气候变化对中国陆地植被净初级生产力的影响分析

近来的气候变化对陆地植被净初级生产力(NPP)产生了综合影响. 通过对1982~1999年的中国陆地植被NPP及相应的气候数据进行系统分析, 结果表明: (ⅰ) 中国近20 a来的气候变化使温度、降水、光照均朝着有利于植物生长的方向发展, 其胁迫作用有所减弱: 受水分限制的西北地区, 其NPP的增长趋势平均为1.42%·a^-1; 受温度制约的东北、华北和青藏高原地区, NPP增长趋势平均为1.46%·a^-1; 华中、华东、华南受光照制约的地方, NPP增长趋势平均为0.99%·a^-1. (ⅱ) 18 a来, 中国陆地植被NPP总量增加了0.76 Pg C (24.2%), 其中由气候变化约导致NPP增加0.36 Pg C (11.5%), 其他因素(气候-植被相互作用、土地利用变化、造林等)约导致NPP增加0.40 Pg C (12.4%). (ⅲ) 与全球情况相比, 中国陆地植被NPP对气候变化的响应存在区域差异, 在20世纪80年代后期的几次厄尔尼诺事件中, 全球NPP均明显下降, 而中国的NPP因受季风影响, 情况复杂.     

松嫩草甸草地碱茅群落根呼吸对土壤呼吸的贡献

采用土壤呼吸和根生物量线性回归法估算了松嫩草甸草地碱茅群落生长季节根呼吸对土壤呼吸的贡献量. 土壤呼吸速率6月末达到最大值2.45 μmol·m^-2·s^-1, 9月降至最小值0.39 μmol·m^-2·s^-1. 土壤温度是土壤呼吸季节变化的决定因素. 根生物量变化范围为0.54~0.97 kg·m^-2, 没有显著的季节变化. 微生物碳8月中旬达到最大值, 为0.50 g·m-2. 微生物碳的空间变异非常小, 变异系数不超过5%. 根呼吸速率的季节变化不同于微生物呼吸速率. 根呼吸速率最大值(1.39 μmol·m^-2·s^-1)出现在6月末, 最小值(0.19 μmol·m^-2·s^-1)出现在5月; 微生物呼吸速率最大值(1.27 μmol·m^-2·s^-1)出现在7月, 最小值(0.11 μmol·m^-2·s^-1)出现在9月. 微生物呼吸速率和土壤温度之间具有显著的指数相关, 根呼吸速率和土壤温度之间的相关性不显著. 根呼吸对土壤呼吸的贡献量在春季和夏季为24%~57%, 秋季升至73%.     

鄂尔多斯高原巴汗淖湖泊记录的全新世气候变化

通过对鄂尔多斯高原中部的巴汗淖湖泊沉积物的环境代用指标综合分析, 以AMS ¹⁴C测年为基础, 重建了鄂尔多斯高原全新世的气候变化历史. 分析结果显示: 鄂尔多斯高原约7.65 ¹⁴C ka BP前气候寒冷干燥; 7.65 ~ 5.40 ¹⁴C ka BP气候温暖湿润, 其中7.65 ~ 6.70 ¹⁴C ka BP气候相对暖湿, 以湿度条件改善更明显, 随后6.70 ~ 6.20 ¹⁴C ka BP气候偏暖干, 6.20 ~ 5.40 ¹⁴C ka BP研究区温湿组合状况最佳; 5.40 ¹⁴C ka BP后鄂尔多斯高原总体向干凉方向发展, 但在4.70 ~ 4.60 ¹⁴C ka BP和4.20 ~ 3.70 ¹⁴C ka BP出现两个明显的相对湿润时期; 约3.70 ¹⁴C ka BP后巴汗淖湖泊完全干涸.     

宁夏南部13.0~7.0 14C ka BP期间的孢粉记录及古气候演化

宁夏南部海原剖面的孢粉记录揭示出, 13.0~7.0 ¹⁴C ka BP植被演替明显, 气候干湿波动显著. 末次冰期向全新世过渡期间, 气候波动频繁, 且具突变性. 12.1~11.0 ¹⁴C ka BP研究区植被由干草原迅速演化为森林, 湿度明显增加, 可与博令/阿勒罗得事件对比, 且表现为后期的暖湿程度明显高于前期; 11.0~9.8 ¹⁴C ka BP气候明显变干, 可与新仙女木期对比, 期间气候存在明显波动且表现为后期更干. 全新世早期气候波动明显, 但总体温暖偏干. 约7.6 ¹⁴C ka BP气候又开始变湿润. 研究区孢粉记录的气候干湿波动与全球性的气候变化具有可比性, 这对深入理解万年以来具有千年尺度变化的全球气候变化机制具有重要意义.     

