中国北方针叶林生态系统碳通量及其影响机制研究

中国北方针叶林生态系统碳通量及其影响机制研究

论文摘要

北方针叶林生态系统是地球上第二大陆地生物群区,位于北半球中高纬度地区,增温剧烈,对气候变化敏感,在全球碳平衡和气候系统中起着至关重要的作用。本研究以中国北方针叶林生态系统为研究对象,以涡动相关法为主要技术手段,利用北方针叶林生态系统定位观测站2007年和2008年生长季(6月~10月)碳通量和气象观测数据,采用EdiRe (Eddy Reprocessing)软件将10HZ原始通量数据转化为30 min数据并进行质量控制,分析了北方针叶林总生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(Re)和净生态系统C02交换(NEE)的日、季节动态变化特征及其影响因子,研究结果表明:(1)总生态系统生产力的日、季动态均呈单峰型曲线,日高峰值出现在上午9:00-10:00左右,6月-10月生态系统碳吸收持续时间随着白天日照长度的减少呈逐渐缩短趋势,变动于11个小时(10月)~16个小时(6月)之间;整个生长季节,7月气温最高,降雨量最多,总生态系统生产力最大,2007年和2008年整个生长季节总生态系统生产力日均值分别为19.45g CO2·m-2·d-1和17.67g CO2·m-2·d-1。北方针叶林总生态系统生产力与温度和光合有效辐射具有很好的线性关系,其中与5cm土壤温度的相关系数达到0.55左右。这表明,温度是北方针叶林生长的主要限制因子,而太阳辐射是植物进行光合作用的前提条件。北方针叶林生态系统雨水充沛,水分并不是一个主要的限制因子,土壤含水量和水汽压差与总生态系统生产力相关性均不明显。(2)北方针叶林生态系统呼吸日动态变化呈单峰型曲线,高峰值均出现在下午15:30~16:30,白天生态系统呼吸量及变动幅度均明显大于夜间。整个生长季节,7月和8月生长旺盛期生态系统呼吸达到最大,2007年和2008年生长季节生态系统呼吸日均值分别为15.15 g CO2·m-2·d-1和14.11 g CO2·m-2·d-1。温度是北方针叶林生态系统呼吸的主要影响因子,夜间生态系统呼吸与土壤温度的相关性(R2平均值为0.492)高于气温(R2平均值为0.369),温度可以解释北方针叶林夜间生态系统呼吸34%~57%的动态变化。(3)北方针叶林净生态系统CO2日交换呈单峰型曲线,最大值出现在上午9:00~10:00。6月~10月北方针叶林生态系统生长季每天的固碳时间从14小时(5:00-19:00)逐渐缩短为9小时(7:30-16:30)。北方针叶林生态系统的NEE在生长季前期(6月~8月)呈净碳吸收,生长季末期(9月~10月)呈碳排放。2007年和2008年整个生长季节净生态系统碳交换日均值分别为-1.45 g CO2·m-2·d-1和-1.37 g CO2·m-2·d-1。北方针叶林白天净生态系统CO2日交换与各环境因子的相关性从大到小依次为:光合有效辐射、1.5 m气温、5 cm土壤温度、水汽压差。2007年和2008年北方针叶林的NEE与光合有效辐射相关性最大,两者呈明显的正相关性,相关系数分别为0.558和0.494。(4)2007年碳通量各组分均大于2008年,可能与2007年生长季平均气温(12.46℃)高于2008年(11.04℃)以及2007年生长季平均光合有效辐射(697.17μmol·m-2·S-1高于2008年(638.55μmol·m-2·S-1)有关。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 1 引言
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 涡动相关技术的发展
  • 1.3 国内外研究进展
  • 1.4 北方针叶林生态系统碳循环
  • 1.4.1 地理位置特殊性
  • 1.4.2 土壤碳库巨大性
  • 1.4.3 碳收支不确定性
  • 1.4.4 生态环境脆弱性
  • 2 研究区域和方法
  • 2.1 研究区域概况
  • 2.1.1 地理位置
  • 2.1.2 地质地貌
  • 2.1.3 土壤
  • 2.1.4 水文
  • 2.1.5 气候
  • 2.1.6 植被特征
  • 2.2 数据采集
  • 2.2.1 涡动相关系统
  • 2.2.2 常规气象要素梯度测量系统
  • 2.3 研究内容和技术路线
  • 2.3.1 研究内容
  • 2.3.2 技术路线
  • 2.3.3 通量数据处理
  • 3 总生态系统生产力动态及其环境控制
  • 3.1 研究意义
  • 3.2 北方针叶林生态系统环境因子动态变化特征
  • 3.2.1 环境因子月平均日变化特征
  • 3.2.2 环境因子季节变化特征
  • 3.3 总生态系统生产力的动态变化特征
  • 3.3.1 总生态系统生产力月平均日变化特征
  • 3.3.2 总生态系统生产力季节变化特征
  • 3.4 总生态系统生产力的环境控制因子
  • 3.4.1 辐射对总生态系统生产力的影响
  • 3.4.2 温度对总生态系统生产力的影响
  • 3.4.3 土壤水分对总生态系统生产力的影响
  • 3.4.4 水汽压差对总生态系统生产力的影响
  • 3.5 小结
  • 4 生态系统呼吸动态及其环境控制
  • 4.1 研究意义
  • 4.2 生态系统呼吸动态特征
  • 4.2.1 生态系统呼吸日变化特征
  • 4.2.2 生态系统呼吸季节变化特征
  • 4.3 生态系统呼的环境控制因子
  • 4.3.1 生态系统呼吸对温度的响应
  • 4.3.2 水分对生态系统呼吸的影响
  • 4.4 小结
  • 5 净生态系统碳交换及其环境控制
  • 5.1 研究意义
  • 5.2 净生态系统碳交换动态变化特征
  • 5.2.1 净生态系统碳交换日变化特征
  • 5.2.2 净生态系统碳交换季节变化特征
  • 5.3 净生态系统碳交换的环境控制机制
  • 5.3.1 光照对净生态系统碳交换的影响及光响应曲线特征
  • 5.3.2 温度和水分对净生态系统碳交换光响应曲线的影响
  • 5.3.3 水汽压差对净生态系统碳交换的影响
  • 5.4 小结
  • 6 结论与讨论
  • 6.1 结论
  • 6.2 讨论
  • 参考文献
  • 导师简介
  • 作者简介
  • 致谢
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