桂林岩溶表层带土壤CO2体积分数时空变化规律及其意义

通过2010—2011年的监测建立了桂林盘龙洞坡地和洼地不同深度土壤CO2体积分数的季节性变化。监测土壤CO2体积分数空间上变化为:坡地80 cm>50 cm>30 cm;洼地80 cm>100 cm>50 cm>30 cm。监测土壤CO2体积分数时间上变化为2010年7月和2011年6月未CO2体积分数达到最高值,2010到2011年冬季为土壤CO2达到最低值。由于受到大气降水量急剧减少的影响2011年土壤CO2体积分数整体比2010年低。显示大气降水量也是影响土壤CO2体积分数的重要环境因素。为我国固碳减排科学的选择时间和空间提供有力的依据。     

桂林岩溶表层带土壤C02体积分数时空变化规律及其意义

通过20lO-2011年的监测建立了桂林盘龙洞坡地和洼地不同深度土壤C02体积分数的季节性变化。监测土壤C02体积分数空间上变化为：坡地80cm〉50cm〉30cm;洼地80cm〉100cm〉50cm〉30cm。监测土壤C02体积分数时间上变化为2010年7月和2011年6月未C02体积分数达到最高值,2010到2011年冬季为土壤C02达到最低值。由于受到大气降水量急剧减少的影响2011年土壤C02体积分数整体比2010年低。显示大气降水量也是影响土壤C02体积分数的重要环境因素。为我国固碳减排科学的选择时间和空间提供有力的依据。     

岩溶表层带土壤温度和含水率对呼吸作用的影响

全球环境变化对岩溶区的碳循环产生重要的影响,而土壤呼吸作用在全球环境变化的影响和反馈的过程中具有十分重要的作用。因此,以岩溶区的岩溶表层带为研究对象,研究了土壤呼吸作用与土壤温度和大气降水量之间的响应机理和内在联系。研究结果表明：岩溶表层带的土壤呼吸作用具有单峰型的季节性变化特征。洼地0~5、10~20 cm 的土壤呼吸速率在范围变化分别为82.58 mg· m-2· h-1至412.89、151.39 mg· m-2· h-1至523 mg· m-2· h-1,最大值出现在8月中旬。坡地0~5、10~20 cm的土壤呼吸速率在范围变化55.05 mg· m-2· h-1至412.89、137.63 mg· m-2· h-1至495.47 mg· m-2· h-1,最大值出现也在8月中旬。洼地的土壤呼吸作用相对强于坡地,主要是由于坡地土壤相对洼地土壤较薄并且容易被降水冲刷搬运。在大气降水量不成为限制土壤呼吸作用的因子下,土壤温度为主要控制土壤呼吸作用的因子。因此,该研究可为控制土壤呼吸作用缓和大气CO2的升高和温室效应应对策略,为国家固碳减排的科学决策提供理论依据。     

北京灵山草地土壤CO2源汇和排放通量与温度湿度昼夜变化的关系

大气中温室气体含量不断升高是造成目前全球变暖的主要原因,而土壤CO2是大气CO2的重要来源之一。研究表明温度、湿度是土壤CO2最主要的气候影响因素,通过对植物夏季雨后次日对土壤CO2排放过程中的源(不同深度土壤CO2体积分数)、汇(大气CO2体积分数)和中间CO2气体交换通量(土壤CO2排放通量)、气温、土温以及表土湿度进行同步连续的昼夜观察,研究日和小时变化尺度上温度和土壤湿度对CO2地气交换的影响。结果表明土壤CO2排放通量、大气CO2和土壤CO2体积分数的昼夜变化特征不一致,只有土壤CO2排放通量与气温变化存在明显的正相关关系,在日变化尺度上随表土湿度增加而增加;表土湿度在日变化尺度和小时变化尺度上与草丛空气CO2体积分数正相关;土壤CO2体积分数则在日变化尺度上当表土湿度较小时与表土湿度正相关。气温主要影响土壤CO2向大气的扩散和对流过程,而不是昼夜尺度上影响土壤CO2体积分数变化的主要环境因素。     

