会同杉木人工林生态系统与大气间CO2通量特征的研究

摘要

本文利用涡动相关法、运用开路式涡动相关系统与自动气象梯度观测系统,对2008年会同13年生杉木人工林生态系统与大气间的CO2通量特征及其与环境因子的关系进行了研究,并估算了杉木人工林的碳吸收能力,为杉木人工林的碳循环研究提供了重要基础,也为了解我国森林尤其是南方人工林的碳汇功能提供了重要依据。研究结果表明:
　　 CO2通量有明显的日变化和季节变化特征。2008年各月CO2通量的日均变化总体趋势基本一致,生态系统基本在夜间表现为碳源,白天表现为碳汇。生长季系统的碳汇能力明显大于非生长季,生长旺盛季节最小值在-0.5～-0.7 mg·m-2·s-1之间,而其他月份最小值在-0.3～-0.5 mg·m-2·s-1之间浮动。晴天的CO2吸收能力明显大于阴天,晴天CO2通量的最小值为-0.6 mg·m-2·s-1,平均值为-0.3 mg·m-2·s-1；阴天:CO2通量的最小值仅为-0.4 mg·m-2·s-1,平均值为-0.1 mg·m-2·s-1。CO2通量日累积量基本在-19.2～10.7 mg·m-2·d-1之间浮动；生态系统全年各个月的CO2通量月总量都为负值,最小值出现在6月(-107.9 g CO2·m-2·month-1),最大值出现在1月(-16.0 gCO2·m-2·month-1)。
　　 杉木人工林生态系统2008年NEE、RE、GEE的年总量分别为-313.4、958.7、-1272.0 g C·m-2·a-1。GEE的季节变化特征与NEE基本一致,在全年各月GEE都为负值,最小值出现在6月份(-157.7 g C·m-2·month-1),最大值出现在1月份(-48.1g C·m-2·month-1)；RE在一年中基本呈“单峰”型变化特征,月RE总量1月份达到全年的最小值(38.5 g C·m-2·month-1),7月份达到最大值(117.8 g C·m-2·month-1)。日尺度上NEE和RE都与GEE有较强的线性相关关系；月尺度上NEE、RE及GEE相互之间均呈较强的线性相关。
　　 白天CO2通量主要受光合有效辐射的控制,两者较好的拟合了Michaelis-Menten模型,随着PAR的增大,CO2的汇逐渐增强;当PAR>1200μmol·m-2·s-1时,CO2的汇随着PAR的增大不再增强。晴天白天CO2通量与光合有效辐射的相关性更加明显。不同气温水平、空气饱和差水平下,白天CO2通量对光合有效辐射的响应也有所不同,当气温在25℃左右及空气饱和差在1.5 kPa附近时,有利于CO2通量达到饱和状态。此外,白天CO2通量对气温及空气饱和差的响应均拟合了二次曲线模型。
　　 夜间生态系统呼吸主要受土壤温度和土壤含水率的控制。夜间CO2通量与5cm处土壤温度呈指数相关,在晴天表现更为明显,即随着土壤温度的升高,夜间CO2通量随之呈指数增大；不同温度区间的夜间CO2通量与5cm土壤温度平均值的指数相关性更强。夜间生态系统呼吸在月尺度上与土壤含水率呈开口向下的抛物线二次曲线相关;不同土壤含水率梯度的夜间生态系统呼吸与土壤含水率的抛物线二次曲线相关性更强。
　　 月尺度上气温、空气饱和差、土壤含水率等气象因素对NEE、RE、GEE有明显的影响作用。GEE和RE与气温均呈明显的线性相关关系,而NEE与气温则表现为二次曲线相关；NEE、RE及GEE的月总累积量与空气饱和差均呈二次曲线相关;月总NEE、RE、GEE与土壤含水率都表现为抛物线形的二次曲线相关。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 温室效应

1.1.2 碳贸易

1.2 碳通量及研究意义

1.2.1 碳通量

1.2.2 研究意义

1.3 国内外研究进展及现状

1.3.1 国外研究进展

1.3.2 国内研究进展

1.4 研究方法

1.4.2 箱式法

1.4.3 微气象学法

1.5 选题依据

2 试验地概况

3 研究方法

3.1 研究仪器

3.2 数据处理

3.2.1 坐标轴倾斜校正

3.2.2 WPL校正

3.2.3 冠层存储量计算

3.2.4 不合理数的剔除

3.2.5 数据插补

3.3 通量分离与统计

3.4 模型模拟

4 杉木人工林的小气候特征

4.1 辐射

4.1.1 净辐射

4.1.2 光合有效辐射

4.2 温度

4.2.1 空气温度

4.2.2 土壤温度

4.3 降水

4.4 湿度

4.4.1 空气饱和差(空气湿度)

4.4.2 土壤含水率(土壤湿度)

4.5 风

4.5.1 风速

4.5.2 风向

5 不同时间尺度CO2通量变化特征

5.1 CO2通量日变化特征

5.1.1 年均日变化特征

5.1.2 不同季节日变化特征

5.1.3 典型天气情况日变化特征

5.2 CO2通量的年变化特征

5.3 NEE、RE、GEE的季节变化及相关性分析

5.3.1 NEE、RE、GEE的季节变化特征

5.3.2 NEE、RE、GEE的相关性分析

6 生态系统CO2通量与气象因子间的关系分析

6.1 光合有效辐射对CO2通量的影响

6.1.1 白天CO2通量对光合有效辐射的响应

6.1.2 晴天白天CO2通量对光合有效辐射的响应

6.1.3 不同气温下白天CO2通量对光合有效辐射的响应

6.1.4 不同VPD水平下白天CO2通量对光合有效辐射的响应

6.2 白天CO2通量对气温的响应

6.3 白天空气饱和差对CO2通量的影响

6.4 土壤温度对CO2通量的影响

6.4.1 夜间生态系统呼吸对土壤温度的响应

6.4.2 晴天夜间呼吸对土壤温度的响应

6.5 夜间土壤含水率对生态系统呼吸的影响

6.6 月尺度上NEE、RE、GEE的环境控制机制

6.6.1 气温

6.6.2 空气饱和差

6.6.3 土壤含水率

7 结论与讨论

7.1 结论

7.2 讨论

参考文献

附录 (攻读学位期间的主要学术成果)

致谢