,1,2, 董智3, 丁晨曦3, 王雅楣1, 贾继文1, 张佳楠1, 焦树英
,1,*Carbon stock and seasonal dynamics of carbon flux in warm-temperature tussock ecosystem in Shandong Province, China
LI Yong-Qiang,1,2, DONG Zhi3, DING Chen-Xi3, WANG Ya-Mei1, JIA Ji-Wen1, ZHANG Jia-Nan1, JIAO Shu-Ying,1,*通讯作者:
编委: 白永飞
责任编辑: 李敏
| 基金资助: |
Online:2018-03-20
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摘要
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Abstract
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引用本文
李永强, 董智, 丁晨曦, 王雅楣, 贾继文, 张佳楠, 焦树英. 山东省暖性草丛生态系统碳库现状和碳通量季节变化特征. 植物生态学报, 2018, 42(3): 277-287 doi:10.17521/cjpe.2015.0329
LI Yong-Qiang, DONG Zhi, DING Chen-Xi, WANG Ya-Mei, JIA Ji-Wen, ZHANG Jia-Nan, JIAO Shu-Ying.
碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(于贵瑞等, 2006, 2011; 王秋凤等, 2012; Liu et al., 2015)。我国正面临着温室气体减排的严峻挑战, 在哥本哈根大会上, 中国政府已经向全世界承诺: 将采取自主行动使得2020年的单位国内生产总值(GDP)碳排放比2005年减少40%-45% (任伟等, 2011); 草地生态系统碳库作为陆地生态系统的重要组成部分, 在全球碳收支平衡中占有重要地位, 中国向联合国气候变化框架公约秘书处提交的《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》(http://www.ccchina.? gov.?cn/archiver/ccchinacn/UpFile/Files/Default/20150701083650312041.pdf, 2015-06-30)文件把“抑制草场退化, 恢复草原植被, 提升土壤储碳能力”作为重要的增加碳汇措施之一; 草地生态系统碳库储量、源/汇变化的研究对国家应对气候变化政策的制定具有重要意义。
草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分。许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (Ni, 2002)、3.32 Pg C (Fan et al., 2008)、1.0 Pg C (方精云等, 2010); 朴世龙等(2004)通过建立植被生物量估测模型(归一化植被指数(NDVI)模型)对中国草地植被生物量及其空间分布格局进行研究, 得出我国草地地上生物量为146.16 Tg C, 认为草地单位面积地上生物量水平分布与水热条件的分布趋势一致; 马文红等(2006)对内蒙古温带草地植被的碳储量进行研究, 得出以下结论: 植被碳储量为(226.0 ± 13.3) Tg C, 平均碳密度为3.44 Mg C·hm-2, 地下生物量碳储量是地上的6倍左右。这些研究对准确评估中国草地生态系统碳库储量、年变化以及揭示草地在我国陆地生态系统碳循环中的作用有着重要的意义, 但由于估算方法不同, 特别是占到草地生态系统碳库总量90%以上的土壤碳库和地下生物量数据缺乏, 导致不同研究结果差异较大(方精云等, 2010)。
对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提。Verma等(1992)、Ham和Knapp (1998)、Dugas等(1999)利用箱式法对北美大草原生长季节生态系统CO2通量的研究表明, CO2日吸收速率普遍较高, 最大可达-34 mol CO2·m-2·s-1。Hunt等(2002)对新西兰的丛生草地CO2通量的研究表明, CO2日吸收只有-5.0 mol CO2·m-2·s-1。近几年来随着相关科研工作的开展, 我国****对不同类型草地生态系统碳通量等方面的研究不断加强, 崔骁勇等(1999)利用透明静态箱法研究内蒙古锡林河流域大针茅(Stipa grandis)群落CO2日变化规律时发现, 土壤CO2排放为昼高夜低的特点, 这与张金霞等(2001)对青海金露梅(Potent- illa fruticosa)高寒草甸、董云社等(2000)对内蒙古羊草(Leymus chinensis)草原的研究结果十分吻合。有关土壤呼吸方面的研究, 李凌浩等(2000)采用碱液吸收法对锡林河流域羊草草原群落土壤呼吸及其影响因子的研究则发现70%的土壤呼吸量变化是由气温和土壤含水量共同决定的, 放牧对土壤呼吸的影响不大。陈全胜等(2004)对典型温带草原群落土壤呼吸温度敏感性(Q10)与土壤水分的关系的研究, 利用Q10指数模型来阐述温度对土壤呼吸的影响, 结果表明在中国温带草原地区, 温度升高对较湿润区域土壤呼吸的影响大于较干旱区域。
草地生态系统地上/地下生物量季节动态、净初级生产力和土壤有机碳(SOC)等研究相对于NEE的直接观测相对较简便, 对于长时间尺度碳净交换量的变化具有重大意义, 已经有****针对不同草地生态系统碳库季节和长期放牧的影响进行了研究, 但多数研究集中于传统草原牧区(朴世龙等, 2004; Bai et al., 2012)。暖性草丛作为我国草地类型的重要组成部分, 与传统牧区相比, 水热条件较好, 平均生物量普遍比较大, 与传统牧区的放牧干扰不同, 除放牧之外, 暖性草丛区经受着更多的人类垦殖干扰, 对这一草地类型, 关于碳库现状和固碳速率的研究相对欠缺。
山东省各类草地总面积为163.8万hm2, 其中暖性草丛和灌草丛类面积为92.6万hm2 (中华人民共和国农业部畜牧兽医司等, 1994)。山东省泰山药乡小流域属于北方典型暖性草丛区, 结缕草(Zoysia japonica)暖性草丛是森林经过破坏后形成的次生植被, 是一种植被的逆行演替现象。由于森林植被连续受到破坏, 原来的植被在短时间内不能自然恢复, 而以多年生结缕草占优势, 并混有黄背草(Themeda japonica)、荩草(Arthraxon hispidus)等多年生中生或旱中生草本植物, 间有少量灌木, 形成基本稳定的次生草地类型。定量评价其固碳特征及其影响因素, 并探究山东省典型暖性草丛生态系统碳密度及固碳机制, 可为山东省草地生态系统碳/源汇贡献的定量评估提供参考和依据, 对我国草地生态系统碳源/汇的数据整合及完善全球碳预算等具有十分重要的意义。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
按照中国草地资源分类, 山东省属于华北暖温带半湿润半干旱暖性灌草丛区。由于地形和水分分布的差异, 山东天然草地类型可以分为两个大的区域: 鲁西北平原区分布有草甸和盐生植被, 常见有狗牙根(Cynodon dactylon)草甸、白茅(Imperata cylindrica)草甸、芦苇(Phragmites australis)草甸、獐毛(Aeluropus sinensis)草甸, 构成盐生植被的主要优势种是柽柳(Tamarix chinensis)、盐地碱蓬(Suaeda salsa)、芦苇和白茅等; 另外一个区域是鲁中南低山丘陵和胶东丘陵地带, 植被以暖性草丛和灌草丛类为主, 主要是以黄背草、野古草(Arundinella anomala)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)为建群种和优势种, 并散生荆条(Vitex negundo var. heterophylla)、酸枣(Ziziphus jujuba var. spinosa)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、胡枝子(Lespedeza bicolor)等落叶灌木, 这种植被类型的出现的主要原因是次生林被破坏后, 水土流失严重, 土壤瘠薄干旱; 在土层较厚的地方以黄背草、野古草居多, 在土层较薄处以白羊草、结缕草居多。暖性草丛和灌草丛占到山东天然草地总面积的56.5% (中华人民共和国农业部畜牧兽医司等, 1994), 本试验涉及的7个面上调查样点均为典型暖性草丛, 主要用于评估山东暖性草丛碳库储量和碳库结构, 样点位置和优势种组成见表1。面上调查点数据只能反映生态系统碳库现状, 对于生态系统碳通量变化特征的研究需要长期定位观测数据, 因此在面上调查点中选择有代表性的样地作为加强点, 用于暖性草丛碳通量日变化和季节变化特征的观测。Table 1
表1
表1山东省暖性草丛面上调查点基本特征
Table 1
| 样地区域 Administrative region | 地理坐标 Location | 坡向 Slope | 平均盖度 Average coverage (%) | 主要优势种 Dominant species |
|---|---|---|---|---|
| 东平县 Dongping County | 116.30° E 36.02° N | 半阳坡 Half sunny slope | 80 | 黄荆+百里香 Vitex negundo + Thymus mongolicus |
| 海阳市 Haiyang City | 121.18° E 36.86° N | 阳坡 Sunny slope | 90 | 结缕草+野古草 Zoysia japonica + Arundinella anomala |
| 莱西市 Laixi City | 120.23° E 37.06° N | 阳坡 Sunny slope | 95 | 结缕草+野古草 Zoysia japonica + Arundinella anomala |
| 泰山市 Taishan City | 117.09° E 36.34° N | 半阳坡 Half sunny slope | 90 | 结缕草+白颖薹草+野古草 Zoysia japonica + Carex duriuscula subsp. Rigescens + Arundinella anomala |
| 栖霞市 Qixia City | 121.04° E 37.32° N | 阳坡 Sunny slope | 88 | 胡枝子+白颖薹草 Lespedeza bicolor + Carex duriuscula subsp. rigescens |
| 沂水县 Yishui County | 118.30° E 35.89° N | 阳坡 Sunny slope | 70 | 野古草+鸭跖草 Arundinella anomala + Commelina communis |
| 章丘市 Zhangqiu City | 117.61° E 36.56° N | 半阳坡 Half sunny slope | 75 | 长芒草+黄荆 Stipa bungeana + Vitex negundo |
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山东泰山药乡小流域加强点位于山东省泰安市泰山主峰以北, 地理位置36.28° N, 117.32° E。该流域东西长12 km, 南北宽5 km。流域总面积1210.4 hm2, 海拔730 m。该流域光热资源丰富, 属于半湿润大陆性季风气候, 夏季多东南风, 冬季多西北风, 平均风力3-4级; 年平均气温12.1 ℃, 7月份气温最高, 1月份气温最低, 绝对最高气温42.5 ℃, 绝对最低气温-28.1 ℃; 年降水量900-1000 mm, 多集中在6-8月, 年蒸发量为414.18 mm。年平均相对湿度82%, 无霜期198天; 土壤为中性到微酸性山地棕壤, 土层厚度15-90 cm, 多数在30-50 cm之间, 中性偏酸。植被茂密, 植物种类繁多, 仅木本植物就有43科160余种, 林草覆盖率达90%以上, 呈垂直分布。随着海拔的升高, 可依次见到落叶林、阔叶针叶混交林、针叶林、高山灌草丛等。
1.2 研究方法
1.2.1 山东暖性草丛碳库储量和碳库结构调查面上调查点在生物量最高的季节进行取样(2012年8月中旬), 在研究区选择100 m × 100 m代表性区域进行取样调查, 在其对角线上设置一条100 m样带, 样带上设10个1 m × 1 m草本样方, 并按阿拉伯数字排序。编号为偶数的样方设置为草本分种调查样方, 测定总盖度、物种平均高度、物种株丛数、活体生物量、凋落物生物量等指标; 编号为奇数的样方设置不分种调查样方, 测定总盖度、平均高度、活体生物量、凋落物(未分解层和半分解层)生物量等指标。将所有植物样品带回室内称其鲜质量, 65 ℃下烘至恒质量, 采用粉碎机磨碎样品备用。
