大了稻田生态系统夜间CO_(2)净排放通量,白天吸收和夜晚排放的变化幅度为2.68%~59.79%和1.26%~40.95%。研究结果可为实现稻田水资源高效利用及充分发挥稻田生态系统的碳汇功能提供理论依据。

我国净生态系统碳交换量(NEE)的时空变化特征研究

利用LPJ（Lund-Potsdam-Jena）全球动态植被模型,对1971~1998年我国陆地净生态系统碳交换量（NEE）的年总量变化、空间分布格局及变化特征进行了分析。结果表明,近30年来我国的碳汇强度在波动中呈增强趋势,多年平均总碳汇强度为-0.25 Gt.C/a。全国不同区域年均净碳交换量差别显著,整体表现为东部碳汇强而西部弱,除西北部分荒漠草原地区外,全国大部分地区为碳汇区。1985~1998年平均相对于1971~1984年平均,我国不同地区NEE的变化存在较大的空间差异,其中内蒙的中部地区则由原来的弱碳汇区转为弱碳源区,大部分地区碳汇增强。

干旱叠加海平面上升、氮负荷增加对河口潮汐沼泽生态系统净CO_(2)交换的影响

河口潮汐沼泽湿地是全球重要的蓝碳生态系统之一。海平面上升和氮负荷增加是入海河流河口湿地面临的两个主要环境问题。近年来,干旱事件频发,干旱及其与海平面上升、氮负荷增加的叠加将如何影响河口潮汐沼泽湿地生态系统净CO_(2)交换,目前还未见报道。2020年夏秋,福建沿海经历了数月严重的气象干旱,这为揭示干旱对河口潮汐沼泽湿地生态系统净CO_(2)交换量(NEE)和生态系统呼吸(ER)的影响提供了一个契机。分别于2019年8-10月(正常天气)和2020年8—10月(干旱天气),在闽江河口微咸水短叶茳芏沼泽湿地运用光合作用测定仪+箱法测定不同处理(对照、模拟海平面上升、模拟氮负荷增加、模拟海平面上升+模拟氮负荷增加)短叶茳芏湿地生态系统NEE和ER,以期揭示气象干旱与海平面上升、氮负荷增加的叠加对河口沼泽湿地生态系统净CO_(2)交换的影响。与正常天气相比,干旱天气下各处理(包含对照)的NEE均显著降低(P<0.05);对照、海平面上升以及氮负荷增加处理样地的ER显著减少(P<0.05),海平面上升+氮负荷增加处理ER显著增加(P<0.05)。NEE(负值)与光合有效辐射(PAR)与呈显著负相关(P<0.05)。研究发现,气象干旱降低了河口潮汐沼泽生态系统固碳规模,且这种固碳规模的降低在叠加海平面上升或氮负荷增加的情景下仍将存在。

草地退化对三江源区高寒草甸生态系统CO_2通量的影响及其原因

为了揭示草地退化对三江源地区高寒草甸生态系统碳通量的影响,利用涡度相关技术,于2006年12月1日~2007年11月30日对三江源地区的退化高寒草甸生态系统的碳通量及生物和环境因子进行观测.结果发现：草地退化对高寒草甸生态系统的碳通量产生了深刻影响,与未退化的高寒草甸生态系统相比,退化高寒草甸生态系统全年总初级生产力（GPP）下降了36.6%,全年生态系统呼吸（Reco）下降了7.9%,全年净生态系统CO2交换（NEE）也由退化前的负值（碳吸收）转变为正值（碳排放）,二者相差132.5gC/（m2.a）,生态系统由原来的碳汇转变为目前的碳源.这些变化与高寒草甸退化后,生态系统植物地上生物量锐减、植物生长期缩短（NEE〈0的天数）、植物多样性下降、土壤含水量降低等因素密切相关.

青藏高原高寒灌丛生态系统CO_2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。

青藏高原高寒草甸生态系统CO_2通量研究进展

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型,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,在区域碳平衡中起着极为重要的作用。基于对青藏高原主要高寒草甸生态系统类型CO2通量研究方面的综述,系统分析了高寒草甸生态系统CO2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统CO2通量的影响;同时,结合其他地区草地生态系统,就青藏高原三种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值进行了比较;最后,结合青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究的现实与需要,提出了当前存在一些不确定性和有待深入研究的问题。

青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究进展

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型，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，在区域碳平衡中起着极为重要的作用。本研究首先系统回顾了青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征，以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统CO2通量的影响；其次比较了青藏高原3种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值；最后针对青藏高原高寒草句生态系统CO2通量研究现状，分析了当前存在的一些不确定性，展望了未来工作的重点。

