青藏高原高寒草甸不同海拔梯度上增温和优势植物物种去除对生态系统碳通量的影响

在青藏高原高寒草甸的两个海拔梯度(3200 m 和 4000 m)上开展实验, 研究增温和优势植物物种去除对净生态系统CO₂交换量(NEE)、生态系统呼吸(ER)和生态系统总初级生产力(GEP)的影响。结果表明: 在2017年生长季, 两个海拔的GEP均高于ER, 表明这两个生态系统在生长季均表现为碳汇。低海拔(3200 m)的增温对生态系统C通量没有显著的作用, 原因可能是增温引起的水分限制。在较湿润的高海拔(4000 m)地区, 增温显著提高了生态系统C通量, 平均而言, 增温引起的GEP增加量(2.30 mg CO₂/(m²·s))高于ER (0.62 mg CO₂/(m²·s)), 导致NEE增加。两个海拔优势植物物种的去除对生态系统C通量均没有显著的作用, 原因可能是剩余物种的补偿作用, 因为去除处理对两个海拔的地上生物量(AGB)和地下生物量(BGB)的影响都不显著。增温和优势物种去除对两个海拔生态系统C通量没有显著的交互作用。研究结果揭示土壤湿度在调节高寒草甸生态系统C通量对气候变暖响应方面的重要性, 单一优势植物物种的去除可能不会对物种丰富的生态系统C通量产生较大的影响。     

青藏高原沼泽及高寒草甸生长期内CO2排放

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.其中: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%.对于同类型高寒草地,未退化沼泽草甸CO2的排放通量分别是中度退化和严重退化的1.12～1.69倍和1.41～3.86倍;严重退化高寒草甸CO2的排放通量分别是未退化和中度退化的1.11～1.78倍和1.04～1.79倍.     

中国典型侵蚀区小流域水力侵蚀引发的CO_2通量特征

土壤水力侵蚀通过影响有机碳的合成分解过程,引发可观的CO_2吸收-排放效应.各典型水蚀区的侵蚀速率、土壤性质各不相同,其CO_2通量特征有待研究.本文收集了黑土区、紫色土区、黄土区、红壤区等中国四大典型侵蚀区中7个代表性小流域36个土壤剖面的~(137)Cs及有机碳含量数据,利用"基于参照点的CO_2通量分离方法",计算了各小流域的有机碳横向迁移通量,以及由于水蚀引发的CO_2通量.结果表明,(1)有机碳的横向迁移速率由侵蚀/淤积速率以及土壤表层含碳量共同决定,位于黄土区和红壤区的小流域有机碳流失最为严重;(2)7个小流域侵蚀区CO_2的通量范围为:-22.8~21.5g C/(m~2·a),淤积区CO_2通量范围为-31.6~54.5g C/(m~2·a);碳汇强度与欧美小流域相当,碳源强度略强;(3)位于黑土区的多数小流域以及紫色土区的小流域整体表现为碳汇;位于黄土区的小流域整体表现为强烈的碳源;位于红壤区的流域在侵蚀区表现为碳源,在淤积区表现为碳汇.其中,紫色土区小流域的固碳能力最强,79%~87%的有机碳流失可最终得到恢复;(4)针对小流域不同的CO_2通量特征,可通过合理配置水土保持措施,实现土壤侵蚀和CO_2通量的协同调控.     

田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响

针不同田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响, 应用反硝化分解模型(DNDC 模型), 选取中国科学院禹城综合试验站作为研究区域, 结合该区域的气象、土壤和田间管理措施等数据, 模拟在不同施氮量、施肥深度以及土壤侵蚀条件下的CO₂和N₂O气体通量。结果表明: DNDC模型对农田CO₂和N₂O气体通量的模拟效果较好; 施氮量从实际施氮量的0.5 倍升高到1.5 倍的过程中, N₂O排放通量从1.06 mg/(m²·d)线性地增加至2.88 mg/(m²·d), C的净固定量亦从1.38 g/(m²·d)逐渐增加至2.07 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在施肥深度从5 cm变化到20 cm的过程中, N₂O排放通量从2.88 mg/(m²·d)降低至0.68 mg/(m²·d); 当施肥深度从0.2 cm升高到20 cm时, C的净固定量从1.79 g/(m²·d)逐渐升高至2.32 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在土壤侵蚀的影响下, C的净固定量和N₂O的排放量分别升高11%和4%。研究结果可为国家温室气体通量清单的编制及相关管理政策的制定提供参考依据。     

