NEE观测误差分布类型对陆地生态系统机理模型参数估计的影响:以长白山温带阔叶红松林为例

基于观测数据的陆地生态系统模型参数估计有助于提高模型的模拟和预测能力,降低模拟不确定性。在已有参数估计研究中,涡度相关技术测定的净生态系统碳交换量(NEE)数据的随机误差通常被假设为服从零均值的正态分布。然而近年来已有研究表明NEE数据的随机误差更服从双指数分布。为探讨NEE观测误差分布类型的不同选择对陆地生态系统机理模型参数估计以及碳通量模拟结果造成的差异,以长白山温带阔叶红松林为研究区域,采用马尔可夫链-蒙特卡罗方法,利用2003～2005年测定的NEE数据对陆地生态系统机理模型CEVSA2的敏感参数

内蒙古羊草草原碳通量观测及其驱动机制分析

植被与大气间CO2通量的长期观测能够使人们加深对陆地生态系统在全球碳循环中科学地位的理解。在生态系统水平上，涡度相关技术是评价植被/大气间净生态系统CO2交换量的主要手段。本研究以内蒙古羊草草原通量站为试验平台，以涡度相关技术为主要技术手段，以内蒙古草原生态系统定位研究站羊草草原围封样地2003～2005年开路涡度相关系统观测的CO2通量数据为基础，深入探讨了内蒙古羊草草原生态系统CO2通量不同时间尺度上的变化特征及其驱动机制。 在建立生态系统尺度CO2通量观测基本方法论的前提下，集中探讨了不同时间尺度内蒙古羊草草原生态系统净生态系统碳交换、呼吸作用以及碳吸收的季节变异特征及其控制机制，初步建立了内蒙古羊草草原净生态系统CO2交换量估算的基本方法，可为生态系统过程模拟与模型预测提供科学依据和技术支撑。主要结果包括以下几个方面： 1. 功率谱和协谱分析表明，开路涡度相关系统对高频湍流信号的响应能力可以满足内蒙古草原生态系统实际观测要求。与闭路涡度相关系统和常规气象系统对比分析表明，开路涡度相关系统在CO2通量长期观测中仪器性能稳定，可以满足CO2通量长期观测的客观需要。坐标旋转校正是复杂地形条件下CO2通量测定理想的倾斜校正途径。能量平衡闭合的测试仅可以作为数据质量评价的参考标准之一，而不能作为CO2通量数据质量评价的绝对标准并用于数据校正。 2. 按照CO2通量吸收的高峰特征划分，正常降水年，内蒙古羊草草原CO2通量同时具有一个吸收高峰和两个吸收高峰的特征。而极端干旱年蒙古羊草草原的CO2通量具有两个吸收高峰的特征。在严重干旱胁迫条件下，2005年内蒙古羊草草原生态系统净生态系统交换出现显著下降的趋势。净生态系统交换下降主要是降雨量减少的影响。 3. 通过分析不同时间尺度上CO2通量和环境因子的关系，发现小时尺度上，内蒙古羊草草原生态系统的净生态系统交换主要由光合有效辐射控制，而饱和水汽压差和土壤含水量是影响生态系统光合作用的另外两个关键因素。在更大的时间尺度上降雨量和物候相的变化是调节生态系统碳通量大小的主要因素。最大的生物量和LAI出现的时间和最大的NEE出现的时间相吻合，但是降雨量的变化可以改变这种关系。 4. 在内蒙古羊草草原区>3mm的降雨被认为是对生态系统有效的。土壤含水量(0~20cm)在一次有效降雨事件发生后，约1~2天后才会发生响应， 2003年和2004年，NEE在 >3mm的降雨事件发生后，NEE开始增加，4~6天后达到高峰。随着降雨的结束，NEE在达到高峰后开始降低，10天后达到初始值的60~70%。 5. 在生态系统水平上，温度和土壤水分条件的季节动态是控制生态系统呼吸季节变化模式的重要环境要素，在干旱胁迫的条件下，水分条件也可能成为生态系统呼吸的主导因素，生态系统呼吸在干旱条件降低。

