亚热带稻田生态系统CO2通量的季节变化特征

为估算和评价稻田生态系统碳源/汇强度及其对大气CO2浓度变化的贡献,研究了稻田生态系统与大气间CO2交换通量的季节变化特征及其影响因素.采用涡度相关技术对我国亚热带稻田生态系统CO2交换通量进行了连续监测,在数据剔除、校正和差补的基础上,对瞬时CO2通量值进行计算求得日CO2通量值和年CO2通量值,并对CO2通量季节变化及其与主要气象因子的关系进行了探讨.结果表明,稻田生态系统光合吸收CO2通量(GPP)、呼吸排放CO2通量(Reco)和净吸收CO2通量(NEE)的季节变化均呈6～9月较高,1～5月和10～12月较低的对称分布.其中5～9月水稻生长时期的NEE总量占年总量的80%以上,对年NEE总量起决定性作用.光合有效辐射(PAR)和日平均气温(Ta)是GPP与NEE季节变化的最主要影响因子,二者与GPP和NEE分别存在显著的二元线性关系.年净吸收CO2总量为2475.6g/(m2·a),这表明我国亚热带稻田生态系统是大气CO2的汇.     

气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响

论文利用通用陆面模式CLM4.0-CN对全球陆地生态系统生物地球化学循环过程进行模拟,分析气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响。结果表明：气溶胶直接辐射效应使2007年全球陆地生态系统平均总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）、异养呼吸（R_H）、自养呼吸（R_A）以及净生态系统生产力（R_eco）都呈现出增加的态势。具体的变化特征则随着地区不同而表现出极大的差异,在非洲中西部、中国中东部、美国东南部和欧洲中南部地区GPP增加,在南美洲亚马逊地区及东南亚等地区GPP减少。NPP和R_A与GPP的分布基本一致。分析发现,气溶胶直接辐射效应导致陆地生态系统碳循环发生变化有如下两方面原因： 1）散射施肥效应,即植被阴生叶可以吸收的散射辐射（光合有效辐射）增加使其光合速率增加;2）辐射变化导致温度和湿度条件发生变化,从而改变植物生物物理和化学过程速率。     

亚热带稻田生态系统CO2通量的季节变化特征

为估算和评价稻田生态系统碳源/汇强度及其对大气CO₂浓度变化的贡献,研究了稻田生态系统与大气间CO₂交换通量的季节变化特征及其影响因素.采用涡度相关技术对我国亚热带稻田生态系统CO₂交换通量进行了连续监测,在数据剔除、校正和差补的基础上,对瞬时CO₂通量值进行计算求得日CO₂通量值和年CO₂通量值,并对CO₂通量季节变化及其与主要气象因子的关系进行了探讨.结果表明,稻田生态系统光合吸收CO₂通量（GPP）、呼吸排放CO₂通量（R_eco）和净吸收CO₂通量（NEE）的季节变化均呈6～9月较高,1～5月和10～12月较低的对称分布.其中5～9月水稻生长时期的NEE总量占年总量的80%以上,对年NEE总量起决定性作用.光合有效辐射（PAR）和日平均气温（T_a）是GPP与NEE季节变化的最主要影响因子,二者与GPP和NEE分别存在显著的二元线性关系.年净吸收CO₂总量为2?475.6 g/(m²·a),这表明我国亚热带稻田生态系统是大气CO₂的汇.     

