北温带干旱地区土壤-大气界面CO_2通量的变化特征

采用箱法对栗钙土、灰钙土、粗骨土和山地灰褐土4种有代表性的干旱土壤表面CO2通量进行观测和研究。结果表明:森林土壤(粗骨土和山地灰褐土)的通量显著大于草原土壤(栗钙土和灰钙土)。干旱区土壤表面CO2通量的平均值为230.05μmol/(m2·h),变化范围为-147.27～2319.55μmol/(m2·h)。不同土壤类型之间存在差异,粗骨土(351.82μmol/(m2·h))>山地灰褐土(347.33μmol/(m2·h))>栗钙土(193.36μmol/(m2·h))>灰钙土(162.37μmol/(m2·h))。土壤表面CO2通量存在季节变化,趋势呈"S"形。9月份最高(516.79μmol/(m2·h)),以土壤向大气释放为主;1月份最低(-7.09μmol/(m2·h)),以大气进入土壤为主;具有春夏秋冬交替规律,与气候变化趋势基本一致,土壤表面CO2通量稍有后滞。全天候土壤表面CO2通量呈"山峰"形变化,04:00最小(154.13μmol/(m2·h)),12:00最大(349.65μmol/(m2·h)),具有昼夜交替规律,比气候日变化稍有滞后。影响土壤表面CO2通量的环境因子有地表空气温度、土壤温度(0～10cm、10～20cm和20～30cm)、土壤含水量(0～10cm、10～20cm和20～30cm);其中,地表空气温度、土壤温度(0～10cm、10～20cm和20～30cm)和土壤含水量(0～10cm)分别与土壤表面CO2通量呈正相关关系,而10～20cm和20～30cm深度的土壤含水量与土壤表面CO2通量呈负相关关系,地表空气相对湿度与土壤表面CO2通量的关系不显著。大气与土壤之间的CO2存在双向转移机制,CO2不仅从土壤向大气转移,而且也从大气向土壤转移,热量在地球表面的差异性分布,导致温带和寒带地区的土壤具有平衡大气CO2浓度的功能,是温带、寒带地区的显著特征。

大气CO_2增加对陆地生态系统微量气体地气交换的影响

简要综述了近年来国内外在大气CO2 浓度增加对微量气体交换影响方面的研究进展 .首先介绍了有关大气CO2 浓度增加的研究技术和方法 ,比较了目前两种常用技术开顶箱 (OTC)和开放式空气CO2增加 (FACE)方法的优缺点 ,然后着重阐述了用OTC和FACE研究陆地生态系统CH4、N2 O、CO2 等微量气体的地气交换对大气CO2 浓度增加的响应 .综合现有的资料表明 ,大气CO2 浓度增加 ,会促进绿色植物生物量增加 ,同时改变生物质的C/N比 ,降低有机质的分解速率 ,增强了陆地生态系统对大气CO2 的固持作用 ;大气CO2 浓度增加会提高产甲烷菌的活性和影响CH4的排放过程 ,有可能导致湿地生态系统CH4的排放增加 ;大气CO2 浓度增加对N2 O排放影响的研究较少 ,且尚无一致的结论 .另外 ,对于其他微量气体 ,尚没有相关研究报道 .鉴于此 ,今后应加强大气CO2 浓度增加的微量气体地气交换响应研究 .

水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO_(2)浓度升高的适应规律

CH4是仅次于CO_(2)的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,未来大气CO_(2)浓度升高情景下(elevatedCO_(2),eCO_(2)),水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。依托中国FACE(FreeAir CO_(2) Enrichment)水稻田试验平台,通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验,采用稳定性同位素核酸探针(DNA-SIP)和高通量测序技术,研究未来大气CO_(2)浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。结果表明:与常规大气CO_(2)浓度(ambient CO_(2),aCO_(2))相比,eCO_(2)条件下的甲烷氧化活性显著增加,从243 nmol·g^(-1) d.w.s·h^(-1)增加至302 nmol·g^(-1) d.w.s·h^(-1),增幅高达24.3%,甲烷氧化菌数量则增加了1.1倍~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA,高通量测序发现,未来大气CO_(2)升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替,与对照相比,类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%,而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%~11.1%;同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。综上所述:未来大气CO_(2)升高情景下,水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异,促进了甲烷氧化通量,而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应,是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。