萨拉乌苏更新世晚期的人类肩胛骨化石

内蒙古萨拉乌苏遗址的萨拉乌苏组下部原生地层于1980年出土一件人类肩胛骨化石, 文中对其进行详细研究. 肩胛骨所在地层的年代范围, 用TL方法测定为(70.9±6.2)~(124.9±15.8)ka BP, 该地层中较下部的一个层位, 用碳同位素法(¹⁴C)测定的年代为(35.34±2) ka BP; 铀系法(²³⁰Th)测定的年代为(44±7)~(63±3) ka BP; 红外释光法(IRSL) 测定的年代为(61~68) ka BP. 在对这件人类肩胛骨化石的形态学特征进行比较研究的基础上, 得出如下结论: 萨拉乌苏肩胛骨多数特征与各阶段早晚期现代人比较一致, 同时兼具少量尼安德特人的特征. 这可能提示萨拉乌苏人类具有同尼安德特人相同或相近的上肢运动习惯. 同时也可能体现了中国晚更新世人类与欧亚地区同时代及较早较晚各阶段人类之间的联系.     

亚热带稻田生态系统土壤呼吸的估算

采用涡度相关技术, 于2002年8月开始对亚热带典型稻田生态系统的水、热和CO₂通量进行了连续监测, 利用2003~2005年连续3 a稻田休闲期(10月中旬至次年4月)夜间通量的监测结果分析土壤呼吸的动态变化及其与土壤温度的关系, 计算得出稻田土壤呼吸年变化动态. 结果表明: 稻田土壤呼吸具有明显的季节变化趋势; 稻田休闲期夜间土壤呼吸速率为52~398 mg·m^-2·h^-1, 其呼吸速率与不同深度(5, 10和20 cm)土壤温度呈指数相关关系(P<0.001), 以稻田5 cm土壤温度相关性最好; 根据得到的稻田土壤呼吸与土壤温度的关系模式, 计算出亚热带稻田生态系统年平均土壤呼吸速率为178.5~259.9 mg·m^-2·h^-1, 年土壤呼吸总量为1.56~2.28 kg·m^-2·a^-1. 研究结果表明, 利用稻田休闲期涡度相关法观测结果得到的关系模式估算稻田生态系统水稻生长季稻田土壤CO₂的排放速率和排放量是可行的.     

青藏高原3种植被类型净生态系统CO2交换量的比较

采用涡度相关观测技术系统, 于2003年7月1日~2004年6月30日对青藏高原高寒草甸3种植被类型(矮嵩草草甸、金露梅灌丛草甸和藏嵩草沼泽化草甸)生态系统CO₂通量进行观测和分析. 结果表明, 嵩草草甸、灌丛草甸和沼泽化草甸CO₂最大吸收率分别为16.78, 10.42和16.57 μmol/m²·s; 最大CO₂排放率分别为8.22, 7.73和18.67 μmol/m²·s; 嵩草草甸和灌丛草甸一年从大气中分别吸收CO₂ 282和53 g/m², 而沼泽草甸一年向大气排放CO₂ 478 g/m². 证明青藏高原嵩草草甸和灌丛草甸比C4草原和一些低海拔草原和森林具有一个较低CO₂吸收和排放量潜能, 而沼泽化草甸具有一个较高的排放潜能, 揭示了青藏高原高寒草甸生态系统不同植被类型的碳源/汇的明显差异, 主要是由植物光合能力不同和土壤呼吸差异引起的.     

一种由全球水循环产生的可能重要的CO2汇

关于全球CO₂汇的位置、大小、变化和机制目前仍不确定, 还存有争议. 在理论计算和野外观测数据证明的基础上发现, 可能存在一种由全球水循环产生的重要的CO₂汇(以溶解无机碳-DIC的形式). 这个汇达到0.8013 Pg C/a(约占人类活动排放CO₂总量的10.1%, 或占所谓的遗漏CO₂汇的28.6%), 它是由水对CO2的溶解吸收形成的, 并随着碳酸盐的溶解及水生植物光合作用对CO₂的消耗的增加而显著增加. 这部分汇中有0.5188 Pg C/a通过海上降水(0.2748 Pg C/a)和陆地河流(0.244 Pg C/a)进入海洋, 有0.158 Pg C/a再次释放进入大气, 还有0.1245 Pg C/a储存在陆地水生生态系统中. 因此, 净沉降是0.6433 Pg C/a. 随着全球变暖引起的全球水循环的加强、CO₂和大气圈中碳酸盐粉尘的增加, 还有造林地区的增多(会引起土壤CO₂的增加进而导致水中DIC浓度的增大), 这部分汇也可能增加.     

