全球变化的中国北方林生态系统生产力及其生态系统公益

基于我国北方林一兴安落叶松林的实际观测资料对国际著名的CENTURY模型进行了验证，进而模拟了我国北方林一兴安落叶松林的碳循环动态;结合全球变化的预测结果，模拟了全球气候变化下中国北方林生物量、生产力以及碳吸收能力的变化;并且预测了大兴安岭地区的自然干扰因子（林火）和人类活动（采伐、搂除枯枝落叶）对兴安落叶松林碳循环的影响。建立了综合反映兴安落叶松林生物学特性（年龄、蓄积量）及气候因素（年均温、年降水）共同作用下的兴安落叶松林净第一性生产力模型一材积驱动模型。评估了我国森林的生态系统公益价值，并建立了森林生态系统公益价值与其总生产力的回归关系。具体结果如下： (1) 我国北方林的植物总生物量为112. llt．hm-2，净第一性生产力为403. 07gC.m-2.a-l。 (2) 建立了兴安落叶松林的生物气候生产力模型： NPP= (0.3318ln (V/A) +0.4747)×30 (l_e-0'0009695E) 为基于森林资源清查资料与气候资料估算森林生产力提供了方法。 (3) 兴安落叶松林生态系统每年可净吸收碳2.65 t．hm-2，是一个重要的碳汇。 (4) 大气C02浓度倍增将使兴安落叶松林的净笫一性生产力增加9. 8%，并且提高了兴安落叶松林的碳汇功能。 (5) 温度上升将增加兴安落叶松林的生物量和净初级生产力，并且其碳汇功能也有所提高。对兴安落叶松林生长的主要限制因子是温度而不是水分。 (6) 林火使兴安落叶松林的生物量降低，但同时也促进了兴安落叶松的更新及幼树的生长，火烧后兴安落叶松林的生产力均有所增加。火烧的强度越大，烧死的森林生物量越多，火后的恢复期也越长。 (7) 一定强度的采伐有利于兴安落叶松林的更新和幼苗、幼树的生长，从而既得到了直接的经济效益，同时又可以保持一定的生态效益。 (8) 搂除枯枝落叶层在短时间内促进了兴安落叶松林的生长，但长期下去，则将导致土壤越来越贫瘠，不利于森林的生长。 (9) 兴安落叶松林所创造的生态系统公益的总价值约为2409.96×106US$．a-，其生态效益的价值是其所创造的经济价值的2.52倍，反映了生态效益的显著性。 (10) 在对我国各类型森林的生态系统公益价值评估的基础上建 立了森林生态系统公益价值与其生产力的回归关系：Va=108.25×1 06×(Tp)0'93，简化了生态系统公益价值的评估计算工作。

Characterizing evapotranspiration over a meadow ecosystem on the Qinghai-Tibetan Plateau

To characterize evapotranspiration (ET) over grasslands on the Qinghai-Tibetan Plateau, we examined ET and its relevant environmental variables in a Kobresia meadow from 2002 to 2004 using the eddy covariance method. The annual precipitation changed greatly, with 554, 706, and 666 mm a(-1) for the three consecutive calendar years. The annual ET varied correspondingly to the annual precipitation with 341, 407, and 426 mm a(-1). The annual ET was, however, constant at about 60% of the annual precipitation. About 85% annual ET occurred during the growing season from May to September, and the averaged ET for this period was 1.90, 2.23, and 2.22 mm/d, respectively for the three consecutive years. The averaged ET was, however, very low (< 0.40 mm/d) during the nongrowing season from October to April. The annual canopy conductance (gc) and the Priestley-Taylor coefficient (a) showed the lowest values in the year with the lowest precipitation. This study first demonstrates that the alpine meadow ecosystem is characterized by a low ratio of annual ET to precipitation and that the interannual variation of ET is determined by annual precipitation.

