陆地生态系统土壤呼吸的观测与模拟

主要对陆地生态系统土壤呼吸的观测方法、观测尺度、模拟方法、应用价值进行评述,以期为更深入地研究土壤呼吸这一重要的碳循环过程提供一些参考依据。土壤呼吸是土壤向大气释放CO_2的过程,其对生态系统碳平衡具有重要影响。土壤呼吸的观测方法主要包括碱液吸收法、密闭箱–气相色谱法、红外气体分析法。土壤呼吸的观测尺度主要包括日变化、生长季变化、年际间变异、空间变异。在获得充足实测数据的基础上,半经验模型可有效地模拟土壤呼吸的时空变异。这些半经验模型以降水、气温、土壤性质、植被特征、氮沉降、经纬度作为输入变量,是当前估算全球土壤呼吸的主流模型,其估算的全球土壤呼吸量的合理范围为88.0~98.0 Pg·a~(-1)(以C计)。土壤呼吸研究具有重要的应用价值:(1)土壤呼吸是土壤肥力状况的表征指标;(2)土壤呼吸与其他碳通量指标具有相关性,利用模拟的土壤呼吸量值可估算其他碳通量;(3)土壤呼吸对全球变化的响应规律是生态系统对全球变化的响应规律的重要表现方面。今后的研究应关注土壤呼吸与气候、土壤、植被因子的同步观测,这将大大提高土壤呼吸时空变异模拟的准确性,还应对一些典型生态系统的土壤呼吸进行长期定位观测,这有助于分析土壤碳库对环境因子变化的响应规律。     

太湖春季水-气界面碳通量日变化观测研究

利用静态箱观测法对春季太湖不同生态类型(藻型、草型)的湖区春季水-气界面碳通量进行了昼夜连续观测,结果表明,水-气界面碳通量存在显著日变化规律,其极值均出现在凌晨5:00和下午2:00左右,但不同湖区碳通量的日变化存在明显差异。在富营养化较严重的梅梁湾湖区,昼间主要为大气CO2的汇,其平均碳通量为-7.74 mg/(m2h),夜间主要为大气CO2的源,其碳通量为5.32 mg/(m2h);湖心区域,夜间为大气CO2的源,日间在源和汇间波动。而在水质较好的东太湖区域,昼夜均为大气CO2的源,其平均碳通量为11.63 mg/(m2h)。     

陆地碳平衡对大气CO_2升高的响应及其机制

研究陆地碳平衡对大气CO2浓度升高的响应,能为揭示碳失汇之迷提供有力证据,为制定缓解全球变化的合理政策措施提供理论依据.综述了陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应及其町能的机制,由于陆地生态系统的复杂性,以及不同的研究在具体的对象、时间、地点、方法和角度的差异,目前有关陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应还存在很大的分歧.陆地碳库主要可分为植被碳库和土壤碳库,大气CO2浓度升高主要是通过影响光合作用、土壤养分、水分供应、光照条件、群落组成、光合产物分配等方式影响植被碳库;而土壤碳库的响应机理主要包括光合产物向土壤的输入量、脱落物质量、养分循环、光合产物分配、根系周转期、微生物活性等的响应.关于陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应今后应该主要集中在:(1)不同生态系统影响全球植被碳库变化的主导因子;(2)大气CO2浓度升高与其他环境因子的互作效应;(3)大气CO2浓度升高对植物光合作用的促进效应与光合作用适应性间的关系;(4)地上碳库与地下碳库间的相关性,及其对大气CO2浓度升高的分别响应;(5)克服目前实验方法存在的局限性.     

农田土壤呼吸对大气CO2浓度升高的响应

大气CO2浓度急剧升高引起的全球气候变暖是人们关注的环境问题之一.随着气候变化对全球生态环境的影响日益增大,全球碳循环研究已经成为各国科学家研究的热点之一.模拟大气CO2浓度升高试验技术先后经历了人工气候室、开顶式气室、FACE技术(Free Air carbon dioxjde eariclament)阶段,FACE技术因其无限接近自然条件而成为研究大气CO2浓度增加对整个生态系统影响的最理想试验平台.土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节,农田生态系统是陆地生态系统的重要组成.研究农田生态系统的土壤呼吸对大气CO2浓度增加的响应是预测和评价农田系统乃至整个陆地生态系统土壤碳周转和碳收支的重要前提与基础.文章根据现有研究成果.阐述了模拟大气CO2浓度升高的试验技术,比较了农田土壤呼吸的测定方法,总结了以FACE研究成果为主的高CO2浓度条件下农田土壤呼吸、不同地下来源贡献及环境因子影响,提出了进一步研究的方向,以期为全球气候变化背景下的农田土壤呼吸和碳固定及全球碳循环研究提供帮助.     

