Characteristics of Net Ecosystem Exchange of carbon dioxide and their driving factors over a fenced Leymus chinensis steppe in Inner Mongolia

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

内蒙古羊草草原碳交换季节变异及其生态学解析

用涡度相关技术测量了内蒙古羊草草原2003和2004年两个生长季生态系统CO2交换通量．观测表明,两个生长季的CO2通量存在明显差异．内蒙古羊草草原生态系统CO2通量的日变化特征根据其吸收高峰出现的时间可以分为两种,一种具有两个吸收高峰,其特点是在午间出现了碳交换通量的降低,这种现象与植物光合作用的午间降低现象一致;另一种类型是只有一个吸收高峰出现在午间．CO2通量的吸收和排放的日最大值在两个生长季出现的时间有所不同, 2003年均发生于7月,分别为-7．4 g·m-2·d-1(白天)和5．4 g·m-2·d-1(夜间),而2004年发生在8月,分别为-12．8 g·m-2·d-1(白天)和5．8 g·m-2·d-1(夜间)．2003年128 d的植物生长期内,整个生态系统白天固定了294．66 g CO2·m-2同时期夜间释放了333．14 g CO2·m-2;在2004年116 d的生长期内白天固定了467．46 g CO2·m-2,夜间释放了437．17 g CO2·m-2．根据两个生长季的观测数据分析表明,在影响生态系统碳交换的生态因子中,水分和光合有效辐射(PAR)是两个重要的生态因子．连续的降雨会引起生态系统碳交换能力的降低;在适宜的土壤水分条件下,决定白天CO2通量的主要是PAR,二者呈双曲线关系;土壤水分胁迫情况下,CO2通量显著低于适宜土壤湿度状况下的CO2通量,且当PAR>1200μmol·m-2·s-1时,生态系统出现了光饱和现象;CO2通量明显地被高饱和水汽压差(VPD)所抑制;夜间CO2通量主要依赖于土壤温度与土壤水分有效性的协调作用

日光诱导叶绿素荧光估算中国典型生态系统总初级生产力的能力

陆地生态系统总初级生产力(GPP,Gross Primary Productivity)是陆地生态系统碳循环的重要分量,提高其估算精度具有重要的科学意义。由于受多种因子的影响,GPP的时空变异明显,其估算结果存在较大的不确定性。日光诱导叶绿素荧光(SIF,Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence)与GPP密切相关,近年来被应用于估算区域和全球GPP,但其在中国生态系统的适用性尚不清楚。以中国8个典型植被生态系统为研究对象,驱动两叶光能利用率模型(TL-LUE,TwoLeaf Light Use Efficiency Model)模拟以站点为中心0.5°×0.5°区域内的月GPP,验证SIF估算GPP的能力。结果表明,SIF具有监测中国典型植被生态系统GPP的能力,月SIF与TL-LUE模拟的月GPP之间显著相关,其中5个生态系统中两者的R2高于0.8,最高达到0.91,GPP与SIF变化的斜率随生态系统类型变化。模拟的GPP与SIF遥感数据的季节变化特征相同,两者之间的一致性在生长季节好于非生长季节;SIF能更好地监测农田GPP的季节变化

2002–2010年中国典型生态系统辐射及光能利用效率数据集

辐射是陆地生态系统能量的主要来源,其利用效率表现为光能利用率,反映了生态系统转化光能、生成有机物质的能力。揭示典型生态系统的辐射及光能利用效率可以为评估区域光能资源及其利用效率提供参考,也为评估区域有机物质固定能力及碳吸收能力提供依据。基于中国陆地生态系统通量观测研究联盟(China FLUX)的长期观测结果及已发表文献的公开数据,构建了2002–2010年中国典型生态系统辐射及光能利用效率数据集,包含51个生态系统126个站点年辐射、光能利用效率及吸收光能利用效率的观测记录。另外,本数据集还包含生态系统代码、年份、经度、纬度、海拔、生态系统类型、年均气温、年总降水量、年均CO2质量浓度、年均叶面积指数、最大叶面积指数等生物气候信息。本数据集可以为评估生态系统生产能力、应对气候变化等方面的研究提供数据支持

2000–2010年中国典型陆地生态系统实际蒸散量和水分利用效率数据集

蒸散是陆地生态系统水分循环和能量平衡的关键过程,水分利用效率是反映生态系统碳水循环间耦合关系的重要指标,二者在生态学、农学、水文学、气候学等多个学科中均具有重要的应用价值。涡度相关法被认为是现今唯一能直接测量生物圈与大气间物质与能量交换通量的标准方法,已成为生态系统尺度碳水交换通量观测的主要方法。本文通过整合中国陆地生态系统通量观测联盟(China FLUX)的长期观测数据和中国区域其他观测站点基于涡度相关法发表的文献数据,构建了一套中国典型陆地生态系统实际蒸散量和水分利用效率数据集。本数据集共有实际蒸散量数据记录143条、水分利用效率数据记录96条,涉及5种生态系统类型45个生态系统,时间跨度为2000–2010年。本数据集可以为陆地生态系统碳水循环、生态系统管理和评估、全球变化等相关领域的研究提供数据支持