杨树人工林生态系统碳交换及其环境响应

论文摘要

杨树是世界上广泛采用的人工造林树种之一,也是中国人工林面积最大的树种。研究大兴沙地杨树人工林生态系统碳交换在不同时间尺度上的动态格局及其强度特征,分析其对环境因子的响应是提高杨树人工林生态系统净生产力和进行碳汇造林等杨树人工林经营管理中首要考虑的问题之一。采用涡度相关系统、4气室Licor-8150土壤呼吸测定系统和小气候测定系统从2006-2009年对位于北京大兴区永定河沿河沙地欧美杨（欧美107,Populus×euramericana cv. "74/76"）人工林生态系统的净生态系统碳交换（NEE）、生态系统呼吸（Re）、生态系统初级生产力（GEP）和土壤呼吸（Rs）以及环境气象因子进行了连续动态测定,分析研究表明：（1）2006～2009年,生态系统在生长季的半小时尺度上的能量闭合度分别为0.81、0.77、0.78和0.73,日尺度上的能量闭合度分别为0.95、0.87、0.92和0.81,能量闭合程度较好。（2）经过分离量化,2006～2009年,生态系统的NEE年总量分别为-403.72、-372.74、-790.10和-563.18 gCm-2yr-1GEP年总量分别为1384.79、1319.30、1653.68和1380.05 gCm-2yr-1；Re年总量在2006～2009年分别为981.07、946.68、863.58和817.30 gCm-2yr-1；Rs年总量在2007～2009年分别为642.11、629.29和609.05gCm-2yr-1（3）2006～2009年,其NEE生长季总量分别为-590.95、-640.62、-929.41和-664.50 gCm-2yr-1；GEP生长季总量分别为1270.46、1232.91、1568.81和1278.83gCm-2yr-1；Re生长季总量分别为679.51、592.41、639.41和614.34 gCm-2yr-1。（4）四年中,生长季NEE年际变化少于年NEE的年际变化,GEP的生长季总量与年总量比例均在90%以上,Re生长季总量占其年总量的比例分别为69.26%、62.58%、74.04%和75.17%。Rs年总量与Re年总量比值在2007～2009年中分别为67.83%、72.87%和74.52%。（5）光合有效辐射（PAR）是生长季白天半小时尺度上NEE的最主要影响因子,它能够解释46.8%-67.7%的生长季白天半小时尺度上的NEE变化。（6）在半小时尺度上,Ts5是影响生长季夜间Re的最主要因子,空气平均温度（Ta）是影响非生长季夜间Re变化的最主要因子。（7）Ts5是Rs的主要影响因子；而Re相对于Rs更受到Ts5和0～20cm土壤体积含水量（vwc）耦合效应的影响,且vwc相对于Ts5更能够影响Re。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 全球气候变化与碳循环
• 1.2.2 陆地生态系统碳循环
• 1.2.3 森林生态系统碳通量
• 1.3 陆地生态系统碳通量观测技术
• 1.3.1 微气象法
• 1.3.2 涡度相关技术的发展过程
• 1.3.3 全球通量观测网络
• 1.4 杨树人工林生态系统碳循环研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 研究目标和技术路线
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究目的
• 1.5.3 研究内容
• 1.5.4 技术路线
• 2 研究区域概况和研究方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 研究区地理位置
• 2.1.2 研究区自然地理气候状况
• 2.1.3 植被群落特征
• 2.2 观测系统
• 2.2.1 涡度相关系统
• 2.2.2 土壤碳通量观测系统
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 样地设置
• 2.3.2 涡度相关法研究原理
• 2.3.3 土壤碳通量研究方法
• 3 数据处理过程以及质量控制与评价
• 3.1 数据处理的主要应用理论
• 3.1.1 平面坐标拟合
• 3.1.2 WPL校正
• 3.1.3 湍流的稳态测试
• *临界值的确定'>3.1.4 u^*临界值的确定
• 3.1.5 缺失数据的插补
• 3.1.6 能量平衡分析
• 3.2 数据处理过程与质量控制
• 3.2.1 平面拟合系数的求解
• 3.2.2 10Hz数据的半小时尺度转换
• 3.2.3 数据整合和大气稳定度分析
• *临界值的确定'>3.2.4 u^*临界值的确定
• 3.2.5 数据剔除
• 3.2.6 生长季的确定
• 3.2.7 数据插补
• 3.3 能量平衡分析
• 3.3.1 能量平衡研究方法
• 4 能量平衡分析
• 4.1 半小时尺度分析
• 4.2 日尺度分析
• 4.3 讨论与小结
• 5 生态系统碳交换动态变化特征
• 5.1 NEE动态变化特征
• 5.1.1 NEE年总量和生长季总量变化
• 5.1.2 NEE月总量变化
• 5.1.3 NEE日总量变化
• 5.1.4 NEE月平均日变化
• 5.2 GEP动态变化特征
• 5.2.1 GEP年总量和生长季总量变化
• 5.2.2 GEP月总量变化
• 5.2.3 GEP日总量变化
• 5.3 生态系统呼吸动态变化特征
• 5.3.1 Re年总量和生长季总量变化
• 5.3.2 Re的月总量变化
• 5.3.3 Re的日总量变化
• 5.4 土壤呼吸动态变化特征
• 5.4.1 Rs年际变化
• 5.4.2 Rs月总量变化
• 5.4.3 RS日总量变化
• 6 生态系统碳交换对环境因子的响应
• 6.1 净生态系统碳交换对环境因子的响应
• 6.1.1 NEE与环境因子的相关性分析
• 6.1.2 NEE对PAR的响应
• 6.1.3 NEE对Ta的响应
• 6.1.4 NEE对vwc的响应
• 6.1.5 NEE对VPD的响应
• 6.2 生态系统呼吸对环境因子的响应
• 6.2.1 Re与环境因子相关性分析
• 6.2.2 Re对Ts5和vwc的响应
• 6.3 Re和Rs对Ts5和vwc两者耦合效应的响应
• 7 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.1.1 能量闭合分析
• 7.1.2 NEE的动态变化及其对环境因子的响应
• 7.1.3 Re的动态变化及其对环境因子的响应
• 7.1.4 Rs的动态变化及其对环境因子的响应
• 7.1.5 Re和Rs对Ts5和vwc的耦合响应
• 7.2 存在的问题
• 7.2.1 能量闭合问题
• 7.2.2 白天生态系统呼吸的估算
• 7.2.3 碳通量估算的尺度扩展
• 7.3 展望
• 7.3.1 通量数据处理的标准统一通量数据
• 7.3.2 国际通量网的建立以及数据的高度共享
• 7.3.3 遥感、GIS技术、碳循环模型与涡度相关法的高度融合
• 参考文献
• 个人简介
• 导师1简介
• 导师2简介
• 获得成果目录
• 致谢