凤阳山森林生态系统碳交换及其物候特征

凤阳山位于浙江省龙泉市南部,为亚热带典型森林生态系统保护区,受海洋性气候和季风的影响,是研究森林生态系统碳预算及其物候特征的理想之地。采用位于浙江凤阳山的涡动相关通量观测系统（EC）观测的2017年（除去9月）CO₂通量数据、气象数据并结合物候模型来分析本地尺度亚热带森林生态系统总初级生产力（GPP）、生态系统呼吸（Re）动态特征、不同时间尺度下的影响因子及其物候特征,结果表明：该生态系统全年扮演着碳汇的角色,净生态系统碳交换量（NEE）（除去9月）为?89 g?m^?2?a^?1（以碳计）,GPP总量为1377.75 g?m^?2?a^?1,Re总量为1288 g?m^?2?a^?1,GPP和Re的日变化和季节变化均呈单峰型,先增加后降低。GPP在不同的物候时期均为倒“U”型的变化趋势,而Re在夜间的生态系统呼吸略高于白天,且在日夜交替时刻会出现陡降现象。整个生态系统在174 d GPP增长率达到峰值0.25 μmol?m^?2?s^?1,达到最大恢复率;202 d的GPP增长率为0 μmol?m^?2?s^?1;228 d的GPP增长率最低,为?0.21 μmol?m^?2?s^?1,达到最大衰退率。不论是日尺度还是月尺度上,GPP和Re变化的主要驱动因素为空气温度,日尺度上Re较GPP对环境因子的变化更加敏感;反之,在月尺度上GPP对环境因子变化的响应比Re更加敏感。总体而言,凤阳山森林生态系统全年表现为碳汇,能够调节当地的二氧化碳浓度;生长季森林生态系统生长旺盛,稳定阶段的GPP与Re达到峰值;在不同的时间跨度上生态系统对环境因子的响应存在差异。     

辽河口芦苇湿地净生态系统CO2交换及其环境调控

采用涡度相关法,对2018年下半年辽河口国家级自然保护区内滨海芦苇湿地的净生态系统CO₂交换（NEE）、总初级生产力（GPP）和生态系统呼吸（R_eco）进行测量分析,研究海洋保护区内典型芦苇湿地生态系统-大气CO₂交换的变化规律及其环境调控。结果表明,有芦苇生长的7月－10月,各月NEE日变化曲线呈相似的“U”形,但变化幅度存在较大差异;非芦苇生长季的11月－12月,生态系统表现为微弱的净CO₂释放,NEE日变化轨迹与温度波动一致。该芦苇湿地生态系统的GPP、R_eco和NEE均呈现7月－10月数值较大、11月－12月数值较小的规律。7月－10月,白天CO₂交换主要受芦苇光合作用的影响,各月白天NEE与光合有效辐射（PAR）之间呈直角双曲线关系,PAR可以解释白天NEE变化的45%～54%。7月－12月,夜间R_eco与气温呈指数关系,气温可以解释R_eco变化的62%,生态系统呼吸敏感性（Q₁₀）为2.20。2018年下半年,辽河口国家级自然保护区内芦苇湿地生态系统累计GPP总值达到359.67 g C/m2,累计R_eco达到278.29 g C/m2,总净固碳量为81.38 g C/m2。     

黄土高原成龄苹果园生态系统CO2通量特征

黄土高原地区是中国和世界苹果(Malus demestica)集中连片栽培面积最大的区域,在生态环境改善中发挥了重要作用,然而关于黄土高原地区苹果园生态系统尺度上的碳通量研究很少.在本研究中,利用涡度相关技术对我国陕西黄土高原地区成龄苹果园生态系统的CO_2通量和气象因素进行了观测.基于2016年1月到2016年12月的观测数据,定量分析了此苹果园净生态系统碳交换(NEE)、生态系统呼吸(R_(eco))和生态系统总初级生产力(GPP)不同时间尺度及主要气象因素的变化,探究了光合有效辐射(PAR)和不同层次土壤温度(T_s)、空气温度(T_a)对NEE的影响.结果表明,苹果园生态系统NEE月总量在非果树生长季12、1、2和3月为正值(表现为碳源),生长季(4~11月)均为负值(表现为碳汇),整体表现为强烈的碳汇.生长季NEE月平均日变化在8月出现最大吸收峰[-17.08μmol·(m~2·s)~(-1)],11月吸收峰最小[-4.47μmol·(m~2·s)~(-1)];在非生长季NEE的月平均日变化非常微弱,昼夜变化不明显.GPP、Reco和NEE日总量的最大值分别为11.12、5.04和-7.34 g·( m~2·d)~(-1).GPP、Reco和NEE月总量的最大值分别为238.97、105.38和-144.44 g·(m~2·月)~(-1),月GPP和NEE总量在5~8月保持相对稳定的高值.全年GPP、Reco和NEE分别为1 223.2、525.2和-698.0 g·(m2·a)-1,表明我国黄土高原地区的成龄苹果园生态系统具有相对较高的固碳能力.夜间生态系统呼吸Reco.n与不同层次土壤温度、空气温度之间呈正相关关系,相关系数表现为T_(s-5 cm)T_(s-10 cm)T_(a-4 m)T_(a-8 m);光合有效辐射PAR可以解释白天NEE变化的80%以上.     

