锡林郭勒半干旱草原生长季呼吸作用与碳交换研究

摘要

本文利用锡林浩特国家气候观象台的涡度相关湍流资料、土壤温湿度数据以及MODIS遥感数据，分析了2010～2012年锡林郭勒半干旱针茅草原生态系统的呼吸过程及关键气候影响因子，比较了4种不同的生态系统呼吸模型在该生态系统的适用性及敏感性系数，在此基础上讨论了该生态系统生长季的净碳交换(NEE)、呼吸作用（Reco）以及总初级生产力(GPP)的年际变化特征，最后验证了运用增强植被指数(EVI)反演GPP的可靠性，并将其作为生物因子引入以改进现有的呼吸模型。研究得到以下主要结论:
　　(1)该半干旱区针茅草原生态系统的呼吸作用主要受到土壤温度和土壤含水量的共同影响，其中土壤含水量是生态系统呼吸的重要限制因子。2010年和2011年生长季降水量偏少，呼吸速率表现出与土壤含水量相近的变化趋势，土壤含水量的对其影响可分为三个区间来讨论（＜12％、12％～20％和＞20％）;2012年降水充沛，呼吸速率与土壤温度的变化趋势更为相关，且未出现随土壤含水量的增加呼吸速率的变化趋势出现分段的情况。
　　(2)呼吸模型模拟结果及敏感性分析表明Q10模型表现优于其他三种连乘模型，能够解释锡林郭勒半干旱呼吸作用的64％(R2=0.64)。Q10模型因为其函数结构的优越性和在高温高湿度时对温度敏感，低温高湿时对含水量不敏感的特性，优于其他三种连乘形式的呼吸模型。但基于土壤温度和土壤含水量的呼吸模型无法反应植被生长状况对植被自养呼吸的影响，因此其对生态系统总呼吸的模拟能力存在一定局限。
　　(3)使用Q10模型模拟的三年生长季的生态系统呼吸累积总量分别为157.32g C·m-2、138.75g C·m-2和246.32g C·m-2。总初级生产力(GPP)累计总量分别为267.52g C·m-2、207.57g C·m-2和555.85g C·m-2，净碳交换速率分别为-110.28g C·m-2，-68.79g C·m-2，-310.05g C·m-2，该草原生态系统在这三年生长季中均表现出较为显著的碳汇功能。2010～2012年生长季中，土壤含水量的年际变化是影响该生态系统碳交换的重要环境因子，干旱胁迫对光合作用的影响大于呼吸作用。
　　(4)增强植被指数EVI可以较好地反映地表植被生长状况，引入EVI指数作为生物因子对呼吸模型改进后，连乘形式的呼吸模型和Q10模型的模拟结果均有显著提升(R2提高约0.10)，说明在呼吸模型中引入基于遥感数据的生物因子在区域尺度的呼吸过程碳交换评估中具有较好的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究进展

1．3 本文研究内容

第二章 数据与方法

2．1 站点介绍

2．2 资料处理

2．2．1 湍流数据

2．2．2 遥感数据

2．3 生态系统呼吸模型

第三章 锡林郭勒半干旱草原生长季夜间呼吸作用

3．1 生态系统生长季环境因子变化

3．2 生态系统生长季夜间呼吸作用变化特征

3．3 生态系统生长季夜间呼吸作用影响因子

3．4 本章小结

第四章 生态系统呼吸模型的比较研究及敏感性分析

4．1 不同生态系统呼吸模型的比较研究

4．2 生态系统呼吸模型的敏感性分析

4．3 本章小结

第五章 锡林郭勒半千旱草原生态系统碳交换特征

5．1 生长季碳交换月变化特征

5．2 生长季碳交换的年际变化

5．3 本章小结

第六章 基于遥感数据的呼吸模型改进

6．1 植被光合模型

6．2 总初级生产力与环境因子变化

6．3 植被光合模型模拟结果

6．4 引入增强植被指数的呼吸模型模拟结果

6．5 本章小结

7．1 主要结论

7．2 不足与展望

参考文献

致谢

作者介绍