内蒙古农牧交错区典型草地和农田生态系统碳通量的研究

涡度相关技术是唯一能直接测定大气与植被间CO2通量的标准方法。随着全球变化研究的深入，人类活动干扰下陆地生态系统碳通量研究越来越受到关注，对草地生态系统的研究更是备受关注。本研究选择位于内蒙古典型的农牧交错区——多伦县的典型克氏针茅草地和被开垦的农田为研究对象，利用涡度相关技术，结合各环境因子，在不同时间尺度上探讨了控制内蒙古草地生态系统碳通量可能的生理机制。利用一年多净生态系统CO2气体交换（NEE）通量的观测，量化了这个地区草地生态系统的碳储备量，并进一步阐明了开垦对该区域生态系统物质能量流动的影响。我们还利用Keeling同位素曲线与微气象技术相结合的方法把生态系统夜间呼吸区分为自养呼吸和异养呼吸;同时利用同化箱式法，把草地生态系统白天群落呼吸进行了区分，进一步了解了不同生态过程对净碳通量的贡献。 结果表明，控制该地区生态系统碳通量主要的环境因子是土壤含水量（VWC）和温度。两个生态系统的植被叶面积指数（LAI）和生物量在非干旱季都要高于干旱季，因而两个生态系统在非干旱季不同环境因子的不同梯度下的NEEmax都比干旱季的要高。两个生态系统NEE的最大日变幅和日最大值在非旱季与旱季十分接近，说明即使土壤水分有所改善，但由于这个地区贫瘠的土壤限制了生态系统的净碳交换量而使这两个生态系统的固碳能力依旧不高。无论是旱季还是非旱季，草地生态系统呼吸的温度敏感系数Q10都随土壤含水量的增加而增加，这除了水分的促进作用外，另外就是生长旺季根生物量的增加。而在两个生长季里农田生态系统的Q10都随土壤含水量的变化不是很规则，这主要是因为农作改变了植被类型和土壤的物理结构从而引起生态系统微环境、微生物活性以及根生物量的改变，结果影响生态系统呼吸对温度的敏感性。 在连续两个生长季里，两个生态系统碳通量随季节的变化都有明显的日变化，7月份的日变化最大，而且农田生态系统的NEE日变幅大于草地生态系统NEE的日变幅。两个生态系统每个月NEE的日最大值都出现在上午8~9点左右，而生态系统的呼吸（RE）的日最大值都发生在下午14~16点左右。冬季两个生态系统各组分碳通量的日进程几乎都没有差异，系统基本处于碳平衡状态。进入春季，幼小的植被限制了生态系统的碳同化。期间的耕作促进了土壤CO2的大量释放，同时较频繁的降雨不仅影响植被吸收光以进行光合固定碳，同时也进一步加大了农田CO2的释放，结果农田生态系统释放的CO2比草地生态系统多。夏季，两个生态系统都是吸收碳的库，农田生态系统因较高的LAI和较低的生态系统呼吸温度敏感性使其NEP远高于草地生态系统的NEP，是一个较强的碳库。秋末，草地生态系统几乎处于碳平衡的状态。农作物的收割，使得大量含不溶性物质较低枯叶和秸秆残留在地里，农田生态系统呼吸释放的碳量显著高于同期草地释放的碳量。通过2005～2006年对两个生态系统碳通量进行一整年的观测，发现两个生态系统年净固碳量相当，草地净固定71.3 g C m-2，农田净固定64.4 g C m-2。但秋季的收获使农田生态系统近70%的生物量被收走，降低了该系统的固碳能力。 为进一步了解不同生态过程对净碳通量的贡献量，我们利用浓度梯度-同位素法与微气象技术相结合的方法，初步将生态系统呼吸区分为自养呼吸和异养呼吸。草地生态系统在生长旺季自养呼吸占总呼吸80%以上，而农田生态系统在生长季阶段异养呼吸所占整个生态呼吸的比例从60%上升至作物成熟时的80%以上。降雨不仅显著增加草地生态系统呼吸的释放量，而且主要是显著增加了异养呼吸的释放量。此外，我们还利用同化箱式法对草地生态系统的群落呼吸进行区分，结果显示群落总呼吸（Re）有明显的季节变化，最高值在生长季中期。凋落物分解、土壤有机质呼吸、根呼吸和地上植被呼吸在整个生长季平均分别占总生态系统呼吸的19.4%、37.8%、9.8%和32.9%。构建各组分呼吸通量与温度的指数关系，结果显示根呼吸的温度敏感系数最大，土壤有机质的温度敏感性最低。降雨后首先促进了异养呼吸，随后植物的呼吸也开始变大，群落呼吸释放的最高峰出现在雨后第二天。 本研究初步分析了控制内蒙古农牧交错区草地生态系统碳通量的主要因子，量化了该区域草地生态系统的碳储备量，并进一步阐述了开垦对该区域生态系统碳通量的影响。同时尝试不同方法对生态系统碳通量进行了区分，得出了一些具有生态学意义的结果，为进一步探讨控制生态系统碳通量的生理机制提供了可能。