散射辐射对青藏高原高寒草地总初级生产力模拟的影响

太阳辐射的散射组分能够增强植被冠层LUE（light use efficiency,光能利用率）,因此需要在生产力模型中显式地加入散射辐射的影响,从而更准确地模拟植被冠层光合作用.以青藏高原高寒草地为研究对象,改进光能利用率模型,增加散射辐射模块,利用站点通量观测数据估计模型关键参数;结合区域尺度气象数据和遥感数据,模拟了2003—2008年青藏高原高寒草地区域尺度GPP（gross primary production,总初级生产力）,并量化了GPP模拟的不确定性,进而通过分析模型改进前后GPP空间分布及其不确定性的差异量化了散射辐射的作用.结果表明:考虑散射辐射对LUE的影响后,模型参数优化效果明显提升,青藏高原高寒草地GPP的模拟效果得到提升;2003—2008年青藏高原高寒草地GPP模拟值呈现东南部较大,西北部较小的空间格局,与不考虑散射辐射的结果一致,但GPP平均值由312.3 g/（m2·a）增至341.7 g/（m2·a）,增幅约9.4%,说明不考虑散射辐射会低估青藏高原高寒草地GPP;GPP模拟值不确定性的空间分布与不考虑散射辐射的结果一致,但是平均不确定性大小有所降低,从9.15%降至8.66%.研究显示,若在青藏高原高寒草地的GPP模拟中不考虑散射辐射,虽不会影响其空间格局,但会低估GPP模拟值的大小,同时增加其不确定性.      

夏玉米冠层内PAR截获及FPAR与LAI的关系

论文通过对河北栾城地区夏玉米生长期内晴天和昙天冠层中PAR的观测,研究了入射PAR、玉米冠层的反射PAR、透过玉米冠层到达地表的PAR、地表的反射PAR、地表反射率、玉米冠层吸收的PAR(APAR)、玉米冠层的反射率及地表反射率的日变化情况;根据冠层中各PAR分量计算出一天中各时刻的PAR吸收系数(FPAR)和日平均值,发现从玉米拔节期到灌浆期FPAR和叶面积指数(LAI)之间有很好的线性关系,其相关系数达0.994。     

光合有效辐射在大气中的衰减

2004年9月～2006年10月,在华北地区的4个站点开展了太阳辐射、气象参数等的综合观测,得到了光合有效辐射PAR、总辐射Q等的变化特征.水汽和散射因子对于PAR/Q和PAR有明显的影响.基于能量观点,建立了实际天气PAR小时累计值(时累)的经验模式,获得了较好的计算结果.水汽因子对于PAR在大气中的传输有一定的作用,应给予重视.计算表明,华北地区受水汽因子衰减到达地面的PAR以及占地面PAR的比例分别为7.99W.m-2和4.24%,受散射因子衰减到达地面的PAR以及占地面PAR的比例分别为172.36W.m-2和95.76%.华北地区受水汽因子和散射因子影响损失于大气中PAR分别为15.33、309.30W.m-2,这一能量损失表现出明显的季节变化和区域差别.敏感性实验表明,地表PAR对于水汽因子、散射因子的变化有不同的响应,PAR对散射因子的变化比对水汽因子的变化更敏感.水汽因子与PAR之间的关系与水密切相关,水汽因子项的真正含义应该是大气中的各种物质成分(气、液、固态)对于PAR的直接吸收和间接利用(通过化学和光化学反应,包括均相和非均相过程)的总和.利用PAR经验模式计算了大气顶的PAR,计算误差为-3.5%.在目前及未来研究中,应该重视和考虑消耗于大气中的且与水汽有关的这部分能量.基于能量观点分析实测资料并研究大气中的物理化学过程及其规律是一种行之有效的方法.     