贵州喀斯特地区不同土地利用方式土壤CO_2体积分数变化及影响因素

为了解不同土地利用方式对土壤剖面CO2体积分数的影响,采用气相色谱法对贵州喀斯特地区土壤不同深度空气CO2体积分数进行观测。结果表明：不同土地利用对土壤平均CO2体积分数影响较大,其次序为：次生林（0.35%±0.06%）〉草地（0.34%±0.05%）〉人工林（0.27%±0.03%）〉农田（0.16%±0.03%）。次生林、草地与农田之间土壤CO2体积分数差异性显著,而人工林与农田之间无显著性差异。不同土地利用方式土壤剖面CO2体积分数的时空变化特征比较一致：从春季到夏季逐渐增加而从秋季到冬季又逐渐降低,与该区域的温度和降雨量变化趋势一致。同时随着土壤剖面深度增加CO2体积分数逐渐增大,但在土层12 cm处有突然降低现象（农田除外）。不同土地利用方式土壤空气CO2体积分数变化与大气、土壤温度密切相关（r=0.602~0.886,P〈0.05）,土壤温度升高会导致土壤CO2体积分数上升。土壤湿度虽然也在一定程度上影响了剖面CO2体积分数,但相关性分析表明二者之间并不显著（r=0.105~0.393,P〉0.05）,说明在贵州喀斯特地区,土壤温度对土壤空气CO2体积分数的影响大于土壤湿度。     

干旱区不同种植年限苜蓿人工草地土壤CO2排放的主要影响因素

采用静态箱-气象色谱法对干旱区不同种植年限苜蓿人工草地土壤系统、土壤-植被系统的CO2排放通量进行了测定,并对土壤 CO2排放通量的主要影响因素,包括土壤碳氮质量分数、土壤温度、气温、土壤水分体积分数、生物量进行了测定分析,从而得到了苜蓿生长季内CO2排放通量规律及影响土壤CO2排放的主要因素。结果表明：观测期内各个年限土壤-植被系统与土壤系统的CO2排放趋势基本一致,总体表现为4a〉5a〉8a〉3a〉1a,表现出“夏季高秋季低”的季节变化规律,具有明显的季节变化动态,各样地CO2通量在7月中旬达到最高排放通量;土壤CO2排放通量与0~20 cm土层内土壤有机碳质量分数、活性有机碳质量分数、土壤C：N及土壤全N质量分数都具有正相关关系,并且都达到了显著水平;土壤CO2排放通量与5 cm土壤温度和大气温度都有正相关关系,并且显著水平很高（P＜0.001）;土壤CO2排放通量与0~10 cm土壤水分体积分数之间没有显著的相关性（P〉0.05）;土壤CO2排放通量与地上部分生物量的大小有直接的正相关关系,并且CO2排放通量与地上生物量具有相同的变化趋势。     

大气CO2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响

植物-土壤生态系统土壤呼吸与温度、水分环境因子的关系对评价目前大气CO2浓度持续升高背景下陆地生态系统土壤碳库的变化趋势具有重要意义.依托FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,利用阻断根法,采用LI-6400红外气体分析仪(IRGA)-田间原位测定的方法,研究了大气CO2体积分数升高对稻(Oryza sativa L.)/麦(Triticum aestivum L.)轮作制中麦田的土壤呼吸、基础土壤呼吸和呼吸主要影响因子,分析了大气CO2体积分数升高后温度与水分对土壤呼吸的影响.结果表明,在整个测定期间,土壤呼吸与基础土壤呼吸速率呈明显的季节变化,与气温和土壤温度季节变化趋势基本一致,呼吸速率与温度具有显著的相关性,是影响土壤呼吸的控制性因素;呼吸速率与土壤含水量无显著的相关性,土壤水分是研究区麦田土壤CO2排放的非限制性因素,且温度与土壤含水量间的交互效应对土壤呼吸的影响不显著.基础土壤呼吸比作物下的土壤呼吸更易受温度影响,土壤温度比气温能更好地解释土壤CO2排放的季节性变化.而CO2体积分数增加降低了温度与呼吸速率间的相关系数和Q10,表明温度对土壤CO2排放的影响程度下降.但高CO2体积分数环境中植物-土壤生态系统的土壤呼吸对温度增加敏感性的降低,有利于减缓土壤碳分解损失的速度.结果有助于评价未来高CO2体积分数气候变暖背景下植物-土壤系统下的农田生态系统土壤碳的固定潜力.     

大气CO2体积分数升高对植物N素吸收的影响

从影响植物N素吸收的因素来看，大气CO2体积分数升高条件下植物净光合作用增强，碳同化产物增多，利于改善N素吸收的能量和物质基础：植物根系生长增强，生物量增多且空间分布加大，有利于N素吸收；但土壤有效N供应能力的变化存在增强和减弱两种观点。从植物N素吸收的实际情况来看，大气CO2体积分数升高条件下植物N吸收总量并末增加，植物体内N质量分数普遍降低，某些种类植物N吸收形态也发生了改变。因此要阐明大气CO2体积分数升高对植物N素吸收的影响机制，必须探明土壤有效N供应能力的变化：CO2体积分数升高条件下N矿化作用是否增强，微生物和植物间是否存在对有效N的竞争，此外，CO2体积分数升高条件下植物根系形态特征变化和N素吸收(包括主动和被动吸收)的生理机制及其与环境因素的关系也值得进一步研究。     