基于浮标观测的春季青岛近岸海水pCO_(2)变化及海-气CO_(2)通量研究

利用海-气界面浮标观测得到的高频数据,分析了春季青岛近岸海域海表二氧化碳分压(pCO_(2))的变化规律及驱动因素,并对海-气CO_(2)通量进行了估算。观测期间该海域由大气的碳汇转变为碳源,主要是由海表pCO_(2)的不断增长所致。对海表pCO_(2)控制因素进行分析,发现温度升高是pCO_(2)增长的主要驱动因素,生物过程起到一定的抑制作用。海表pCO_(2)呈现出日变化特征,温度和生物因素对海表pCO_(2)日变化的作用均与太阳辐射相关,但两者的作用相反。此外,分析发现浮标的不同采样频率会对海-气CO_(2)通量估算产生影响,缩短采样间隔能有效降低海-气CO_(2)通量估算的偏差,提高估算的准确性。

下三横山岛养殖海域海-气界面CO_(2)交换通量的空间分布特征及影响因素

为研究下三横山岛养殖海域海-气界面CO_(2)交换通量及影响因素,从2020年7月开始,在该海域开展为期一年(4次)的监测和分析,主要剖析其温度、盐度、pH、总碱度(TA)及水体中溶解无机碳(DIC)、溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)分布差异,估算下三横山岛养殖海域表层海水CO_(2)分压(pCO_(2))及海-气界面CO_(2)通量(FCO_(2))值,并分析pCO_(2)的影响因素,探讨下三横山岛该养殖海域海-气界面CO_(2)交换通量。结果表明,下三横山岛海域表层海水4个季节的温度、盐度、pH、TA、DIC、DOC、POC的分布在季节上差异极显著(P<0.01)。下三横山岛海域pCO_(2)全年的变化范围为29.93~836.80μatm,FCO_(2)值的变化范围为-45.67~216.50 mmol·(m^(2)·d)^(-1)。pCO_(2)与FCO_(2)值四季变化显著(P<0.05),全年碳分布格局有较大差异,其中,仅春季为碳汇,碳汇强度为(-32.79±3.73)mmol·(m^(2)·d)^(-1),夏、秋、冬季皆为碳源,碳源强度分别为(14.74±33.35)mmol·(m^(2)·d)^(-1)、(18.39±6.63)mmol·(m^(2)·d)^(-1)、(50.34±9.27)mmol·(m^(2)·d)^(-1),其中,春、夏、秋季FCO_(2)最低值均出现在鱼类养殖区,最高值出现在贻贝养殖区。养殖区内的生物活动是影响下三横山岛海域表层海水pCO_(2)的重要因素。研究结果为下三横山岛多营养层级综合养殖的碳汇研究提供了前期数据及理论参考。