NPP增长驱动下的中国森林生态系统碳汇

森林生态系统能够有效地吸收大气中的CO2,在一定程度上缓解全球变暖的压力。生态系统固碳能力取决于两个关键因素：NPP的增长强度与碳周转时间。本文通过对遥感监测到的森林生态系统NPP增长趋势进行校正,结合森林样地实测数据得到的碳分配系数与周转时间,建立了中国森林生态系统碳周转模型,并模拟了1982～1999年森林生态系统的碳汇量及其年际变化。结果表明：1982～1999年,我国森林生态系统的平均碳汇量为0.051 PgC a^-1,其中植被的碳汇量为0.034 PgC a^-1,凋落物的碳汇量为0.013 PgC a^-1,土壤的碳汇量为0.004PgC a^-1;不同森林类型中,常绿针叶林和常绿阔叶林的碳汇贡献最大,落叶针叶林和针阔叶混交林贡献最小;进一步分析表明森林植被的固碳效率显著地受到碳周转时间的控制。     

粤港澳大湾区植被CUE变化及与气候变化的关系

基于MOD17数据,采用趋势分析和相关分析法,研究了2000~2019年粤港澳大湾区植被生产力和植被碳利用率（CUE）变化及其与气候变化的关系.结果表明,粤港澳大湾区总初级生产力（GPP）和净初级生产力（NPP）均值分别为1.80和0.89kg·C/m²,呈中部低四周高的空间格局,CUE均值为0.51,呈中部和东南部略高于四周的空间格局;GPP和NPP总体呈增加趋势,其年际变化率均值分别为0.01和0.001kg·C/（m²·a）,GPP年增长率远高于NPP年增长率,不同植被类型GPP和NPP也呈增加趋势.植被CUE则呈逐年下降趋势,其年际变化率均值为-0.002a^-1,由于气候因子变化对光合作用速率和呼吸作用速率产生的不同程度影响,从未来发展趋势看,68.22%的区域表明CUE仍呈下降趋势,植被碳固定能力减弱;不同植被类型CUE存在差异,其中农田CUE平均值最高,为（0.511±0.014）,森林和草地CUE分别为（0.500±0.019）和（0.501±0.020）,从变化趋势看,不同植被类型CUE呈极显著下降趋势（P < 0.01）;GPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体呈正相关关系,其所占比例分别为94.52%、53.36%和90.58%,NPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体上也表现为正相关关系,其所占比例分别为86.86%、71.10%和85.97%.然而,CUE与气候因子的关系却有所不同.CUE与气温和累积降雨呈正相关关系,但与累积太阳辐射呈负相关关系,不同植被类型GPP、NPP和CUE与气温、累积降雨量呈正相关关系,GPP和NPP与累计净太阳辐射呈正相关关系,但CUE与累积太阳辐射却呈负相关关系.     

