内蒙古典型草地CO2, N2O, CH4通量的同时观测及其日变化

利用黑色不透光气体采集箱, 沿450～200 mm年降水梯度剖面对内蒙古温带草原典型草地3种主要温室气体CO2, N2O, CH4通量进行现场测定. 结果表明, 内蒙古草地CO2, N2O, CH4通量平均值分别为(1 180.4 ± 308.7), (0.010 ± 0.004), (-0.039 ± 0.016) mg.m-2. h-1, 3种温室气体通量随着草地降水量的减少呈现降低的变化趋势, 人类活动放牧和草地开垦利用均表现对草地温室气体通量的明显影响, 揭示了草地温室气体通量的日变化特征及其与温度的正相关关系.     

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.     

内蒙古典型草地CO_2,N_2O,CH_4通量的同时观测及其日变化

利用黑色不透光气体采集箱，沿 ４５０～２００ ｍｍ年降水梯度剖面对内蒙古温带草原典型草地３种主要温室气体ＣＯ_２，Ｎ_２Ｏ，ＣＨ_４通量进行现场测定．结果表明，内蒙古草地ＣＯ_２，Ｎ_２Ｏ，ＣＨ_４通量平均值分别为（１１８０．４± ３０８．７），（０．０１０± ０．００４），（－０．０３９± ０．０１６） ｍｇ ｍ_（－２）· ｈ_（－１）， ３种温室气体通量随着草地降水量的减少呈现降低的变化趋势，人类活动放牧和草地开垦利用均表现对草地温室气体通量的明显影响，揭示了草地温室气体通量的日变化特征及其与温度的正相关关系．     

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.     

中国东北玉米农田生态系统非生长季土壤呼吸作用及其对环境因子的响应

对2004～2007年连续3a玉米农田生态系统非生长季(10月16日～翌年4月30日)的涡度相关系统测量数据分析表明,玉米农田生态系统非生长季的日土壤呼吸值为1.08～4.08gCO2·m-2,日最低值均出现在11月下旬.整个非生长季平均土壤呼吸值为(456.06±20.01)gCO2·m-2,占生长季净生态系统生产力的11%,土壤呼吸月平均最低值主要出现在1,2月份.非生长季日土壤呼吸的季节变化均呈非生长期起始期和终止期高、中间期低的变化态势.当10cm土壤温度高于0℃时,土壤呼吸与土壤温度呈显著二次曲线关系(P0.001),解释率为38%～70%;当10cm土壤体积含水量大于0.1m3·m-3时,土壤呼吸与土壤体积含水量呈显著二次曲线关系(P0.001),解释率为18%～60%.选取土壤温度高于0℃时的观测资料,耦合土壤温度和土壤含水量可得到更好的土壤呼吸模拟模型,解释率达53%～79%,土壤呼吸模拟值与观测值的回归估计标准误差为2.7%～11.8%.非生长季土壤呼吸是生长季土壤呼吸的22.4%,在东北地区玉米农田生态系统碳收支评估中具有重要作用.     

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.     

德令哈地区树轮宽度指数与草地植被指数的关系

利用德令哈地区五条祁连圆柏树轮宽度指数序列和1982~2001年逐月NOAA/AVHRR的标准化植被指数(NDVI)数据及气候数据, 在分析树轮指数及草地NDVI与气候因子关系的基础上, 探讨了祁连圆柏树轮宽度指数序列与草地NDVI之间的关系. 结果表明, 德令哈地区树轮宽度指数及草地NDVI深受6月份的水热状况, 尤其是降水的影响, DLH1~DLH5五条序列与草地6~9各月NDVI有显著的相关关系, 其中与8月份的NDVI相关性最强. 五条序列的第一主成分(PC1)与草地生长季各月NDVI值及生长季NDVI均值间存在显著的线性关系, 祁连圆柏树轮指数和草地NDVI变化的一致性体现了德令哈地区不同类型植被对水分胁迫的一致响应. 树轮指数与草地NDVI间的显著相关性为研究该地区草地过去的动态变化提供了基础, 本研究利用PC1重建了德令哈地区草地8月份NDVI的千年变化.     