克氏针茅草原的碳通量与碳收支

植被和大气之间CO2通量的长期观测有助于理解陆地生态系统的碳循环及其控制机理，评价生态系统碳循环及其对未来气候变化的响应。本研究以中国北方克氏针茅草原为研究对象，以涡度相关法为主要技术手段，利用克氏针茅草原观测站碳通量的长期连续观测数据，探讨了环境因子在不同时间尺度上对克氏针茅草原光合生产力(GEP)、系统呼吸(Re)和净CO2交换(NEE)的影响，分析了克氏针茅草原碳通量的季节变化和年际碳收支动态。主要得到以下结论： (1) 温度和土壤水分是调控克氏针茅草原光响应曲线的关键环境因子。10-20oC是克氏针茅草原瞬时GEP的最适温度，15-20oC是日GEP的最适温度。GEP日总值随土壤水分的增加呈二次曲线关系，当土壤含水量(SWC)超过0.2 m3m-3时，GEP日总值不再增加。 (2) 克氏针茅草原Re同时受温度和土壤水分的控制。降雨脉冲对短期系统呼吸有激发作用。Lloyd & Taylor方程对Re的拟合效果好于指数方程。 (3) 克氏针茅草原表现出白天净碳吸收和夜间净碳释放的日变化特征，并且往往出现上午碳吸收强、下午碳吸收弱的不对称现象。降雨的季节分布通过SWC的季节变异间接影响克氏针茅草原NEE的季节变化。在日尺度上，NEE主要受温度和土壤水分的控制，10-20oC的空气温度有助于克氏针茅草原吸收CO2。在月尺度上，NEE主要受土壤水分的控制。 (4) 生长季的长度是决定克氏针茅草原源汇变化的关键因子。 (5) 克氏针茅草原的GEP、Re和NEE都具有非常明显的季节变化。冬季或干旱胁迫下量级较低，温暖和湿润季节的量级较高。干旱胁迫同时抑制植被的GEP和Re，对GEP的抑制强度更大，随着土壤水分的下降，不同尺度的NEE累积值逐渐向正值转变，即生态系统由碳汇转变为碳源。 (6) 克氏针茅草原2005年降雨量只有174mm，当年GEP和Re也是三年中最低的，只有101和169gCm-2yr-1;2006年降雨量为215mm，GEP和Re是三年中最强的，分别为149 和187gCm-2yr-1;2004年降雨量为297mm，接近多年平均，但大部分降雨发生在8、9月份，GEP和Re分别为141和190gCm-2yr-1。 (7) 克氏针茅草原在2004、2005和2006年碳收支分别为：49、68和37 gCm-2yr-1。未来全球气候的变暖可能对克氏针茅草原的碳汇功能产生负面影响，降雨的季节不均匀分布可能加强这种影响。

