黄河小浪底人工混交林冠层CO2储存通量变化特征

基于黄河小浪底人工混交林2008年的CO2浓度和碳通量数据,分析了不同天气条件下CO2浓度在时间和空间上的变化特征,对比了CO2浓度廓线法和涡度相关法估算的CO2储存通量,研究了CO2储存通量的日、季变化特征。结果表明:人工混交林冠层上方月平均CO2浓度具有明显的季节变化规律。月平均CO2浓度最大值出现在3月(370μmol/mol),最低值出现在8月(347μmol/mol)。涡度相关法估算的CO2储存通量比廓线法所得结果偏低9%。生长季,冠层CO2储存通量和净生态系统碳交换量(NEE)日平均值分别为-0.0004和-0.091 mg CO2m-2s-1,冠层CO2储存通量在NEE中仅占0.4%。2008年CO2储存通量和NEE分别为-46.1、-1133 g CO2m-2a-1。在年尺度上,CO2储存通量占NEE的4.1%。因此,在日和年尺度上计算黄河小浪底人工混交林NEE时,CO2储存通量可以忽略。

CO2储存通量估算方法对森林生态系统碳收支估测的影响

准确测定森林生态系统中CO2储存通量(Fs)对于以涡动协方差(EC)法估算生态系统碳收支具有重要意义,而Fs不同算法引起的森林碳收支估测误差还未被全面评估。本研究利用2018年帽儿山落叶阔叶林的开路EC系统和8层CO2/H2O廓线系统(AP100, Campbell Scientific Inc., USA)数据,比较了2-min平均廓线(P2 min)、30-min平均廓线(P30 min)和30-min平均EC单点法(Ps)3种不同方法估算的Fs对净生态系统交换(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总初级生产力(GPP)估算结果的影响。结果表明:Fs估算方法对森林碳通量的影响总体上随时间尺度增大而不断增大,表明通量数据插补和拆分会进一步放大Fs估算方法的影响。在年尺度上,P2 min法和Ps法的NEE分别比P30 min法的低36.3%和29.4%;P2 min法的Re比P30 min法和Ps法高8.7%;而P2 min法的GPP比P30 min法的高5.4%,Ps法则比P30 min法的低2.1%。传统的P30 min法忽略了CO2浓度的瞬时变化,Ps法缺少林冠层内部CO2浓度变化,因此两者低估了真实Re。近似瞬时廓线的方法(2-min平均)具有更高的时间与空间分辨率,能够更加准确地估算非平坦地形和复杂冠层结构的森林碳收支,这对解决EC法在复杂条件下森林Re和GPP低估、净碳汇高估具有重要启示。

基于不同浓度变量的温带落叶阔叶林CO_2储存通量的误差分析

利用帽儿山温带落叶阔叶林通量塔8层CO2/H2O浓度廓线的测定数据,比较分析了基于不同浓度变量[密度(ρc)、摩尔分数(cc)和混合比(χc)]计算CO2储存通量(Fs)的误差.结果表明:通量观测的控制体积内部干空气储存量不为常数,其波动可引起CO2分子进出控制体积,即干空气储存通量调整项(Fsd)的变化.在夜间以及昼夜转换期,Fsd相对于涡动通量而言较大,忽略Fsd将为森林与大气之间净CO2交换量的计算带来误差.大气水热过程对Fs计算引起的误差包括3方面:空气温度变化引起的误差最大,比大气压强(P)的影响高1个数量级;水蒸气的影响在温暖湿润的夏季大于P的影响,但在寒冷干燥的冬季则相反;P的效应在全年均较低.基于ρc、cc和χc计算Fs分别平均高估CO2有效储存通量(Fs_E)8.5%、0.6%和0.1%.在通量计算过程中,建议选择对大气水热过程守恒的χc计算Fs.

二氧化碳储存通量对森林生态系统碳收支的影响

涡度相关系统观测高度以下的CO2储存通量对准确评价森林生态系统与大气间净CO2交换量(NEE)有着重要的影响.本研究以长白山阔叶红松林为研究对象,利用2003年的涡度相关观测数据以及CO2浓度廓线数据,分析了CO2储存通量的变化规律及其对碳收支过程的影响.结果表明:涡度相关观测高度以下的CO2储存通量具有典型的日变化特征,其最大变化量出现在大气稳定与不稳定层结转换期.利用涡度相关系统观测的单点CO2浓度变化方法与利用CO2浓度廓线方法计算的CO2储存通量差异不显著.忽略CO2储存通量,在半小时尺度上会造成对夜间和白天的NEE分别低估25%和19%,在日和年尺度上,会对NEE低估10%和25%;忽略CO2储存通量,会低估Michaelis-Menten光响应方程及Lloyd-Taylor呼吸方程的参数,并且对表观初始量子效率α和参考呼吸Rref的低估最大;忽略CO2储存通量,在半小时、日及年尺度上,均会对总光合作用(GPP)和生态系统呼吸(Re)低估约20%.

安吉毛竹林生长季CO_2浓度的时空特征

试验采用7层CO2廓线系统对安吉毛竹林生长季(5—10月)CO2浓度进行连续监测,同时结合同步CO2通量和气象资料,分析安吉毛竹林CO2浓度的时空动态和CO2储存通量的变化特征。结果表明:安吉毛竹林生长季CO2浓度表现出明显的日变化、季节变化和垂直梯度。日尺度上,CO2浓度在日出前后达到最大,随后出现一段快速释放过程,午后达到全天最低值;整个生长季尺度上,7月份林间CO2浓度最低(368.1μmol·mol-1),10月份最高(402.6μmol·mol-1);垂直梯度方面,林冠上层CO2垂直梯度明显小于林冠层和林冠下层;林冠层和林冠上层垂直梯度变化趋势较为一致,白天均为正值,呈现为碳汇,夜间为负值,呈现为碳源,林冠下层CO2梯度全天均为负值。利用廓线系统计算毛竹林CO2储存通量,半小时和日尺度上,CO2储存通量分别占净生态系统CO2交换量(NEE)的25.5%和8.9%,而在月尺度上仅占NEE的0.22%。因此,在半小时及日尺度上计算NEE时不可忽略CO2储存通量,而在计算月尺度及更长时间尺度NEE时可以忽略CO2储存通量。