基于土壤团聚体组分的14C分析及其在不同林龄土壤有机碳周转研究中的应用

目前关于人工造林后土壤有机碳库变化的趋势、幅度及其碳汇功能仍存在很大的不确定性.应用放射性碳(14C)方法,研究河北塞罕坝草甸草原与人工林土壤有机碳周转时间,以加深对人工造林后土壤有机碳库变化的认识.实验结果显示,14C示踪方法所估算出的人工造林后土壤有机碳周转时间可长达几十年至几百年.在草甸草原营造樟子松林后表层土壤全样以及团聚体有机碳的周转时间均明显变短,并随着林龄的增大而改变,这将导致土壤CO2通量的增加,因此,草地造林有可能削弱了表层土壤储存有机碳的能力.对不同林龄的土壤团聚体组分进行稳定同位素与14C分析,发现草甸草原营造樟子松林后土壤中年轻碳库与较老碳库对草地造林的响应存在差异:在幼龄和中龄阶段,土壤中较老碳库CO2排放量的比例呈现出增加趋势,而进入成龄阶段,其比例开始下降,表明林龄对人工林土壤固碳机制有所影响.用14C方法所得到的土壤CO2通量相对较低,这可能与未能有效地从土壤团聚体中分离出较年轻碳库的组分有关.今后的研究应在发展多种组分分离方法的基础上进行碳同位素分析,以提高土壤CO2通量估算的准确性.     

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.     

北半球中纬度3个典型区域末次冰期以来土壤有机质稳定碳同位素变化的差异及其原因分析

针对北半球中纬度地区3个典型区域末次冰期以来土壤有机碳同位素记录之间存在的差异, 收集了相关的气候数据并结合前人现代过程研究的结果进行了有关的分析. 得到的认识表明: 温度, 特别是生长季节的高温对C₄植物生长具有明显的影响. 年均温和生长季节温度低至一定程度后, C₄植物的生长受限. 即使温度足够高, 生长季节异常干旱也不适于C₄植物生长. 当温度条件满足以后, C₄植物适应的降水范围较宽, 而当降水增加到适合乔木生长时, C₄植物比例将下降. 古植被记录与现代植被研究结果是一致的, 欧洲黄土记录的该区域末次冰期以来植被为纯C₃植物主要是由当地的低温造成的, 而中国黄土和美国中部大平原及其临近区域记录的晚更新世向全新世转化过程中的C₄植物比例上升可能主要反应了温度上升的影响.     

气候变化对黄土高原末次盛冰期以来的C3 /C4植物相对丰度的控制

大气CO₂浓度以及气候等因素都有可能影响区域性C₃ /C₄植物的相对丰度, 有机碳同位素能够有效反映土壤C₄植物的相对丰度(或相对生物产率). 对黄土高原中部和南部5个末次盛冰期至全新世黄土-土壤序列有机碳同位素分析获得: (1) 从末次盛冰期至全新世, 黄土高原C₄丰度相对增加约40%左右; (2) 无论是末次盛冰期还是全新世, C₄植物在空间上都具有从西北至东南增加的趋势. 进一步对黄土高原以及内蒙古全新世土壤δ ¹³C_org最大稳定值与现代气候统计分析表明, 黄土高原C₄植物相对丰度与温度成正相关, 与降水成负相关, 与4月温度和降水的这种关系更加密切. 这些结果揭示: (1) 温度是导致全新世C₄植物丰度增加的最主要的区域性因素, 而不是夏季风加强的结果, 相反, 夏季风加强, 即降水量的增加只可能降低C₄植物冰期-间冰期增加的幅度, 在温度基本不变时C₄植物丰度的降低才是夏季风增强的标志; (2) 末次盛冰期失去适合C₄植物生长的温度时, 无论是CO₂降低还是干旱程度的增加都不可能有效地驱使C₄植物增加, 而全新世CO₂浓度的上升仅仅可能是全球升温的因素之一, 似不是导致黄土高原C₄植物增加的直接因素.     

亚热带樟树和枫香林土壤呼吸动态特征

土壤呼吸是构成森林生态系统碳平衡的重要组成部分, 在全球碳平衡中扮演着十分重要的角色. 樟树(Cinnamo- mum camphora)是中国亚热带地区地带性植被常绿阔叶林的优势树种, 枫香(Liquidambar formosana)是次生演替早期的优势树种, 研究以这两种树种为主要组成的森林土壤呼吸有助于了解亚热带地区森林碳源汇时空分布格局及碳循环过程驱动因子. 本研究的目的是: (1) 比较樟树林和枫香林日、季动态特征; (2) 确定土壤温度和含水量对土壤呼吸日、季动态影响, 验证土壤呼吸与土壤温度和含水量之间的关系模型, 为模拟樟树和枫香林的土壤呼吸速率变化格局提供科学依据.     

