民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林碳通量及水分利用效率研究

摘要

本研究基于涡度相关技术，于2018年对民勤绿洲荒漠过渡带典型梭梭（Haloxylon ammodendron）人工林生态系统碳通量进行了观测，并结合气象与环境要素监测，研究了该生态系统的通量贡献区、碳通量及水分利用效率(WUE)变化特征，并分析不同要素对生态系统碳通量和WUE的控制机理，相关研究成果可为评估我国西北干旱区绿洲荒漠过渡带生态系统服务功能以及应对气候变化相关研究提供理论与数据参考。本文主要结论如下:　　(1)梭梭人工林观测到的碳通量来自目标观测区，其中，大气层结稳定条件下的通量源区范围远大于不稳定条件。以典型晴天为例，通量源区日变化规律表现为:从早晨开始，随着时间的推移，湍流交换加剧，大气层结向不稳定过渡，源区面积逐渐减小。下午14:00左右以后，湍流交换减弱，大气层结转向稳定状态，源区又开始增大。　　(2)梭梭人工林在2018年生长季季节尺度上NEE呈现双峰曲线变化，全年固碳量为3.45gC·m-2，表现为弱碳汇;在半小时尺度上，白天净生态系统碳交换(NEEd)受光合有效辐射(PAR)影响，随着PAR增加而增加，二者呈直角双曲线关系，但当饱和水汽压差(VPD)＞2.5kPa后，NEEd随着PAR的增加程度减弱。夜间净生态系统碳交换(NEEn)随温度的升高而增长，温度敏感性系数(Q10)值为1.7。整个生长季，各月份无论NEEd和NEEn均与土壤温度相关性较强(P＜0.01)。　　(3)梭梭人工林WUE在2018年5、6月和10月日变化为单峰曲线变化，表现为先缓慢升高，下午16:30左右达到峰值，在1.09gC·kg-1H2O以上，之后迅速降低。其它月份变化幅度平缓，且处于较低水平，WUE季节变化受降水调控，其生长季总体WUE值为0.74gC·kg-1H2O;人工林WUE在半小时尺度上与各气象因子相关性较弱，在日尺度上明显增强，且WUE与净辐射(Rn)、空气温度(Ta)、VPD和风速均呈二次曲线关系，WUE随着各气象因子的增强逐步升高，当达到一定阈值后，WUE开始降低。其中，Rn是控制WUE变化的主要气象因子。　　本文揭示了民勤绿洲荒漠过渡带典型梭梭人工林生态系统通量贡献区、碳通量及水分利用效率动态变化规律及环境影响机理，从而为科学管理我国西北干旱区域人工林生态系统以及应对气候变化在内的相关研究提供数据支持和理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．1研究背景

1．1．2研究目的与意义

1．1．3项目来源与经费支持

1．2国内外研究现状及发展趋势

1．2．1碳通量研究方法

1．2．2涡度相关技术发展历程

1．2．3涡度相关通量足迹分析研究进展

1．2．4涡度相关技术在碳通量研究方向的发展应用

1．2．5水分利用效率研究进展

1．3重点解决的问题

1．4技术路线

第二章研究区概况与研究内容

2．1研究区概况

2．1．1地形地貌

2．1．2气候

2．1．3水文

2．1．3土壤及植被特征

2．2研究内容

2．3研究方法

2．4数据处理

2．4．1通量足迹模型原理

2．4．2涡度相关数据校准与计算

2．4．3统计分析与作图

第三章通量贡献区分析

3．1结果与分析

3．1．1风向风速分布特征

3．1．2主风方向上不同大气条件下通量源区分析

3．1．3通量源区日变化规律

3．2讨论

3．3小结

第四章梭梭人工林生态系统净碳交换特征及影响因素

4．1结果与分析

4．1．1环境因子的季节变化

4．1．2 CO2通量变化特征

4．1．3生态系统碳收支状况

4．1．4白天净生态系统碳交换的影响因素

4．1．5夜间净生态系统碳交换的影响因素

4．2讨论

4．2．1梭梭人工林净生态系统碳交换变化特征

4．2．2白天净生态系统碳交换的影响因素

4．2．3夜间净生态系统碳交换的影响因素

4．3小结

第五章梭梭人工林生态系统水分利用效率变化特征及影响因素

5．1结果与分析

5．1．1水分利用效率日变化动态特征

5．1．2水分利用效率季节动态特征

5．1．3气象因子对水分利用效率的影响

5．1．4梭梭人工林GPP与ET的耦合关系

5．2讨论

5．2．1梭梭人工林生态系统WUE的变化特征

5．2．2梭梭人工林生态系统WUE的控制因素

5．2．3梭梭人工林GPP与ET的偶合关系

5．3小结

第六章结论与展望

6．1梭梭人工林生态系统通量贡献区分析

6．2梭梭人工林生态系统净碳交换特征及影响因素

6．3梭梭人工林生态系统水分利用效率变化特征及影响因素

6．4本论文的创新点

6．5研究展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