大气CO2浓度升高对农田土壤颗粒组成及其碳周转的影响

采集FACE(Free Air CO2 Enrichment)平台下运行3年的水稻(Oryza sativaL.)/小麦(Triticum aestivumL.)轮作土壤(0~15cm耕作层土壤),利用超声波分散-湿筛分法对烘干土样进行颗粒分级,分析土壤各粒级及其碳、氮的分布特征,研究大气CO2浓度升高对土壤碳周转的影响。结果表明:高浓度大气CO2条件下稻/麦轮作3年后,土壤颗粒组成较对照发生了改变,>53μm粒级的质量分数减小27%(p<0.05),约占土壤总质量20%;53~25μm粒级的质量分数增大35%(p<0.05),约占土壤总质量25%;<25μm无明显变化,约占土壤总质量55%,三种粒级之间质量分数呈显著差异(p<0.05)。FACE条件下,不同粒级土壤颗粒碳质量分数在两个氮水平下平均为:>53μm(30.60g·kg-1),<25μm(13.08g·kg-1),25~53μm(12.85g·kg-1),氮质量分数分别为2.42g·kg-1,1.33g·kg-1,1.12g·kg-1。>53μm粒级的土壤颗粒碳、氮质量分数均极显著高于其它两个粒级(p<0.001)。FACE条件下土壤总碳、氮质量分数高于对照,增幅分别为6.2%和6.7%。从各粒级土壤颗粒碳、氮质量分数变化分析,新增碳、氮主要进入>53μm粒级中,表明该粒级土壤颗粒对土壤碳氮循环(转化和保存)起着重要作用。该研究结果表明高浓度大气CO2条件下,稻/麦轮作农田土壤将成为大气CO2的汇,这将为预测我国未来农田土壤碳的变化趋势提供科学依据。     

大气CO2体积分数升高对油松叶片光合生理特性的影响

近年来大气CO2体积分数不断升高,虽然CO2体积分数升高对植物影响的研究已取得一定进展,但目前针对城市森林树种的相关研究甚少。利用开顶式气室研究了大气CO2体积分数升高对沈阳市城市森林主要树种油松(PinustabulaefomisCarr.)光合生理特性的影响。结果表明,整个生长季内,与对照相比,在大气CO2体积分数为700×10-6条件下,油松叶片的Chla、Chlb及Chl(a b)质量分数提高,Chla/Chlb值降低,而类胡萝卜素质量分数则呈现出降低—升高—降低的趋势;整个处理期间,净光合速率显著提高,提高幅度为23.68%～133.18%(P<0.05或P<0.01);可溶性蛋白质量分数增加,并随着处理时间延长增加幅度增大,在通气40d时就达到差异极显著水平(P<0.01);大气CO2体积分数升高促进了油松叶片中可溶性糖、淀粉的积累;实验中并未观察到光合下调现象。     

大气CO_2体积分数升高对油松叶片光合生理特性的影响

近年来大气CO2体积分数不断升高,虽然CO2体积分数升高对植物影响的研究已取得一定进展,但目前针对城市森林树种的相关研究甚少。利用开顶式气室研究了大气CO2体积分数升高对沈阳市城市森林主要树种油松(PinustabulaefomisCarr.)光合生理特性的影响。结果表明,整个生长季内,与对照相比,在大气CO2体积分数为700×10-6条件下,油松叶片的Chla、Chlb及Chl(a b)质量分数提高,Chla/Chlb值降低,而类胡萝卜素质量分数则呈现出降低—升高—降低的趋势;整个处理期间,净光合速率显著提高,提高幅度为23.68%～133.18%(P<0.05或P<0.01);可溶性蛋白质量分数增加,并随着处理时间延长增加幅度增大,在通气40d时就达到差异极显著水平(P<0.01);大气CO2体积分数升高促进了油松叶片中可溶性糖、淀粉的积累;实验中并未观察到光合下调现象。     

大气CO2体积分数升高条件下玉米叶片抗氧化能力的变化

近年来大气中CO2体积分数急剧上升,对植物的光合作用、呼吸作用、水分利用等产生重要的影响.文章利用开顶式气室(OTC)研究了大气CO2体积分数升高条件下玉米(Zea mays L.)叶片抗氧化能力的变化.结果表明,整个生长季内,与对照相比,在高体积分数CO2(550×10-6)条件下,玉米叶片的相对电导率和MDA含量下降,说明膜脂过氧化程度有所降低;O2-·产生速率和H2O2含量与对照相比呈下降趋势并在灌浆期呈显著性差异(P＜0.05),但是随着熏蒸时间的延长,高体积分数CO2处理的植株O2-·产生速率和H2O2含量都逐渐降低,这说明高体积分数CO2下活性氧产生减少;SOD、POD、CAT的活性与对照相比明显升高并达到显著(P＜0.05)或极显著水平(P＜0.01);百粒质量、穗粒数和穗粒质量均高于对照,说明CO2体积分数升高有利于提高玉米的抗氧化能力,促进植物生长.     