三江平原沼泽湿地CO2和CH4通量及影响因子

利用不透明气体采样箱-气相色谱法, 同步测量了三江平原两种主要类型沼泽湿地CO₂通量和CH₄净通量. 三江平原常年积水沼泽湿地生态系统呼吸通量平均值为548.04 mg·m^&#8722;2·h^&#8722;1, 小于季节性积水沼泽(713.08 mg·m^&#8722;2·h^&#8722;1); 较大值都集中于7~8月, 即植物生长旺季. CH₄排放规律与生态系统呼吸通量不同, 常年积水沼泽CH₄平均通量值为12.80 mg·m^&#8722;2·h^&#8722;1, 大于季节性积水沼泽(8.56 mg·m^&#8722;2·h^&#8722;1), 且高值区分布时段也不同. 7~9月是常年积水沼泽CH₄主要排放期, 而季节性积水沼泽CH₄主要排放期为8月下旬至9月中旬. 沼泽湿地生态系统呼吸通量与0~10 cm土壤温度及湿地积水水温呈显著正相关关系, CH₄排放通量与土壤温度相关关系并不十分显著, 地表水水位和土壤温度的综合作用决定沼泽湿地CH₄排放特征.     

西风区全新世以来湖泊沉积记录的高分辨率古气候演化

选择位于西风区的乌伦古湖为研究对象, 利用AMS¹⁴C测年手段建立了乌伦古湖沉积岩芯全新世以来的时间序列. 对湖泊沉积物中的孢粉、TOC, TN、有机δ¹³C_org、介形组合及其壳体δ¹⁸O, δ¹³C_carb等多项环境代用指标的综合分析表明, 全新世以来乌伦古湖地区古气候经历了温干(10.0~7.6 cal ka BP)-暖湿(7.6~5.3 cal ka BP)-暖干(5.3~3.6 cal ka BP)-温干(3.6~2.1 cal ka BP)-温湿(2.1~1.3 cal ka BP)-凉干(1.3 cal ka BP以来)的变化过程. 随着气候的变化, 湖泊曾出现明显的高湖面时期(7.6～5.3 cal ka BP)和两次较大规模的退缩(5.3~3.6和1.3 cal ka BP以来). 乌伦古湖地区的气候环境演化与周边区域环境变化记录有很好的一致性, 响应了区域环境变化和全球气候突变事件, 基本遵循全新世气候变化的西风模式.     

中国地区陆地植被甲烷排放及其对对流层低层甲烷浓度的影响

甲烷(CH₄)既是重要的温室气体也是重要的化学活性气体. 有氧环境中陆地植被CH₄排放是CH₄源排放研究中的新发现, 对其进行研究有助于完善中国大气CH₄排放清单. 基于Keppler等的研究, 建立了适用于中国地区的陆地植被CH₄排放模式, 并且利用NOAA气象卫星AVHRR归一化差异植被指数(NDVI)计算得到的中国植被净第一性生产力(NPP), 对中国地区植被CH₄排放总量和空间分布进行了定量估计. 结果显示中国地区植被CH₄排放总量为11.83 Tg/a, 约占全部CH₄排放的24%; 其中森林是最主要的植被源, 约占总排放的43%. 进一步利用三维大气化学模式系统(MM5-CALGRID)探讨对中国地区对流层低层CH₄浓度的影响. 结果显示考虑陆地植被排放后, CH₄平均地面浓度增加了29.9%, 在云南南部变化高达69.68 μg/m³. 因此, 开展陆地植被CH₄排放研究对于正确估计中国CH₄排放对全球的贡献, 以及科学评估CH₄对全球及区域大气环境和气候变化的影响具有重要意义.     

