辽河口“退塘还湿”修复区生态系统CO2交换及其环境调控

滨海湿地因其碳汇功能强大,在减缓全球气候变化中发挥着重要作用,“退塘还湿”作为近几年我国滨海湿地生态修复开展的主要形式之一,对其碳源/汇功能的研究较为匮乏.基于涡度相关技术,观测了2021年辽河口“退塘还湿”修复区CO₂通量,研究了修复区内盐沼湿地生态系统CO₂交换特征及其环境调控.结果表明,修复区净生态系统CO₂交换（NEE）平均日变化曲线在春季和秋季呈“U”型,在夏季呈“V”型,在冬季呈“一”型,其春、夏、秋和冬季的效率（以C计）分别为-40.06、-63.62、2.33和34.43 g·m^-2.修复区NEE日累积年内变化整体呈“V”型,NEE、生态系统呼吸（R_eco）和总的初级生产力（GPP）月累积差异明显.2021年修复区内光合有效辐射（PAR）是白天NEE的重要调控因子,二者呈直角双曲线关系,PAR可以解释白天NEE变化的53％;空气温度（T_a）是夜晚生态系统呼吸（R_eco,night）的主控因子,二者呈指数关系,T_a < 5.5℃时生态系统呼吸的温度敏感性（Q₁₀）为2.19,T_a可以解释R_eco,night变化的42％,T_a ≥ 5.5℃时Q₁₀为1.81,T_a可以解释R_eco,night变化的51％.另外,2021年生长季辽河口湿地修复区NEE与土壤含水量（SWC）和饱和水汽压差（VPD）均呈显著的线性负相关,而NEE与土壤温度（T_s）和相对湿度（RH）无显著相关.2021年辽河口“退塘还湿”修复区盐沼湿地表现为碳汇,总净固碳量（以C计）为-66.89 g·m^-2,其具有长期的碳增汇潜力.     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林旱季CO2通量特征及其影响因子

对广西木论国家级自然保护区喀斯特常绿落叶阔叶混交林旱季生态系统CO₂净交换（NEE）的变化特征及其与环境因子的关系进行初步分析，计算研究期间碳汇大小，与其他相似气候条件下的不同生态系统进行对比，以期为准确估算该生态系统的年碳汇量提供基础。利用涡度相关法对该地区旱季（2018年10月1日~2019年3月31日）CO₂通量进行连续观测，同时开展降水量（P）、光合有效辐射（PAR）、空气温度（T_air）、土壤温度（T_soil）以及土壤含水量（SWC）等环境因子监测。观测期内该生态系统CO₂通量及浓度具有明显的"单谷"状日变化特征，白天表现为明显的碳汇，夜间则表现为明显的碳源，NEE在12：00最强，为-0.309±0.330 mg CO₂/（m²·s），18：30最弱，为0.074±0.061 mg CO₂/（m²·s）；观测期内NEE、生态系统呼吸（Re）、生态系统总生产力（GEP）分别为-121.4、209.2、330.6 g C/m²，该生态系统在2019年2月的碳吸收能力最强，Re、GEP在2018年10月达到最强；光合有效辐射是白天生态系统CO₂净交换（NEE_d）变化的主要控制因素（R²=0.40，p<0.01），空气温度与夜间生态系统CO₂净交换（NEE_n）存在指数关系（R²=0.1267，p<0.01）；观测期内的降雨抑制了该生态系统的碳汇能力，即降水对NEE产生了抑制作用。旱季该生态系统整体表现出明显的碳汇，碳汇值为1.214 t C/ha，明显低于相似气候条件下的其他生态系统。     