玉米农田水热碳通量动态及其环境控制机理研究

陆地生态系统与大气之间的水热碳交换是物质、能量循环的关键过程，一直以来都为研究者们所关注。进入20 世纪以来，特别是随着人们对全球气候变暖的逐步认识，气候变化对水热碳交换过程的影响及其对气候变化的响应研究更加备受关注。本研究以2004~2006 年近三年的涡度相关系统连续观测数据为依托，分析了雨养玉米农田水热碳通量的动态及其影响因子。研究表明，玉米农田水热通量(WHF) 呈显著的单峰型日变化， 日最大值出现在正午12:00~13:00，WHF 变化同步。潜热通量(LE)的季节变化规律与日变化相似，冬季小夏季大，年最大值与最小值分别出现在7 月和1 月。显热通量(Hs) 季节变化也呈单峰型，但年最大值出现在5 月，这主要与降水以及作物生长有关。半小时尺度上，WHF 主要受辐射控制，而日峰值受辐射峰值以及植被生长的双重影响；日尺度上，只要有降水过程，Hs 就会随土壤水分的增大而减小，降水停止后逐渐恢复。而降水对LE 的影响受到可用能量(AE)的干扰，表现出复杂的变化趋势。总的来说，降水持续时间越长AE 越少，对LE 的抑制越大；季节尺度上，WHF 受热量与水分的双重制约。Hs 随着天气回暖后第一次较大降水过程的出现呈现明显下降，而LE 则呈现相反的变化趋势。随着雨季到来和作物的生长，Hs 在7 月出现低谷，而LE 呈现相反的趋势随着降水量的增加而增大；年际间WHF 的分布规律大体一致，但因气象条件等的差异，特别是降水的差异造成年际间WHF 略有不同。在不同水文年型下，水分因子的影响作用有显著差异，且WHF 对热量与水分条件变化的敏感程度也不相同。欠水年，水分因子的作用更显著，是制约WHF 变化的主要控制因子，WHF 对水分的变化更敏感；而丰水年，水分因子的影响减弱，热量的盈亏决定着WHF 变化的主要方向。在不同水文年型下，水热碳通量对水热条件的变化表现出不同的响应方式，为研究生态系统对气候变化的响应提供了参考。 净碳(C)吸收期，玉米农田净碳交换(NEE)呈显著的日变化，在日出以后由CO2 释放转变为CO2 吸收，12:30 左右达到一天中的吸收峰值，日落前出现相反的转换。而净C 释放期内，NEE 均为正值且无明显日变化。NEE 季节变化也呈单峰型二次曲线，在7 月下旬或8 月上旬达到年最大吸收率。根据NEE 的正负，一年分为三个阶段：两个C 排放期与一个C 吸收期。一般C 吸收期从6月开始到9 月结束，此前此后均为C 排放期。在半小时、日时间尺度上，光通量密度(PPFD)与NEE 有着相似的变化规律，是控制NEE 的主要因子；在日、季节尺度上，叶面积指数(LAI)和气孔导度(gs)是影响NEE 的主要生物因子，且gs 的影响程度随着发育期的变化而变化，而不同年份间LAI 对NEE 的影响没有显著的差异。几乎在所有时间步长上，土壤温度(Ts)均为生态系统呼吸(Re)的主要控制因子，时间尺度愈短，二者的相关性愈好。总的来说，在较短时间尺度上，高PPFD 与夏季低温将会促进C 的吸收，有利于C 累积。 玉米农田日最大净C 吸收速率(NEEmax, daily)以及吸收释放转换点(NEE=0)均受PPFD 控制。NEEmax, daily 出现时间与PPFDmax, daily 出现时间几乎完全一致，当PPFD 达到1 日内极大值时，净C 吸收也相应达到了日最大值。但NEEmax, daily的量值还受到其它因子的影响。当水分条件充足时，还将受到LAI、gs 等生物因子的控制。NEE 由正转为负的转换点也是由PPFD 决定。当PPFD 稳定大于PPFD*( PPFD*=100 μmol•m-2s -1)时，净C 吸收开始；当PPFD 稳定小于PPFD*时，净C 吸收由此结束。1 日内，PPFD 稳定通过PPFD*之间的时间间隔决定了日净C 吸收的时间长度。日净C 吸收的时间越长，吸收量也越大，且有明显的季节变化，7 月最长9 月最短。 按照热量水分状况将三年分组，分为I 组(水分状况相似，热量条件不同)与II 组(热量条件相似，水分状况不同)。 I 组年际间PPFD 波动是造成C 交换格局变化的关键原因。而II 组年际间C 交换格局不同是由降水量及其不同分布引起的土壤含水量(SWC)变化是造成。SWC 可以解释年际间NEE 变异的97%，而大气水汽压亏缺(VPD)可以解释30.7%；温度因子通过影响C 收支中的呼吸项，间接影响着生态系统的NEE，它可以解释年际间NEE 变异的73.9%，也是造成年际间C 交换格局不同的原因之一；另外，PPFD 和发育期早晚以及净C吸收期长度等也同样影响着C 交换格局的变化。综合两组情况来看，由水分条件年际变化引起的NEE 的波动大于能量年际变化引起的波动。总之，在较长时间尺度上，NEE 对SWC 变化比其对PPFD 变化更敏感，说明在半干旱地区土壤水分条件仍然是决定C 交换格局的主导因子。 NEE 与LE 呈线性相关，它们之间的相关性主要受温度和NEE 的控制，温度越高，二者的相关性越弱，而NEE 越大二者相关性越好。同时，作物蒸腾与土壤蒸发的比例也是影响NEE 与LE 之间关系的主要因素。蒸腾作用所占的比例越大，二者的线性关系越显著，而土壤蒸发比例越大，二者的相关性越弱。总的来说，NEE 与LE 之间的线性关系有明显的季节变化，生长季好于非生长季，夏天好于冬天。 总之，雨养玉米农田水热碳通量既具有其它农田生态系统共有的动态特征，也具有其特有特征。

