湖南岳陽(yáng)楊樹人工林生態(tài)系統(tǒng)碳通量觀測(cè)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(dāng)前全球生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一。作為陸域生態(tài)系統(tǒng)碳吸收能力最強(qiáng)的碳庫(kù)，森林生態(tài)系統(tǒng)碳交換特征及其環(huán)境控制機(jī)理研究已經(jīng)成為全球氣候變化研究的焦點(diǎn)問題。目前楊樹是我國(guó)主要營(yíng)造林樹種，栽種面積達(dá)到7×106hm2,占整個(gè)人工林面積13％，且每年以高速度增長(zhǎng)，楊樹人工林的碳匯效應(yīng)已經(jīng)成為我國(guó)碳匯的一個(gè)重要增長(zhǎng)點(diǎn)。植被和大氣之間CO2通量的長(zhǎng)期觀測(cè)有助于理解陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)及其控制機(jī)理，評(píng)價(jià)生態(tài)系

2、統(tǒng)碳循環(huán)及其對(duì)未來氣候變化的響應(yīng)。本研究以湖南岳陽(yáng)楊樹人工林為研究對(duì)象，以渦度相關(guān)法為主要技術(shù)手段，利用湖南楊樹人工林觀測(cè)站碳通量的長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，探討了環(huán)境因子在不同時(shí)間尺度上對(duì)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(jié)論：
　?。?）功率譜和協(xié)譜分析表明，開路渦度相關(guān)系統(tǒng)對(duì)高頻湍流信號(hào)的響應(yīng)能力可以滿足湖南楊樹人工林生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際觀測(cè)要求；開路渦度相

3、關(guān)系統(tǒng)和常規(guī)氣象系統(tǒng)對(duì)比分析表明，開路渦度相關(guān)系統(tǒng)在CO2通量長(zhǎng)期觀測(cè)中儀器性能穩(wěn)定，可以滿足CO2通量長(zhǎng)期觀測(cè)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(jì)特征檢驗(yàn)說明楊樹人工林渦度相關(guān)系統(tǒng)湍流通量不存在障礙物或儀器自身產(chǎn)生的機(jī)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(duì)于本研究站點(diǎn)而言，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)只在個(gè)別情況下影響湍流通量，旋轉(zhuǎn)后的通量

4、與未旋轉(zhuǎn)通量相關(guān)系數(shù)高于0.96，而且三種坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)方法對(duì)湍流通量影響的差異也不明顯，說明本研究站點(diǎn)下墊面均勻平坦。WPL校正幅度對(duì)白天通量可達(dá)10~15%，對(duì)通量進(jìn)行WPL校正是必要的。
　?。?）利用通量觀測(cè)塔2006年全年觀測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)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(cè)區(qū)域的源區(qū)分布，結(jié)果表明：該地區(qū)具有較大的通量貢獻(xiàn)區(qū)，觀測(cè)結(jié)果代表性好；源區(qū)在全年主風(fēng)風(fēng)向

5、上（0°~90°）相同大氣條件下，非生長(zhǎng)季的通量信息源區(qū)大于生長(zhǎng)季，大氣在不穩(wěn)定條件，觀測(cè)探頭測(cè)得的通量信息源區(qū)比穩(wěn)定條件時(shí)近，而風(fēng)向在90°~180°，180°~270°，270°~360°區(qū)間內(nèi)時(shí)，在相同大氣條件下，其范圍與主風(fēng)向生長(zhǎng)季相似；該測(cè)站有足夠大的風(fēng)距，測(cè)量結(jié)果能代表儀器所在地的現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)季NEE日變化波動(dòng)很小，生長(zhǎng)季NEE存在明顯

6、的日變化，在同一個(gè)月內(nèi)，每天的NEE變化具有相同的趨勢(shì)，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(jí)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(duì)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(duì)PAR的響應(yīng)達(dá)到飽和狀態(tài)前，隨著PAR的增大，光合作用增強(qiáng)，系統(tǒng)碳匯作用也增大。湖南楊樹人工林的連續(xù)觀測(cè)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(dòng)態(tài)，冬季量級(jí)較低，夏季量級(jí)較大。每天9：00前后生態(tài)系統(tǒng)呼吸強(qiáng)度最低，18：00左右達(dá)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(dòng)態(tài)保持一致，2006全年生態(tài)系統(tǒng)呼吸強(qiáng)度為864.84 gCm-2yr-1。2006年8月的Re為166.26gCm-2mon-1，是觀測(cè)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(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)呼吸與10cm表層土壤水分相關(guān)性不明顯，水分不是生態(tài)系統(tǒng)呼吸的主要