生物量碳密度(包括地上活体、凋落物、根系), 由单位面积内生物量乘以含碳率得出:
式中, POC为单位面积内生物量碳密度, 单位为g C·m-2 ; Dp和Biomassp表示地上活体植物碳含量(%, 下同)和单位面积地上活体生物量(g·m-2, 下同); Dl和Biomassl表示凋落物碳含量和单位面积凋落物生物量; Dr和Biomassr表示根系碳含量和单位面积根系生物量。
土壤碳密度测定采用直径5 cm土钻固定深度法钻取, 取样深度分别为0-5、5-10、10-20、20-30、30-50、50-70和70-100 cm共7层(部分土层全部为砾石分布, 以实际取得的土层为计算依据), 土壤样品带回室内风干后过2 mm筛, 挑出毛细根。取样同时在5号样方附近挖取土壤剖面, 采用环刀法分层测定土壤容重, 每层重复5次; 采用铝盒烘干法测定每层土样的土壤含水量; 在剖面上取土样, 带回室内风干, 用电位法测定土壤pH值。地下生物量根系的取样在奇数样方上进行, 采用规格为7 cm的根钻, 于每个样方内分别在不同深度(与土样取样深度一致)取3钻混合(共5个重复), 用水冲洗土壤中的根系, 带回室内在65 ℃下烘至恒质量, 作为地下生物量的计算。所有植物和土壤样品利用干烧法进行碳元素含量的测定。
土壤碳密度计算采用刘迎春等(2011)的方法:
式中, SOC为土壤有机碳密度(g C·m-2), n为土层数; Di为不同土层的厚度(cm); θi为土壤容重(g·cm-3); Ci为不同土层土壤有机碳的含量(%); δi为对应土层>2 mm砾石体积含量(%)。
为便于比较, 所有碳密度单位最后按单位kg C·hm-2进行核算; 生态系统总碳密度为生物量碳密度和土壤碳密度之和。
1.2.2 山东暖性草丛CO2通量变化特征测量
采用静态箱法红外分析仪(LI-840, LI-COR, Lincoln, USA)联用, 2012年1月至2013年12月期间, 每月测定NEE、生态系统呼吸量(Re)和土壤呼吸量(Rs); 测定前至少一周将同化箱底座(规格为50 cm × 50 cm × 10 cm)安装到土壤中, 根据样地的异质性程度, 采用样线法每隔10-15 cm安装一个底座, 在样地内共安装10个底座(其中NEE和Re共5个重复, Rs测定5个重复)。同化箱底座高8 cm, 一般插入地下5 cm, 地上部3 cm。测定频次: 生长季节3-10月每月两次(月初和月中旬), 非生长季节11月至次年4月每月一次(每月中旬)。每个测定日, 进行每间隔3 h的日进程测定(6:00至次日6:00)。生态系统总光合生产力(GEP), 通过NEE与Re进行计算。
4个碳通量参数的单位均为μmol CO2·m-2·s-1, 在进行昼夜连续观测的观测日不同时间段的平均值作为日通量平均值, 每月不同日期平均值作为月通量平均值。
1.2.3 环境因子监测
环境因子利用泰山森林生态系统定位观测站地面标准气象站观测获得, 监测的环境因子包括: 土壤10 cm深度温度(Ts)、光合有效辐射(PAR)、平均月降水量(P)、大气相对湿度(RH)、10 cm深度土壤含水量(W)、大气温度(Ta)等。两年实验期间的主要环境因子变化见图1。
图1
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图12012-2013年气象要素月动态。
Fig. 1Monthly dynamics of meteorological variables from 2012 to 2013.
1.3 数据统计
利用SPSS 16.0进行方差分析和数据最小显著性检验(LSD)(最低显著性水平为0.05)。其中简单相关分析(采用Pearson相关系数)和偏相关分析使用双尾t检验, NEE对环境因子的响应采用逐步回归法和主成分分析法。2 结果和分析
2.1 山东暖性草丛植被地上/地下及土壤碳密度
7个面上调查点生物量碳密度平均值为6185.68 kg C·hm-2 (图2), 分为地上生物量碳、凋落物碳、地下生物量碳3部分; 其中地上生物量碳密度为1029.25 kg C·hm-2, 凋落物又分为未分解层和半分解层两部分, 未分解层和半分解层碳密度分别为405.29和491.29 kg C·hm-2; 地下根系生物量碳密度为4259.85 kg C·hm-2; 地上/地下生物量碳(F/C)比值为0.24。土壤碳密度为48688.59 kg C·hm-2, 土壤碳密度是生物量碳密度的7.8倍。方差分析表明, 构成碳库的各种组分之间, 除未分解层和半分解层、土壤碳库和总碳库之间差异不显著外, 其他碳库组分之间差异显著(p < 0.05)。山东省暖性草丛生态系统碳密度组分间大小排序为: 土壤碳密度(89%) >地上/地下生物量碳密度(9%) >凋落物碳密度(2%)。图2
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图2山东省暖性草丛生态系统碳库结构(平均值±标准误差)。不同大写字母表示不同类型碳差异显著(p < 0.05)。
Fig. 2Carbon stock of natural warm-temperature tussock vegetation in Shandong Province (mean ± SE). Different capital letters indicate significant differences among the various carbon component (p < 0.05).
按照农业部草业普查数据, 山东暖性草丛总面积289613 hm2, 以本次暖性草丛碳库结构分析结果进行核算, 山东暖性草丛生态系统碳总储量为15.88 Tg。
2.2 结缕草暖性草丛生态系统NEE、Re、Rs和GEP的季节变化特征
2.2.1 结缕草暖性草丛生态系统NEE的季节动态结缕草暖性草丛生态系统NEE通量随季节动态变化明显(图3), 观测的两个年度尽管在局部月份有差别, 但基本上5-10月NEE是负值, 11月至次年4月是正值, 这也反映了暖性草丛源汇转化的季节规律。冬季(1、2和12月份)的NEE日均值在0刻度之上, 生态系统处于碳源(CO2净排放)状态; 从春季(3月)起NEE日平均值开始逐渐降低, 春末(5月份)达到全年第一个吸收峰值, 但2013年5月吸收峰值(-4.46 μmol CO2·m-2·s-1)显著高于2012年的同期月份。2012年6月份NEE通量显著小于5月份的吸收量; 秋初(9月份) NEE通量日均值达到全年第二个吸收峰值(-2.12 μmol CO2·m-2·s-1), 从10月份开始, 结缕草暖性草丛生态系统处于CO2净排放时期。2013年NEE变化较为平稳, 全年NEE也体现单峰特征, 与2012年有类似的变化规律。2012和2013年泰山小流域暖性草丛NEE年平均值分别为-0.43 μmol CO2·m-2·s-1和-0.31 μmol CO2·m-2·s-1, 都表现为碳汇效应, 2012和2013年度间固碳能力差异较小。
图3
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图3山东省结缕草暖性草丛生态系统净生态系统CO2交换(NEE)、生态系统呼吸量(Re)、土壤呼吸量(Rs)和生态系统总光合生产力(GEP)月平均值动态。
Fig. 3Seasonal dynamics of monthly average value of net ecosystem CO2 exchange (NEE)、ecosystem respiration rate (Re)、soil respiration rate (Rs) and gross ecosystem productivity (GEP) in Zoysia japonica warm-temperature tussock ecosystem in Shandong Province.
2.2.2 结缕草暖性草丛生态系统Re的季节动态
2012年度, 结缕草暖性草丛Re的年平均值为3.61 μmol CO2·m-2·s-1, 最小值出现在12月(0.74 μmol CO2·m-2·s-1), 从1月份开始随着Ta和RH的升高, 草丛生态系统地上及地下部分生理活动增强, Re也随着逐渐增大, 4月份达到第一个峰值(4.19 μmol CO2·m-2·s-1), 夏季草丛进入了旺盛的生长期, 在8月出现最大值(8.89 μmol CO2·m-2·s-1), 之后随着温度的降低, Re开始不断降低, 到2012年12月Re月平均值达到年度最低值0.74 μmol CO2·m-2·s-1。2013年Re的变化规律与2012年类似, 7月份出现明显的单峰呼吸排放峰值, 2013年Re的年平均值为3.60 μmol CO2·m-2·s-1。
2.2.3 结缕草暖性草丛生态系统Rs的季节动态
2012年土壤呼吸速率在0.07-3.43 μmol CO2·m-2·s-1之间波动, 全年Rs平均值为1.19 μmol CO2·m-2·s-1, 最小值出现在冬季12月(0.07 μmol CO2·m-2·s-1), 最大值出现在7月(3.43 μmol CO2·m-2·s-1) (图3)。最小值出现在冬季主要是由于Ta较低, 导致土壤根系和微生物呼吸活动受到抑制。从1月份开始, 随着Ta升高, Rs也逐渐增大, 3月份达到全年第一个高峰期(1.37 μmol CO2·m-2·s-1), 之后呈平稳降低的趋势, 这可能与降雨有关, 因为前期的持续降雨导致土壤含水量增加, 使土壤通透性变差, 土壤气体很难与外界进行气体交换, 夏季7月份达到全年第二个高峰期, 之后随着Ta降低, Rs也随着逐渐递减直到年底12月份(图3)。2013年Rs的季节变化与2012年类似, 但变化幅度更平缓, 8月份是全年的Rs的高峰期(3.09 μmol CO2·m-2·s-1), 2013年全年Rs平均值为1.29 μmol CO2·m-2·s-1。
2.2.4 结缕草暖性草丛生态系统GEP季节动态
2012年冬季(1-2月份)草丛生态系统GEP维持在0-0.91 μmol CO2·m-2·s-1, 之后逐渐升高, 于5月份达第一个峰值5.80 μmol CO2·m-2·s-1, 然后比较稳定, 8月份到达全年第二个峰值10.59 μmol CO2·
m-2·s-1, 之后逐渐降低, 2012年全年GEP的平均值为4.04 μmol CO2·m-2·s-1; 2013年GEP季节变化规律与2012年相同, 与其他通量因子变化规律类似, 7月份为全年的总光合生产峰值, 2013年GEP全年平均值为3.91 μmol CO2·m-2·s-1。
2.3 结缕草暖性草丛生态系统NEE对环境因子的响应
分析NEE季节变化的主导环境因子时, 选择PAR、Ta、RH、Ts、W、饱和水气压差(VPD) 6个因子的日平均值, 对这些环境因子进行相关性分析表明, 各环境因子间存在着显著或极显著的相关关系(表2), 为了进一步解释各因子对NEE的影响作用大小, 对这些环境因子进行主成分分析, 得出了各因子间因子载荷矩阵(表3)和贡献率及特征值(表4)。结合表3、表4可知, 第一主成分因子主要因子分量包括Ta、RH、Ts、W, 并且载荷绝对值均在0.7以上, 说明第一主成分主要是反映研究区热量、水分和风速指标条件的综合因子, 其贡献率为45.90%; 第二主成分中PAR、Ta和VPD等指标的载荷明显高于其他因子, 说明它们主要是反映研究区的光照、热量和蒸腾的综合气象因子, 其贡献率为30.93%。主成分分析中一般认为因子累计贡献率达到70%以上时才能反映事物的基本面貌。本试验中, 热量、水分相关因素构成的(表4)第一主成分贡献率为45.90%, 加上光照、温度和VDP的第二主成分的累计贡献达到了76.83%, 由此可以说明影响NEE季节动态的因素很多, 其中温度、水分和光照共同对结缕草暖性草丛生态系统NEE季节动态变化起主导作用。进一步对结缕草暖性草丛生态系统NEE季节变化与各环境因子进行偏相关分析, 表明NEE与RH、Ts和W呈极显著负相关关系, 与Ta呈显著负相关关系(表5)。Table 2
表2
表2环境因子之间的相关系数矩阵
Table 2
| PAR | Ta | RH | Ts | W | VPD | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PAR | 1 | 0.58* | 0.22 | 0.57* | -0.34 | 0.64* |
| Ta | 1 | 0.63* | 0.94** | 0.30 | 0.59* | |
| RH | 1 | 0.78** | 0.70* | -0.21 | ||
| Ts | 1 | 0.44 | 0.41 | |||
| W | 1 | -0.46 | ||||