长江口崇西湿地生态系统的二氧化碳交换及潮汐影响

河口湿地具备不同于其他生态系统的典型的生物化学特征. 利用开路式涡度相关系统,对长江口崇西湿地净生态系统CO₂交换(NEE)进行了初步研究. 结果表明,生长季CO₂交换呈V字型特征,平均CO₂交换量为-0.06 mg/(m2>/sup>·s);非生长季无明显特征,平均CO₂交换量为0.025 mg/(m2>/sup>·s). 这与其他生态系统CO₂交换特征相符合,主要是生长季的植被光合固碳作用所致. 非生长季的净生态系统CO₂交换比生长季受土壤温度的影响更大. 大潮期和小潮期的CO₂交换表明,无论是生长季还是非生长季,小潮期从生态系统释放到大气的CO₂均高于大潮期,潮汐高度与CO₂释放量呈负相关,暗示着高水位抑制生态系统呼吸和阻碍CO₂的传输,从而减少了CO₂的释放. 通过分析大潮期和小潮期的植被净光合速率发现,同一地点的植被固碳过程受潮汐的影响不很明显. 潮汐对净生态系统CO₂交换的影响主要是减少了土壤呼吸释放CO₂的过程. 总体而言,崇西湿地在年周期内表现为CO₂的汇.      

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.     

三江平原稻田CO2通量及其环境响应特征

 基于涡度相关技术,于2004年生长季对三江平原稻田CO₂通量进行了观测.结果表明,CO₂通量日变化特征明显;月平均的CO₂通量日变化幅度很大,6～9月,夜间最大净排放通量分别为0.23,0.23,0.18,0.12mg/(m²·s);白天最大净吸收通量分别为-0.14,-0.68,-0.66,-0.22mg/(m²·s).白天CO₂通量的变化与光合有效辐射明显相关,并且逐月变化.利用摩擦速度(U)的阈值进行筛选,夜间通量与温度之间无明显相关,同期观测的静态箱法结果表明,夜间通量与空气和土壤温度相关,整个生长季,生态系统从大气中吸收的C为5.30t/hm².     

北京城市地区CO2通量特征

城市CO₂排放是全球大气CO₂的重要来源. 为探讨不同气象背景条件、土地利用方式和覆盖类型以及能源消耗方式对城市CO₂排放的影响,利用北京325m气象塔(39°58′N、116°22′E)上140m高涡动相关仪监测的湍流数据,对2009年6月26日—2011年12月31日气象塔周边区域共919d CO₂通量的时间变化及方向分布特征进行了研究,并计算了CO₂的年排放量. 结果表明:CO₂通量受交通因素影响明显,各季节CO₂通量日间早、晚峰值出现时间与车流量高峰时间一致,该特征在冬季表现尤为突出. 冬季取暖会显著增加CO₂排放量;受供暖排放和植物休眠的影响,冬季CO₂通量全天均高于其他季节,日均值为30.1μmol/(m2·s),显著高于春、夏、秋三季的15.2、17.9和15.8μmol/(m2·s) (t-test,P<0.001). CO₂通量在不同方向的分布特征表明,其值与源区内人工建筑面积所占比例成正比;而在植被覆盖比例较高的方位,其CO₂通量相应较小. 气象塔周边区域CO₂年均排放量达到30.0kg/(m2·a),但仍小于伦敦的35.5kg/(m2·a).      

河口湿地近地面大气 CO2浓度日变化和季节变化

2011年12月~2012年11月对闽江河口湿地近地面大气CO2浓度(摩尔分数)进行观测,研究CO2浓度的日变化和季节变化特征,结果表明,闽江河口湿地近地面大气CO2浓度的日变化和季节变化都呈典型的"单峰型",表现为"昼低夜高"和"夏低冬高"的规律,日变幅在16.96~38.30μmol·mol-1之间.春、夏、秋、冬这4个季节近地面大气CO2平均浓度分别为(353.74±18.35)、(327.28±8.58)、(354.78±14.76)和(392.82±9.71)μmol·mol-1,而年平均浓度为(357.16±26.89)μmol·mol-1.闽江河口湿地近地面大气CO2浓度的日变化与温度、风速、光合有效辐射、总辐射等主要气象因子呈负相关关系(P<0.05),而1月近地面大气CO2浓度日变化与潮汐水位呈负相关,7月与潮汐水位呈正相关.     