闽江河口养虾塘养殖期和非养殖期CO2通量变化特征

为揭示河口区陆基养虾塘从养殖期到非养殖期一年间的CO2通量变化,以福建省闽江河口鳝鱼滩陆基养虾塘为研究对象,于2016年5月—2017年3月采用悬浮箱静态箱-气相色谱法对养虾塘养殖期水-大气界面和非养殖期沉积物-大气界面白天CO2垂直通量进行原位观测.结果表明:①养虾塘在整个研究期间CO2通量变化范围为-62.87~162.81 mg/(m^2·h),平均值为(42.66±18.12)mg/(m^2·h),总体上表现为大气CO2的释放源,且呈非养殖期CO2通量平均值〔(78.51±16.61)mg/(m^2·h)〕显著高于养殖期〔(17.98±18.26)mg/(m^2·h)〕的特征.②养殖期间,养虾塘CO2通量呈“排放-吸收”交替变化的特征,而非养殖期养虾塘一直是大气CO 2的净排放源.③养虾塘养殖期CO2通量时间变化特征主要受到ρ(DOC)(DOC为总溶解有机碳)、ρ(SO4^2-)、ρ(Cl^-)、盐度、pH、ρ(Chla)(Chla为叶绿素a)的影响,其中,pH和ρ(SO4^2-)是其主要影响因子,而ρ(TDN)(TDN为总溶解氮)、ρ(TDP)(TDP为总溶解磷)、ρ(SO4^2-)对非养殖期CO2通量时间变化影响较大.研究显示,滨海陆基养殖塘是大气CO2的重要来源,其排放通量多低于河流、水库等水生生态系统,但高于湖泊生态系统;养殖塘CO2通量受人为影响明显,其较高的变异性与养殖生物、饲料投放以及浮游藻类有关.

一种CO_2探空测量方法的电路设计改进

介绍了一种CO_2探空测量方法。其原理是利用朗伯-比尔定律,使用非分光红外法,通过选择合适的红外光源和红外探测器,设计了合理的电路,在定标的基础上将测量的光强转换成CO_2浓度,制作出可用于探空测量的实验装置。通过与EC9820型CO_2分析仪的地面对比试验,结果表明,连续12天测量的趋势一致,平均误差为9.835 ppm,验证了设计的可行性,基本满足了大气CO_2探空的精度需求,为进一步研制CO_2探空仪提供了参考。

沉水植物水生态修复工程的水-气界面CO_(2)通量及生态效益研究——以武汉东湖为例

为了探讨沉水植物水生态修复工程实施后是否具有CO_(2)减排效应及工程实施后的生态效益,以武汉市东湖水生态修复工程示范区为研究对象,通过野外调查与室内分析相结合的研究手段,探讨沉水植物修复工程实施后是否存在CO_(2)减排效应,并揭示环境因素如何影响水生态修复区碳减排通量.在此基础之上,根据全国碳市场碳排放配额(CEA)挂牌协议交易成交价对CO_(2)减排效应进行货币化,同时针对水生态修复净化水体营养盐的功能,结合修复区沉水植物对氮、磷营养盐削减的收益,估算沉水植物水生态修复工程的综合生态经济效益.结果显示,沉水植物修复区与未修复区日间水-气界面CO_(2)通量均值分别为-2.139×10^(-3)mg·m^(-2)·h^(-1)和3.316×10^(-3)mg·m^(-2)·h^(-1),沉水植物种植后水气界面CO_(2)通量下降了165%,表明以轮叶黑藻、苦草和金鱼藻为主的沉水植物水生态修复工程具有CO_(2)减排效应.Pearson相关性分析表明,修复区的水体CO_(2)浓度以及沉水植物生物量直接影响水-气界面CO_(2)通量;营养盐浓度(水体总氮和总磷)、水温、透明度和浊度间接影响水-气界面CO_(2)通量.在水生态修复区,沉水植物的光合作用主导了水-气界面CO_(2)通量的变化.估算结果表明,东湖水生态修复工程的年度综合经济效益预计达到44.50万元,该项目的投入产出比约为4.23,相当于降低了23.6%的工程建造成本,本研究从生态系统服务功能的角度扩展了沉水植物水生态修复工程的评价维度,为沉水植物水生态修复工程的发展提供理论指导和技术支撑.