外源硫酸盐添加对福州平原稻田甲烷与氧化亚氮排放的影响

以福州平原稻田为研究对象,对对照与硫酸盐添加处理稻田甲烷与氧化亚氮排放通量进行了测定与分析.研究结果表明:对照与硫酸盐添加处理稻田甲烷排放通量分别为0.09~16.90和0.02~9.60mg·m-2·h-1,平均值分别为3.66和2.81 mg·m-2·h-1;氧化亚氮排放通量分别为-55.67~63.73和-25.25~51.88μg·m-2·h-1,平均值分别为7.71和9.48μg·m-2·h-1;温室气体综合增温效应分别为2 264.5和1 728.47 kg·hm-2(CO2).硫酸盐的添加降低了稻田甲烷排放通量,增加了氧化亚氮排放通量,但稻田温室气体综合增温效应降低了24%.从水稻产量特征来看,硫酸盐添加处理水稻产量有所增加.因此,硫酸盐添加可作为亚热带稻田温室气体减排的有效方法.     

锡林郭勒草原不同植物生物源挥发性有机物排放通量

生物源挥发性有机物对近地面臭氧及二次有机气溶胶的形成过程起着重要作用。为探究内蒙古锡林郭勒草原不同植物排放挥发性有机物排放通量,采用动态箱采样法采集,GC/MS测定其排放通量,同时记录温度、湿度和光合有效辐射参数;在标准状态(30℃,1 000μmol/(m~2·s))下,依据G_(95)模式和G_(93)模式,分别推定了不同植物排放异戊二烯和单萜烯类化合物的排放通量。结果表明:(1)羊草、冰草、狼毒、克氏针茅、达乌里黄芪、芨芨草、冷蒿、木地肤、麻叶荨麻,在标准状态下异戊二烯排放通量和单萜烯类化合物排放通量依次为(204.60±11.86)、(412.90±9.27)、(1 548.10±24.30)、(322.34±1.02)、(590.54±151.22)、(226.40±110.15)、(204.19±98.79)、(529.95±209.88)、(305.62±137.98)μg/(m~2·h)和(1 059.57±874.58)、(199.28±42.16)、(23.67±8.09)、(121.79±79.38)、(402.22±31.80)、(92.53±48.88)、(294.54±112.74)、(62.78±16.24)、(164.07±61.83)μg/(m~2·h);(2)羊草、冰草、冷蒿、麻叶荨麻排放的异戊二烯排放通量由光合有效辐射和温度共同影响;(3)温度对单萜烯类化合物排放通量的影响明显。     

天气状况对富营养化池塘水-气界面冬季二氧化碳通量的影响

为揭示富营养化浅水池塘冬季不同天气状况的昼夜性温室气体通量特征,利用静态浮箱法连续7d监测了宜昌市富营养化池塘冬季水-气界面昼夜性CO_2通量,7d内的天气状况各异,包括晴天、阴天和雨天,能较好的代表冬季池塘通量特征.观测点在7d内的平均CO_2通量为7.09mg·m~(-2)·h~(-1);单日CO_2通量最大为11.26mg·m~(-2)·h~(-1),最小为-3.20mg·m~(-2)·h~(-1).阴雨天CO_2的排放通量为9.76mg·m~(-2)·h~(-1),约是晴天的两倍,且全天CO_2均呈向大气排放状态.晴天时CO_2通量在冬季表现为极弱的排放,3d平均通量约为3.76mg·m~(-2)·h~(-1),白天水体表现为CO_2的汇.在观测期间内CO_2扩散通量昼夜性变化明显,晴天时扩散通量与水温、叶绿素、溶解氧、pH呈显著负相关,与气压呈正相关,水体中的藻类等浮游植物在晴天的光合作用强度大于呼吸作用,导致在白天(10:00~18:00)池塘表现为吸收大气中的CO_2.阴雨天气通量与气温、水温呈负相关,与溶解氧、叶绿素、风速、气压呈显著正相关.不同的天气状况下环境因子昼夜性变化,导致了气体通量的昼夜性变化特征.     