基于涡度相关技术估算植被/大气间净CO_2交换量中的不确定性

近年来,涡度相关技术的进步使陆地生态系统CO2通量的长期和连续观测成为可能。目前,涡度相关技术是全球通量观测网络(FLUXNET)测定植被/大气间CO2通量的主要技术手段,但绝大部分CO2通量观测站点都处于非典型的理想条件下,不能完全满足涡度相关技术的基本假设条件,从而导致基于涡度相关技术估算植被/大气间净生态系统CO2交换量的不确定性。系统介绍了涡度相关技术的基本假设,基本理论公式和误差的类型与特征等理论问题,重点阐述了通量测定中仪器本身的物理限制、二维和三维的气流运动、数据处理的方法和夜间通量的低估等不确定性的主要来源,并据此对通量观测研究中需要优先考虑的问题提出一些建议。研究认为数据质量控制与分析以及误差评价是不同通量站点间的结果比较和全球尺度综合分析的过程中需重点考虑的问题。

辽河口“退塘还湿”修复区生态系统CO_(2)交换及其环境调控

滨海湿地因其碳汇功能强大,在减缓全球气候变化中发挥着重要作用,“退塘还湿”作为近几年我国滨海湿地生态修复开展的主要形式之一,对其碳源/汇功能的研究较为匮乏.基于涡度相关技术,观测了2021年辽河口“退塘还湿”修复区CO_(2)通量,研究了修复区内盐沼湿地生态系统CO_(2)交换特征及其环境调控.结果表明,修复区净生态系统CO_(2)交换(NEE)平均日变化曲线在春季和秋季呈“U”型,在夏季呈“V”型,在冬季呈“一”型,其春、夏、秋和冬季的效率(以C计)分别为-40.06、-63.62、2.33和34.43 g·m^(-2).修复区NEE日累积年内变化整体呈“V”型,NEE、生态系统呼吸(Reco)和总的初级生产力(GPP)月累积差异明显.2021年修复区内光合有效辐射(PAR)是白天NEE的重要调控因子,二者呈直角双曲线关系,PAR可以解释白天NEE变化的53%;空气温度(T_(a))是夜晚生态系统呼吸(R_(eco,night))的主控因子,二者呈指数关系,T_(a)<5.5℃时生态系统呼吸的温度敏感性(Q_(10))为2.19,T_(a)可以解释R_(eco,night)变化的42%,T_(a)≥5.5℃时Q_(10)为1.81,T_(a)可以解释R_(eco,night)变化的51%.另外,2021年生长季辽河口湿地修复区NEE与土壤含水量(SWC)和饱和水汽压差(VPD)均呈显著的线性负相关,而NEE与土壤温度(Ts)和相对湿度(RH)无显著相关.2021年辽河口“退塘还湿”修复区盐沼湿地表现为碳汇,总净固碳量(以C计)为-66.89 g·m^(-2),其具有长期的碳增汇潜力.

阴山北麓农牧交错区退耕地草地生态系统碳交换及水分利用效率

内蒙古阴山北麓农牧交错区由于长期不合理的开垦造成了荒漠草地生态系统碳交换等生态功能的显著丧失。我国20世纪末开始实施的退耕还林还草工程产生了大量退耕地,随着自然恢复演替,这些退耕地的生态功能得到了有效的修复,其巨大的碳汇潜力成为了荒漠草地生态系统碳循环研究的热点。研究通过空间代替时间的方法,对内蒙古阴山北麓典型区域——武川县周边无干扰的荒漠草原以及3个退耕恢复阶段草地的生态系统CO_(2)交换(NEE、GEP和ER)、水分利用效率(WUE)以及生物量等指标进行了实地测量。结果表明:(1)随着退耕恢复演替时间的推移,生态系统CO_(2)交换呈显著上升趋势,演替晚期植被NEE与未受干扰的荒漠草地无明显差异;(2)生态系统水分利用效率的变化趋势与生态系统CO_(2)交换基本一致,但已退耕17年后的退耕地WUE仍没有恢复至未受干扰荒漠草地的水平;(3)导致以上结果的原因主要与退耕地地上植被生物量的恢复以及一、二年生植物和多年生植物比例的演替变化有关。结果表明荒漠草地退耕地恢复过程中生态系统功能的恢复可能并非是同时的,而是分阶段有选择进行的。