北部湾东北部春、夏季表层海水CO_(2)分压的24 h变化及其调控机制研究

周日观测对掌握近海碳酸盐体系变化和海-气CO_(2)交换过程是必要的,有助于降低碳源汇评估的不确定性。针对北部湾东北部的英罗湾-安铺港海域,于2018年4月和8月利用24 h定点逐时采样观测了该区域表层海水碳酸盐体系及相关要素,分析了春、夏季的表层海水CO_(2)分压(p CO_(2))24 h逐时变化规律及其调控因子。观测结果表明,春、夏季p CO_(2)变化范围分别为530~628μatm和427~748μatm,平均海-气CO_(2)通量分别为(1.7±0.8)mmol/(m^(2)·d)和(1.2±0.8)mmol/(m^(2)·d),均表现为大气CO_(2)的弱源。其中春季p CO_(2)24 h逐时变化受温度的影响相比夏季更显著,而夏季p CO_(2)对潮汐作用以及区域内沿岸河流、地下水等淡水汇入引起的生物生产和呼吸代谢过程增强的响应更明显。海水升温主导了春季区域表层高p CO_(2)的形成,夏季咸淡水的物理混合过程中增强的生物生产对表层溶解无机碳(DIC)起到降低作用,区域内的红树林、盐沼等生态系统对淡水端的DIC添加有一定的贡献。水团DIC浓度与总碱度(TA)的比值变化可反映英罗湾-安铺港海域p CO_(2)湾内高、湾外低的总体分布格局。

2015年冬季南黄海水文特征及海-气CO_2通量分析

基于2015年冬季在南黄海海域现场观测获得的CTD和CO_2等数据,分析了该海域海-气CO_2通量,探讨了该海域冬季温、盐度和表层CO_2分压(pCO_2)等要素的分布特征及其影响因素。结果表明:冬季南黄海西侧海域受黄海沿岸流的影响,呈现低温、低盐的特征,南黄海中部受黄海暖流影响,呈高温高盐特征;南黄海靠近沿岸海域水体垂直混合强烈,温盐垂直分布较为均匀。南黄海海域表层pCO_2平均值为(385.34±43.62)μatm。表层pCO_2分布具有明显的区域差异,海区中部pCO_2整体上大于近岸,因受长江冲淡水与黄海沿岸流的水平及垂直混合作用,长江口北部局部区域最高通量达27.81 mmol/(m^2·d),但总体表现为大气碳汇,平均通量达(-2.47±3.91)mmol/(m^2·d);山东半岛东南部海域较高的pCO_2受控于温度,同时与黄海沿岸流带来的高碳酸盐等水体的混合有关,表现为大气碳源,平均通量为(0.11±0.80)mmol/(m^2·d)。整个调查海域平均通量为(-2.24±3.74)mmol/(m^2·d),表现为大气CO_2的碳汇。

箱体特征对箱式法观测水-气界面CO_(2)和CH_(4)通量的影响

箱式法是广泛运用于内陆水体CO_(2)和CH_(4)通量监测的重要方法,但各研究中使用的箱体特征存在差异,箱体设计缺少统一标准,从而会影响观测结果。为明确箱体透光性、箱体内外气压差以及箱体内气体混合状态对水-气界面CO_(2)和CH_(4)通量观测的影响,本研究基于多通道闭路式动态箱观测系统,分别对比明箱和暗箱、箱体是否配备气压平衡阀及风扇对养殖塘水-气界面CO_(2)和CH_(4)通量观测的影响。结果表明:夏季白天观测期间,与可观测CO_(2)实际通量的明箱相比,当CO_(2)呈现排放状态时,暗箱高估了90%的CO_(2)通量;当CO_(2)呈现吸收状态时,暗箱低估了50%的CO_(2)通量。暗箱测得的CH_(4)扩散通量比明箱低40%。箱体内气压是否与外界气压保持平衡对CO_(2)和CH_(4)通量影响均不显著。无风扇的箱体观测的CO_(2)通量代表性较差,在本研究中较有风扇的箱体高20%。无风扇的箱体难以区分不同途径排放的CH_(4)通量。在运用箱式法观测水-气界面CO_(2)、CH_(4)通量时,应使用透明箱体,并在其中安装风扇辅助气体混合。