基于涡度相关技术的农田生态系统碳收支评估

以涡度相关技术为主要观测手段,连续观测冬小麦和水稻生态系统主要生长季净生态系统CO₂交换（NEE）的变化规律,评估两种农田生态系统CO₂的源/汇功能.结果表明,整个观测期间,两种作物生态系统CO₂浓度的日变化曲线呈现白天低、晚上高的"一峰一谷"型,冬小麦生态系统变化较为平缓,而水稻生态系统变化则比较剧烈.冬小麦和水稻生态系统白天30 min CO₂通量的平均值分别为-13.4 μmol·m^-2·s^-1和-12.9 μmol·m^-2·s^-1,通量最高值分别出现冬小麦的孕穗期与水稻的开花期.此外,两种作物生长季CO₂通量表现出"U"形曲线的日变化特点,白天以吸收CO₂为主,冬小麦和水稻生态系统分别于12：00和11：30达到吸收峰值;夜间CO₂通量变化较为稳定,表现为呼吸排放CO₂.两种农田生态系统均表现为碳汇,冬小麦与水稻生态系统净碳交换分别为188.2 g·m^-2与233.8 g·m^-2.     

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.     

杭州西溪湿地CH4、CO2通量及其主要影响因子

本研究采用便携式温室气体分析仪连接通量箱在线监测杭州西溪湿地CH_4、CO_2通量日变化及季节变化,同时也对包括有机碳含量、湿度、孔隙度、比重、p H、Eh在内的潜在影响因子进行了研究。结果表明,通常情况下,CH_4、CO_2通量的变化分别为-0.001 9~0.035 3mg/(m~2·h)和-109.76~442.55mg/(m~2·h);CH_4、CO_2通量的变化存在明显正相关关系。CH_4通量的季节变化表现为夏季秋季春季冬季;CO_2通量的季节变化表现为夏季春季冬季秋季。土壤湿度是影响CH_4通量变化的重要因子,通常湿度越大,CH_4通量越大;在生长季维管植物有助于CH_4的氧化;西溪湿地土质差异也使CH_4、CO_2通量排放有所差异,具体表现在土壤有机碳含量相差较大,而土壤中有机碳的含量与CH_4产生潜力呈显著正相关。     

沼泽湿地CO2、CH4、N2O排放对氮输入的响应

利用静态暗箱-气象色谱法，选取小叶章沼泽化草甸进行野外原位试验，研究氮输入对沼泽湿地CO2、CH4和N2O等3种温室气体排放的影响,结果表明：氮输入对沼泽湿地CO2和CH4排放有明显影响，其季节排放总量分别是对照处理的1.3和2.5倍，但对CO2和CH4的季节变化模式无明显影响；氮输入对N2O的排放强度和季节变化模式均有显著影响,CO2排放通量与5cm深土壤温度存在显著的正相关关系，与地表温度和1.5m气温存在指数关系，而CH4和N2O排放与温度之间没有显著的相关性．在20、100和500年时间尺度上氮输入处理的CH4和N2O全球增温潜势（GWP）分别比对照处理增加了150％、150％和80％，表明氮输入在长、短时间尺度上都是增强CH4和N2O的温室效应的。     

Elevated CO2 facilitates C and N accumulation in a rice paddy ecosystem

Elevated CO₂ can stimulate wetland carbon (C) and nitrogen (N) exports through gaseous and dissolved pathways, however, the consequent influences on the C and N pools are still not fully known. Therefore, we set up a free-air CO₂ enrichment experiment in a paddy field in Eastern China. After five year fumigation, we studied C and N in the plant-water-soil system. The results showed: (1) elevated CO₂ stimulated rice aboveground biomass and N accumulations by 19.1% and 12.5%, respectively. (2) Elevated CO₂ significantly increased paddy soil TOC and TN contents by 12.5% and 15.5%, respectively in the 0-15 cm layer, and 22.7% and 26.0% in the 15-30 cm soil layer. (3) Averaged across the rice growing period, elevated CO₂ greatly increased TOC and TN contents in the surface water by 7.6% and 11.4%, respectively. (4) The TOC/TN ratio and natural δ¹⁵N value in the surface soil showed a decreasing trend under elevated CO₂. The above results indicate that elevated CO₂ can benefit C and N accumulation in paddy fields. Given the similarity between the paddies and natural wetlands, our results also suggest a great potential for long-term C and N accumulation in natural wetlands under future climate patterns.     

