论文部分内容阅读
在全球气候变化的背景下，陆地生态系统的碳循环问题成为当前生态学与地理科学研究的热点问题。植被与大气之间碳通量的长期连续定位观测是精确评估陆地生态系统固碳潜力的重要方法。荒漠-湿地生态系统环境特征与结构复杂独特，有关碳通量在不同时间尺度的动态变化及其对环境要素响应与反馈机制的研究非常少见，其研究对于深入了解全球陆地生态系统碳循环过程意义重大。本研究以敦煌西湖芦苇（Phragmites communis）、骆驼刺（Alhagi maurorum var.sparsifolium）等为主要植被类型的极端干旱区典型荒漠-湿地生态系统为研究对象，利用涡动相关系统连续两年(2013-2014年)生长季的定位观测数据，同时结合相关气象观测数据，探讨分析了敦煌西湖荒漠-湿地生态系统NEE（净生态系统CO2交换，Net ecosystem exchange）在不同时间尺度上的变化规律及其对环境因子的响应机制，并明确了研究区的“碳源/汇”功能。主要的研究结果如下: (1)利用涡动相关法对极端干旱区荒漠-湿地生态系统碳通量的研究非常少见，本文通过对所观测原始数据进行处理与质量评价，发现观测结果能够满足本研究以及其他基础研究需要，说明即使在年降水量小于40 mm的极端干旱区荒漠-湿地生态系统中，涡动相关观测系统仍然具有连续观测并记录CO2通量动态变化的优势。 (2)敦煌西湖荒漠-湿地生态系统2013与2014年生长季气温、10 cm土壤温度和不饱和水汽压均具有明显的日变化与季节变化规律。在日尺度上，气温呈现出先下降后上升再下降的趋势，日最高气温一般出现在下午16:00～17:00左右，最低气温一般出现在上午6:00～7:00左右，在季节尺度上，气温表现出“∩”型季节变化特征，在7月末至8月初气温达到最高值;10cm土壤温度和不饱和水汽压与气温有着相似的日变化与季节变化规律。观测期间年平均降水量仅有2.3mm,主要集中在6月和8月;净辐射日变化呈明显的“∩”型单峰曲线，但季节变化特征不明显，整个生长季净辐射平均值为209.3 W·m-2。 (3)敦煌西湖荒漠-湿地生态系统生长季各月NEE的日变化规律都非常明显，均呈典型的“U”型变化特征，NEE值白天为负，代表生态系统从大气中吸收CO2，夜间为正，代表生态系统向大气释放CO2。CO2吸收的峰值一般出现在12:00～15:00左右。敦煌西湖荒漠-湿地生态系统NEE的最大日变化范围分别为-0.523～0.209 mg CO2·m-2·s-1(2013年7月),-0.530～0.331 mg CO2·m-2·s-1(2014年8月)，相比于其他生态系统来讲，其日变化幅度较大，这与荒漠-湿地生态系统独特的环境条件以及特殊的植被群落结构有关。 (4)敦煌西湖荒漠-湿地生态系统NEE季节变化规律明显。除少数几天外，该荒漠-湿地生态系统NEE在整个生长季均表现为负值，生态系统表现出显著地“碳汇”功能。2013年与2014年整个生长季NEE的日均值分别为-4.74 gCO2·m-2·d-1和-6.62 g CO2·m-2·d-1，最大CO2日吸收峰值分别为-16.53 gCO2·m-2·d-1(2013年7月1日)和-22.26 g CO2·m-2·d-1(2014年6月13日)，并且NEE的季节差异较大。在2013年与2014年整个生长季，敦煌西湖荒漠-湿地生态系统的“碳汇”强度分别为725和986 g CO2·m-2，其“碳汇”能力相对较强。 (5)各环境因子在不同的时间尺度上对敦煌西湖荒漠-湿地生态系统NEE的影响存在差异，在小时尺度上，净辐射、10 cm土壤温度、气温以及空气相对湿度等环境要素是敦煌西湖荒漠-湿地生态系统生长季NEE的主要影响因子，其组合可以很好地预测该荒漠-湿地生态系统NEE在小时尺度上的变化特征:在日尺度上，2013年生态系统NEE主要受净辐射和20 cm土壤含水量的共同影响，而2014年生长季，10 cm土壤温度、净辐射和气温是引起敦煌西湖荒漠-湿地生态系统NEE波动变化的主要影响因子;在月尺度上，只有不饱和水汽压(VPD)成为控制敦煌西湖荒漠-湿地生态系统生长季NEE月尺度变化的主要影响因子，其变化可以很好地预测该荒漠-湿地生态系统生长季NEE在月尺度上的变化规律。 敦煌西湖荒漠-湿地生态系统在观测期间降水极少，且时间分配不均，通过研究发现，在日尺度上，单独的一次降水事件对NEE的“碳源/汇”功能影响不大，只是在降水后的一两天内促进了微生物夜间的呼吸，使NEE的绝对值略有降低，但生态系统仍表现为“碳汇”，并且降水后第三天NEE的日变化规律就完全恢复;连续的几次小降水事件会使得敦煌西湖荒漠-湿地生态系统“碳源/汇”功能发生短暂改变，但总体影响不大。在月尺度上，NEE与降水之间不存在显著相关性，主要是由于敦煌西湖荒漠-湿地生态系统生长季各月降水不均，且各月累计降水量极少，与其他环境因子相比，降水对NEE的月累积量的变化影响不大。