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.     

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。     

红壤丘陵区晚稻生长期间CO2的排放与固定规律

采用静态箱法对红壤丘陵区稻田生态系统CO2排放与固定进行定位观测.结果表明,晚稻生长期间稻田生态系统CO2通量的日变化随天气条件(晴天、雨天、阴天)的变化而变化,CO2日净固定量在晚稻生长期间波动性很大,最高达10.35 g·m-2·d-1,在晚稻成熟期表现为CO2负固定,为-0.92 g·m-2·d-1;整个晚稻生育期,稻田生态系统CO2累积排放量和土壤呼吸CO2排放量分别为20.4和6.3 t·hm-2,稻田生态系统CO2累积排放量与水稻生物量之间存在极显著幂函数关系.在整个晚稻生育期,稻田生态系统从大气中吸收碳量为3.85 ～4.00 t·hm-2.     

广西红树林净生态系统碳交换变化特征及影响因子研究

为了研究广西红树林CO_2通量变化特征及其调控机制,利用2019年北海红树林生态观测试验站涡度相关系统观测的红树林碳通量和气象观测数据,分析红树林净生态系统碳交换变化特征及其与气象因子的响应关系。结果表明,广西红树林净生态系统碳交换的平均日变化曲线呈"U"型分布;在月尺度上,碳汇峰值出现在2月,最小值出现在6月;在季尺度上,不同季节碳汇峰值呈秋季春季冬季夏季的趋势;净生态系统碳交换月累积最大值为11月(-45.23 g·m~(-2)·月~(-1)),最小值为7月(-16.95 g·m~(-2)·月~(-1));广西红树林净生态系统碳交换、总呼吸和总初级生产力年累积量分别为-386.68、862.49和-1 249.18 g·m~(-2)·a~(-1),3者均低于福建和广东红树林;光合有效辐射是对净生态系统碳交换产生直接影响的主导因子,饱和水气压差是对净生态系统碳交换产生间接影响的主导因子,降水量是净生态系统碳交换的限制因子。     

森林生态系统土壤呼吸测定方法研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是最大的植被碳库和土壤碳库,其碳通量和碳储量的变化对生态系统的碳循环乃至全球碳收支平衡具有决定性影响。土壤呼吸是森林生态系统碳循环过程的关键环节,亦是森林生态系统的碳素向大气输出的主要途径,是土壤圈与大气圈交流的重要形式,是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。目前,土壤呼吸已经成为陆地生态系统向大气排放CO2最大的源,在区域乃至全球碳循环与碳平衡中具有重要作用。随着全球气候变化的加剧,森林土壤呼吸在全球碳平衡中的作用引起了人们的广泛关注,成为科学界研究的热点问题。土壤呼吸测定方法是科学有效地测定土壤呼吸的重要手段以及对土壤呼吸定量化研究的重要媒介,科学有效地加强森林土壤呼吸测定方法的精确化与定量化研究,对了解森林土壤呼吸在全球碳循环和碳平衡中的地位以及实现森林土壤碳汇效应与固碳潜力的研究均有重要意义。本文系统阐明了森林土壤呼吸的国内外研究现状及进展、论述比较了土壤呼吸的各种测定方法,特别比较了静态气室法和动态气室法的优缺点,为人们对测定方法的选择提供参考。虽然测定森林生态系统土壤呼吸的方法均存在某种程度的不足,但目前最理想的方法是动态红外气体分析法,亦是最可靠的方法之一。此外,本文亦阐述了森林生态系统土壤呼吸各组分的区分方法,最后讨论了森林生态系统土壤呼吸测定方法研究存在的问题,探讨了解决问题的方向,并总结了土壤呼吸测定方法研究的趋势以及进一步的研究发展方向。     