| VPD | 1 |
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Table 3
表3
表3净生态系统CO2交换(NEE)的影响因素主成分分析因子负荷矩阵
Table 3
| 因素 Factor | 第一主成分 The 1st principal component | 第二主成分 The 2nd principal component |
|---|---|---|
| PAR | 0.181 | 0.827 |
| Ta | 0.710 | 0.651 |
| RH | 0.965 | -0.050 |
| Ts | 0.822 | 0.515 |
| W | 0.774 | -0.441 |
| VPD | -0.134 | 0.940 |
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Table 4
表4
表4净生态系统CO2交换(NEE)的影响因素的主成分分析特征值和贡献率
Table 4
| 主成分 Principal component | 主要因子分量 Main factor | 特征值 Eigenvalue | 贡献率(%) Percent of variance | 累计贡献率(%) Total percent of variance |
|---|---|---|---|---|
| 第一主成分 The 1st principal component | Ta, RH, Ts, W | 3.672 | 45.895 | 45.895 |
| 第二主成分 The 2nd principal component | PAR, Ta, VPD | 2.474 | 30.930 | 76.825 |
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Table 5
表5
表5净生态系统CO2交换(NEE)均值与环境因子的偏相关分析系数
Table 5
| PAR | Ta | RH | Ts | W | VPD | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| NEE | 0.517 | -0.737* | -0.802** | -0.808** | -0.755** | -0.276 |
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3 结论和讨论
3.1 山东省暖性草丛生态系统碳密度分布特征
影响草丛生态系统植被碳储量变化的因素有环境因子和人类活动(放牧、刈割和火烧)两个方面(齐玉春等, 2003)。本研究中植被碳储量为188.91 g C·m-2, 低于程积民等(2011)对黄土高原草地植被与土壤固碳量研究中植被碳储量的结果, 主要是由于黄土高原草地植被地下根系生物量比较大, 从而增加了植被碳储量。凋落物碳储量是联系草丛植被碳储量和土壤碳储量的重要中间环节。在分解的过程中, 一部分碳储量以腐殖质的形式进入土壤碳库中, 另一部分以CO2的形式返回到大气中。对凋落物的分解速率和机制的研究有助于进一步了解草地生态系统碳循环的机制, 这是今后重要的研究方向。山东省暖性草丛生态系统半分解层的碳密度与未分解层的碳密度差异不明显, 半分解层在分解的过程中, 与未分解层混合, 取样难以清晰地区分也是造成差异较小的原因, 但就含碳率而言, 由于分解过程不断地释放CO2, 导致未分解层平均含碳率(39.6%)显著高于半分解层(22.4%)。
山东省暖性草丛生态系统土壤碳库密度为48.67 t·hm-2, 土壤碳储量占草丛生态系统碳储量的89%, 单位面积土壤碳密度是内蒙古典型草原土壤碳密度的2-3倍(何念鹏等, 2011), 但与中国东部地区同一类型的土壤碳储量(114.60 t·hm-2)(王绍强等, 2000)相比, 本研究结果土壤碳密度偏低; 差别较大的原因可能包括: 山东暖性草丛大多位于鲁中南低山丘陵和胶东丘陵地带土石山区, 该地区土层较薄; 本次调查的7个样点的土壤处理过程中, 将土壤中直径大于2 mm的砾石全部去掉, 也是导致土壤碳储量偏低的重要原因。
3.2 结缕草暖性草丛碳通量的影响因素
结缕草暖性草丛生态系统NEE的季节动态整体上表现为夏低冬高, 从4月份开始结缕草草丛生态系统表现为吸收CO2, 直到10月末开始表现为CO2净排放状态, 与内蒙古羊草草原NEE的平均值的季节变化(董云社等, 2000)相似, 但碳汇效应比内蒙古草原提前1个月, 碳源效应延后1个月。羊草生态系统从5月中旬开始才吸收CO2, 至9月末就表现为CO2净排放状态; 加强点定位观测的两个年度, 2012年NEE峰值月份要显著低于2013年, 主要是由于2012年5-6月气候干燥, 降水偏少, 部分结缕草草丛进入枯黄期, 使生态系统光合作用降低, 从而进一步导致吸收CO2的能力减弱; 暖性草丛两年的NEE月平均碳吸收峰值分别为-2.58 μmol CO2·m-2·s-1和-4.46 μmol CO2·m-2·s-1, 即-160.49 g C·m-2·a-1和-115.71 g C·m-2·a-1, 平均比北方温带封育草原的固碳速率84.2 g C·m-2·a-1 (何念鹏等, 2011)高64%。日本的芒草草地(Li et al., 2003)和美国俄克拉荷马州暖季型草原(Suyker & Verma, 2001)的NEE季节动态变化也具有上述草原的变化特征, 但是不同的是, 这两个地方在生长季表现出更强的碳吸收能力, 这可能与这些区域有更高的水热条件支持有关。草地生态系统NEE的昼夜动态与PAR的变化明显相关, 不同的草地类型都发现NEE随着PAR的增大绝对值逐渐增大, 在中午12:00左右达到吸收峰值(Sims & Bradford, 2001; 刘冉等, 2009); 本实验NEE日进程变化规律表明, PAR是结缕草暖性草丛生态系统NEE昼夜动态变化的主要因子之一, 3月份PAR能单独解释NEE日变化的74%。也有****认为, NEE的昼夜变化主要受PAR和Ta的共同控制, NEE的变化与PAR的响应的相关性在下午减弱, 主要因为下午的高温促进了生态系统的呼吸作用, 造成NEE值降低(Li et al., 2005)。本研究中2012年6月NEE平均值显著地降低, 可能与6月份降雨偏少(仅不到5月份降雨量的1/8)有关, 严重影响群落光合能力, 导致NEE、GEP、Re都有明显的降低; 结缕草暖性生态系统NEE与环境因子的逐步回归中发现, Ta和VPD能更好地解释NEE的昼夜变化, 全年各观测值与环境因子的多元逐步回归分析中, 这两个指标分别同时进入到方程中, 这也说明Ta和VPD是结缕草生态系统NEE季节变化的主要因素。
参考文献 原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子
DOI:10.1111/j.1365-2664.2012.02205.xURL [本文引用: 1]
The Eurasian steppe has long been subject to grazing by domestic ungulates at high levels, resulting in widespread deterioration of biodiversity and ecosystem services. While abundant evidence demonstrates that heavy grazing alters the ecosystem structure and function of grasslands, research on how grazing specifically affects ecosystem functioning and stoichiometry on broad scales is scarce because of a lack of adequate ungrazed reference sites.We examined the effects of grazing on ecosystem functioning and C : N : P stoichiometry across a precipitation gradient along the 700 km China ongolia transect (CMT), covering three community types: meadow steppe, typical steppe and desert steppe.Long-term grazing has dramatically altered the C, N and P pools and stoichiometry of steppe ecosystems along the CMT. Grazing reduced the C, N and P pools in above-ground biomass and litter, while the responses in below-ground biomass and soil C, N and P pools to grazing differed substantially among community types.Grazing increased N content and decreased C : N ratios in all plant compartments, suggesting accelerated N cycling. The altered C : N : P stoichiometry may be explained by changes in the composition of species and functional groups as well as increased foliar N and P contents for the same species in grazed communities.Synthesis and applications. Plant stoichiometric responses to grazing ranged from large in the meadow steppe to small in the typical steppe to generally insignificant in the desert steppe, implying that different underlying mechanisms operated along the regional precipitation gradient. Our findings suggest that reducing the stocking rate and restoring the vastly degraded steppes are essential to sustain native steppe biodiversity, ecosystem functioning and biological capacity for mitigating the impact of climate change in the Inner Mongolia grassland.
DOI:10.3321/j.issn:1000-0933.2004.04.027URL [本文引用: 1]
工业革命以来,人类活动所导致的CO2等温室气体的浓度在大气中持续上升,全球表面温度因此不断升高.在全球温暖化的背景下,土壤呼吸与温室效应之间正反馈关系势必影响到未来陆地生态系统功能与全球变化的趋势,所以,关于土壤呼吸对温度变化响应的研究备受瞩目.土壤呼吸对温度依赖性的研究已经有许多报道,其关系可以用简单的指数方程表示.但是,土壤水分条件对于土壤呼吸温度敏感性(用Q10表示)的影响却研究得较少.采用碱液吸收法对内蒙古典型温带草原11个不同水分状况群落的土壤呼吸进行了测定,并分析了土壤呼吸的温度敏感性.结果显示土壤呼吸的温度敏感性存在一定程度的空间变异,各群落Q10值平均为1.65,变异系数为6.94%.其中,春小麦群落的Q10值最高(1.84),其次是湿生杂类草群落(Q10=1.78),而Q10最低的是冷蒿(Armesia frigida)-星毛萎陵菜(Potentilla acaulis)群落(1.47). 用Spearman秩相关分析法对表层土壤(0～20cm)水分与Q10值之间的关系进行了分析,结果表明各群落Q10值与生长季土壤平均水分含量呈显著的正相关关系(R=0.64545,p=0.032),说明水分状况对土壤呼吸的温度敏感性有一定程度的影响.由此推断,在中国温带草原地区,温度升高对较湿润区域土壤呼吸的影响大于较干旱区域.全球变化导致的水分时空格局的变化可能对温带草原土壤呼吸有较大的影响.所以,模拟大尺度土壤CO2排放量时,水分因素必须作为一个重要的变量加以考虑.