UV-B辐射增强对麻花艽叶片光合作用及相关生理参数的影响

采用20 W和40 W的UV-B灯辐射增强处理,测定分析了UV-B辐射增强对麻花艽(Gentiana straminea Maxim)叶片净光合速率及相关生理参数的影响. 结果显示:2008年8月3日,研究区大气温度从09:00开始上升,到14:00达到最高点,叶温和大气饱和水气压变化与气温变化趋势相似;光合有效辐射强度从07:00开始上升,至13:00达到最高,之后下降;麻花艽叶片净光合作用速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(E)和水分利用效率在对照下最高,在40 W UV-B辐射下最低;P_n在08:00—10:00最高,G_s在07:00—08:00最高,C_i在日出及日落时最高,E在09:00—13:00及14:00—18:00最高,水分利用效率在日出后最高;P_n与G_s,叶片温度,大气温度,光合有效辐射和大气饱和水气压亏缺呈正相关,与C_i呈负相关,与光合有效辐射强度的相关系数较高. P_n在光合有效辐射强度为0～800 μmol/(m2·s)时随光合有效辐射强度增加而增加,在2 200～3 000 μmol/(m2·s)时变化不大;G_s和E随光合有效辐射强度的增加而增加;C_i在光合有效辐射强度为0～800 μmol/(m2·s)时,随光合有效辐射强度的增加而呈下降趋势;水分利用效率在光合有效辐射强度为0～800 μmol/(m2·s)时随光合有效辐射强度的增加而呈增加的趋势,在800～3 000 μmol/(m2·s)时呈下降趋势. 说明UV-B辐射增强将使高寒草甸植物叶片P_n,G_s,C_i,E和水分利用效率降低.      

太湖地区太阳辐射与水温的变化特征及其对叶绿素a的影响

基于中国科学院太湖湖泊生态系统研究站1993年以来的常规监测资料,利用比较与数理统计相关分析方法对太湖地区的太阳辐射和水温变化特征及其对水体叶绿索a浓度的影响进行分析.结果显示,太湖地区太阳总辐射、光合有效辐射、光合有效辐射占总辐射的比例及水温总体上都呈上升的趋势.其中,光合有效辐射的增长速率大于总辐射的增长速率,年际水温增长率春季秋季>夏季.太阳辐射及水温的年内变化呈夏季大,春秋季次之,冬季最小的特征.此外,太阳辐射和水温与叶绿素a呈显著正相关关系(P<0.01),太阳辐射特别是光合有效辐射和水温的增加为藻类的大量生长和水华暴发提供了良好的物理条件,太湖蓝藻水华初始暴发时间有逐年前移的趋势且水华持续时间逐年增加.     

内蒙古草原光合有效辐射的计算方法

2002年夏季,对内蒙古草原太阳分光辐射以及气象因素进行了同步观测。依据一定的物理基础,在对实测资料进行分析的基础上,计算得到了内蒙古草原地区光合有效辐射某一时段累计值的经验公式。实际天气条件下,计算结果与观测值比较接近,该经验公式的适用性亦比较好。根据不同条件,可以选择不同的因子来计算光合有效辐射。当选择全部因子时,计算值与观测值的最大相对偏差为8 13%,平均相对偏差为2 45%。研究表明,大气中所有物质对光合有效辐射的吸收作用小于它们的散射作用。      

夏季太湖光学介质获取的光合有效辐射能量谱随深度变化规律的研究

根据2006-07-29～2006-08-01太湖41个站点测定的水体上、下行辐照度、非藻类颗粒物、浮游植物及有色溶解有机物(chromophoric dissolved organic matter, CDOM)的吸收系数,计算了单位水体中各介质所吸收光合有效辐射能量谱随深度的变化.结果表明,单位水体中的浮游植物获取光合有效辐射能量的标准化谱在表层有2个主峰,分别位于450 nm左右和675 nm左右,随着深度增加,位于450 nm左右的峰逐渐减弱,在藻型湖区和湖心区,衰减尤为明显,且该峰对应的波长出现红移现象;浮游植物获取的主要光能来源随深度的增加逐渐由400～500 nm和600～700 nm向600～700 nm过渡,在草型湖区的过渡速度相对缓慢,而在梅梁湾（藻型湖区）和湖心区却很快;单位水体中的非藻类颗粒物在表层获取的能量主要来自400～500 nm,但随深度的增加,其获取的能量主要来自500～600 nm;单位水体中CDOM获取光合有效辐射能量随深度的变化特征类似于非藻类颗粒物,但在草型湖区,其在500～600 nm获取能量的优势不如非藻类颗粒物明显.