Elevated CO2 facilitates C and N accumulation in a rice paddy ecosystem

Elevated CO₂ can stimulate wetland carbon (C) and nitrogen (N) exports through gaseous and dissolved pathways, however, the consequent influences on the C and N pools are still not fully known. Therefore, we set up a free-air CO₂ enrichment experiment in a paddy field in Eastern China. After five year fumigation, we studied C and N in the plant–water–soil system. The results showed: (1) elevated CO₂ stimulated rice aboveground biomass and N accumulations by 19.1% and 12.5%, respectively. (2) Elevated CO₂ significantly increased paddy soil TOC and TN contents by 12.5% and 15.5%, respectively in the 0–15 cm layer, and 22.7% and 26.0% in the 15–30 cm soil layer. (3) Averaged across the rice growing period, elevated CO₂ greatly increased TOC and TN contents in the surface water by 7.6% and 11.4%, respectively. (4) The TOC/TN ratio and natural δ¹⁵N value in the surface soil showed a decreasing trend under elevated CO₂. The above results indicate that elevated CO₂ can benefit C and N accumulation in paddy fields. Given the similarity between the paddies and natural wetlands, our results also suggest a great potential for long-term C and N accumulation in natural wetlands under future climate patterns.     

南通沿海潮间带土-气界面CO2交换特征

选择南通协兴港附近裸露潮滩,使用便携式土壤通量测量系统开展潮间带湿地CO₂通量监测,研究无植被覆盖条件下潮间带碳通量特征及其影响因素的关系.实验结果表明,各潮滩CO₂固定水平表现为高潮带 < 中潮带 < 低潮带.低潮带叶绿素a含量较高,对CO₂的吸收能力较强,而高潮带有机碳含量高,微生物呼吸作用释放的CO₂通量较高,研究区整体上表现为对CO₂净吸收.此外,CO₂净固定通量随土壤有机碳含量和落潮时间增加而下降,与土壤叶绿素a含量和地下水位关系密切.研究成果对于明确人类活动对江苏沿海潮间带裸露光滩碳循环的影响具有重要意义.     

植物调节湿地CO2和CH4排放对淹水增强的响应

在闽江河口鳝鱼滩潮汐沼泽湿地设置有植物与无植物2种中宇宙,每种中宇宙设置对照(CK)、CK-20cm、CK-40cm 3种高程处理,以此模拟研究淹水增强对有无植物2 种中宇宙的CO₂和CH₄排放通量的影响.结果表明,淹水增强未显著改变植物的总生物量和植物株高,但增加植物地下生物量,减少植物地上生物量.在有植物中宇宙中,土壤氧化还原电位(ORP)和溶解性有机碳(DOC)浓度随着淹水增强而增加.在无植物中宇宙中,DOC浓度也随着淹水增强而增加,但土壤ORP随淹水增强变化不显著.与CK相比,在CK-20cm和CK-40cm 2种高程处理中,有植物中宇宙中CO₂排放通量分别增加43%和61%,而CH₄排放通量则分别增加66%和84%.在无植物中宇宙中,CO₂和CH₄的排放通量随着淹水增强无显著变化.未来海平面上升50~100a内,有植被的潮汐沼泽湿地综合增温潜势会增加,土壤有机碳储量会显著下降;无植被的潮汐沼泽湿地综合增温潜势将下降,土壤有机碳储量不会显著改变.     

负载量对氨水吸收CO2的影响规律及添加剂的作用研究

进行了氨法脱碳过程中吸收剂中CO2负载量对CO2脱除率影响的实验研究.结果发现,CO2脱除率随着负载量的增大而显著减小,高负载量(≥0.4)时,增加吸收液中总氨质量分数(吸收液中所有包含氨分子和铵离子的物质,并统一换算成NH3的质量分数)并不能有效地提高CO2的脱除率.同时,分别对有机和无机添加剂进行筛选,选取哌嗪(P...     