DOI:10.3321/j.issn:1000-0933.2004.04.027URL [本文引用: 1]
工业革命以来,人类活动所导致的CO2等温室气体的浓度在大气中持续上升,全球表面温度因此不断升高.在全球温暖化的背景下,土壤呼吸与温室效应之间正反馈关系势必影响到未来陆地生态系统功能与全球变化的趋势,所以,关于土壤呼吸对温度变化响应的研究备受瞩目.土壤呼吸对温度依赖性的研究已经有许多报道,其关系可以用简单的指数方程表示.但是,土壤水分条件对于土壤呼吸温度敏感性(用Q10表示)的影响却研究得较少.采用碱液吸收法对内蒙古典型温带草原11个不同水分状况群落的土壤呼吸进行了测定,并分析了土壤呼吸的温度敏感性.结果显示土壤呼吸的温度敏感性存在一定程度的空间变异,各群落Q10值平均为1.65,变异系数为6.94%.其中,春小麦群落的Q10值最高(1.84),其次是湿生杂类草群落(Q10=1.78),而Q10最低的是冷蒿(Armesia frigida)-星毛萎陵菜(Potentilla acaulis)群落(1.47). 用Spearman秩相关分析法对表层土壤(0～20cm)水分与Q10值之间的关系进行了分析,结果表明各群落Q10值与生长季土壤平均水分含量呈显著的正相关关系(R=0.64545,p=0.032),说明水分状况对土壤呼吸的温度敏感性有一定程度的影响.由此推断,在中国温带草原地区,温度升高对较湿润区域土壤呼吸的影响大于较干旱区域.全球变化导致的水分时空格局的变化可能对温带草原土壤呼吸有较大的影响.所以,模拟大尺度土壤CO2排放量时,水分因素必须作为一个重要的变量加以考虑.
DOI:10.11849/zrzyxb.2011.03.006URL [本文引用: 1]
在黄土高原自东南向西北,采用样带多点调查与定位监测相结合的研究方法,系统分析了不同草地类型封禁初期和封禁11 a草地生物量与固碳量变化特征。结果表明：4种草地类型地上活体植物、凋落物/地下活体根系和土壤中碳密度与碳储量分布规律均为森林草原〉梁塬典型草原〉丘陵典型草原〉荒漠草原;草地封禁11 a,地上活体植物、凋落物0、～100 cm活体根系和土壤中碳密度总量,森林草原类型为63.38～97.65 t·hm^-2,梁塬典型草原类型为49.04～68.80t·hm^-2,丘陵典型草原类型为52.33～62.11 t·hm^-2,荒漠草原类型为11.93～19.62 t·hm^-2;碳储量4种草地类型分别为230.287 7 Tg C、332.306 7 Tg C、484.055 5 Tg C和113.856 3 Tg C;黄土高原草地总固碳量为573.10 Tg C,其中：活体植物为42.89 Tg C,占总固碳量的7.48%;凋落物为80.40 Tg C,占14.03%;活体根系为108.66 Tg C,占18.96%;土壤为341.15 Tg C,占59.53%。这充分表明,封禁不仅能使草地植被快速恢复和生物量增加,而且也是提高草地固碳潜力的一条重要途径。
DOI:10.11849/zrzyxb.2011.03.006URL [本文引用: 1]
在黄土高原自东南向西北,采用样带多点调查与定位监测相结合的研究方法,系统分析了不同草地类型封禁初期和封禁11 a草地生物量与固碳量变化特征。结果表明：4种草地类型地上活体植物、凋落物/地下活体根系和土壤中碳密度与碳储量分布规律均为森林草原〉梁塬典型草原〉丘陵典型草原〉荒漠草原;草地封禁11 a,地上活体植物、凋落物0、～100 cm活体根系和土壤中碳密度总量,森林草原类型为63.38～97.65 t·hm^-2,梁塬典型草原类型为49.04～68.80t·hm^-2,丘陵典型草原类型为52.33～62.11 t·hm^-2,荒漠草原类型为11.93～19.62 t·hm^-2;碳储量4种草地类型分别为230.287 7 Tg C、332.306 7 Tg C、484.055 5 Tg C和113.856 3 Tg C;黄土高原草地总固碳量为573.10 Tg C,其中：活体植物为42.89 Tg C,占总固碳量的7.48%;凋落物为80.40 Tg C,占14.03%;活体根系为108.66 Tg C,占18.96%;土壤为341.15 Tg C,占59.53%。这充分表明,封禁不仅能使草地植被快速恢复和生物量增加,而且也是提高草地固碳潜力的一条重要途径。
[本文引用: 1]
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[本文引用: 2]
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DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2000.03.018URL [本文引用: 2]
利用黑色不透光气体采集箱, 沿450～200 mm年降水梯度剖面对内蒙古温带草原典型草地3种主要温室气体CO2, N2O, CH4通量进行现场测定. 结果表明, 内蒙古草地CO2, N2O, CH4通量平均值分别为(1 180.4 ± 308.7), (0.010 ± 0.004), (-0.039 ± 0.016) mg.m-2. h-1, 3种温室气体通量随着草地降水量的减少呈现降低的变化趋势, 人类活动放牧和草地开垦利用均表现对草地温室气体通量的明显影响, 揭示了草地温室气体通量的日变化特征及其与温度的正相关关系.
DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2000.03.018URL [本文引用: 2]
利用黑色不透光气体采集箱, 沿450～200 mm年降水梯度剖面对内蒙古温带草原典型草地3种主要温室气体CO2, N2O, CH4通量进行现场测定. 结果表明, 内蒙古草地CO2, N2O, CH4通量平均值分别为(1 180.4 ± 308.7), (0.010 ± 0.004), (-0.039 ± 0.016) mg.m-2. h-1, 3种温室气体通量随着草地降水量的减少呈现降低的变化趋势, 人类活动放牧和草地开垦利用均表现对草地温室气体通量的明显影响, 揭示了草地温室气体通量的日变化特征及其与温度的正相关关系.
DOI:10.1016/S0168-1923(98)00118-XURL [本文引用: 1]
The Bowen ratio/energy balance (BREB) method was used to measure 3002min water vapor and carbon dioxide (CO 2 ) fluxes over three fields dominated by different C 4 grasses (bermudagrass, tallgrass native prairie, and sorghum) at the Blackland Research Center, Temple, TX. Fluxes were related to biotic and abiotic phenomena. Carbon accumulation rates calculated from BREB measurements were compared with those determined from plant biomass measurements. Thirty min CO 2 fluxes were measured continuously from 22 February to 22 November (days 53–326) in 1993 and from 3 March to 22 November (days 62–326) in 1994. Soil CO 2 fluxes were measured periodically in each field and from a bare soil. In all fields, average daily evapotranspiration varied from less than 102mm day 611 in March and November to about 502mm day 611 in June and July. The CO 2 fluxes, which were affected by leaf area, radiation, and soil water content, were near zero in each field in the fall and spring and were maximum in the summer (positive toward surface). Total annual CO 2 flux in the bermudagrass, which was sprigged (planted with grass stolons) in April 1993, was 610.4 and 2.802kg of CO 2 m 612 year 611 (which are equivalent to 610.1 and 0.802kg of carbon (C) m 612 year 611 ) in 1993 and 1994, respectively. The larger flux in the second year was due to greater bermudagrass leaf area. Corresponding annual CO 2 fluxes were 0.2 and 0.302kg02m 612 year 611 (0.05 and 0.0802kg C02m 612 year 611 ) for the prairie, and 0.9 and 610.302kg02m 612 year 611 (0.2 and 610.0902kg C02m 612 year 611 ) for the sorghum. Bare soil CO 2 flux was a small fraction of soil CO 2 flux from all fields, suggesting that a considerable amount of soil CO 2 flux was due to root respiration. The dry matter accumulation rate calculated for each year and field from CO 2 flux measurements was within 20% of the rate calculated from gravimetric biomass measurements. The prairie and sorghum fields were in approximate equilibrium for C storage because estimated annual CO 2 fluxes were near zero. By contrast, the bermudagrass field was a large C sink, primarily in the roots, during the second year. This substantiates other evidence that conversion from continuously cultivated cropland to grassland could create a short-term C sink.
DOI:10.1007/s10584-007-9316-6URL [本文引用: 1]
Above- and below-ground biomass values for 17 types of grassland communities in China as classified by the Chinese Grasslands Resources Survey were obtained from systematic replicated sampling at 78 sites and from published records from 146 sites. Most of the systematic samples were along a 5,000-km-long transect from Hailar, Inner Mongolia (49°15′N, 119°15′E), to Pulan, Tibet (30°15′N, 81°10′E). Above-ground biomass was separated into stem, leaf, flower and fruit, standing dead matter, and litter. Below-ground biomass was measured in 10-cm soil layers to a depth of 3002cm for herbs and to 5002cm for woody plants. Grassland type mean total biomass carbon densities ranged from 2.40002kg m 612 for swamp to 0.14902kg m 612 for alpine desert grasslands. Ratios of below- to above-ground carbon density varied widely from 0.99 for tropical tussock grassland to 52.28 for alpine meadow. Most below-ground biomass was in the 0–1002cm soil depth layer and there were large differences between grassland types in the proportions of living and dead matter and stem and leaf. Differences between grassland types in the amount and allocation of biomass showed patterns related to environments, especially aridity gradients. Comparisons of our estimates with other studies indicated that above-ground biomass, particularly forage-yield biomass, is a poor predictor of total vegetation carbon density. Our estimate for total carbon storage in the biomass of the grasslands of China was 3.3202Pg C, with 56.4% contained in the grasslands of the Tibet-Qinghai plateau and 17.9% in the northern temperate grasslands. The need for further standardized and systematic measurements of vegetation biomass to validate global carbon cycles is emphasised.
[本文引用: 2]
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DOI:10.1016/S0168-1923(97)00062-2URL [本文引用: 1]
ABSTRACT In many temperate-zone ecosystems, seasonal changes in environmental and biological factors influence the dynamics and magnitude of surface-atmosphere exchange. Research was conducted to measure surface-layer fluxes of CO2, water vapor, and energy in a C4-dominated tallgrass prairie during the autumnal transition from carbon sink to carbon source. Data were collected between DOY 220 and 320, 1996 on the Konza Prairie Research Natural Area near Manhattan, KS, USA. Mass fluxes were measured with a tower-based conditional sampling (CS) system, and the surface energy balance was measured with Bowen ratio (BR) methods. Soil-surface CO2 fluxes were measured with a closed-chamber system. Carbon and energy fluxes decreased over the study period as the canopy senesced. When skies were clear, daily net CO2 exchange (NCE) varied from a maximum gain of 17.8 g CO2 m612 day611 on DOY 226 to a maximum loss of 6110.3 g CO2 m612 day611 on DOY 290. Over the 100-day study period, the ecosystem had a net loss of 61217 g CO2 m612, with the change from sink to source occurring on about DOY 255. Soil-surface CO2 fluxes were 610.4 mg CO2 m612 s611 at the start of the study but declined to 610.04 mg CO2 m612 s611 on DOY 320. The Bowen ratio increased from 0.5 to 4 over the study period. The seasonal trend in NCE was governed by the senescence of the canopy and not abrupt changes in weather. Senescence also influenced canopy conductance, which caused a seasonal transformation in the surface energy balance. Data suggest that any climatic or management factors that affect the rate and timing of the autumnal sink-source transition can have a strong influence, on the carbon and water balance in the ecosystem.