暖温带典型森林生态系统未来碳平衡的LPJ-GUESS模型模拟与分析

森林作为陆地生态系统的主体，在全球陆地碳循环中起着决定性作用。实测和模型研究均表明北半球的森林是重要的大气CO2汇，在缓解全球碳收支失衡中发挥着关键作用。过去几十年北半球所经历的显著气候变化，已经很大地改变了陆地生态系统的碳平衡状况。随着未来100年气候变化继续增大，对未来气候变化下森林生态系统碳平衡的预测研究就尤为重要。 北京山区森林属于典型的暖温带森林生态系统，前人对本区森林的植被特征、生态系统结构和功能、养分循环以及长期动态变化等都进行了深入的研究。然而长期的人类活动已使本区原生的地带性植被破坏殆尽。因此，对该区域森林生态系统碳平衡的模拟研究可以帮助我们认识其生态系统碳平衡变化特点及未来气候变化对其潜在的影响。 本研究采用LPJ-GUESS植被动态机理模型，利用IPCC于2000年发布的《排放情景特别报告》(SRES)的A2和B2两种情景下不同气候模式对华北地区未来100年温度和降水预测的平均值以及相应大气CO2浓度变化情景进行驱动，模拟北京山区未来100年暖温带森林生态系统的净初级生产力和碳平衡，尽可能真实地反映未来百年的变化趋势。通过比较当前和未来气候情景下北京山区以辽东栎（Quercus liaotungensis）为优势种的落叶阔叶林、以白桦（Betula platyphylla）为主的落叶阔叶林和油松（Pinus tabulaeformis）为主的针阔混交林三种典型暖温带森林生态系统的碳平衡差异，了解未来北京山区这三种暖温带森林生态系统的碳源汇功能，认识气候变化和大气CO2浓度升高对净初级生产力（Net primary productivity, NPP）、净生态系统碳交换（Net ecosystem exchange, NEE）、土壤异养呼吸（Heterotrophic respiration, Rh）和碳储量（Carbon biomass, C biomass）的影响，以及不同生态系统碳平衡对气候变化响应的异质性。 结果表明，未来100年两种气候情景下三种森林生态系统的NPP和Rh均增加，并且A2情景下增加的程度更大。由于三种生态系统树种组成的不同，未来气候情景下各自NPP和Rh增加的比例不同，导致三者NEE的变化也相异：100年后辽东栎林由碳汇转变为弱碳源，白桦林仍保持为碳汇但功能减弱，油松林成为一个更大的碳汇。三种森林生态系统的碳生物量在未来气候情景下均增大，21世纪末与20世纪末相比：辽东栎林在A2情景下碳生物量增加的比例为27.6%，大于B2情景下的19.3%；白桦林和油松林在B2情景下碳生物量增加的比例分别为34.2%和52.2%，大于A2情景下的30.8%和28.4%。各森林类型碳平衡状况不同，原因除气候因素外，主要是由于树种组成的差异所导致。SRES A2和B2两种气候情景相比，相对较低的排放情景（B2）下，生态系统有更高的碳储量。