近10年青藏高原高寒草地物候时空变化特征分析

植物物候是陆地生态系统对气候变化响应的最佳指示器,其变化研究对于深入地理解和预测陆地生态系统的动态变化具有重要的意义.本文利用SPOTVGT归一化植被指数(NDVI)对青藏高原1999～2009年间高寒草地物候的时空变化进行了研究,结论如下:①青藏高原高寒草地物候多年均值的空间分布与水热条件关系密切.由东南向西北,随着水热条件的恶化,生长季始期(SOG)逐渐推迟,生长季末期(EOG)逐渐提前,生长季长度(LOG)逐渐缩短.海拔在物候的地域分异中扮演着重要作用,但存在3500m分界线.其下,物候随海拔变化波动较大,其上物候与海拔关系密切;②1999～2009年间,青藏高原高寒草地SOG整体上呈提前趋势,变化幅度为6d/10a(R2=0.281,P=0.093);EOG呈推迟趋势,变化幅度为2d/10a(R2=0.031,P=0.605);LOG呈延长趋势,变化幅度为8d/10a(R2=0.479,P=0.018).SOG提前、EOG推迟和LOG增长的区域主要分布在高原的东部.SOG推迟、EOG提前和LOG缩短的区域主要分布在高原的中、西部,其中高原绝大部分区域的SOG呈显著提前趋势,尤其是高原的东部地区;③青藏高原高寒草地物候年际变化在不同的海拔和自然带上分异显著.高海拔地区的年际变化趋势要比低海拔复杂;青东祁连山地草原带的变化幅度和显著水平最高,而藏南山地灌丛草原带最低.     

210Pbex在土壤中的深度分布和通过210Pbex法求算土壤侵蚀速率模型

中国和英国的3个土壤剖面给出了非农耕地和农耕地土壤中²¹⁰Pb_ex和¹³⁷Cs的深度分布, 这两种核素的深度分布非常相似, 非农耕地核素的最大浓度出现在土壤表层, 向下浓度呈指数急剧降低; 农耕地核素基本均匀分布于犁耕层深度内. 中国黄土高原的²¹⁰Pb_ex本底值为573 mBq/cm², 略高于英国的520 mBq/cm². 20世纪50~70年代核试验产生的¹³⁷Cs在土壤中呈非稳定态分布, 而土壤中的天然核素²¹⁰Pb在土壤环境和侵蚀过程长期不变的情况下, 呈稳定态分布. 因此, 土壤中²¹⁰Pb_ex的质量平衡不同于¹³⁷Cs. 根据²¹⁰Pb_ex连续沉降、衰变和流失的过程, 推导出非农耕地和农耕地土壤中²¹⁰Pb_ex稳定态分布的质量平衡模型, 用以计算土壤侵蚀速率. 此外, 还给出了通过无侵蚀草地土壤中²¹⁰Pb_ex的深度分布, 求算农耕地²¹⁰Pb_ex表层富集系数的方法.     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于&#8722;22.6‰ ~ &#8722;27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.     

现代土壤中含季碳支链烷烃的分布特征及环境意义

利用色谱质谱(GC-MS)技术对中国及蒙古国不同气候区的26个深约20 cm表层土壤中的类脂物进行了系统分析. 讨论了在现代土壤中首次发现的含季碳的支链烷烃系列化合物, 如5, 5-二乙基烷烃、6,6-二乙基烷烃、5-丁基, 5-乙基烷烃和6-丁基, 6-乙基烷烃等. 它们每个系列都只有奇碳或偶碳分布, 明显指示生物来源, 其碳数分布具有协变性. 其中5,5-二乙基烷烃的分布同正构烷烃一样具有规律性的空间变化趋势, 与气候和植被的空间分布有很好的一致关系. 在湿热的东南和西南地区其低碳数组分占优势, 主峰基本上为C₂₁或C₂₃; 而在寒冷干旱的西北地区及蒙古国高碳数组分丰度较高, 主峰基本上为C₂₉. 研究结果证明: 和正构烷烃的SC₂₁^-/SC₂₁⁺一样, 5,5-二乙基烷烃的高低碳数分布优势作为一个新的独立指标, 可以敏感地指示土壤生态和气候的变化.     

