湖南岳陽楊樹人工林生態(tài)系統(tǒng)碳通量觀測研究.pdf

1、氣候變化和全球變暖使陸地生態(tài)的源/匯問題成為當前全球生態(tài)學研究的熱點問題之一。作為陸域生態(tài)系統(tǒng)碳吸收能力最強的碳庫，森林生態(tài)系統(tǒng)碳交換特征及其環(huán)境控制機理研究已經(jīng)成為全球氣候變化研究的焦點問題。目前楊樹是我國主要營造林樹種，栽種面積達到7×106hm2,占整個人工林面積13％，且每年以高速度增長，楊樹人工林的碳匯效應已經(jīng)成為我國碳匯的一個重要增長點。植被和大氣之間CO2通量的長期觀測有助于理解陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)及其控制機理，評價生態(tài)系

2、統(tǒng)碳循環(huán)及其對未來氣候變化的響應。本研究以湖南岳陽楊樹人工林為研究對象，以渦度相關法為主要技術手段，利用湖南楊樹人工林觀測站碳通量的長期連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，探討了環(huán)境因子在不同時間尺度上對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換(NEE)和生態(tài)系統(tǒng)呼吸(Re)的影響，分析了湖南楊樹人工林碳通量的季節(jié)變化和年際碳收支。主要得到以下結論：
　　（1）功率譜和協(xié)譜分析表明，開路渦度相關系統(tǒng)對高頻湍流信號的響應能力可以滿足湖南楊樹人工林生態(tài)系統(tǒng)實際觀測要求；開路渦度相

3、關系統(tǒng)和常規(guī)氣象系統(tǒng)對比分析表明，開路渦度相關系統(tǒng)在CO2通量長期觀測中儀器性能穩(wěn)定，可以滿足CO2通量長期觀測的客觀需要；楊樹林生態(tài)系統(tǒng)2006能量閉合度為0.81，白天的能量閉合度高于全年平均水平，夜間能量閉合度為0.74；湍流積分統(tǒng)計特征檢驗說明楊樹人工林渦度相關系統(tǒng)湍流通量不存在障礙物或儀器自身產(chǎn)生的機械湍流，也不存在地形不平坦或異質(zhì)性引起的溫濕度空間上的差異；對于本研究站點而言，坐標旋轉只在個別情況下影響湍流通量，旋轉后的通量

4、與未旋轉通量相關系數(shù)高于0.96，而且三種坐標旋轉方法對湍流通量影響的差異也不明顯，說明本研究站點下墊面均勻平坦。WPL校正幅度對白天通量可達10~15%，對通量進行WPL校正是必要的。
　　（2）利用通量觀測塔2006年全年觀測數(shù)據(jù)，應用FSAM（the Flux-Source Area Model）模型，分析了大氣在不同穩(wěn)定程度下，該觀測區(qū)域的源區(qū)分布，結果表明：該地區(qū)具有較大的通量貢獻區(qū)，觀測結果代表性好；源區(qū)在全年主風風向

5、上（0°~90°）相同大氣條件下，非生長季的通量信息源區(qū)大于生長季，大氣在不穩(wěn)定條件，觀測探頭測得的通量信息源區(qū)比穩(wěn)定條件時近，而風向在90°~180°，180°~270°，270°~360°區(qū)間內(nèi)時，在相同大氣條件下，其范圍與主風向生長季相似；該測站有足夠大的風距，測量結果能代表儀器所在地的現(xiàn)場特征，即森林下墊面特征。
　　（3）楊樹人工林NEE均具有非常明顯的日變化和季節(jié)變化，非生長季NEE日變化波動很小，生長季NEE存在明顯

6、的日變化，在同一個月內(nèi)，每天的NEE變化具有相同的趨勢，說明植被與大氣層的碳交換是穩(wěn)定并且有內(nèi)在規(guī)律的。其數(shù)值NEE在冬季的量級較低，夏季較高，研究期間全年月平均NEE最小值為0.3512 mg CO2m-2s-1，最大值為-1.285 mg CO2m-2s-1；該生態(tài)系統(tǒng)在2006年碳收支為-579 gCm-2yr-1。
　　不同環(huán)境因子對生態(tài)系統(tǒng)碳交換具有明顯不同的影響。光合有效輻射是控制生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換的主要因素，在生態(tài)系統(tǒng)

7、對PAR的響應達到飽和狀態(tài)前，隨著PAR的增大，光合作用增強，系統(tǒng)碳匯作用也增大。湖南楊樹人工林的連續(xù)觀測表明，受日照和水分充足的影響，NEE主要受土壤溫度和空氣溫度的控制，土壤水分不是控制NEE的主要限制因子。
　　(4)楊樹人工林不同月份生態(tài)系統(tǒng)呼吸(Re)的月平均日變化具有明顯的季節(jié)動態(tài)，冬季量級較低，夏季量級較大。每天9：00前后生態(tài)系統(tǒng)呼吸強度最低，18：00左右達到峰值。楊樹人工林生態(tài)系統(tǒng)呼吸月總值存在明顯的季節(jié)變化。

8、冬季比較小，與溫度的季節(jié)動態(tài)保持一致，2006全年生態(tài)系統(tǒng)呼吸強度為864.84 gCm-2yr-1。2006年8月的Re為166.26gCm-2mon-1，是觀測期間最大的單月碳排放量。2006年1月的Re為最低值為17.67gCm-2mon-1。
　　溫度是生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的主要控制因素。在本研究中，生態(tài)系統(tǒng)呼吸與土壤溫度和空氣溫度都呈現(xiàn)很好的擬合關系。生態(tài)系統(tǒng)呼吸與10cm表層土壤水分相關性不明顯，水分不是生態(tài)系統(tǒng)呼吸的主要