阔叶红松林碳循环及细根与凋落物生产、分解研究

森林凋落物、细根及红松阔叶林碳循环 摘要: 由于全球变化进程的加快使生态系统碳循环在科学研究中的重要性日益突出。森林生态系统作为陆地生态系统的一个重要组成部分，其碳循环过程和源、汇功能一直是人们研究的热点。本文以森林生态系统物质循环的两个关键过程－凋落物和细根的生产和分解过程为主要研究目标，探讨了两者的时空动态格局和主驱动因子；同时采用传统的森林调查与通量观测相结合的方法，系统的刻画了红松阔叶林生态系统的碳循环过程。 主要结论如下：（1）区域平均温度是决定东北地区不同气候区域森林凋落量发生变化的主要因素，优势树种生物学特性不同导致同一气候区域内森林类型之间凋落量呈现显著差异。（2）红松阔叶林不同凋落组分凋落量对气候因子的年际波动和林分生长的反应不同，红松生长使其落叶量和在凋落总量中所占的比重显著增加，这将导致林地的凋落物组成和物理化学性质发生根本改变。（3）6个不同气候区域内地带性树种凋落物分解率和养分元素释放率随纬度增加而降低，并且与区域年平均温度和降水量呈显著正相关关系，随着分解的进行凋落物分解率与温度和降水的相关性降低。凋落物初始化学指标与其分解率呈显著相关关系。回归模型的预测结果显示温度和降水的增加均可促进凋落物分解，并且其对分解的影响强度大于CO2浓度升高对凋落物分解间接影响。（4）3种原始群落——红松阔叶林，云冷杉林和岳桦林的细根生产量、周转率和养分元素归还量随着海拔的升高而降低，对于同一海拔带上的3种林型而言，红松阔叶林生长量最高而周转率和养分元素释放率最低，白桦纯林细根周转率和养分元素释放率最高，山杨林细根生长量最小，细根周转率和养分元素释放率介于前两者之间。（5）红松阔叶林生态系统碳储量为25962.17±2002.1 C g m-2，其中植物（乔、灌木和草本）、土壤和林地（凋落物和倒木）内的碳储量占总体的79%, 15% 和6%。生态系统碳的净交换(NEE)为366.8±110.6 C g m-2year-1, 林地和土壤的碳输入量为504.9±28.9 C g m-2year-1，输出量为405.9±28.7 C g m-2year-1。植物净固碳量为287±34.5 C g m-2year-1，乔木和灌木净固碳量分别占植物净固碳总量的98.6％和1.4％。 关键词：森林凋落物，凋落物分解，细根，碳储量，碳循环

长白山阔叶红松林CO2收支特征

植被-大气间CO2交换研究对准确评价陆地生态系统碳收支有重要意义。本研究以我国北方典型的植被类型—长白山阔叶红松林为研究对象，以国际公认的涡度相关技术为主要手段，结合微气象观测和生物学实验，探讨了森林碳交换过程与机制，建立了CO2通量观测数据的质量评价与控制体系。主要结论： （1）长白山阔叶红松林湍流通量贡献区主要集中在0.01~2Hz频率范围内，在弱湍流条件下存在通量低估现象。经过质量控制，CO2通量数据能够反映阔叶红松林与大气间CO2交换的真实过程； （2）森林生态系统CO2通量变化范围为-1.5~1.0 mg CO2•m-2•s-1，白天主要受光合有效辐射PAR的影响，但高的空气饱和水汽压差VPD对植被光合有一定的抑制作用，夜间CO2通量主要受温度的控制； （3）5cm温度是控制土壤碳排放的主导因素，由于雨热同季，因此干旱胁迫现象并不明显。土壤呼吸Q10变化范围为3.88~4.67，其值大小与温度区间有关； （4）2003~2005年森林GPP分别为1441、1312和1502gC•m-2，NEE分别为-188、-157和-186gC•m-2，森林碳收支的年际差异是由水热条件引起。叶片和群落高的弱光利用率和较强的光合吸收能力是其作为有200多年林龄的温带原始林，仍保持较高固碳能力的重要原因之一； （5）2003~2005年生态系统碳排放量分别为1252、1155和1326gC•m-2，土壤呼吸约占生态系统呼吸排放的80%； （6）长白山阔叶红松林具有较高的碳代谢能力，但由于光合吸收和呼吸释放都很活跃，森林总体表现为一稳定、适度的碳汇。这与其温带成熟原始林在碳循环领域的生态功能相一致。