2010年—2020年全球陆地区域大气CO_(2)时空变化特征分析

本文基于2010年—2020年GOSAT卫星二氧化碳柱总量产品,从全球空间分布、纬向分布、区域分布、年际与季相变化特征等方面,分析了大气CO_(2)的时空变化特征。结果表明,2010年—2020年全球陆地区域大气CO_(2)浓度持续上升,年均值从387.42 ppm上升至410.32 ppm,年均增长率约为2.33 ppm/a,其中2016年全球陆地区域平均大气CO_(2)浓度首次超过400 ppm,年增长量超过3 ppm,为近10年最高。季相变化方面,北半球春季最高、夏末秋初最低,南半球波动相位相反,波动幅度北半球远高于南半球,且纬度越高波动越大。纬向分布特征明显,从南向北总体呈现先升高后降低,受到云及数据质量控制等因素影响,在赤道附近,存在较为明显的下降,峰值出现在0°—10°N和30°N—40°N。区域分布差异较大,多年均值的最大值出现在南美热带,最小值出现在北美北部,差异将近30 ppm;年均增长率方面亚洲温带最高,亚洲北部最低,分别为2.36 ppm/a和2.27 ppm/a。

基于光谱法-图像灰度法高通量筛选高效固定CO_(2)的苯甲酸脱羧酶

目的:苯甲酸脱羧酶能够催化羧化反应固定CO_(2),为了获得高效的苯甲酸脱羧酶,需要利用高通量分子克隆与突变体筛选系统对产生的大量突变体进行筛选,因此建立、开发高效的筛选评价方法对于获得高羧化效率的突变体至关重要。方法:利用2,3-二羟基苯甲酸脱羧酶催化邻苯二酚固定CO_(2)的反应体系,建立了光谱法-图像灰度法高通量筛选和评价固定CO_(2)的苯甲酸脱羧酶突变体。利用分光光度法在308 nm快速定量羧化产物2,3-二羟基苯甲酸。同时利用高效液相色谱(HPLC)法对分光光度法的测定结果进行了校正,确定了分光光度法估算的2,3-二羟基苯甲酸浓度与HPLC方法测定的准确浓度之间具有良好的线性关系(R^(2)=0.996)。利用HPLC-分光光度法的相关性可以获得实际样品中准确的2,3-二羟基苯甲酸浓度。利用Image J软件获得蛋白质标准品和突变体的灰度均值,根据灰度法定量蛋白质标准品的标准曲线计算突变体的蛋白质表达量。利用单位酶量催化邻苯二酚获得2,3-二羟基苯甲酸的浓度比较突变体的催化活性。结果:纯酶和粗酶体系下HPLC法测定的2,3-二羟基苯甲酸浓度与分光光度法测定的吸光度值的关系分别为C_(1)=0.500A_(1)-0.010(R^(2)=0.996)和C_(2)=1.458A_(2)+0.4319(R2=0.991)。从13个突变体中获得了两个正向突变体,羧化活性分别是WT的3.5倍和1.7倍。结论:基于光谱法-图像灰度法可以实现高通量筛选固定CO_(2)的苯甲酸脱羧酶,该方法可用于具有相似功能的苯甲酸脱羧酶对其他取代基的酚类和水杨酸类似物的底物选择性筛选。

基于碳酸盐矿物数据估算色林错5000a BP以来的沉积无机碳通量

湖泊沉积物碳通量是当前研究的重点内容,湖泊沉积物中无机碳主要以碳酸盐矿物的形式存在,而获取碳酸盐矿物中的无机碳含量的方法主要有X-射线衍射(XRD)法和酸溶后测定法两种。基于西藏色林错钻孔沉积物的X-射线衍射数据,估算了沉积物每一种碳酸盐矿物和总无机碳的沉积碳通量,并与西藏及其他地区酸溶法的数据进行对比,发现XRD方法计算的沉积无机碳通量与酸溶法具有很好的一致性。湖泊沉积物中无机碳通量的问题本质上是碳酸盐矿物的成因问题,5000 a BP以来,色林错沉积的无机碳通量主要影响因素是干冷的气候,文石矿物含量决定了色林错沉积总无机碳通量的高低变化。