[本文引用: 2]
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DOI:10.1016/S0168-1923(02)00006-0URL [本文引用: 1]
For 212 days, including a 117-day-long summer drought with only 45 mm rainfall, fluxes of latent and sensible heat ( λE and H, respectively) and carbon dioxide (CO 2) were measured by eddy covariance over a tussock grassland in New Zealand. The measurement site was grazed and now has a low leaf area index (650.5), dominated by the invasive weed Hieracium, and has a high proportion of bare soil (43%). Energy balance closure was excellent (0.97H+λE)619 ( W m 612)=R a, r 2=0.93, n=8407 half-hourly averages and R a is the available energy. As the drought progressed, the daily average Bowen ratio ( H/ λE) increased from 1 to 15 which corresponded with increasing air and surface temperatures and vapour pressure deficit. Maximum evaporation rate was 3.8 mm per day and it averaged 1.1 mm per day, seasonally equivalent to 93% of the rainfall (241 mm) in accordance with mass conservation, but only 47% of the equilibrium evaporation rate. It was estimated that 50% of soil water was utilised before water deficit began to limit λE and, on average, the evaporative fraction λE/ R a declined exponentially with time after rainfall from 0.43 to 0.05 in 15 days. Maximum net carbon dioxide uptake (denoted negative) and efflux (respiration) rates ( R e) were 615 and 2 μmol m 612 s 611, respectively. These rates are much less than those for grasslands elsewhere. Soil respiration rate and temperature were exponentially related when water was plentiful, but at the same temperature, respiration declined by a factor of 4 as water content ranged from 0.21 (field capacity) to 0.04 m 3 m 613. Soil respiration responded to drought-breaking rainfall and irrigation with a return to maximum rates within 1 day. During spring, when soil water content was >0.10 m 3 m 613 (October and November), the daily CO 2 flux density ( F CO 2) was relatively conservative at 611.2 g C m 612 per day. During drought (January–February), the ecosystem became a carbon source with a mean emission flux of 0.70 g C m 612 per day. Twenty days after a drought-breaking rainfall, the ecosystem returned to being a net sink, but by this time the mean daily air temperature was falling and the first frost of the winter (9 April; 611.8 °C) had occurred thus reducing the ability of the ecosystem to respond to the increased soil water content. Water availability severely limits the carbon acquisition of this ecosystem with the result that during summer, net productivity is closely related to both the frequency and the timing of rainfall events. During summer droughts the inter-montane-basin tussock grasslands may be carbon neutral.
DOI:10.1088/0256-307X/17/9/008URL [本文引用: 1]
采用碱液吸收法对内蒙古锡林河流域羊草 (L eymus chinensis)草原群落土壤呼吸速率进行了连续 2年的野外测定 ,并通过多元回归手段对其影响因子进行了分析。结果表明 :1) 1998～ 1999年两个生长季羊草群落土壤呼吸速率的季节动态均为单峰型曲线 ,最大值出现在 7月下旬 ;2 ) CO2 释放速率、气温和土壤含水量之间有如下关系 :L n Res=5 .85 96 + 0 .0 12 5 M+ 0 .0 394T+ 0 .0 0 49M× T,R2 =0 .70 96 ,表明约有 70 %的土壤呼吸量变化是由气温和土壤含水量共同决定的 ,其中以温度为主 (Res=2 5 6 .75 T0 .6 5 5 7,R2 =0 .5 779) ,Q1 0 在 2 .0～ 3.0之间 ;3)羊草无放牧群落生长季的土壤呼吸总量在 2 49.4～ 32 0 .7g C.m- 2 .a- 1之间 ,放牧群落在 2 37.0～ 30 5 .6 g C.m- 2 .a- 1之间 ,放牧对土壤呼吸影响不大。
DOI:10.1088/0256-307X/17/9/008URL [本文引用: 1]
采用碱液吸收法对内蒙古锡林河流域羊草 (L eymus chinensis)草原群落土壤呼吸速率进行了连续 2年的野外测定 ,并通过多元回归手段对其影响因子进行了分析。结果表明 :1) 1998～ 1999年两个生长季羊草群落土壤呼吸速率的季节动态均为单峰型曲线 ,最大值出现在 7月下旬 ;2 ) CO2 释放速率、气温和土壤含水量之间有如下关系 :L n Res=5 .85 96 + 0 .0 12 5 M+ 0 .0 394T+ 0 .0 0 49M× T,R2 =0 .70 96 ,表明约有 70 %的土壤呼吸量变化是由气温和土壤含水量共同决定的 ,其中以温度为主 (Res=2 5 6 .75 T0 .6 5 5 7,R2 =0 .5 779) ,Q1 0 在 2 .0～ 3.0之间 ;3)羊草无放牧群落生长季的土壤呼吸总量在 2 49.4～ 32 0 .7g C.m- 2 .a- 1之间 ,放牧群落在 2 37.0～ 30 5 .6 g C.m- 2 .a- 1之间 ,放牧对土壤呼吸影响不大。
DOI:10.1111/j.1365-2486.2005.01047.xURL [本文引用: 1]
Abstract This paper presents results of 1 year (from March 25, 2003 to March 24, 2004, 366 days) of continuous measurements of net ecosystem CO 2 exchange (NEE) above a steppe in Mongolia using the eddy covariance technique. The steppe, typical of central Mongolia, is dominated by C 3 plants adapted to the continental climate. The following two questions are addressed: (1) how do NEE and its components: gross ecosystem production (GEP) and total ecosystem respiration ( R eco ) vary seasonally? (2) how do NEE, GEP, and R eco respond to biotic and abiotic factors? The hourly minimal NEE and the hourly maximal R eco were 613.6 and 1.2μmolm 612 s 611 , respectively (negative values denoting net carbon uptake by the canopy from the atmosphere). Peak daily sums of NEE, GEP, and R eco were 612.3, 3.5, and 1.5gCm 612 day 611 , respectively. The annual sums of GEP, R eco , and NEE were 179, 138, and 6141gCm 612 , respectively. The carbon removal by sheep was estimated to range between 10 and 82gCm 612 yr 611 using four different approaches. Including these estimates in the overall carbon budget yielded net ecosystem productivity of 6123 to +20gCm 612 yr 611 . Thus, within the remaining experimental uncertainty the carbon budget at this steppe site can be considered to be balanced. For the growing period (from April 23 to October 21, 2003), 26% and 53% of the variation in daily NEE and GEP, respectively, could be explained by the changes in leaf area index. Seasonality of GEP, R eco , and NEE was closely associated with precipitation, especially in the peak growing season when GEP and R eco were largest. Water stress was observed in late July to early August, which switched the steppe from a carbon sink to a carbon source. For the entire growing period, the light response curves of daytime NEE showed a rather low apparent quantum yield ( α =610.0047μmolCO 2 μmol 611 photons of photosynthetically active radiation). However, the α values varied with air temperature ( T a ), vapor pressure deficit, and soil water content.
DOI:10.1111/j.1440-1703.2003.00587.xURL [本文引用: 1]
The eddy correlation technique was employed to measure net ecosystem carbon dioxide (CO 2 ) (NEE) and water vapor exchange ( LE ) over a C3/C4 co-occurring wet temperate Miscanthus- type grassland in the Kanto plain of Japan in the 1999 growing season. The maximal mean canopy height and maximal leaf area index were 1.065m and 5.5, respectively. The daily maximal LE was approximately 54065W65m 612 . The maximum value of daily accumulative LE was 16.365MJ65day 611 . Daily variation of the decoupling factor (Ω) suggests that in the morning LE decoupled with the atmosphere, and the available energy was the major driving force for LE , whereas in the afternoon LE coupled strongly with the atmosphere, and the atmospheric evaporative demand played a critical role in LE . The decline in Ω (from 0.8 to 0.5) with the growing season demonstrates that LE decoupled from the atmosphere in the later growth season. The peak NEE value was 57.46508mol65CO 2 65m 612 65s 611 (the positive value signifies the canopy carbon gain was from the air). The maximal daily integrated NEE was 1.0665mol65CO 2 65m 612 65day 611 observed during the peak growth stage. A rectangular hyperbolic model was used to describe the relation between daytime NEE and incident photosynthetic photon flux density (PPFD). The net ecosystem CO 2 was not light-saturated up to a PPFD level of 20006508mol m 612 65s 611 . The initial slope estimated with the NEE–PPFD response model was approximately 0.04265mol65CO 2 65mol 611 65photon on average. The canopy light compensation point ranged from 210 to 4306508mol65m 612 65s 611 with an average of approximately 31008mol65m 612 65s 611 . Both the initial slope and the canopy light compensation point decreased as the canopy senesced. The switch in dominance from C3 to C4 plants played an important role in the canopy fluxes.
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DOI:10.1038/nature14677URLPMID:26289204 [本文引用: 1]
early three-quarters of the growth in global carbon emissions from the burning of fossil fuels and cement production between 2010 and 2012 occurred in China1, 2. Yet estimates of Chinese emissions remain subject to large uncertainty; inventories of China’s total fossil fuel carbon emissions in 2008 differ by 0.3 gigatonnes of carbon, or 15 per cent1, 3, 4, 5. The primary sources of this uncertainty are conflicting estimates of energy consumption and emission factors, the latter being uncertain because of very few actual measurements representative of the mix of Chinese fuels. Here we re-evaluate China’s carbon emissions using updated and harmonized energy consumption and clinker production data and two new and comprehensive sets of measured emission factors for Chinese coal. We find that total energy consumption in China was 10 per cent higher in 2000–2012 than the value reported by China’s national statistics6, that emission factors for Chinese coal are on average 40 per cent lower than the default values recommended by the Intergovernmental Panel on Climate Change7, and that emissions from China’s cement production are 45 per cent less than recent estimates1, 4. Altogether, our revised estimate of China’s CO2 emissions from fossil fuel combustion and cement production is 2.49 gigatonnes of carbon (2 standard deviations = ±7.3 per cent) in 2013, which is 14 per cent lower than the emissions reported by other prominent inventories1, 4, 8. Over the full period 2000 to 2013, our revised estimates are 2.9 gigatonnes of carbon less than previous estimates of China’s cumulative carbon emissions1, 4. Our findings suggest that overestimation of China’s emissions in 2000–2013 may be larger than China’s estimated total forest sink in 1990–2007 (2.66 gigatonnes of carbon)9 or China’s land carbon sink in 2000–2009 (2.6 gigatonnes of carbon)10.