涡动相关法估算森林生产力及与测树学方法的比较

大气中CO2、CH4和其它温室气体浓度升高导致的全球气候变化引起了人们对全球碳循环和碳收支的关注，植被与大气间CO2通量的长期测定能够加深对陆地生态系统在全球碳循环作用的科学理解。本文以我国北方典型的温带植被类型长白山阔叶红松林为研究对象，利用观测塔上的涡动相关系统对长白山阔仆卜红松林进行长期的CO2通量监测，并分析CO2通量的周年动态，估算森林净生态系统生产力；同时基于测树学方法，进行群落调查，根据已有的经验公式，估算森林净生态系统生产力，综合评价长白山阔汗卜红松林碳收支，为森林碳收支的研究提供基础。主要结论有：（1）FSAM模型的分析结果表明，观测塔上40m高度的涡动相关仪器测量的信息中，76％来自于西北至西南方相对均质的阔叶红松原始林，其中footprint最大的源区在塔西南方100m-400m范围内。因此，森林群落调查选择在此区内进行，使得涡动相关法和测树学方法估算的生产力具有可比性。（2）2003-2004年碳通量季节变化趋势基本一致，从年初到4月上旬该森林生态系统保持较弱的正的碳通量（释放CO2），5月开始表现为净的碳吸收，且吸收量迅速增加，到6月达到最大值，然后又逐渐减小；9月末到10月末随着生长季的结束，净生态系统COZ交换（NEE）开始由负转为正，11-12月NEE为正，生态系统以呼吸为主。净生态系统COZ交换的年累计量表明长白山阔叶红松林为明显的碳汇，2003年和2004年净生态系统生产力NEP分别为-217±75gcm-2a-1和-190±85gcm-2a-1，相当于-2.17±0.75tCha-1a-1和-1.90±0.85tCha-1a-1。（3）根据经验公式和材积法得到阔汗卜红松林的生物量在343．9-362．3tha－l之间，应用两种方法得到2003一2004年群落的净初级生产力在10.22-10.40tCha-1a-1之间，净生态系统生产力在2.50±1.12tCha-1a-1-2.68±1.20tCha-1a-1之间。（4）测树学方法与涡动相关法测得的净生态系统生产力略有差异，但在误差有效范围内基本一致。

长白山红松针阔叶混交林生态系统生产力的估算

利用LI-6400CO2分析系统测定了长白山红松针阔叶混交林生态系统土壤呼吸、乔木和灌木树干和枝条的呼吸、植物叶片光合与呼吸．同步监测森林小气候气象因子,建立土壤、树干、叶片与气象因子间的模型．根据红松针阔叶混交林植被群落特性,估算红松针阔叶混交林森林生态系统不同组分CO2通量．利用涡度相关技术监测红松针阔叶混交林净生态系统交换量．探讨温度、光合有效辐射对森林生态系统CO2通量的影响．通过分析发现,在当年的气候条件下,该森林净生态系统交换量主要受土壤呼吸和叶片光合的影响．红松针阔叶混交林净生态系统交换量全年变化范围在-4．67～13．80μmol·m-2·s-1．该森林生态系统CO2通量在冬季和夏季里平均分别为-2．0和3．9μmol·m-2·s-1(24 h平均值)．乔木、灌木和草本的初级生产力分别占阔叶红松林总初级生产力的89．7％,3．5％,6．8％．土壤呼吸是森林生态系统中最主要的CO2排放源,约占红松针阔叶混交林生态系统CO2排放的69．7％,植物叶片和枝干分别占15．2％和15．1％．在生长季和非生长季中红松针阔叶混交林净生态系统交换量分别占全年CO2通量的56．8％和43．2％．自养呼吸占总初级生产力的比值(Ra:GPP)为0．52(NPP:GPP=0．48)．森林生态系统地下当年碳积累量占总初级生产力的52％．土壤呼吸占总初级生产力的60％．红松针阔叶混交林NPP为769．3 gC·m-2·a-1．该森林净生态系统交换量(NEE)为229．51 gC·m-2·a-1．涡度相关技术获得的该森林生态系统NEE低于箱式法获得的19．8％．

长白山阔叶红松林CO_2通量与温度的关系

应用涡度相关法观测的通量数据和环境因子数据,在生态系统水平上分析了长白山阔叶红松林生长季温度与CO2通量之间的关系。结果表明:(1)在相同的光合有效辐射水平下,净生态系统CO2交换量(NEE)随温度Ta的变化趋势为,在Ta<20℃范围内,NEE随温度的增加而增加,在Ta=20℃附近有极大值,随温度的继续增加NEE呈下降的趋势,同时NEE还具有明显的季节变化,表现为7月>6月>8月>9月>5月>4月>10月。(2)应用MichaelisMenten方程计算得出最大光合速率Pmax和生态系统呼吸Re,分析其与温度的关系发现,Pmax随温度的变化呈S型曲线,Re则随着温度的升高而呈指数上升的趋势,曲线为:Re=0.0607exp(0.0666Ta),R2=0.96。夜间生态系统呼吸的Q10为3.15。(3)通过对NEE与环境因子的偏相关分析表明,温度对NEE的偏相关系数在生长季呈现先减小后增大的趋势,说明在生长季初期和末期升高温度比生长季中期对NEE的影响要大。