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。

冬小麦-夏玉米农田蒸散与CO_(2)净交换特征及影响因素

为探明黄淮海平原农田蒸散量(ET)和CO_(2)净交换量(NEE)的多因素协同影响,选取中国科学院禹城综合试验站冬小麦夏玉米农田为研究对象,基于涡度相关观测系统实测的2003—2010年逐日通量数据,利用结构方程模型,分析了农田ET和NEE特征及其影响因素。结果表明:季节尺度上ET和NEE表现出双峰型变化特征,但二者在不同的生长季具有显著差异。与玉米季相比,麦季ET(NEE)的峰值明显高于(低于)玉米季。研究时段内麦季和玉米季ET总量的多年平均值分别为398.63、256.59 mm,并且二者均呈波动增加的趋势(P<0.05);而麦季和玉米季NEE总量的平均值分别为-272.57、-293.57 g/m^(2),但二者的年际变化趋势不显著(P>0.05)。净辐射是影响农田ET和NEE季节变化的重要因素,并主要体现在直接作用上。净辐射和气温通过叶面积指数对麦季ET和NEE产生较大的间接影响;而在玉米季,饱和水汽压差通过叶面积指数对ET和NEE的间接影响较大。此外,土壤含水率和风速对不同生长季ET和NEE的影响存在一定的差异。

闽江河口芦苇沼泽和短叶茳芏沼泽生态系统含碳温室气体的年收支

河口感潮沼泽是全球重要的蓝碳生态系统,具有很强的固碳能力。碳收支研究是量化生态系统碳源/汇过程及固碳规模的基础。本研究运用透明箱和不同遮光率布遮盖+红外气体分析仪/气相色谱相结合的方法,模拟不同光照条件,测定闽江河口鳝鱼滩半咸水芦苇沼泽和短叶茳芏沼泽的瞬时净生态系统二氧化碳(CO_(2))交换量(net ecosystem exchange,NEE)、生态系统呼吸(ecosystem respiration,ER)以及甲烷(CH_(4))排放通量,并通过对总光合吸收量(gross ecosystem exchange,GEE)与光合有效辐射的拟合以及ER与气温的拟合,外推2个沼泽生态系统CO_(2)气体在月、年尺度上的NEE和ER,评估其年固碳量。2个沼泽生态系统的NEE和ER均具有明显的季节变化,春夏秋季为大气中CO_(2)的汇,而冬季则转化为大气中CO_(2)的源,芦苇沼泽年尺度固碳能力显著高于短叶茳芏沼泽。芦苇沼泽与短叶茳芏沼泽CH_(4)排放通量差异不显著。综合考虑CH_(4)排放,闽江河口鳝鱼滩半咸水芦苇沼泽、短叶茳芏沼泽生态系统年固碳量分别为(5371.52±336.97)g CO_(2)-eq/m^(2)和(2730.32±503.67)g CO_(2)-eq/m^(2)。研究表明:闽江河口半咸水沼泽湿地在年尺度上是一个较强的碳汇,在缓解全球变暖方面发挥着重要的角色。

黄河三角洲芦苇湿地生长季净生态系统CO_2交换及其环境调控机制

采用涡度相关法,对2011年生长季的黄河三角洲芦苇湿地净生态系统CO2交换(NEE)进行了观测,研究湿地NEE的变化规律及其影响因子.结果表明:不同月份芦苇湿地的NEE日变化均呈"U"形曲线,CO2最大净吸收率和释放率的日均值分别为(0.44±0.03)和(0.16±0.01)mg CO2·m-2·s-1;芦苇湿地NEE、生态系统呼吸(R eco)、总初级生产力(GPP)的季节变化均呈现生长旺季(7—9月)较高、生长初期(5—6月)和生长末期(10—11月)较低的趋势;R eco和NEE在8月达到峰值,GPP在7月达到峰值.芦苇湿地生态系统的CO2交换受到光合有效辐射(PAR)、土壤温度(T s)和土壤体积含水量(SWC)的共同影响.白天NEE与PAR呈直角双曲线关系;5 cm深处T s与夜间生态系统呼吸(R eco,n)呈指数关系,生态系统呼吸的温度敏感性(Q10)为2.30,SWC和T s是影响芦苇湿地Reco,n的主要因子.在整个生长季,黄河三角洲芦苇湿地生态系统是一个明显的CO2的汇,总净固碳量为780.95 g CO2·m-2.