DOI:10.3969/j.issn.1003-7578.2006.03.038URL [本文引用: 1]
草地生态系统在全球碳循中起着极为重要的作用。大部分草地碳储存在地下，但是实测数据十分匮乏，因此准确估算温带草地植被碳储量对评价草地生态系统碳循环具有重要意义。作为一个区域性资料积累工作，作者对内蒙古温带草地的碳储量进行了大范围的实测研究，以估算该地区草地植被的碳储量。主要结果如下：（1）内蒙古温带草地总面积为58．46×10^6hm^2，总植被碳储量为226．0±13．27TgC（1Tg=10^12g），平均碳密度为3．44MgC．hm^-2；（2）地下根系储存的碳是地上碳储量的6倍左右，地上、地下生物量碳储量分别为33．22±1．75和193．88±12．6TgC，平均碳密度分别是0．51和2．96MaC．hm^-2；（3）不同草地类型的碳储量差异较大，典型草原最大（113．25TgC），占草地总碳储量的50％，其次是草甸和草甸草原，荒漠草原碳储量最低（15．37TgC）。
DOI:10.3969/j.issn.1003-7578.2006.03.038URL [本文引用: 1]
草地生态系统在全球碳循中起着极为重要的作用。大部分草地碳储存在地下，但是实测数据十分匮乏，因此准确估算温带草地植被碳储量对评价草地生态系统碳循环具有重要意义。作为一个区域性资料积累工作，作者对内蒙古温带草地的碳储量进行了大范围的实测研究，以估算该地区草地植被的碳储量。主要结果如下：（1）内蒙古温带草地总面积为58．46×10^6hm^2，总植被碳储量为226．0±13．27TgC（1Tg=10^12g），平均碳密度为3．44MgC．hm^-2；（2）地下根系储存的碳是地上碳储量的6倍左右，地上、地下生物量碳储量分别为33．22±1．75和193．88±12．6TgC，平均碳密度分别是0．51和2．96MaC．hm^-2；（3）不同草地类型的碳储量差异较大，典型草原最大（113．25TgC），占草地总碳储量的50％，其次是草甸和草甸草原，荒漠草原碳储量最低（15．37TgC）。
DOI:10.1006/jare.2001.0902URL [本文引用: 1]
Carbon storage in grasslands of China was estimated by the carbon density method and based on a nationwide grassland resource survey finished by 1991. The grasslands in China were classified into 18 types, which are distributed mostly in the temperate region and on the Tibetan Plateau, and scattered in the warm-temperate and tropical regions. Based on the median estimate, vegetation, soil and total carbon storage of grasslands in China were 3·06, 41·03 and 44·09 Pg C, respectively. Vegetation had low carbon storage and most carbon was stored in soils. Of the four types of regions that have grasslands, alpine region (54·5%) and temperate region (31·6%) hold more than 85% of the total grassland carbon (in both vegetation and soils) in China. Considering specific types within these two regions, three grassland types, alpine meadow (25·6%), alpine steppe (14·5%) and temperate steppe (11%) constituted more than half of all carbon stored in China's grasslands. In general and regardless of regional vegetation types, steppes (38·6%) and meadows (38·2%) made up more than 2/3 of total grassland carbon. The carbon storage in alpine grasslands may have a significant and long-lived effect on global C cycles. This study estimated more carbon storage in vegetation and less in soils than previous studies. The differences of grassland carbon between this study and two previous studies were due probably to four reasons, i.e. different estimation methods, different classification systems of grasslands, different areas of grasslands, and different carbon densities. China's grasslands cover only 6–8% of total world grassland area and have 9–16% of total carbon in the world grasslands. They make a big contribution to the world carbon storage and may have significant effects on carbon cycles, both in global and in arid lands.
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DOI:10.11820/dlkxjz.2003.04.002URL [本文引用: 1]
文中首先分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性,进而对我国草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述,包括植物、凋落物、土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等,对其主要研究结论进行了深入的剖析.同时提出了今后我国草地生态系统碳循环的重点研究方向和研究领域.
DOI:10.11820/dlkxjz.2003.04.002URL [本文引用: 1]
文中首先分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性,进而对我国草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述,包括植物、凋落物、土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等,对其主要研究结论进行了深入的剖析.同时提出了今后我国草地生态系统碳循环的重点研究方向和研究领域.
DOI:10.11820/dlkxjz.2011.07.003URL [本文引用: 3]
区域尺度陆地生态系统固碳速率和潜力定量认证的方法及其不确定性分析是国家应对气候变化的重要基础工作。目前国内外对于陆地生态系统碳汇以及增汇潜力计量方法已经开展了大量的研究,提出了温室气体排放清单的计量方法,CDM(清洁发展机制)造林再造林项目碳汇的计量方法,以及土地利用变化碳汇计量等方法,国家温室气体清单的方法仅适用于国家范围的碳汇计量,对于区域碳汇计量却十分粗略。CDM造林再造林项目仅局限于森林管理等项目,而未涵盖将来可能列入碳汇目标的其它生态系统增汇管理措施。目前,关于森林、草地、农田等区域尺度生态系统碳汇计量还没有形成统一的、标准化的方法体系。本文对IPCC国家尺度的碳排放和陆地增汇技术评估方法体系、土地利用对陆地碳源汇影响的评价方法、以及人为管理措施下陆地生态系统增汇效应计量方法进行了详细的阐述,并对每种计量方法的不确定性进行分析,期望为中国陆地生态系统固碳速率、增汇潜力的计量、报告、认证和核查方法论和技术体系的建立提供依据。
DOI:10.11820/dlkxjz.2011.07.003URL [本文引用: 3]
区域尺度陆地生态系统固碳速率和潜力定量认证的方法及其不确定性分析是国家应对气候变化的重要基础工作。目前国内外对于陆地生态系统碳汇以及增汇潜力计量方法已经开展了大量的研究,提出了温室气体排放清单的计量方法,CDM(清洁发展机制)造林再造林项目碳汇的计量方法,以及土地利用变化碳汇计量等方法,国家温室气体清单的方法仅适用于国家范围的碳汇计量,对于区域碳汇计量却十分粗略。CDM造林再造林项目仅局限于森林管理等项目,而未涵盖将来可能列入碳汇目标的其它生态系统增汇管理措施。目前,关于森林、草地、农田等区域尺度生态系统碳汇计量还没有形成统一的、标准化的方法体系。本文对IPCC国家尺度的碳排放和陆地增汇技术评估方法体系、土地利用对陆地碳源汇影响的评价方法、以及人为管理措施下陆地生态系统增汇效应计量方法进行了详细的阐述,并对每种计量方法的不确定性进行分析,期望为中国陆地生态系统固碳速率、增汇潜力的计量、报告、认证和核查方法论和技术体系的建立提供依据。
DOI:10.1016/S0168-1923(01)00264-7URL [本文引用: 1]
Atmospheric CO 2 concentrations have increased because of changes in land use and burning of fossil fuels. Grasslands are important terrestrial ecosystems that, along with other temperate and arid rangeland resources, comprise more than 50% of the world’s land area. Even though grasslands dominate the world’s landscape, their role in the global C budget has not been adequately documented. The objective of this study was to determine the relationship of vegetation structure and dynamics to CO 2 fluxes for a grass and a sagebrush-dominated Southern Plains mixed-grass prairie (latitude 36°36′N, longitude 99°35′W, elevation 63002m) and evaluate their potential for carbon sequestration. The CO 2 flux calculated at 20-min intervals was measured from mid-February to early May through mid to late December in 1995–1997 on both sites using Bowen ratio/energy balance instrumentation. Plant measurements included aboveground and belowground biomass, leaf area, and canopy height. Estimated annual net CO 2 fluxes into these systems were 257 and 2302g02m 612 02yr 611 , respectively, for the grass and sagebrush-dominated sites. Average daily flux during the sampling period and estimated annual rate of daily CO 2 flux for the grass-dominated prairie site were greater (1.54 and 0.7002g02m 612 per day) than the sagebrush site (0.01 and 0.0602g02m 612 per day). Water-use was similar for these two mixed-grass prairie sites. This study indicates that these Southern Plains mixed-grass prairie communities have the potential to sequester C.
DOI:10.1046/j.1365-2486.2001.00407.xURL [本文引用: 1]
Summary An Ameriflux site was established in mid 1996 to study the exchange of CO 2 in a native tallgrass prairie of north-central Oklahoma, USA. Approximately the first 20 months of measurements (using eddy covariance) are described here. This prairie, dominated by warm season C4 grasses, is typical of the central Kansas/northern Oklahoma region. During the first three weeks of the measurement period (mid-July–early August 1996), moisture-stress conditions prevailed. For the remainder of the period (until March 1998), however, soil moisture was nonlimiting. Mid-day net ecosystem CO 2 exchange (NEE), under well-watered conditions, reached a maximum magnitude of 1.4 mg CO 2 m 612 s 611 (flux toward the surface is positive) during peak growth (mid-July 1997), with green leaf area index of 2.8. In contrast, under moisture-stress conditions in the same growth stage in 1996, mid-day NEE was reduced to near-zero. Average night NEE ranged from near-zero, during winter dormancy, to 61 0.50 mg CO 2 m 612 s 611 , during peak growth. Most of the variance in average night NEE was explained by changes in soil temperature (0.1 m depth) and green leaf area. The daytime NEE measurements were examined in terms of a rectangular hyperbolic relationship with incident photosynthetically active radiation. The analysis showed that the quantum yield during peak growth was similar to those measured in other prairies and the y -intercept, so obtained, can be potentially used as an estimate of night-time CO 2 emissions when eddy covariance data are unavailable. Daily integrated NEE reached its peak magnitude of 30.8 g CO 2 m 612 d 611 (8.4 g C m 612 d 611 ) in mid-July when the green LAI was the largest (about 2.8). In general, the seasonal trend of daily NEE (on relatively clear days) followed that of green LAI. Annually integrated carbon exchange, between prescribed burns in 1997 and 1998, was 268 g C m 612 y 611 . After incorporating carbon loss during the prescribed burn , the net annual carbon exchange in this prairie was near-zero in 1998.
DOI:10.1029/91JD03045URL [本文引用: 1]
Eddy correlation measurements were made of fluxes of momentum, sensible heat, water vapor, and carbon dioxide at a centrally located plateau site in the FIFE study area during the period from May to October 1987. About 82% of the vegetation at the site was comprised of several C4 grass species (big bluestem, Indian grass, switchgrass, tall dropseed, little bluestem, and blue grama), with the remainder being C3 grasses, sedges, forbs, and woody plants. The prairie was burned in mid-April and was not grazed. Precipitation during the study period was about normal, except for a 3-week dry period in late July to early August, which caused moisture stress conditions. The drag coefficient ( , where u* is the friction velocity and 0300 is the mean wind speed at 2.25 m above the ground) of the prairie vegetation ranged from 0.0087 to 0.0099. The average d/zc and z0/zc (where d is the zero plane displacement, z0 is the roughness parameter, and zc is the canopy height) were estimated to be about 0.71 and 0.028, respectively. Information was developed on the aerodynamic conductance (ga) in terms of mean wind speed (measured at a reference height) for different periods in the growing season. During the early and peak growth stages, with favorable soil moisture, the daily evapotranspiration (ET) rates ranged from 3.9 to 6.6 mm d0908081. The ET rate during the dry period was between 2.9 and 3.8 mm d0908081. The value of the Priestley-Taylor coefficient (), calculated as the ratio of the measured ET to the equilibrium ET, averaged around 1.26 when the canopy stomatal resistance (rc) was less than 100 s m0908081. When rc increased above 100 s m0908081, decreased rapidly. The atmospheric CO2 flux data (eddy correlation) were used, in conjunction with estimated soil CO2 flux, to evaluate canopy photosynthesis (Pc). The dependence of Pc on photosynthetically active radiation (KPAR), vapor pressure deficit, and soil moisture was examined. Under nonlimiting soil moisture conditions, Pc was primarily controlled by KPAR through a rectangular hyperbolic relationship. Our data did not indicate light saturation of the canopy up to KPAR levels of 2100 0204Ei m0908082 s0908081. Midday values of Pc reached a seasonal peak of 1.40900091.5 mg m0908082 (ground area) s0908081 during late June and early July. During the dry period (late July to early August), midday Pc declined to a minimum of almost zero. Examination of data on Pc, 0203E/Rn (the proportion of net radiation consumed in latent heat flux), extractable soil water, and the predawn leaf water potential indicated a remarkable similarity in overall patterns throughout the season. The photosynthetic efficiency was 1.50900092% during midday through most of the growing season (except during the dry period). The midday value of the prairie water use efficiency during the peak growth stage was 809000912 0103 100908083 g CO2/g H2O.