广州海珠湖城市湿地CO_2通量特征

城市湿地是陆地湿地生态系统碳库的重要组成部分,研究城市湿地在人为干预环境下的碳排放特征以及影响因素对控制湿地排放温室气体具有重要意义.本研究通过静态箱-气相色谱法研究广州市海珠湖湿地在2013年12月至2014年11期间的美人蕉(Canna indica,CI)、野芋(Colocasia tonoimo,CT)、蓝花草(Aphelandra ruellia,AR)群落湿地的CO_2通量季节性变化以及相关环境因子.结果显示:CO_2的通量季节性变化明显,美人蕉、野芋通量最大值集中在3月至5月期间,而蓝花草通量峰值集中在9月至10月期间,分别为~(-1) 168.37、-607.57、-751.02 mg m~(-2) h~(-1),季节性CO_2通量强弱表现为夏季春季秋季冬季.美人蕉、蓝花草、野芋的年平均通量分别为-579.30、-373.05、~(-2)90.43 mg m~(-2)h~(-1),3种湿地植物的CO_2固定能力强弱比较为美人蕉蓝花草野芋.湿地植物、大气温度、水力条件是影响城市湿地CO_2通量的主要因子,高温促使城市湿地排放更多的CO_2,而高水位则主要通过限制土壤呼吸以减少CO_2排放;水中的氨氮含量上升显著增强美人蕉群落CO_2吸收能力.本研究表明,观测期内海珠湖湿地生态系统表现为CO_2的汇,CO_2固定量约为1 524.02 t,人为的湿地植物管理和水文调控能进一步促进湿地植物吸收CO_2并减少湿地土壤和植物排放CO_2,从而提升城市湿地的碳汇能力.     

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

湿地生态系统CO2净交换、水汽通量及二者关系浅析

湿地生态系统碳循环是陆地碳循环研究中的重要组成部分,对于全球变化具有重要意义。水汽通量是影响湿地生态系统碳循环最重要、最基本的生态因子之一,与湿地生态系统CO2净交换密切相关。本文在总结湿地生态系统CO2净交换与水汽通量变化基本规律及其主要影响因子的基础上,从宏观和微观2个方面分析二者之间的内在关系。从宏观上看,湿地生态系统本身的特点决定了CO2净交换与水汽通量之间必然是相互影响、相互制约的;就微观而言,叶片尺度上的气孔行为是水分蒸腾和净碳通量这两个生理生态过程相互联系的纽带。最后,对湿地生态系统CO2净交换与水汽通量关系的研究方向提出展望。     

燕山典型流域两种造林树种生态系统碳储量及固碳潜力研究

选择燕山典型流域6个林龄序列的小叶杨（Populus simonii）和5个林龄序列的山杏（Prunus sibirica）主要造林树种为研究对象,利用时间替代空间样地测量法量化退牧还林后生物量碳储量、凋落物碳储量和土壤碳储量及生态系统碳储量的变化规律,同时以各组成碳库-林龄序列中的最大碳储量之和作为生态系统饱和碳储量,以未退牧的天然草地生态系统碳储量作为初始植被类型的碳储量,分析总结了退牧还林对生态系统碳储量和碳循环的影响。结果表明,退牧还林后生态系统的生物量碳储量、凋落物碳储量基本随退牧年限的增加而增加,土壤碳储量随退牧年限的增加呈现先减小后增加的趋势。在没有人为干扰的情况下,9、15、18、22及29 a生小叶杨林的生态系统碳储量分别为7147.45、7461.67、7509.895、8468.375及8247.85 g·m^-2,9、15、18、22及26 a生山杏林的生态系统碳储量分别为6695.44、6700.82、8011.86、8001.92及7981.92 g·m^-2;9、15、18、22、29及36 a生小叶杨林的生态系统固碳潜力分别为757.08、1071.3、1119.53、2078.01、1857.48及1312.21 g·m^-2,9、15、18、22及26 a生山杏林的生态系统固碳潜力分别为310.45、1621.49、1611.55、1591.55及757.08 g·m^-2。长期来看,研究区退牧还林对提高生态系统碳汇能力是可观的、积极的。研究结果对提高造林对碳汇影响的估测能力提供数据支持,也为政府参与国际全球气候变化的谈判提供一个很好的案例研究和科学根据。     

基于地理探测器的中国陆地生态系统土壤有机碳空间异质性影响因子分析

中国陆地生态系统土壤有机碳库对全球生态系统碳平衡具有显著影响。为揭示土壤碳库空间分布的潜在主控因子并为今后建立碳库空间分布模型提供依据,利用地理探测器对中国陆地生态系统表层土壤(0—20 cm)有机碳密度的影响因子(气温、降水量、DEM、NDVI、陆地生态系统类型、人口密度)进行空间分异性探测和定量归因。结果表明:自然因素是全国和区域尺度陆地生态系统表层土壤有机碳密度的主要因素,而人为因素影响较小。全国尺度各影响因子按解释程度大小排序分别为:温度(0.22)>NDVI(0.16)>DEM(0.12)>陆地生态系统类型(0.09)>降水量(0.06)>人口密度(0.04);自然因素中的气候因素是中国陆地生态系统表层土壤有机碳密度空间分异性的主要影响因子,温度与降水量交互作用的解释程度为0.37,其中温度的作用尤为重要;气温因子与土壤有机碳密度在相对寒冷的地区(均温<15℃)呈负相关,但在更热的地区则呈正相关,意味着生态系统碳平衡对未来气候变暖可能表现出异质性的响应特征;强烈的因子互作效应表明,中国陆地生态系统表层土壤有机碳空间分异性是由多种因子共同作用影响而非单一因素决定;中国六大分区(东北、华北、华东、西北、中南、西南)陆地生态系统表层土壤有机碳密度的各影响因子解释程度存在差异,体现出土壤有机碳密度的主控因子的空间异质性。     