仪器表面加热效应对临泽站开路涡动相关系统CO_2通量的影响

LI-7500分析仪仪器表面加热效应对开路式涡动相关系统CO2通量观测结果影响显著,利用Burba校正方法对提高观测站CO2通量观测精度、年净生态系统碳交换量(NEE)估算、全球CO2交换量估算和气候变化模拟等具有重要意义。基于临泽站绿洲玉米农田的开路式涡动相关系统和小气候观测系统所获得的一年数据,利用Burba校正方法分别对LI-7500分析仪光路中的感热通量、大气潜热通量、CO2通量以及NEE的季节变化过程进行了修正。结果表明,LI-7500分析仪底部窗口和支杆部分热量交换是光路中感热通量校正量的主要贡献者,平均分别为6.81W.m-2和2.68W.m-2,其加热效应主要来源于太阳辐射和电子元件运行产生的热量;加热效应对潜热通量影响最小,平均校正量仅为0.24W.m-2;Burba校正对CO2通量和NEE的季节变化影响显著,其平均校正量分别为19.14μg.CO2.m-2.s-1和313.21mg.C.m-2.d-1,而且气温越低加热效应对通量的影响越显著;除生长季空气中水汽浓度显著高于非生长季而导致潜热校正量较大外,生长季其他各通量的校正量明显小于非生长季,生长季光路中感热、周围大气潜热、CO2通量和NEE日校正量分别为6.94 W.m-2、0.33W.m-2、12.86μg.CO2.m-2.s-1和161.58mg.C.m-2.d-1,分别是非生长季的60.4%,220.0%,50.6%和37.4%。若未进行仪器表面加热效应的Burba校正,在生长季和非生长季累计高估的绿洲玉米农田生态系统碳吸收量分别为25.85g.C.m-2和88.47g.C.m-2。

散射辐射对西藏高原高寒草甸净生态系统CO_2交换的影响

2003-2006年在当雄草原站用涡度相关法对西藏高原广泛分布的高寒草甸生态系统的碳通量和常规气象数据进行了连续观测。基于这些数据,根据净生态系统CO2交换量（NEE）对晴朗指数（k）和土壤温度的响应特征,分析了净生态系统CO2交换量与散射辐射之间的关系。依据地面接受的散射辐射量把天气划分为云隙天、晴天和多云天。结果表明,散射辐射不能提高西藏高原高寒草甸生态系统的碳吸收水平。该生态系统的碳收支过程主要受光合有效辐射控制,碳排放过程主要受土壤温度控制;且NEE随k的变化趋势受散射辐射的影响较小,生态系统碳收支更多地受太阳辐射对土壤强烈加温的影响。三种散射辐射天气条件下,NEE随k的变化趋势基本一致,先增加后减小;NEE达最大值时的土壤温度皆为15℃左右,k值皆为0.7-0.8。

我国典型生态系统净CO_(2)交换量与蒸散量的多机器学习模型对比分析

为理解不同机器学习算法对我国典型生态系统碳水通量的模拟能力,基于中国生态系统研究网络九个站点的逐日环境要素、净CO_(2)交换量(NEE)和蒸散量(ET)数据,通过极限梯度提升(XGBoost)、梯度提升回归(GBR)、支持向量机(SVM)、人工神经网络(ANN)、随机森林(RF)和K近邻法(KNN)等六种机器学习算法,分析它们对逐日NEE与ET估算的准确性。结果表明:1)对不同机器学习模型而言,XGBoost模型对NEE与ET估算的准确性始终优于其他模型,且鲁棒性最好;GBR模型次之,但KNN模型相对较差。2)对不同站点而言,多数机器学习模型对NEE模拟的准确性由大到小依次为当雄站>千烟洲站>长白山站>海北灌丛站>鼎湖山站>禹城站>海北湿地站>西双版纳站>内蒙古站;对ET模拟的准确性由大到小排序为当雄站>长白山站>海北灌丛站>千烟洲站>禹城站>海北湿地站>鼎湖山站>内蒙古站>西双版纳站。3)六种机器学习模型对ET的模拟效果整体优于对NEE的模拟。

青藏高原净生态系统碳交换量的遥感评估模型研究

青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量(NEE)有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型(NCBM)。该模型由来源于MODIS影像的增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)以及来源于地面观测的空气温度和短波辐射共同驱动,并利用青藏高原地区的3种植被类型(包括高寒灌丛、高寒湿地和高寒草甸)的碳通量长期观测数据对模型进行了校准和验证。结果表明,在模型校准站点年,NCBM模型可以模拟NEE观测值81%的变化,均方根误差(RMSE)为0.03mol C/m^2/d,模型效率(EF)为0.81。在模型验证站点年,NCBM模型可以预测NEE观测值84%的变化,RMSE为0.03mol C/m^2/d,EF为0.81。在大多数情况下,NCBM模型可以清晰地模拟各植被类型的NEE季节和年际变化。此外,NCBM模型因为结构简单,模型驱动变量易于获取等优势,具有在区域尺度上模拟NEE时空变化的潜力。但是该模型还需要进一步的改进和发展,特别需要提高对植被非常稀疏地区NEE变化的模拟能力。