长白山阔叶红松林碳收支特征

植被--大气间CO2交换研究对准确评价陆地生态系统碳收支有重要意义.该研究采用开路式涡动相关系统对长白山阔叶红松林的CO2交换特征进行了整年连续监测.结果表明,该森林生态系统的碳交换季节变化明显,2003年森林净生态系统碳交换量(NEE)变化范围在-6.37~2.13 g/(m2.d)之间,5—9月均表现为碳汇,其余月份为碳源,其中净碳吸收量与释放量最大的月份分别为6和10月;全年森林净吸收的碳量为-191.3 g/m2,整体表现为一定强度的碳汇.影响NEE的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)和土壤温度等,白天NEE对PAR的响应符合直角双曲线方程,夜间的NEE与5 cm深土壤温度有较好的指数关系.生态系统呼吸释放对温度响应的敏感性(Q10)为3.17.

太阳辐射对长白山阔叶红松林净生态系统碳交换的影响

太阳辐射是植物进行光合作用的前提条件,因此成为影响植被吸收大气CO2的重要环境因子。该研究基于30min通量和常规气象数据,以相对辐射和晴空指数为指标,分析了2003～2006年生长旺季(6～8月)太阳辐射的改变对长白山阔叶红松(Pinus koraiensis)林净生态系统碳交换(Net ecosystem exchange,NEE)的影响。结果表明:天空有一定云层的覆盖对阔叶红松林碳的净吸收有明显的促进作用。4年里6～8月间生态系统最大光合速率在天空有云覆盖时较晴空条件下分别提高了34%、25%、4%和11%。在晴空指数约为0.5的中等辐射条件下,该生态系统的NEE达到最大。对生态系统碳的净吸收有促进作用的临界相对辐射约为37%,而使该生态系统NEE达到最大的最适相对辐射约为75%。进一步分析表明,天空云量的增多和云层厚度的增加会引起散射辐射比例的增加、大气温度和水汽亏缺程度的降低等环境效应,由此可能会导致冠层光合作用的增加和地上部分呼吸的减弱,从而共同决定了净生态系统碳吸收作用的增强。

中国东部森林样带典型生态系统碳收支的季节变化

利用涡度相关技术对中国东部森林样带(NSTEC)上的长白山温带针阔混交林(CBS)、千烟洲亚热带常绿人工针叶林(QYZ)、鼎湖山亚热带常绿针阔混交林(DHS)与西双版纳热带雨林季雨林(XSBN)等4种典型生态系统类型的碳收支特征开展了长期、连续的观测研究．本研究利用ChinaFLUX的连续观测资料,初步分析和评价了4种生态系统2003年碳收支的季节变化及其环境响应特征．在2003年,各生态系统的碳收支对环境因子的变化产生了不同的响应．CBS生态系统的碳收支主要受到了辐射与温度的控制,0℃和10℃是两个重要的临界温度,前者控制了生态系统碳交换的起止时间,后者影响了生态系统碳交换的强度．由于生态系统光合作用(GPP)出现峰值的时间早于呼吸(Re)作用,因此,CBS生态系统的净交换(NEE)在早夏达到最大值．由于夏季降水与温度的不同步性,QYZ生态系统的碳收支受到了干旱的制约,其降低主要来自于生态系统GPP的降低．DHS与XSBN生态系统均表现出在旱季碳吸收强、而雨季吸收弱的特征,特别是XSBN从旱季到雨季的转变过程中出现了由碳汇向碳源的转变．这主要是由于这两个生态系统在雨季的降水量较大,光合有效辐射不足,导致生态系统GPP受到抑制,而尺。随温度升高而增大所致．XSBN的生态系统呼吸温度敏感性参数(Q10)与年呼吸总量最大,CBS与QYZ次之,DHS最小,但CBS生态系统每天的呼吸释放量最高．在2003年,CBS,QYZ,DHS和XSBN的NEE分别为181．5,360．9,536．2和-320．8g·C·m-2·a-1．在CBS,QYZ和DHS三种生态系统之间,随着纬度的降低,温度与降水表现出明显的纬度梯度,生态系统Re占GPP比例逐渐降低,NEE与Re的比例随纬度的降低而逐渐增大．每天的光合吸收量、光能利用率和降水利用效率均表现出了随纬度降低而减少的趋势．但XSBN生态系统往往脱离这一纬度趋势．由于森林生态系统结构和功能具有的高度复杂性,需要更长时间的观测数据和开展更深入的分析,以科学解释不同生态系统对气候环境变化的响应和准确评价生态系统的碳收支能力．