DOI:10.11820/dlkxjz.2012.01.011URL [本文引用: 1]
陆地生态系统碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化的成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析等领域的热点,受到科技界和国际社会的广泛关注。本文在简要回顾中国陆地生态系统碳收支及其循环过程研究领域的发展历史,总结各个发展阶段主要特征的基础上,讨论了开展中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求和社会需求,评述了中国在相关领域研究中存在的主要问题,探讨了当前的科学研究前沿领域及其关键科学问题。本文指出,现阶段中国开展区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程机制综合研究工作不仅是提升中国生态系统生态学、地球系统科学与全球变化科学的创新能力的科技发展需求,更是中国参与应对全球气候变化国际合作、改进生态系统管理、保障生态安全的社会经济发展需求。同时还指出,中国现阶段在该领域的研究工作还缺乏各类生态系统碳收支的实际调查数据,缺乏国家尺度碳收支科学数据的整合,缺乏可用于碳收支计量与综合评估的模型工具,也没有形成国家层次的碳源汇计量、评估、认证及决策分析信息系统平台。本文通过国内外科技发展的分析认为,中国在该领域的研究工作,应在大力发展陆地生态系统碳收支和碳汇功能的定量监测、评价和认证的方法与技术基础上,重点关注并前瞻性地开展陆地生态系统碳-氮-水循环过程耦合关系及其对全球气候变化的响应与适应、碳-氮-磷生态化学计量学特征及其环境影响、碳-氮-水耦合循环过程的生物调控机制等前沿领域,以提高中国生态系统与全球变化科学研究水平,为国家的生态系统与温室气体管理提供基础理论、科学知识和先进技术的储备。
DOI:10.11820/dlkxjz.2012.01.011URL [本文引用: 1]
陆地生态系统碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化的成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析等领域的热点,受到科技界和国际社会的广泛关注。本文在简要回顾中国陆地生态系统碳收支及其循环过程研究领域的发展历史,总结各个发展阶段主要特征的基础上,讨论了开展中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求和社会需求,评述了中国在相关领域研究中存在的主要问题,探讨了当前的科学研究前沿领域及其关键科学问题。本文指出,现阶段中国开展区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程机制综合研究工作不仅是提升中国生态系统生态学、地球系统科学与全球变化科学的创新能力的科技发展需求,更是中国参与应对全球气候变化国际合作、改进生态系统管理、保障生态安全的社会经济发展需求。同时还指出,中国现阶段在该领域的研究工作还缺乏各类生态系统碳收支的实际调查数据,缺乏国家尺度碳收支科学数据的整合,缺乏可用于碳收支计量与综合评估的模型工具,也没有形成国家层次的碳源汇计量、评估、认证及决策分析信息系统平台。本文通过国内外科技发展的分析认为,中国在该领域的研究工作,应在大力发展陆地生态系统碳收支和碳汇功能的定量监测、评价和认证的方法与技术基础上,重点关注并前瞻性地开展陆地生态系统碳-氮-水循环过程耦合关系及其对全球气候变化的响应与适应、碳-氮-磷生态化学计量学特征及其环境影响、碳-氮-水耦合循环过程的生物调控机制等前沿领域,以提高中国生态系统与全球变化科学研究水平,为国家的生态系统与温室气体管理提供基础理论、科学知识和先进技术的储备。
DOI:10.11821/xb200005003URL [本文引用: 1]
土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分 ,在陆地碳循环研究中有着重要的作用。根据中国第二次土壤普查实测 2 4 73个典型土壤剖面的理化性质 ,以及土壤各类型分布面积 ,估算中国土壤有机碳库的储量约为 92 4 .1 8× 1 0 8t,平均碳密度为 1 0 .53kg/m2 ,表明中国土壤是一个巨大的碳库。其空间分布总体规律上表现为 :东部地区大致是随纬度的增加而递增 ,北部地区呈现随经度减小而递减的趋势 ,西部地区则呈现随纬度减小而增加的趋势。
DOI:10.11821/xb200005003URL [本文引用: 1]
土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分 ,在陆地碳循环研究中有着重要的作用。根据中国第二次土壤普查实测 2 4 73个典型土壤剖面的理化性质 ,以及土壤各类型分布面积 ,估算中国土壤有机碳库的储量约为 92 4 .1 8× 1 0 8t,平均碳密度为 1 0 .53kg/m2 ,表明中国土壤是一个巨大的碳库。其空间分布总体规律上表现为 :东部地区大致是随纬度的增加而递增 ,北部地区呈现随经度减小而递减的趋势 ,西部地区则呈现随纬度减小而增加的趋势。
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DOI:10.11820/dlkxjz.2011.01.013URL [本文引用: 1]
定量评估区域和不同类型生态系统的碳收支,可以为科学预测气候变化、服务于减缓和适应气候变化的区域碳管理提供科学依据,是生态系统与全球变化科学研究的重要科技问题。虽然区域碳收支的定量评估和认证还很难用当前的各种直接观测和评估方法来精确实现,但是,近年来这方面做了很多研究工作,也取得了一定进展。为此,本文综述了陆地生态系统碳收支的观测技术体系,重点分析区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性。分析结果认为,为了定量认证中国区域的陆地生态系统、主要行业以及与碳汇相关项目的碳汇功能及其时空格局,急需采用"多尺度观测、多方法印证、多过程融合、跨尺度认知和跨尺度模拟"的研究思路,构建基于野外台站的碳循环及其通量的观测和实验研究网络、发展地面站点-陆地样带-生态网络与卫星和航空观测结合的多尺度观测系统,发展观测数据-生态过程模型-卫星遥感模型-GIS空间分析系统。同时,本文指出:生态系统碳-氮-水循环间的耦合机制及其对碳源汇时空格局影响研究必将成为生态系统碳循环及其区域碳收支评估和定量认证科学研究的重要发展方向和新的研究热点。
DOI:10.11820/dlkxjz.2011.01.013URL [本文引用: 1]
定量评估区域和不同类型生态系统的碳收支,可以为科学预测气候变化、服务于减缓和适应气候变化的区域碳管理提供科学依据,是生态系统与全球变化科学研究的重要科技问题。虽然区域碳收支的定量评估和认证还很难用当前的各种直接观测和评估方法来精确实现,但是,近年来这方面做了很多研究工作,也取得了一定进展。为此,本文综述了陆地生态系统碳收支的观测技术体系,重点分析区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性。分析结果认为,为了定量认证中国区域的陆地生态系统、主要行业以及与碳汇相关项目的碳汇功能及其时空格局,急需采用"多尺度观测、多方法印证、多过程融合、跨尺度认知和跨尺度模拟"的研究思路,构建基于野外台站的碳循环及其通量的观测和实验研究网络、发展地面站点-陆地样带-生态网络与卫星和航空观测结合的多尺度观测系统,发展观测数据-生态过程模型-卫星遥感模型-GIS空间分析系统。同时,本文指出:生态系统碳-氮-水循环间的耦合机制及其对碳源汇时空格局影响研究必将成为生态系统碳循环及其区域碳收支评估和定量认证科学研究的重要发展方向和新的研究热点。
DOI:10.3321/j.issn:0564-3929.2001.01.005URL [本文引用: 1]
采用CI－301PS红外CO2分析仪，测定了退化草地暗沃寒冻雏形土CO2排放速率。研究结果表明：（1）CO2排放速率具有明显的日变化，日最大排放速率在12：00－14：00时出现，最低值出现于凌晨4：00－8：00。白天大于夜晚。（2）植物生长季，CO2释放速率有明显的季节变化和变化，日平均释放速率为（320.86±130．49）mg\m^2.h，CO2释放速率的物候变异为草盛期＞草枯黄期＞草返青期。（3）CO2释放速率的日变化进程主要受气温和地表温度制约，而季节动态与气温及0－30cm地温均呈极显著正相关关系。（4）退化草地上CO2释放速率较低。
DOI:10.3321/j.issn:0564-3929.2001.01.005URL [本文引用: 1]
采用CI－301PS红外CO2分析仪，测定了退化草地暗沃寒冻雏形土CO2排放速率。研究结果表明：（1）CO2排放速率具有明显的日变化，日最大排放速率在12：00－14：00时出现，最低值出现于凌晨4：00－8：00。白天大于夜晚。（2）植物生长季，CO2释放速率有明显的季节变化和变化，日平均释放速率为（320.86±130．49）mg\m^2.h，CO2释放速率的物候变异为草盛期＞草枯黄期＞草返青期。（3）CO2释放速率的日变化进程主要受气温和地表温度制约，而季节动态与气温及0－30cm地温均呈极显著正相关关系。（4）退化草地上CO2释放速率较低。
Grazing alters ecosystem functioning and C:N:P stoichiometry of grasslands along a regional precipitation gradient
1
2012
... id="C9">草地生态系统地上/地下生物量季节动态、净初级生产力和土壤有机碳(SOC)等研究相对于NEE的直接观测相对较简便, 对于长时间尺度碳净交换量的变化具有重大意义, 已经有****针对不同草地生态系统碳库季节和长期放牧的影响进行了研究, 但多数研究集中于传统草原牧区(
典型温带草原群落土壤呼吸温度敏感性与土壤水分的关系
1
2004
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
典型温带草原群落土壤呼吸温度敏感性与土壤水分的关系
1
2004
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
黄土高原草地植被与土壤固碳量研究
1
2011
... id="C57">影响草丛生态系统植被碳储量变化的因素有环境因子和人类活动(放牧、刈割和火烧)两个方面(
黄土高原草地植被与土壤固碳量研究
1
2011
... id="C57">影响草丛生态系统植被碳储量变化的因素有环境因子和人类活动(放牧、刈割和火烧)两个方面(
内蒙古典型草原主要植物群落土壤呼吸的初步研究
1
1999
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
内蒙古典型草原主要植物群落土壤呼吸的初步研究
1
1999
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
2
1994
... id="C10">山东省各类草地总面积为163.8万hm2, 其中暖性草丛和灌草丛类面积为92.6万hm2 (
... id="C11">按照中国草地资源分类, 山东省属于华北暖温带半湿润半干旱暖性灌草丛区.由于地形和水分分布的差异, 山东天然草地类型可以分为两个大的区域: 鲁西北平原区分布有草甸和盐生植被, 常见有狗牙根(Cynodon dactylon)草甸、白茅(Imperata cylindrica)草甸、芦苇(Phragmites australis)草甸、獐毛(Aeluropus sinensis)草甸, 构成盐生植被的主要优势种是柽柳(Tamarix chinensis)、盐地碱蓬(Suaeda salsa)、芦苇和白茅等; 另外一个区域是鲁中南低山丘陵和胶东丘陵地带, 植被以暖性草丛和灌草丛类为主, 主要是以黄背草、野古草(Arundinella anomala)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)为建群种和优势种, 并散生荆条(Vitex negundo var. heterophylla)、酸枣(Ziziphus jujuba var. spinosa)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、胡枝子(Lespedeza bicolor)等落叶灌木, 这种植被类型的出现的主要原因是次生林被破坏后, 水土流失严重, 土壤瘠薄干旱; 在土层较厚的地方以黄背草、野古草居多, 在土层较薄处以白羊草、结缕草居多.暖性草丛和灌草丛占到山东天然草地总面积的56.5% (
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1994
... id="C10">山东省各类草地总面积为163.8万hm2, 其中暖性草丛和灌草丛类面积为92.6万hm2 (
... id="C11">按照中国草地资源分类, 山东省属于华北暖温带半湿润半干旱暖性灌草丛区.由于地形和水分分布的差异, 山东天然草地类型可以分为两个大的区域: 鲁西北平原区分布有草甸和盐生植被, 常见有狗牙根(Cynodon dactylon)草甸、白茅(Imperata cylindrica)草甸、芦苇(Phragmites australis)草甸、獐毛(Aeluropus sinensis)草甸, 构成盐生植被的主要优势种是柽柳(Tamarix chinensis)、盐地碱蓬(Suaeda salsa)、芦苇和白茅等; 另外一个区域是鲁中南低山丘陵和胶东丘陵地带, 植被以暖性草丛和灌草丛类为主, 主要是以黄背草、野古草(Arundinella anomala)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)为建群种和优势种, 并散生荆条(Vitex negundo var. heterophylla)、酸枣(Ziziphus jujuba var. spinosa)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、胡枝子(Lespedeza bicolor)等落叶灌木, 这种植被类型的出现的主要原因是次生林被破坏后, 水土流失严重, 土壤瘠薄干旱; 在土层较厚的地方以黄背草、野古草居多, 在土层较薄处以白羊草、结缕草居多.暖性草丛和灌草丛占到山东天然草地总面积的56.5% (
内蒙古典型草地CO2, N2O, CH4通量的同时观测及其日变化
2
2000
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
... id="C60">结缕草暖性草丛生态系统NEE的季节动态整体上表现为夏低冬高, 从4月份开始结缕草草丛生态系统表现为吸收CO2, 直到10月末开始表现为CO2净排放状态, 与内蒙古羊草草原NEE的平均值的季节变化(
内蒙古典型草地CO2, N2O, CH4通量的同时观测及其日变化
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2000
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