白垩纪—古近纪界限时期的陆地气候重建进展

白垩纪—古近纪(K-Pg)界限时期发生了地质历史中最严重的生物大灭绝事件之一,重建该时期气候演化历史及其对生态系统的影响对理解深时气候演化规律和预测未来气候变化都具有重要意义。相比海相剖面而言,基于陆相剖面的白垩纪—古近纪界限时期古气候重建研究开展较晚,相关成果缺乏系统总结和集成。本文系统回顾了全球陆相白垩纪—古近纪界限剖面的分布情况和事件年代学新进展,总结了基于以上剖面重建的定量古气候记录和德干火山喷发记录,建立了界限时期中纬度陆地年平均温度和大气CO_(2)浓度时间演化序列。陆相剖面分布相对集中且数量较少,中国是该时期陆相剖面发育最多的国家之一,多个盆地已经建立了德干火山喷发记录,在重建该时期陆地气候上具有很大潜力。基于陆相沉积物汞元素地球化学记录表明,德干火山作用导致了晚马斯特里赫特期变暖事件并触发了白垩纪末期生物大灭绝。中纬度陆地年平均温度重建结果显示马斯特里赫特期中期全球经历了~10℃的降温,到马斯特里赫特期晚期德干火山初始喷发前显著升温至~20℃,并在白垩纪—古近纪界限前后发生多次快速波动。尽管65~63 Ma之间陆地温度记录相对缺失,69~65 Ma之间重建的大气CO_(2)浓度记录与陆地年平均温度记录之间具有良好的耦合性,表明白垩纪—古近纪界限时期大气CO_(2)浓度变化是全球温度变化的主要驱动因素。

极区动量、热量、水汽、CO2和辐射通量自动监测系统

近些年的研究表明，南极大气与冰雪下垫面之间的动力和热力相互作用，不仅影响着大气层结构和局地天气气候，而且对全球大气环流和气候演变也有重要作用。对南极冰-海-气相互作用的观测与研究可以大大加深对全球气候变化的了解。为建立合理、可靠的全球冰-海-气耦合模式提供实验数据支持，

缓释肥处理下麦田土壤细菌和真菌群落对气候变化的响应

采用控制系统来模拟未来大气CO_(2)浓度和气温升高的气候变化情景,借助基于半导体芯片技术的IonS5^(TM)XL测序平台并结合相关生物信息学方法对气候变化背景下缓释肥处理的麦田土壤进行16S rRNA细菌V4区和18S rRNA真菌ITS区测序分析,探究了缓释肥处理下麦田土壤细菌和真菌对气候变化的响应。结果显示,所有样品测序后获得细菌和真菌平均有效序列数分别是80543和64303个,平均OTUs分别是3149和1161个。Alpha多样性分析显示,大气CO_(2)浓度升高小麦土壤细菌的Shannon和Chao1指数均降低,而土壤真菌在各气候环境下均无显著差异。主成分分析显示,各处理下土壤细菌群落结构差异不明显,真菌群落结构在气温升高时差异明显。缓释肥处理与普通肥相比,土壤细菌和真菌的Alpha多样性及群落结构在不同气候条件下均没有差异。菌群分类学表明,小麦土壤的优势细菌门为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和酸杆菌门,主要的优势细菌属有9种;优势真菌门为子囊菌门、被孢菌门和担子菌门,主要的优势真菌属有7种。大气CO_(2)浓度升高条件下,施用普通尿素使变形菌门和鞘氨醇单胞菌属的相对丰度分别增加10.34%和46.27%。在对照温度对照CO_(2)浓度条件下,缓释肥处理比普通肥处理使子囊菌门和毛壳菌属相对丰度分别显著增加39.85%和295.33%;在升高温度对照CO_(2)浓度条件下,缓释肥处理比普通肥处理使子囊菌门和毛壳菌属分别增加33.16%和154.49%。CO_(2)对变形菌门、鞘氨醇单胞菌属和毛壳菌属的影响达显著水平。在各气候变化环境下,各土壤理化性质均有所改善;与普通氮肥相比,缓释氮肥处理在各气候环境下土壤有机质、碱解氮和全氮含量降低,土壤有效磷和总磷含量升高。冗余分析表明,土壤细菌群落结构主要受土壤全氮和盐分含量的影响,而真菌群落结构主要受土壤pH和有效磷含量的影响。研究结果表明,未来气候环境变化对土壤微生物群落的影响大于缓释肥处理。该结果加深了缓释肥对土壤微生物群落结构和多样性影响的认识,为未来气候环境变化下缓释肥推广使用提供理论依据。