气候变化对高纬度流域中汞和甲基汞迁移转化的影响——以降水量增加为例

全球变化的研究发现：19世纪以来全球平均气温大约上升了0.6℃，并预计在21世纪会升高更多。温室效应的直接结果是导致全球地面增温，温度的升高会增加下垫面的蒸发量。根据全球水平衡原理，蒸发量应该与降水量相等，因而降水量也会相应增加。气候变化的情景模式研究表明，世界各地雨量变异大，在高纬度地区，包括北欧地区，降水会增加。 流域是水生系统的一个重要的汞和甲基汞的输入源。欧洲淡水系统中，鱼体汞含量过高的湖泊主要局限于北方的高纬度森林地区。在斯堪的纳维亚半岛，就有上万湖泊中的鱼体汞含量超过了健康食用标准0.5 mg/kg。水生系统甲基汞输入源包括：水体或沉积物通过甲基化形成甲基汞，通过大气干、湿沉降输入的甲基汞和陆地生态系统的地表径流输入的甲基汞。 本研究的主要目标是搞清楚未来气候变化引起的大气降水量的增加对北方高纬度森林流域土壤中汞的迁移和形态转化有何影响。未来大气降水量的增加可能会增强森林地区流域土壤中汞的迁移，进而对水生系统的汞循环产生影响。一方面，如果地下水水位上涨，当水流过富含有机质结合含汞土壤层时，将会增加土壤中汞和甲基汞的迁移性，由此而导致流域向河流、湖泊等水生系统中汞输出通量的增加。另一方面，氧化还原电位改变、DOC和营养物质的释放会加剧汞在土壤中的释放过程，并且可能会促进汞的形态转化，可能增加毒性较强的甲基汞的产量，最终导致甲基汞从土壤向水生系统的输出通量的增加。 本研究选择瑞典西海岸花园湖（Gårdsjön）的G1流域作为研究对象，在流域内进行人工模拟增加降雨试验，模拟未来气候变化降水量增加的情景，观测流域地表径流中汞和甲基汞的变化。并在流域内选择四个点（1×1m²），进行汞同位素加入示踪试验。测定土壤剖面甲基汞和总汞及其同位素组成，来分析汞的迁移和形态转化。主要研究结果如下： 1. 通过对G1流域土壤中甲基汞分布的调查，发现甲基汞含量范围为0.020-3.1ng/g，甲基汞含量与TOC含量具有正相关的关系，表明土壤甲基汞的迁移受TOC迁移的影响。估算G1流域的甲基汞储库通量为123g/km2，G1流域甲基汞储库容为0.65g。 2. 通过甲基汞含量和甲基汞储库在土壤剖面的分布，可以看出表层腐殖质层甲基汞浓度最高，甲基汞最富集，而在较深的土壤层位甲基汞储库容量最大，表明甲基汞具有向下迁移的趋势。 3. 根据总汞同位素组成结果，汞同位素（198Hg(NO3)2）加入土壤中后，202Hg/198Hg比值迅速下降，然后随时间推移而上升，表明加入土壤中的汞与土壤中原始汞形态不同，具有不同的迁移方式，且加入土壤中二价汞的迁移性比土壤中的原始汞更强。计算表明，外界加入的汞，将有50-60%长期滞留在土壤中。 4. 根据甲基汞的同位素组成结果，Wet点的新加入的198Hg甲基汞分数要大于其它三点，表明湿润土壤中汞甲基化速率要快于较干燥的土壤中。另外，Wet点的甲基汞分数比以前无人工模拟增加降雨的同位素示踪结果高很多，表明降水量增加会导致汞的甲基化作用在土壤中的形态转化过程中占主导地位，最终导致甲基汞产率的提高。 5. 人工模拟增加降雨试验进行后，地表径流中总汞的浓度没有发生变化，而甲基汞的浓度增大了很多，从0.03ng/L增大到了1ng/L以上，表明降水的增加可以促进土壤中汞的甲基化作用。 6. 地表径流向流域外总汞和甲基汞的输出量的计算显示，受人工模拟增加降雨的影响，流域地表径流量也会增加，最终年地表径流中总汞和甲基汞的输出通量都变大。