污泥与煤在CO2/O2及N2/O2气氛条件下的混燃特性分析

采集了广州具有代表性的市政污泥,利用热重法对单一污泥、煤及其混合样品在CO_2/O_2及N_2/O_2气氛条件下进行了TG(热重)实验,同时计算了污泥和煤的4个燃烧特性指数,获得了燃烧的动力学参数.实验结果表明,污泥燃烧有4个燃烧阶段,包括水分析出、挥发分析出与燃烧、固定碳的燃烧和无机盐类挥发分解,其中,挥发分析出与燃烧是污泥燃烧的主要阶段;煤掺烧污泥可以提高煤的着火性能.在CO_2/O_2及N_2/O_2燃烧气氛下,增加O_2浓度,污泥与煤混合样的热重曲线整体向低温区移动,微商热重曲线峰值增大,峰宽变小,燃烧性能增强.在CO_2/O_2气氛下,O_2浓度从30%增加到60%时,污泥的挥发分释放特性指数D、可燃性指数C、燃尽指数Cb、综合燃烧特性指数S分别增加了45%、12%、18%、6%.相同O_2浓度条件下,污泥与煤在CO_2/O_2气氛下的着火性能较N_2/O_2气氛滞后,最大峰值变小,高浓度的CO_2抑制其混合样的燃烧.采用Coats-Redfern方程计算得到3个燃烧阶段反应的动力学参数,其中,增加O_2浓度,污泥与煤混合样品的质量平均表观反应活化能Em减小,并且O_2浓度越高越有利于燃烧反应的进行.污泥与煤混合燃烧取n=2可以对挥发分燃烧与固定碳燃尽峰峰前与峰后的反应模型进行描述.     

O2/CO2气氛下氮反应机理的研究

选取CH4、O2、CO2、Ar、NO、NH3，等气体，作为混合气和煤粉一起送入一维沉降炉内，以模拟O2／CO2气氛下煤中燃料氮、循环NO以及二者的相互作用对NO排放的影响，结果显示，在还原性气氛下NH3、HCN、CH4、CO与循环NO间的反应是NO排放下降的主要因素，且煤焦与NO的异相反应、吸附反应对NO的降解效果要明显高于氧化性气氛，同时，CO2体积分数的增加使得燃料中氮的氧化率升高，循环NO的降解率下降；氧化性气氛下随CO2体积分数的增加，燃料中氮的氧化率也增加，但循环NO的降解率升高．当CO2体积分数不变时，其对NO降解的作用随循环NO体积分数的增加愈加明显，在循环NO也不变且CO2体积分数较低时，随过量空气系数的增加，循环NO的降解率下降，而CO2体积分数较高时则出现相反情况。     

大气14CO2的时空分异特征及其在化石源CO2示踪中的应用

大气CO₂中放射性碳同位素(¹⁴C)的水平可以反映化石源CO₂的影响程度,这对于评估我国目前化石源CO₂的排放状况和制定节能减排政策具有重要的指导意义。本文在概述大气¹⁴CO₂采样和分析方法的基础上,简要介绍了大气¹⁴CO₂观测的起源和主要的源汇过程,重点论述了大气¹⁴CO₂的时空分异特征及其驱动因素;阐述了化石源CO₂浓度的估算方法及¹⁴CO₂在国内外化石源CO₂示踪中的应用现状,并对大气¹⁴CO₂观测在我国化石源CO₂示踪中的应用前景进行了展望;旨在为我国正确地开展大气¹⁴CO₂的观测研究,深刻地理解特定区域大气¹⁴CO₂的时空分异特征和化石源CO₂的分布状况提供参考。     

Effect of free-air CO2 enrichment on nematode communities in a Chinese farmland ecosystem

At a rice-wheat rotational free-air CO2 enrichment(FACE) platform, the effect of elevated atmospheric CO2 on soil nematode communities in a farmland ecosystem was studied. Wheat plots were exposed to elevated atmospheric CO2 (ambient 370 μl/L 200 μl/L).32 families and 40 genera of nematode were observed in soil suspensions during the study period. Under FACE treatment, the numbers of total nematodes, bacterivores and fungivores exhibited an increasing trend. Because of the seasonal variation of soil temperature and moisture, the effect of elevated atmospheric CO2 on soil nematodes was only observed under favorable conditions. The response of nematode communities to elevated atmospheric CO2 may indicate the change of soil food web.