东海陆架坡折小尺度过程观测

2004年3月7日至9日东方红2号船在东海陆架坡折海区进行了温度、盐度和湍动能耗散率的直接观测. 从Turner角的计算结果看, 在水体的上50 m层同时存在着双扩散对流、盐指和层结稳定的区域; 50 m以下, 只存在着弱的盐指现象. 观测站位的湍耗散率的范围从1.0 × 10^-9~1.2 × 10^-6 W·kg^-1, 并且沿着M₂潮的波射线显著增强; 相应的混合率的范围是从1 × 10^-6~1 × 10^-2 m²·s^-1, 整个断面的平均混合率为2.3 × 10^-3 m²·s^-1, 远大于大洋背景场的平均混合率1 × 10^-5 m²·s^-1.     

全新世季风气候演化与干旱事件的湖北神农架石笋记录

基于湖北神农架山宝洞SB10石笋的14个²³⁰Th年龄和266个氧同位素数据, 建立了11.5~2.1 kaBP时段东亚季风降水序列. 该记录表明: 11.5~9.3 kaBP, 季风降水处于持续增长期; 9.3~4.4 kaBP, 该时段为降雨丰沛的湿润期, 4.4~2.1 kaBP, 该时段为降水较少的干旱期, 其长期演化趋势大体类似于北纬33°夏季日辐射能量曲线. SB10石笋δ¹⁸O记录揭示了4.3 kaBP前后季风降水突然减少, 反映了植被-大气-气溶胶对太阳辐射减少的正反馈效应, 该事件与4 ka左右中国新石器文化断层基本同步. 从早全新世平均分辨率20年的石笋降水记录中识别出8.2, 8.6, 9.3, 10.2和11.0 ka显著干旱事件, 可与格陵兰冰芯δ¹⁸O记录的降温事件进行对比, 反映了早全新世北半球低纬季风与极地气候受同一机制的驱动.     

中国温带典型草原土壤呼吸特征的实验研究

1998~2000年间在内蒙古草原对中国温带典型草原土壤呼吸特征进行了实验研究, 所采用的观测手段为静态箱法和GC/FID分析技术. 对观测资料的分析表明, 中国温带草地的土壤呼吸的变化范围为390~866 gC/m²· a^-1, 表现有明显的季节变化和较大幅度的年际变化, 土壤呼吸平均占草地总呼吸的70%~88%. 研究结果还发现, 丰水年土壤呼吸与土壤温度有较强的关系, 1998年中国北方雨水增多使草地土壤呼吸显著增强, 而在干旱年份, 土壤呼吸与土壤温度的关系明显减弱, 而与空气温度的关系却显著增强, 土壤含水量在土壤呼吸与温度之间的相关性方面有着重要的制约作用.     

2001年春季东亚-北太平洋地区沙尘气溶胶的辐射强迫

中国科学院重大国际合作研究项目“风送沙尘的形成、输送机制及其对气候与环境的影响”期间, 在中国西北部沙漠地区进行了气溶胶采样, 经过成分分析和理论计算, 得出了该地区沙尘气溶胶的主要光学特性. 与其他沙尘模型相比, 源于中国沙漠的沙尘气溶胶复折射指数偏低, 对太阳辐射的吸收性较弱, 散射较强, 前向散射偏弱, 后向散射偏强. 将其作为中国和东亚地区沙尘气溶胶光学模型的代表, 模拟了东亚-北太平洋地区2001年春季平均辐射强迫. 计算得出: 该地区大气顶的平均净辐射强迫为-0.943 W·m^-2, 其中短波-1.700 W·m^-2, 长波+0.759 W·m^-2; 地面净辐射强迫为-5.445 W·m^-2, 短波-6.250 W·m^-2, 长波+ 0.805 W·m^-2. 最后给出了东亚-北太平洋地区大气顶和地面的辐射强迫分布.     

中国植被净生产力的比较研究

利用3个光能利用率模式(CASA, GLOPEM和GEOLUE)和2个生态过程机理模式(CEVSA和GEOPRO)以不同空间分辨率和不同输入参数对中国植被净生产力(Net Primary Production, NPP)进行时空模拟, 对5个模式模拟的中国的NPP进行了时间序列和空间格局的对比分析所得结论如下: CASA, GLOPEM及CEVSA 3个模式对中国NPP的月、季和年的时空模拟符合中国植被季节变化规律和季风气候下的中国植被的空间变化规律, 近20 a来中国NPP变化趋势以增长为主; 5个模式模拟的中国平均NPP季节的值为春季约为(0.571±0.2) Gt C左右, 夏季约为(1.573±0.4) Gt C左右, 秋季约为(0.6±0.2) Gt C左右, 冬季约为(0.12±0.1) GtC左右; 中国植被净生产力年值约为(2.864±1) Gt C/a; 5个模式较好地模拟了中国不同类型生态群落的生物量的季节特征和空间格局状况. 研究为中国利用造林、再造林、森林和农田管理等人为活动引起的碳增汇用于抵消中国承诺的温室气体减排指标的计算及碳收支平衡的研究提供参考, 为植被净生产力总量的国家本底的确定提供了依据.     