新疆草地植被的地上生物量

2004年对新疆地区的草地地上生物量进行了大范围的调查,据此估算了新疆6种主要草地类型的地上生物量密度和总量,并探讨了草地地上生物量与环境因子的关系。结果表明,草原类型中,荒漠草原的地上生物量密度最小 (34.9 g C·m^-2),草甸草原最大 (87.3 g C·m^-2),而典型草原 (53.2 g C·m^-2)和高寒草原 (47.7 g C·m^-2)介于两者之间;草甸类型中,山地草甸 (117.4 g C·m^-2)的地上生物量密度显著高于高寒草甸 (58.1 g C·m^-2)。6种草地的地上生物量总量为14.65 Tg C,约占全国的10%。地上生物量主要集中于高寒草原和高寒草甸,两者占总量的41.7%;其次是典型草原、山地草甸和荒漠草原,分别占19.0%、18.3%和14.6%;草甸草原因分布面积小而使得其地上生物量最小,仅占总量的6.4%。草原和草甸地上生物量的控制因子存在差异：草原地上生物量主要受降水控制,而草甸地上生物量则与温度相关。除受气候影响外,草原地上生物量还与土壤含水率、土壤总氮含量正相关,而草甸地上生物量与土壤含水率、土壤总氮含量均不相关。     

不同林龄杨树细根糖化学组分对氮沉降的响应

选择苏北沿海5、9和15年生杨树人工林作为实验地,采用随机区组设计,设置了N0(CK)、N1(5 g/(m²·a))、N2(10 g/(m²·a))、N3(15 g/(m²·a))、N4(30 g/(m²·a))共5个不同浓度的氮沉降处理,研究氮沉降对土壤细根糖化学组分的影响。结果表明:(1)3个林龄杨树林地下细根中可溶性糖、淀粉含量,在1 a的观测期内,最大值出现在12月份,其中可溶性糖在1 a中的变化幅度最大,最高值与最低值相差约7倍; 而作为结构性碳水化合物的纤维素和木质素在1 a的观测期内相对较为稳定。(2)随着外源氮输入增加,细根中可溶性糖、淀粉含量在N2水平最大,在N4水平则低于对照。而非结构性碳水化合物在氮增加处理的不同水平间差异不显著(p>0.05)。总之,一定浓度的氮增加,将增加细根中活性代谢物质的碳投入。(3)杨树细根生物量与非结构性碳水化合物存在显著的正相关,杨树细根糖化学组分与土壤C、N以及温湿度没有显著相关性。     

南宁市南湖湿地秋季水-气界面温室气体(CO_2/CH_4)通量及其影响因子

城市湿地是湿地生态系统碳循环的重要组成部分,研究城市湿地温室气体(CO_2/CH_4)排放特征及其影响因素对区域的碳平衡估算以及控制温室气体排放具有重要的意义。于2019年11月到2020年1月(秋季)利用密闭箱-气相色谱法对南湖湿地水气界面(CO_2/CH_4)通量进行了观测,结果表明,南湖秋季水-气界面CO_2平均通量为-184.73±400.14 mg CO_2/m~2·h,整体为大气CO_2的汇,南湖秋季水-气界面CH_4平均通量为0.96±2.2 mg CH_4/m~2·h,整体为大气CH_4的源。水体溶解性无机碳是影响南湖秋季水气界面CO_2通量最重要的影响因子,溶解性总磷是影响南湖秋季水气界面CH_4通量最重要的影响因子,南湖湿地秋季固定249.96t CO_2当量的含碳温室气体。     

三峡库区干流及库湾支流(朱衣河)夏季CO_2分压及扩散通量

以三峡库区中长江干流及其支流朱衣河作为主要研究对象,于2013年5—7月对该研究区域干支流的CO_2分压进行了研究,并计算出CO_2的扩散通量.研究结果表明,在水体剖面上表层水体CO_2分压最小;随着水深增加,CO_2分压急剧增大,到达10m后才保持稳定.干支流表层水体CO_2分压的分布和扩散通量差异显著.5—7月,干流水体表层CO_2分压为220.8~268.0 Pa,CO_2扩散通量为51.05 mmol·m~(-2)·d~(-1);支流水体表层CO_2分压为14.9~190.3 Pa,3个月的CO_2扩散通量分别为0.42,-0.12和20.83 mmol·m~(-2)·d~(-1).研究结果表明,支流释放的CO_2远小于干流.     

内蒙古白银库伦湿地大型土壤动物初步调查

于2006—2008年对内蒙古白银库伦湿地夏季大型土壤动物作了初步调查.结果显示,所调查动物类群隶属于2门4纲7目15科.虽然群落构成以鞘翅目昆虫为主,但优势类群因生境不同而异.沼泽草甸生境中正蚓科和蚁科为优势类群,在此生境中发现了牙甲科,属内蒙古草原首次发现;而芨芨草草甸生境的优势类群为步甲科、象甲科和蚁科.沼泽草甸和芨芨草草甸的大型土壤动物密度分别为232.4头/m2和162.3头/m2,生物量分别为5.36 g/m2和5.74 g/m2,2类生境间的差异没有统计学意义(p0.05).2类生境中土壤动物的密度和生物量均主要集中于0~10 cm土层,10 cm以下土层土壤动物急剧减少.     