北京大气中CO体积分数与风速关系

CO是城市大气中一种重要的污染物,在城市的光化学反应中扮演着重要的角色.以2004-08-2005-07期间北京中科院大气物理研究所连续观测的CO体积分数和风速数据为基础,研究了北京市大气中CO体积分数与风速的分布特征.结果表明,北京大气中CO体积分数受排放源和大气扩散能力的影响呈现冬季高,夏季低的季节变化特征.白天8 h (09:00-16:00) CO体积分数与风速分布频率存在负的统计相关性,相关系数r=0.93,K值为3.5±0.5.受观测点地理位置和周边道路机动车分布的影响,偏东气流控制时的CO体积分数是偏西气流的2.3倍.     

2003—2010年中国对流层CO2时空分布研究

利用2003年到2010年的美国宇航局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的AIRS(Atmosphere InfraRed Sounder)官方反演的对流层中层(500 hPa)左右一段气柱内的CO2体积混合比产品分析中国地区对流层的CO2体积分数分布时空变化特征。所用数据是对AIRS L3产品2°×2.5°网格数据进行处理分析得到。经过对这8年的观测数据(2003年1月—2010年12月)的数据分析研究发现:中国地区平均CO2的体积分数在空间分布上极不平衡,总体高值集中于北部。CO2对流层中层的高值区集中在35°—45°N,形成东北平原、内蒙古中西部地区、塔克拉玛干沙漠和塔里木盆地4个高值中心,而云南地区和西藏南部上空的CO2值偏低。与中国地区8年平均CO2体积分数变化特征大体一致,每月(8年平均值)分布趋势也呈北部地区和东部地区高而南方体积分数值相对低的特征。CO2月平均体积分数的最高值一般出现在每年的4月或者5月,而每年的最低值则出现在每年的1月。对流层中层CO2体积分数呈现明显季节变化,总体上来说,从2003年到2010年这8年中,平均春、夏两季对流层中CO2含量较高,而秋、冬季CO2低于春夏两季。     

2003—2010年中国对流层CO2时空分布研究

利用2003年到2010年的美国宇航局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）的AIRS（Atmosphere InfraRed Sounder）官方反演的对流层中层（500 hPa）左右一段气柱内的CO2体积混合比产品分析中国地区对流层的CO2体积分数分布时空变化特征。所用数据是对AIRS L3产品2°×2.5°网格数据进行处理分析得到。经过对这8年的观测数据（2003年1月—2010年12月）的数据分析研究发现：中国地区平均CO2的体积分数在空间分布上极不平衡,总体高值集中于北部。CO2对流层中层的高值区集中在35°—45°N,形成东北平原、内蒙古中西部地区、塔克拉玛干沙漠和塔里木盆地4个高值中心,而云南地区和西藏南部上空的CO2值偏低。与中国地区8年平均CO2体积分数变化特征大体一致,每月（8年平均值）分布趋势也呈北部地区和东部地区高而南方体积分数值相对低的特征。CO2月平均体积分数的最高值一般出现在每年的4月或者5月,而每年的最低值则出现在每年的1月。对流层中层CO2体积分数呈现明显季节变化,总体上来说,从2003年到2010年这8年中,平均春、夏两季对流层中CO2含量较高,而秋、冬季CO2低于春夏两季。     

北京近地层O3、NOx、CO及相关气象因子的分析

利用2004年9月--2005年7月北京市区近地层O3、NOx、CO和气象要素的连续观测资料,分析了近地层O3及其前体物体积分数的分布特征和日变化特征,同时采用非参数统计方法分析了近地层O3及其前体物体积分数的季节变化特征及局地气象要素对它们的影响.结果表明,CO和NO2的体积分数近似于Lorentz分布;O3、NO和NOx的体积分数满足指数分布.O3体积分数的日变化呈单峰型结构,午后15:00左右出现峰值,凌晨7:00左右出现最低值;而其前体物NOx和CO体积分数的日变化呈双峰型结构,早上7:00左右出现第一次峰值.午后15:00左右达到最低值,凌晨0:00左右出现第二次峰值;NO2第一次峰值的出现时间滞后于NO和CO;此外,NO2的最低体积分数晚上与白天几乎相当.O2体积分数的季节变化表现为夏季高,冬季低;与其相反,NO、NO2、NOx和CO几乎均表现为冬季高,夏季低.相对湿度、温度、风速与O3及其前体物的体积分数均具有显著的相关性.风速大于4.0 m/s时,O3的平均体积分数仍然增大.     