... id="C60">结缕草暖性草丛生态系统NEE的季节动态整体上表现为夏低冬高, 从4月份开始结缕草草丛生态系统表现为吸收CO2, 直到10月末开始表现为CO2净排放状态, 与内蒙古羊草草原NEE的平均值的季节变化(
Carbon dioxide fluxes over Bermuda grass, native prairie, and sorghum
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1999
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
Carbon storage in the grasslands of China based on field measurements of above- and below-ground biomass
1
2008
... id="C7">草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分.许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (
中国草地生态系统碳库及其变化
2
2010
... id="C7">草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分.许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (
... , 地下生物量碳储量是地上的6倍左右.这些研究对准确评估中国草地生态系统碳库储量、年变化以及揭示草地在我国陆地生态系统碳循环中的作用有着重要的意义, 但由于估算方法不同, 特别是占到草地生态系统碳库总量90%以上的土壤碳库和地下生物量数据缺乏, 导致不同研究结果差异较大(
中国草地生态系统碳库及其变化
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2010
... id="C7">草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分.许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (
... , 地下生物量碳储量是地上的6倍左右.这些研究对准确评估中国草地生态系统碳库储量、年变化以及揭示草地在我国陆地生态系统碳循环中的作用有着重要的意义, 但由于估算方法不同, 特别是占到草地生态系统碳库总量90%以上的土壤碳库和地下生物量数据缺乏, 导致不同研究结果差异较大(
Fluxes of CO2, water vapor, energy from a prairie ecosystem during the seasonal transition from carbon sink to carbon source
1
1998
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
长期封育对不同类型草地碳贮量及其固持速率的影响
2
2011
... id="C59">山东省暖性草丛生态系统土壤碳库密度为48.67 t·hm-2, 土壤碳储量占草丛生态系统碳储量的89%, 单位面积土壤碳密度是内蒙古典型草原土壤碳密度的2-3倍(
... id="C60">结缕草暖性草丛生态系统NEE的季节动态整体上表现为夏低冬高, 从4月份开始结缕草草丛生态系统表现为吸收CO2, 直到10月末开始表现为CO2净排放状态, 与内蒙古羊草草原NEE的平均值的季节变化(
长期封育对不同类型草地碳贮量及其固持速率的影响
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2011
... id="C59">山东省暖性草丛生态系统土壤碳库密度为48.67 t·hm-2, 土壤碳储量占草丛生态系统碳储量的89%, 单位面积土壤碳密度是内蒙古典型草原土壤碳密度的2-3倍(
... id="C60">结缕草暖性草丛生态系统NEE的季节动态整体上表现为夏低冬高, 从4月份开始结缕草草丛生态系统表现为吸收CO2, 直到10月末开始表现为CO2净排放状态, 与内蒙古羊草草原NEE的平均值的季节变化(
Evaporation and carbon dioxide exchange between the atmosphere and a tussock grassland during a summer drought
1
2002
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
锡林河流域羊草草原群落土壤呼吸及其影响因子的研究
1
2000
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
锡林河流域羊草草原群落土壤呼吸及其影响因子的研究
1
2000
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
Net ecosystem carbon dioxide exchange over grazed steppe in central Mongolia
1
2005
... id="C61">草地生态系统NEE的昼夜动态与PAR的变化明显相关, 不同的草地类型都发现NEE随着PAR的增大绝对值逐渐增大, 在中午12:00左右达到吸收峰值(
Carbon dioxide and water vapor exchange over a Miscanthus type grassland: Effects of development of the canopy
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2003
... id="C60">结缕草暖性草丛生态系统NEE的季节动态整体上表现为夏低冬高, 从4月份开始结缕草草丛生态系统表现为吸收CO2, 直到10月末开始表现为CO2净排放状态, 与内蒙古羊草草原NEE的平均值的季节变化(
盐生荒漠地表水热与二氧化碳通量的季节变化及驱动因素
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2009
... id="C61">草地生态系统NEE的昼夜动态与PAR的变化明显相关, 不同的草地类型都发现NEE随着PAR的增大绝对值逐渐增大, 在中午12:00左右达到吸收峰值(
盐生荒漠地表水热与二氧化碳通量的季节变化及驱动因素
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2009
... id="C61">草地生态系统NEE的昼夜动态与PAR的变化明显相关, 不同的草地类型都发现NEE随着PAR的增大绝对值逐渐增大, 在中午12:00左右达到吸收峰值(
Reduced carbon emission estimates from fossil fuel combustion and cement production in China
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2015
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
内蒙古温带草地植被的碳储量
1
2006
... id="C7">草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分.许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (
内蒙古温带草地植被的碳储量
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2006
... id="C7">草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分.许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (
Carbon storage in grasslands of China
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2002
... id="C7">草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分.许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (
中国草地植被生物量及其空间分布格局
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2004
... id="C7">草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分.许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (
... id="C9">草地生态系统地上/地下生物量季节动态、净初级生产力和土壤有机碳(SOC)等研究相对于NEE的直接观测相对较简便, 对于长时间尺度碳净交换量的变化具有重大意义, 已经有****针对不同草地生态系统碳库季节和长期放牧的影响进行了研究, 但多数研究集中于传统草原牧区(
中国草地植被生物量及其空间分布格局
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2004
... id="C7">草地生态系统的碳储量主要包括生物量碳储量和土壤有机碳储量, 其中生物量碳储量又可以分为地上(活体、凋落物)和地下(根系)两部分.许多****采用不同的方法对我国草地生态系统碳储量进行了研究和分析, 得出我国草地生态系统生物量碳库储量为3.06 Pg C (
... id="C9">草地生态系统地上/地下生物量季节动态、净初级生产力和土壤有机碳(SOC)等研究相对于NEE的直接观测相对较简便, 对于长时间尺度碳净交换量的变化具有重大意义, 已经有****针对不同草地生态系统碳库季节和长期放牧的影响进行了研究, 但多数研究集中于传统草原牧区(
我国草地生态系统碳循环研究进展
1
2003
... id="C57">影响草丛生态系统植被碳储量变化的因素有环境因子和人类活动(放牧、刈割和火烧)两个方面(
我国草地生态系统碳循环研究进展
1
2003
... id="C57">影响草丛生态系统植被碳储量变化的因素有环境因子和人类活动(放牧、刈割和火烧)两个方面(
区域尺度陆地生态系统固碳速率和潜力定量认证方法及其不确定性分析
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2011
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
... id="C20">
... 土壤碳密度计算采用
区域尺度陆地生态系统固碳速率和潜力定量认证方法及其不确定性分析
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2011
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
... id="C20">
... 土壤碳密度计算采用
Carbon dioxide fluxes in a southern plains prairie
1
2001
... id="C61">草地生态系统NEE的昼夜动态与PAR的变化明显相关, 不同的草地类型都发现NEE随着PAR的增大绝对值逐渐增大, 在中午12:00左右达到吸收峰值(
Year-round observations of the net ecosystem exchange of carbon dioxide in a native tall grass prairie
1
2001
... id="C60">结缕草暖性草丛生态系统NEE的季节动态整体上表现为夏低冬高, 从4月份开始结缕草草丛生态系统表现为吸收CO2, 直到10月末开始表现为CO2净排放状态, 与内蒙古羊草草原NEE的平均值的季节变化(
Momentum, water vapor and carbon dioxide exchange at a centrally located prairie site during FIFE
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1992
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求与重要科学问题
1
2012
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求与重要科学问题
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2012
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
中国土壤有机碳库及空间分布特征分析
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2000
... id="C59">山东省暖性草丛生态系统土壤碳库密度为48.67 t·hm-2, 土壤碳储量占草丛生态系统碳储量的89%, 单位面积土壤碳密度是内蒙古典型草原土壤碳密度的2-3倍(
中国土壤有机碳库及空间分布特征分析
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2000
... id="C59">山东省暖性草丛生态系统土壤碳库密度为48.67 t·hm-2, 土壤碳储量占草丛生态系统碳储量的89%, 单位面积土壤碳密度是内蒙古典型草原土壤碳密度的2-3倍(
中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的研究进展及其发展思路
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2006
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的研究进展及其发展思路
1
2006
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性
1
2011
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性
1
2011
... id="C6">碳循环与全球气候变化的关系密切, 气候变化成因分析及趋势预测、适应对策研究, 都取决于对地球系统碳循环的理解程度, 因此碳库储量和碳排放清单核算一直是碳循环研究的热点问题(
退化草地暗沃寒冻雏形土CO2释放的日变化和季节动态
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2001
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
退化草地暗沃寒冻雏形土CO2释放的日变化和季节动态
1
2001
... id="C8">对净生态系统CO2交换(NEE)的准确和长期观测是评价生态系统碳源、汇功能的前提.
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