湿地生态系统碳汇与碳源过程的控制因子和临界条件

湿地生态系统由于其自身的结构组分特征,已成为地球表层系统中最为重要的碳汇。但是近年来对于湿地系统的不合理开发利用、降水减少等原因使其碳＂汇＂功能减弱,湿地的碳蓄积能力下降且有转变为碳＂源＂的趋势。文章从湿地生态系统的水份、植物类型、土壤厚度、微生物（底物、pH、温度、氧化还原条件）等方面总结了影响湿地碳汇/源过程的控制因子和临界交替条件。湿地水位的高低决定湿地的氧气环境,与甲烷产生量成正相关,但却与二氧化碳产生量有一定的负相关关系。湿地植物通过通气组织与根系分泌物等影响湿地碳的吸收与排放通量,湿地植株的高度、覆盖率等也是影响湿地作为碳汇与碳源的重要因素。不同深度土层由于其产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性不同导致各个土层碳吸收、排放通量的差异,通常浅层土壤中的CO2、CH4的产生率高于深层土壤。微生物的活跃程度直接影响到湿地碳的吸收与排放,影响活跃程度的因素包括湿地底物、pH、温度与氧化还原条件等。湿地底物浓度的增加会在一定程度上提高甲烷的产生率,中性或者是弱碱性环境是产甲烷菌的最适宜条件,在一定范围内温度越高,甲烷产生量越大,而温度对于二氧化碳的影响则是通过改变光合作用来实现。氧化还原电位与甲烷产生量成负相关关系,-150 mV是产甲烷菌产生甲烷的最高电位。总体上,由于湿地生态系统的复杂性和碳吸收与排放过程的复杂,以上这些因子相互作用,且在一定条件下会相互转化。最后针对如何充分发挥湿地生态系统的碳＂汇＂功能,控制湿地向碳＂源＂转化的条件措施方面进行了讨论,包括间歇灌溉、种植多年生草本植物或木本植物等来增强湿地的固碳能力。     

南川市三泉镇岩溶区农田生态系统有机碳密度

通过在重庆南川市三泉镇岩溶区选取样地进行植被样方观测、植被与土壤样品采集与实验分析,进而计算和讨论该区不同土地利用方式下农田生态系统植被碳密度、土壤有机碳密度和农田生态系统总有机碳密度.结果表明不同土地利用下农田生态系统无论是植被有机碳密度.土壤有机碳密度,还是整个农田生态系统有机碳密度都存在十分明显的差异.在4种农田生态系统土地利用类型中,冬水田的有机碳密度最高,两季田次之,旱地和菜地有机碳密度最低.而且土壤有机碳在农田生态系统有机碳密度的组成中占主导地位(占90%以上).因此,进一步发展生态农业,搞好生态环境建设,维持农田生态系统土壤有机碳储量的稳定是该区土地合理利用和农田生态系统碳减排的首要任务.同时通过改进耕作制度和措施,提高农业生产水平;不断探索农作物秸杆的综合利用,增加农田生态系统有机碳的滞留时间等措施也是农田生态系统碳减排的有效途径之一.     

A new scheme for initializing process-based ecosystem models by scaling soil carbon pools

Process-based ecosystem models are useful tools, not only for understanding the forest carbon cycle, but also for predicting future change. In order to apply a model to simulate a specific time period, model initialization is required. In this study, we propose a new scheme of initialization for forest ecosystem models, which we term a “slow-relaxation scheme”, that entails scaling of the soil carbon and nitrogen pools slowly during the spin-up period. The proposed slow-relation scheme was tested with the CENTURY version 4 ecosystem model. Three different combinations of scaled soil pools were also tested, and compared to the results from a fast-relaxation regime. The fast-relaxation of soil pools produced unstable, transient model behaviour whereas slow-relaxation overcame this instability. This approach holds promise for initializing ecosystem models, and for starting simulations with more realistic initial conditions.     