川西北高寒草甸生长季土壤氮素动态

研究了川西北高寒草甸生长季土壤氮素变化特征,结果表明:研究区0～40 cm土层在整个生长期内,有机质含量均高于60 g.kg-1,全氮含量高于2.83 g.kg-1,养分含量丰富.浅丘山地草甸土壤氮素随季节变化呈现增加的趋势,植被覆盖变化(浅丘山地灌丛)或退化程度增加(丘前阶地草甸)使得土壤氮素随季节呈现出先减少后缓慢增加的变化,但影响主要表现在0～30 cm土层中,并且越往表层,差异越大.川西北高寒草甸土壤C/N值偏小(<25),利于氮的矿化养分释放.由于研究样地中灌丛的出现,虽然没有引起明显的"沃岛"现象,但加大土壤养分空间异质性的趋势.     

不同林龄杨树人工林土壤有效氮对 模拟氮沉降的初期响应

为了解森林生态系统对持续氮增长和快速氮循环的响应模式及反馈机制,选择3种林龄杨树人工林作为试验样地,设置N₀(0 g/(m²·a))、N₁(5 g/(m²·a))、N₂(10 g/(m²·a))、N₃(15 g/(m²·a))、N₄(30 g/(m²·a))共5个不同浓度进行模拟氮沉降实验,探讨3种林龄杨树人工林土壤有效氮含量及对模拟氮沉降的响应。结果表明:①幼龄林、中龄林和过熟林的铵态氮占总有效氮含量的比例分别为18.50%～28.81%、23.14%～34.52%和32.60%～49.92%; ②随着外源氮浓度的不断增加,3种林龄土壤硝态氮含量都呈显著的增加趋势,且高氮处理对有效氮的影响高于低氮处理,而铵态氮只在幼龄林和中龄林中高氮处理(N₃和N₄)之间差异显著; ③幼龄林土壤硝态氮含量对不同浓度的氮沉降响应比中龄林和过熟林更为敏感,而铵态氮在3种林龄之间无显著规律; ④3种林龄土壤表层(0～10 cm)的铵态氮、硝态氮含量对氮沉降响应更加敏感。     

官厅水库底泥中碳的分布及累积特征

水库的拦蓄作用显著改变了天然河流的输运过程,库区底部成为重要的碳积蓄场所.本文通过野外调查和实验测量,研究了官厅水库4个典型区域(近岸区、河口区、浅水区和深水区)底泥柱状样中碳的组成、分布特征以及累积现状.结果表明,不同区域底泥碳含量的差别较大,从大到小依次为近岸区(3.04%)河口区(2.48%)浅水区(1.52%)深水区(1.49%),其中有机碳所占的比例分别为64%、52%、56%和55%.四个区域间无机碳含量的分布没有明显差别,而有机碳含量差异显著.河口区底泥沉积受上游河流淤积作用的影响,有机碳含量随深度变化波动,而其它区域有机碳含量都表现出随深度逐渐减小的特点.受不同区域泥沙淤积、植被类型以及水动力条件变化的影响,底泥的碳埋藏率差别很大,分别为河口区(1300g/(m2·a))、近岸区(156g/(m2·a))、浅水区(70g/(m2·a))和深水区(40g/(m2·a)).     

环境因子对沙坡头人工植被区碳通量的影响

基于腾格里沙漠东南缘沙坡头人工植被区涡度相关通量观测数据,对人工植被区碳通量及环境因子进行分析.研究表明:碳通量的月均日变化和季节变化趋势明显.该生态系统在生长季(4-10月)各月均为碳汇,6月份碳吸收最多,日吸收量最大值也出现在6月份.由于遭遇严重干旱、持续高温、强辐射和大饱和水汽压差,使叶片的气孔阻力较大,抑制了植物的光合作用,盛夏7月净生态系统CO_2交换量较相邻月份小.采用通径分析方法解析了光量子通量密度、净辐射、饱和水汽压差、空气温度、空气相对湿度、5 cm土壤温度、5 cm土壤含水量和风速等环境因子与碳通量的关联性,结果发现白天碳通量的影响因子以光量子通量密度和饱和水汽压差为主,光量子通量密度是影响净生态系统CO_2交换量的最主要因子,饱和水汽压差次之.光量子通量密度与碳通量呈直角双曲线的关系,净生态系统CO_2交换量随光量子通量密度的增加而减小,但当饱和水汽压差大于1.5 kPa时,这种减小关系的程度有所减弱.不同月份的光响应模型参数光饱和时的最大光合速率、表观初始光能利用率和白天生态系统暗呼吸速率不同,三者的最大值都出现在6月份.夜间生态系统呼吸的主导因子为空气温度,次要因子为5cm土壤含水量.当土壤干旱(土壤含水量小于3.5%)时空气温度超过21.25℃后会降低夜间生态系统呼吸速率.     