“05-06”西江特大洪水对河流碳输出通量的影响

2005年6月西江(珠江主干流)发生了一次重现期近200年的特大洪水事件. 在此洪水过程中, 通过系列采样, 对河水总悬浮物(TSS)、溶解无机碳(DIC)、溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)进行实验室测定, 对洪水水体的碳含量及其变化特征作了讨论. 这些参数反映了流域地表和地下径流在洪水过程中的变化. 洪水事件对西江POC通量的估算影响最大, 其次为DOC, 而对DIC影响较小. 通过分别对西江全年及洪水期(2005年6月21~28日)的碳通量进行估算, 结果表明洪水期DIC, DOC和POC的通量分别为1.52×10⁶, 0.24×10⁶, 0.54×10⁶ g·km^&#8722;2·a^&#8722;1, 分别占全年碳通量的14.87%, 24.75%和44.89%, 洪水期间碳输出量对河流碳输出总量及构成方式有不可忽略的贡献, 研究洪水事件的碳通量对于准确认识洪水频发河流的碳通量有着重要的意义.     

FeCo基合金的一种新型纵向驱动巨磁阻抗效应

测定了直流电流退火Fe₃₆Co₃₆Nb₄Si_4.8B_19.2合金薄带纵向驱动巨磁阻抗效应, 发现经过电流密度为3.2×10⁷ A/m², 600 s退火后巨磁阻抗效应对微弱磁场有灵敏的响应, 其灵敏度达到2440.2%/A·m^-1. 试验结果表明, 灵敏度与退火电流密度、驱动电流频率和腐蚀厚度密切相关.     

PZT铁电陶瓷应力腐蚀门槛值的各向异性

研究了PZT-5铁电陶瓷在各种环境(湿空气、硅油、甲醇、水和甲酰胺)中发生应力腐蚀的可能性, 以及极化方向对水和甲酰胺中应力腐蚀门槛应力强度因子K_ISCC的影响. 结果表明, PZT-5在各种环境中均能发生应力腐蚀; 水和甲酰胺中K_ISCC具有各向异性, 裂纹面平行极化方向的K^a_ISCC远大于垂直极化方向的相应值K^b_ISCC. 例如, 在水中,K^a_ISCC= 0.88 MPa·m^1/2,K^b_ISCC= 0.42 MPa·m^1/2; 在甲酰胺中K^a_ISCC= 1.0 MPa·m^1/2,K^b_ISCC= 0.54 MPa·m^1/2. 应力腐蚀门槛值各向异性的原因除了和90°畴变的各向异性有关, 也和应力腐蚀本征门槛值的各向异性有关.     

中国北方表土微团粒粒度分布及其对粉尘

利用干筛筛析法测定了中国北方沙漠、戈壁、绿洲、干草原农垦区和草原牧区等代表性表土(沙质土、砾质沙土、砾质壤土、壤土和粉壤土等)的微团粒粒度分布. 组成表土微团粒粒度分布的对数正态群体分别为粉细沙、细沙、中沙、粗沙和极粗沙群体, 其平均的质量中值粒径分别为90, 210, 390, 600和980 mm, 平均的标准偏差分别为1.25, 1.40, 1.25, 1.35和1.25. 粉细沙、细沙、中沙、粗沙、砾质沙、砾质壤土、壤土等表土类型的微团粒粒度分布为这几个对数正态分布群体中的组合. 粉尘释放模型(DPM模型)模拟的结果显示: 表土微团粒粒度分布对粉尘释放通量存在显著影响, 细沙和粉细沙的粉尘释放通量最大, 中沙、砾质沙、砾质壤土、壤土、粉壤土次之, 粗沙的粉尘通量最小, 差值范围在10¹~10³ mg·m^-2·s^-1左右; 中国北方沙漠(沙地)和片状流沙覆盖的农田的粉尘释放通量在10¹~10⁴ mg· m^-2·s^-1之间, 而沙砾质戈壁、沙砾质化的农田和草原的粉尘释放通量在10¹~10² mg·m^-2·s^-1之间, 表明中国北方沙漠(沙地)和片状流沙覆盖的农田是粉尘释放的主要源地.