短花针茅(Stipa breviflora)功能性状对水热协同作用的敏感性和适应性

全球变化背景下的温度增加和降水格局变化对植物功能性状影响的研究已有很多,但关于植物功能性状对水热协同变化的敏感性指标及适应阈值研究较少.本研究以荒漠草原典型地带性植物短花针茅为研究对象,通过人工气候箱法模拟研究了其功能性状(生物量特征和形态特征)对温度变化(对照,增温1.5℃,2.0℃,4.0℃,6.0℃)和降水变化(–30%,–15%,对照,+15%,+30%)(以1978~2007年6~8月月均温和月均降水为对照)协同作用的敏感性和适应性.结果表明:(ⅰ)温度和降水变化对短花针茅各功能性状(除地上生物量和叶数)有极显著的交互作用,生物量特征对水热协同作用的敏感程度大于形态特征,其中最敏感指标为地下生物量.(ⅱ)不同降水条件下短花针茅对温度的适应性不同,表现为总生物量与温度的关系不同,即在降水减少30%时,呈线性减少关系;在降水减少15%时,两者无显著关系;在当前降水及降水增加时,呈二次曲线关系.(ⅲ)未来轻度的气候暖干化(降水弱降低而温度小幅增加)可能有利于短花针茅的生长.     

中国北方草地植物补偿性生长与合理放牧强度:基于放牧实验的整合分析

补偿性生长是草地植物对动物采食的一种适应策略,合理的放牧强度能够促进植物的补偿性生长,有利于草地生产力和稳定性的维持,而长期过度放牧则导致草地退化.因此,确定合理的放牧强度是科学配置草地生产-生态功能实现草牧业可持续发展的基础.本文基于各类放牧实验已发表的118篇研究文献,将放牧家畜的采食率(地上生物量移除量,%)作为放牧强度的测度指标,对我国北方5种主要草地类型的植物补偿生长特征及其合理放牧强度进行了整合分析,并结合气候、土壤及植物群落地下生物量和多样性等数据,厘清了影响植物补偿生长的关键生物和非生物因子.结果表明,我国北方草地植物总体处于欠补偿生长状态,且植物地上部分的补偿性生长主要以牺牲其地下生物量为代价.其中,高寒草甸、草甸草原和荒漠草原植物群落均表现为欠补偿生长,高寒草原和典型草原植物群落表现为等补偿生长.在区域尺度上,补偿性生长的绝对值随年降水量和植物物种丰富度的增加而增加.满足植物群落地上生物量实现等补偿或超补偿,且对地下生物量不产生负效应,各类草地的合理利用强度为:高寒草甸50%、草甸草原48%、典型草原40%、高寒草原37%、荒漠草原31%.本研究对指导我国北方草地保...     

青藏高原沼泽与高寒草甸草地退化对生长期CO2排放的影响

采用静态箱-便携式红外色谱法对青藏高原风火山地区沼泽草甸和高寒草甸两类生态系统CO₂排放通量进行了研究. 结果表明, 生长期内两类生态系统之间及同一生态系统内部不同的退化程度之间CO₂排放通量均存在较大差异. 沼泽草甸CO2排放通量随着退化程度的加剧而逐渐降低, 而高寒草甸除5月份之外, CO₂排放通量随着退化程度的加剧而逐渐提高; 未退化沼泽草甸较高寒草甸CO₂的排放通量同比高出65.1%~80.3%; 中度退化沼泽草甸较高寒草甸CO2的排放通量同比高出22.1%~67.5%; 然 而, 严重退化的高寒草甸比沼泽草甸CO₂的排放通量反而高出14.3%~29.5%. 5 cm处土壤水分、5 cm处土壤温度和地上生物量与CO₂排放通量显著相关, 是控制CO₂排放主要环境因子     

新生代青藏高原生长对东亚水循环及生态系统的影响

新生代青藏高原生长和全球温度变化驱动东亚气候和生态系统发生了剧烈变化.本文综述了前人的相关研究成果,基于前期的数值模拟工作,进一步探讨了青藏高原地形地貌演变对东亚水循环及生态系统的影响.目前,关于青藏高原新生代以来地形地貌的演化还存在争议,但近年来不同学科的证据一致认为,青藏高原生长过程具有区域差异性.最新的古气候数值模拟表明,青藏高原北部抬升显著改变了亚洲气候系统,促使东亚降水显著增加,尤其是中国南方冬季降水增加更为明显,地表径流也相应增加,对东亚水系格局产生了重要影响;土壤含水量也随之增加,冬季深层土壤含水量增加尤为显著,导致中国东部植被从干旱、半干旱转变为湿润、半湿润植被类型,造就了现今东亚植被和生物多样性格局.目前,关于青藏高原生长对东亚降水的影响,科学界已有深入认识,但是还有若干关键问题亟待解决,包括:对青藏高原地形地貌演化的进一步限定、对气候转型期高精度的古气候数值模拟,以及进一步解析新生代东亚水循环和生态系统的耦合关系.理解这些关键问题对预测未来全球气候急剧变化背景下的生态系统响应及其演变趋势具有重要的参考意义.