温暖化加剧青藏高原高寒草甸土非生长季冻融循环

在2013年10月至次年4月,首次利用微根管直接观测和土壤温度间接观测相结合的方法,研究增温对青藏高原高寒草甸土壤冻融循环过程的影响。结果显示:1)全年增温和冬季增温均显著增加非生长季5,10,20 cm的土壤温度,而且冬季增温处理下的5~20 cm土壤非生长季月平均温度比全年增温处理下的高0.01~0.18oC;2)全年增温和冬季增温显著降低了完全冻结期和冬春解冻期的冻土层厚度,而对秋冬始冻期的冻土层厚度没有影响;3)全年增温和冬季增温显著减少了完全冻结期的持续天数和增加冬春解冻期的持续天数,而对秋冬始冻期的持续天数没有影响;4)冬季增温比全年增温对冻土层厚度和冻融循环持续天数的影响更加显著。研究表明,在青藏高原高寒草甸气候温暖化的趋势下,非生长季土壤冻融交替天数的增加,可能会进一步对高寒地区的地下碳氮循环产生重要的影响。     

江阴市植被净初级生产力及碳汇价值分析

利用遥感影像、逐日气象观测记录等相关数据,应用基于过程的生物地球化学模型(BEPS),对江阴市市域范围内的土地利用状况及年净初级生产力进行了研究,并对植被系统C02吸收功能的价值进行了估算.结果表明:1991-2002年,江阴市陆地生态系统的总平均NPP由818 g/(m2·a)下降为699 g/(m2·a),其生态系统服务的碳汇价值也下降了0.88亿元.期间江阴市建设用地面积扩张及由此导致的林地、农田面积萎缩,成为江阴市陆地生态系统年净初级生产力下降的主要原因,森林植被质量变化对区域NPP下降的影响较小,而气候变化产生的影响不明显.     

松嫩草地碳和水通量对全球变化的响应

全球变暖和氮格局的改变对生态系统碳通量的变化具有深远的影响,长期的模拟增温和氮沉降实验对预测21世纪全球气候变化下草地生态系统生产力和碳匮缺的响应有着至关重要的意义.在中国东北松嫩草地开展4年的增温和施氯实验,通过测定羊草草地光合特性,试图揭示全球变化对羊草草地的碳、水通量产生的影响.试验采用一个封闭的光合测定系统(LI-6400)测定草地的碳、水通量变化,通过计算CO2的变化量确定净生态系统CO2交换量.结果表明,增温降低了净生态系统CO2交换量(NEE),净生态系统生产力(GEP)和生态系统蒸腾作用(ET),升高了生态系统呼吸(ER)和水分利用效率(WUE);施氮处理刺激了NEE、ER、GEP和WUE;增温加施氮处理,氮素的添加缓解了因增温对生态系统产生的负效应.碳、水通量对全球变化的响应是通过改变生物群落中优势物种羊草的数量实现的,全球变化能在短期内迅速改变松嫩草地的碳通量.这些结果都有助于理解未来生态系统碳循环对全球气候变化的反馈.     

珠三角大气多环芳烃(PAHs)的干湿沉降

为研究大气有机污染物的沉降作用对周边环境的影响,以大气中多环芳烃的沉降为例,使用被动采样器,于珠江三角洲代表性地段(包括香港)系统布设了13个大气干湿沉降采样点,分季节进行了为期1年的连续观测研究(200104-200204).结果显示,扣除挥发性较高的萘后,珠江三角洲大气中总多环芳烃(∑PAH)的干湿沉降通量在85ng/(m2·d)(香港)和1 114 ng/(m2·d)(广州)之间,平均通量为463 ng/(m2·d).各采样点沉降通量均表现出冬季略高于夏季的特点.主成分分析结果揭示了在区内亚热带季风气候条件下,水、热因子的不同组合是控制大气PAH干湿沉降的主导因素.