浙江安吉毛竹林生态系统CO2通量过程的研究

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利用涡度相关法和生理生态法探究了安吉毛竹林生态系统2014年10月—2015年9月的CO2通量在日、月、季节和年尺度上的动态变化,明确了该生态系统碳收支情况,并从生理生态的角度解释了 CO2通量数据的变化,为揭示该森林生态系统的CO2交换提供了生理生态学基础。同时,本文还分析了环境因子(光照、温度和湿度)对该生态系统 CO2通量的影响,以更进一步解释森林生态系统碳收支动态变化的调节机制。此外,运用这两种方法测定安吉毛竹林生态系统的碳通量,还能够为安吉毛竹林不同尺度甚至整个生态系统碳源/汇的评价方法提供一定的依据。关注森林生态系统在全球气候变暖背景下的碳吸收情况,还有助于为缓解全球温室效应指明一定的方向,也对我国经济等各方面的持续稳定发展具有十分重要的意义。  通过对安吉毛竹林生态系统碳通量和环境因子的研究,得到以下结果:  (1)年平均光合有效辐射PAR为527.61μmol·m-2·s-1,大致呈现双峰曲线变化;1月平均值最低,仅365.23μmol·m-2·s-1,8月最高,为672.18μmol·m-2·s-1。全年空气温度Ta表现为明显的单峰曲线变化,年平均值为14.98℃,12月份平均温度最低,仅4.22℃,8月最高,达到25.62℃。年平均相对湿度RH约为76.30%,12月最低,仅为47.66%,7月最高,达到94.91%。受Ta和RH的影响,全年饱和水汽压差VPD规律性较差,年平均VPD为0.44 kPa,4月有最大值,达到0.78 kPa,7月有最小值,为0.27 kPa。  (2)全年各月生态系统净交换量NEE的日平均变化规律性较强,均呈“U”(或“V”)型曲线变化,午间12:00前后有最大数值(负值),夜间和凌晨NEE为正值,白天为负,夏季NEE数值较高,冬季较低。各月NEE均值为负,毛竹林生态系统表现为碳汇,7月数值最大,为0.163 mg·m-2·s-1,1月数值最低,为0.039 mg·m-2·s-1。各月净光合速率Pn呈现倒“U”型或“M”(存在光抑制现象)变化,并且与NEE的增减趋势一致。表明光合作用与NEE间的响应关系较好。  (3)2014年10月—次年9月,毛竹林生态系统各月白天NEE与P AR值的拟合关系较好(R2>0.9),最大净光合速率和暗呼吸速率均表现出先降低后升高再降低的变化趋势,1月有最小值,分别为0.543和0.067 mg·m-2·s-1,7月有最大值,分别为1.889和0.296 mg·m-2·s-1。各月Pn与PAR拟合系数R2均高于0.96,其最大净光合速率和暗呼吸速率也均呈先降低后升高再降低的变化规律,7月有最大值,分别为0.231 mg·m-2·s-1和0.040 mg·m-2·s-1,最小值分别为0.075 mg·m-2·s-1(1月)和0.007 mg·m-2·s-1(12月)。拟合得到的表观量子效率变化规律均较差,波动微小。此外,涡度协方差和生理法两种测量方法得到的毛竹冠层月最大净光合速率和暗呼吸速率间均表现出较好的正相关关系(r=0.97,0.93),且月平均最大净光合速率和暗呼吸速率均是涡度相关法测定的结果高于生理法,分别高出7.04%和9.95%。  (4)全年NEE夏季最高(0.110 mg·m-2·s-1),冬季最低(0.060 mg·m-2·s-1),具有明显的季节变化。各季节无论是白天的NEE还是 Pn,对 PAR的响应结果均表明,最大净光合速率和暗呼吸速率均呈现先升高后降低的变化趋势,且都在夏季最高,冬季最低;表观量子效率在0.001—0.003 mg·μmol-1范围内波动。同时,基于两种测量方法得到季节最大净光合速率的Pearson相关系数达到0.91,暗呼吸速率为0.95,即表明两种测量方法测定结果具有较高的相关性。  (5)基于涡度协方差法得到的毛竹冠层年平均最大净光合速率为1.221 mg·m-2·s-1,生态系统暗呼吸速率为0.263 mg·m-2·s-1;基于生理法得到冠层的年平均最大净光合速率为0.967 mg·m-2·s-1,暗呼吸速率为0.171 mg·m-2·s-1,均低于涡度相关法测定的结果,分别降低了20.80%和34.98%。毛竹林生态系统全年的净初级生产力总量为2581.33 g·m-2,吸收的碳约0.704 kg·m-2,表现为较高强度的碳汇。另外,涡度相关法和生理法测定毛竹林生态系统全年白天的净初级生产力分别为4078.69 g·m-2和3277.50 g·m-2,且后者占到前者的80.36%,比例较高。  (6)各月PAR和基于两种测量方法得到的白天的净初级生产力间均呈现极显著(P<0.01)的正相关关系(r=0.95)。随着Ta的升高,生态系统最大净光合速率和暗呼吸速率均呈指数增加,而表观量子效率呈现降低的变化趋势。随着VPD的升高,生态系统最大净光合速率和暗呼吸速率均呈现出先增加后降低的变化趋势,而表观量子效率呈现降低的变化趋势。  以上结果表明,2014年10月—2015年9月,安吉毛竹林碳吸收能力较好,表现为较强的碳汇作用。尽管涡度相关法测定的结果略高于生理法,但两种方法测量的结果存在较好同步性。而且,生理法能够很好地解释 CO2通量数据中的一些变化。毛竹旺盛的光合作用是生态系统碳汇的保证,同时还受PAR、Ta和RH的影响。
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