基于航次观测和再分析资料的南海海表二氧化碳分压反演及变化机制分析

海表二氧化碳分压(pCO_(2))是指海洋表层水和大气之间的二氧化碳(CO_(2))交换处于动态平衡时CO_(2)的含量,是描述海-气CO_(2)交换的一个主要因子。本文利用2008—2014年覆盖南海大部分海域的海表pCO_(2)观测资料,结合现场海表温度和海表盐度以及卫星观测的叶绿素a数据,构建了基于多元线性回归方法的分区域反演模型。模型在水深浅于30m的区域均方根误差为5.3μatm,其余海区均方根误差为10.8μatm,与前人基于个别航次的有限区域反演结果的均方根误差相当。利用该模型公式和HYbrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)再分析海表温、盐数据及MODIS-Aqua卫星观测的叶绿素a数据进行反演,得到了时空分辨率为5'×5'的2004—2016年的逐月南海海表pCO_(2)数据。该数据能较好地反映南海海表pCO_(2)在海表温度影响下,春夏高、秋冬低的季节变化特征,与前人基于航次观测的研究结果相似,表明反演模型具有较高的可信度。进一步分析发现,南海及邻近海域平均海表pCO_(2)具有显著的准十年振荡特征:2012年附近出现了极小值,之前表现为降低的趋势,之后略有升高的趋势。受海表pCO_(2)的影响,南海海盆平均海-气CO_(2)通量在2012年之前出现了显著降低的趋势,表明南海释放到大气中的CO_(2)减少,并在2007年之后的冬季出现了负值(从碳源变为碳汇),2012年之后变化较为平缓。热带太平洋年代际振荡引起的南海区域海表盐度变化是造成海表pCO_(2)及海-气CO_(2)通量准十年变化的主要原因。分区分析的结果表明,南海北部海表pCO_(2)变化最为显著,在南海海表pCO_(2)的季节和准十年变化中都起到非常重要的作用。

流域水力侵蚀碳汇效应对土壤碳流失的平衡作用

明确土壤碳循环过程及其主控因素,是估算和提升土壤固碳能力的重要前提.本文在流域尺度上探究了水力侵蚀在土壤碳循环中扮演的“源汇”角色.通过耦合空间分布式泥沙输移模型与生物地球化学模型,提出了一种定量估算水力侵蚀驱动下土壤有机碳横向迁移和垂向通量的方法.将该耦合模型应用于洞庭湖流域,结果表明:1980~2020年间洞庭湖流域年均土壤侵蚀量为1.33×10^(8)t,呈先减后增的趋势.水力侵蚀驱动下,仅有12%发生迁移的有机碳最终流入河流系统,其余均随泥沙在流域陆上沉积并被埋藏.水力侵蚀造成的土壤有机碳横向流失量在1980年为8.86×10^(11)g C, 2020年为1.50×10^(11)g C,减少了83%.侵蚀过程中由于沉积泥沙的埋藏作用和土壤碳的动态置换,土壤有机碳垂向通量呈现5.54×10^(11)g C a^(-1)的净碳汇. 40年间土壤有机碳横向流失量减少及侵蚀引起净碳汇量增加源于大规模生态恢复工程的实施和耕作方式的改良,其对于减少水土流失和提高土壤碳储量具有重要意义.本研究提出的耦合模型可在大空间尺度和长时间段内对侵蚀引起的土壤碳动态过程进行空间显式模拟,为预测未来气候和土地利用变化下土壤碳储量提供科学支撑.