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近年来,荒漠生态系统的生态平衡问题愈来愈受关注,为了更好的体现荒漠生态系统对全球区域性气候变化的响应和碳水交换、能量收支的重要性。本研究以荒漠河岸胡杨林生态系统为研究对象,以黑河下游额济纳七道桥胡杨林保护区为研究区,以开路式涡度相关系统获取胡杨林生态系统能量和CO2通量数据为方法,结合同步气象观测资料,通过为期2年的观测,探讨了干旱区胡杨林生态系统的环境因子特征;在此基础上,本文通过计算感热通量(H)、潜热通量(LE)、土壤热通量(G)、能量平衡闭合率(EBR)、净生态系统生产力(NEP)等表征生态系统能量平衡及CO2交换的重要指标参数,分析了荒漠河岸胡杨林生态系统的能量平衡特征、碳交换特征以及影响因子。本文的主要研究结果如下: (1)温度的日变化及季节变化趋势明显。气温的日变化范围季节差异明显,夏季为18℃~31℃,冬季为-15℃~-2℃;土壤温度的日变化幅度较小,最大不超过3℃,且日变化范围季节差异明显,1月份为-3.2℃~-4℃,7月份为22.5℃~25℃。气温及土壤温度的季节变化趋势基本一致,呈单峰型,1月份温度最低,7月份温度最高;土壤温度的季节变化范围小于空气温度。 (2)该地区受东南风和西北风的交替控制,风向呈东南——西北方向分布,以东南风为主,风速一般小于12m/s,平均风速为3.20m/s。蒸发强烈,降水稀少,年降水量不足35mm,且季节差异明显。相对湿度(RH)季节变化范围较大(18%~55%)。 (3)2014年能量平衡闭合率平均为87.28%。能量平衡比率在日出前与日落后变化显著,且出现瞬时能量过闭合现象;能量平衡闭合率的季节变化明显,生长季EBR大于75%,而非生长季EBR约为50%。 (4)感热通量、潜热通量、土壤热通量及净辐射的日变化及季节变化趋势明显。胡杨林各能量收支项的日变化均以净辐射为基础,呈明显的“单峰型”曲线,除土壤热通量的峰值出现在15:30到16:30之间外,感热通量、潜热通量及净辐射的日变化峰值出现在13:30左右,凌晨6:30左右最小;土壤热通量的日变化滞后于其它各能量项约2到3小时。各能量收支项的季节差异明显,潜热通量及净辐射的季节变化趋势呈明显的“单峰型”曲线,夏季最大,冬季最小;而感热通量的季节变化趋势呈“双峰型”,峰值分别出现在春季(4月)和秋季(9月),夏季最小。土壤热通量冬季为负值表现为热源,夏季为正值表现为热汇。 (5)2014年潜热通量、感热通量及土壤热通量分别占净辐射的70.40%,20.10%,0.17%,潜热通量为能量散失的主要形式。冬季能量消耗以感热为主,其它季节能量消耗均以潜热为主。生长季夜间潜热通量半小时平均值为正值,说明夜间仍然存在蒸散发;生长季白天存在自冠层顶部向下的感热输送,感热通量为负值,可能是受“绿洲效应”的影响白天绿洲森林区出现下沉气流。 (6)2014年碳的净累积量为343.66gC·m-2·a-1,生长季(5-9月)占总累积量的73%,非生长季占总累积量27%;最大月累积量为64.46gC·m-2·mon-1,最小月累积量为8.68gC·m-2·mon-1。2014年10月碳排放为2.13g·C·m-2·mon-1。NEP的日变化趋势呈倒“U”型,白天为碳汇,夜间为碳源,不同季节日变化的范围明显不同,最大碳吸收和最大碳排放的时刻有明显差异。由碳源转变为碳汇的时间夏季在日出后1h~1.5h之间,春秋季延迟约1h小时左右,冬季延迟约2h左右;由碳汇转变为碳源的时刻夏季在20:00左右,冬季在18:00左右,春秋季在18:30左右。 (7)夜间净生态系统碳交换量与空气温度、饱和水汽压差的关系均比较密切,与温度呈指数关系(R2为0.75),与饱和水汽压差呈线性相关(R2为0.74);而白天单个因子对CO2净交换变异的解释都比较低。NEE受温度、水分、辐射等多种因子的影响,且各因子之间存在着密切的关系,很难将其中的某一要素分离出来用于单独研究其对生态系统CO2净交换的影响,任何一个单一的因子都不足以解释白天CO2净交换的变异。