不同林分土壤有机碳密度研究

在全球气候变化背景下,森林土壤有机碳作为土壤碳库的重要组成部分,已成为森林生态系统碳循环研究的重点之一;而森林土壤有机碳在剖面上具有明显的垂直分布差异,根据土壤发生层次特点,分别研究各层土壤有机碳含量分布规律,对于准确确定森林土壤碳储量具有重要意义。2008年7月在北京西山妙峰山林区侧柏（Platycladus orientalis）林、刺槐（Robinia pseudoacacia）林、栓皮栎（Quercus variabilis）林和侧柏、油松（Pinus tabulaeformis）混交林内,分别随机选取3个位置挖土壤剖面,然后根据土壤发生层次性特点,把各剖面划分为四个土层（0～10 cm,10～20 cm,20～40 cm和40～60 cm）,每层用环刀取样测定土壤容重,用土壤袋采集1 000 g的土壤样品,经除杂、风干、过筛等程序后,对土样的有机碳含量和碳密度进行了测定和初步研究。结果表明：4种林分下土壤有机碳平均含量和土壤有机碳密度不同,不同林分土壤0～10 cm有机碳含量和碳密度最高,并且均随土壤深度增加呈降低的趋势;其土壤有机碳密度的大小顺序为：栓皮栎林〉侧柏、油松林〉侧柏林〉刺槐林。4种林分类型0～20 cm土层单位面积有机碳储量占总有机碳储量分别为：栓皮栎林51.1%,刺槐林44.2%,侧柏林43.0%,侧柏、油松混交林37.7%,平均为44.0%。     

湿地生态系统碳汇与碳源过程的控制因子和临界条件

湿地生态系统由于其自身的结构组分特征,已成为地球表层系统中最为重要的碳汇。但是近年来对于湿地系统的不合理开发利用、降水减少等原因使其碳汇功能减弱,湿地的碳蓄积能力下降且有转变为碳源的趋势。文章从湿地生态系统的水份、植物类型、土壤厚度、微生物(底物、pH、温度、氧化还原条件)等方面总结了影响湿地碳汇/源过程的控制因子和临界交替条件。湿地水位的高低决定湿地的氧气环境,与甲烷产生量成正相关,但却与二氧化碳产生量有一定的负相关关系。湿地植物通过通气组织与根系分泌物等影响湿地碳的吸收与排放通量,湿地植株的高度、覆盖率等也是影响湿地作为碳汇与碳源的重要因素。不同深度土层由于其产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性不同导致各个土层碳吸收、排放通量的差异,通常浅层土壤中的CO2、CH4的产生率高于深层土壤。微生物的活跃程度直接影响到湿地碳的吸收与排放,影响活跃程度的因素包括湿地底物、pH、温度与氧化还原条件等。湿地底物浓度的增加会在一定程度上提高甲烷的产生率,中性或者是弱碱性环境是产甲烷菌的最适宜条件,在一定范围内温度越高,甲烷产生量越大,而温度对于二氧化碳的影响则是通过改变光合作用来实现。氧化还原电位与甲烷产生量成负相关关系,-...     

基于DNDC模型评估水位变化对滨海湿地净生态系统CO2交换的影响

水位是影响滨海湿地生态系统蓝碳功能的重要因素。气候变化引起的海平面上升以及极端气候事件的频发,可能加快水位的变化,从而改变生态系统碳交换的过程。然而,滨海湿地碳汇功能响应水位变化的机制尚不清楚。为了评估水位对滨海湿地净生态系统CO₂交换(NEE)特征的影响,以及验证DNDC(denitrification-decomposition)模型对模拟预测滨海湿地生态系统碳交换的适用性,该研究设计了野外水位控制试验(自然水位,地下20 cm水位、地表10 cm水位),并利用DNDC模型模拟和预测水位变化对滨海湿地NEE的影响。结果表明:(1)不同水位处理之间NEE差异显著,地表10 cm水位处理促进CO₂吸收,地下20 cm水位则抑制CO₂吸收;(2)经过校准和验证的DNDC模型可以准确模拟水位变化对黄河三角洲湿地NEE的影响,NEE模拟值的日动态与田间观测结果显著相关(R²>0.6);(3)通过改变气候、土壤和田间管理等输入参数对DNDC模型进行灵敏度检验,生态系统碳交换过程对日均温、降雨和水位改变的响应最为显著,其中,水位对NEE的影响主要作用于土壤呼吸(Rs)。未来气候情境下,不同水位变化下的生态系统碳交换过程随年份增长呈现不同的规律,因此未来的模拟研究应关注DNDC中水文模块和植被演替过程的完善。该研究可为预测水文变化情境下滨海湿地碳汇功能的未来发展以及政策制定提供参考。