北京大气中SO2、NOx、CO和O3体积分数变化分析

为了探讨北京市大气污染物的污染水平和变化特征,2004年8月—2005年7月对北京大气中SO2、NOx、O3和CO体积分数进行了连续观测,并对比分析不同季节的变化特征。结果表明,SO2体积分数呈双峰曲线日变化,在08:00和23:00出现峰值。SO2采暖季日振幅明显高于非采暖季日振幅,采暖季SO2体积分数要比非采暖季高出3倍以上。NOx、CO体积分数在早晨07:00和傍晚20:00左右出现峰值,NOx体积分数最大值可达130×10-9,而CO体积分数最大值可达3300×10-9。NO有明显的日变化和季节变化,而NO2白天夜晚都维持在同一水平,且季节变化也不大。O3体积分数夏季远远高于冬季,日变化均呈单峰型分布,午后14:00—15:00出现峰值。     

稻田冬闲期CO2气体排放的观测研究

亚热带红壤稻作区是华中地区的主要生态系统类型,在生态、经济以及社会效益方面都起着非常重要的作用。为了解这一生态区域的碳循环过程的因素和机理,同时为进一步解释农田碳循环过程对温室气体CO2的影响提供科学依据,采用静态箱式法对亚热带红壤性稻田长达约5个月的冬季休闲期(2005年11月—2006年4月)CO2气体排放通量进行了田间原位观测,并结合同步气象资料进行了分析。结果表明:亚热带红壤性稻田冬闲期CO2通量与近地面CO2体积分数的季节变化基本同步,与地面稻田生态系统的CO2通量对大气CO2体积分数的影响60%;CO2通量日变化规律基本为昼吸夜排:白天表现为田间杂草光合作用的结果,受光合有效辐射的影响,CO2通量与光合有效辐射的关系符合对数曲线,相关性达到显著水平;夜晚则以呼吸过程为主,主要受温度的影响,CO2通量与温度呈线性关系,其中气温和5cm地温最适宜用作于描述夜间CO2通量对温度变化的响应的指标。亚热带红壤性稻田生态系统在149d的休闲期内从大气中累积吸碳量(以CO2计)约4.03t·hm-2,表现为大气的碳汇。     

不同土地覆被下岩溶表层系统CO2体积分数研究

对重庆金佛山林地、裸地表层岩溶生态系统CO2体积分数进行了野外监测,揭示了CO2体积分数变化规律,这种变化与土壤温度有密切的关系。林地与裸地各个层次土壤的CO2体积分数与土温呈一致性变化,随着土温的升高或降低而相应的增加或减少。文章进一步揭示了林地植被平抑这种动态效应,而裸地则响应于温度变化;这种不同植被系统下的动态差异在解释岩溶沉积记录和讨论岩溶作用与碳循环的关系时值得充分注意。     

大气CO2浓度升高对稻田土壤中微量元素的影响

利用中国的稻/麦轮作FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,应用DTPA浸提土壤的方法,研究大气CO2浓度升高对稻田土壤微量元素有效性的影响。位于扬州的中国稻麦轮作农田生态系统FACE试验平台于2004年6月开始运行,设有FACE圈(高CO2圈)与Ambient圈(对照圈,当前周围大气CO2浓度)2个处理,FACE区CO2浓度比Ambient区高200μmol·mol-1,每个处理含低氮与常氮2个氮肥水平。经过一个稻麦轮作后,分别于水稻生长的分蘖期、抽穗期、乳熟期和成熟期在每个副区多点采集0~5cm和5~15cm的土壤样品,再使用ICP测定土壤样品的DTPA浸提液的方法,得出土壤中有效态Fe、Mn、Cu和Zn的质量分数。结果表明,大气CO2浓度升高都不同程度的增加了0~5cm和5~15cm耕层土壤中DTPA提取态Fe、Mn、Cu、Zn的有效性,尤其对土壤有效Zn质量分数的增加达显著水平。不同N肥处理对土壤DTPA提取态Fe、Mn、Cu和Zn的质量分数无显著性的影响,CO2和N肥处理也未表现出显著性的交互作用。