论文部分内容阅读
全球碳循环和碳收支研究是目前全球变化研究中几乎所有重大国际合作科学计划共同关注的一个关键性科学问题。国家/区域尺度碳源汇格局研究，不仅具有明显的科学意义，还具有重要的现实意义，是面对当前UNFCCC谈判政治化和商业化形势的“科学武器”。鼎湖山地区由于其独特的地理位置、气候条件和人文因素，保存有较完整的典型的南亚热带地带性植被，被认为是当今地球该纬度带上最具特色和研究价值的地区之一。鼎湖山通量站建立于2002年，是中国通量网络(ChinaFLUX)4个森林站之一，对其典型森林生态系统CO2通量的研究，将为我国碳收支估算和碳循环模型构建、制定区域性环境合作以及生态环境行业规划，提供必要的知识、技术和数据储备，具有明显的科学意义和应用前景。
本文根据当今通量观测领域最具权威的涡度相关法(开路)观测结果，对鼎湖山针阔叶混交林生态系统碳通量特征及其环境响应机制进行系统性研究。首先分析鼎湖山复杂地形条件下涡度相关法通量观测中存在的一般性和特殊性问题，揭示鼎湖山通量站由于地形原因可能存在夜间泄漏现象。夜间弱湍流条件以及非湍流过程、局地障碍物影响可能是导致夜间涡度通量测定偏低的主要原因。
进一步从能量平衡角度分析验证数据可靠性，分析鼎湖山混交林能量平衡特点，建立针对鼎湖山站的通量数据订正方案。能量平衡状况总的特征是，冬季好于夏季，白天好于夜间。平均能量平衡不闭合度为33％～47％，略高于文献报道的IO％～30％不闭合度范围。经过u.订正和坐标转换，能量平衡状况不同程度上有所提高，但夜间特别是冬季能量平衡比率偏低问题依然没有得到根本解决，揭示夜间弱湍流并不是导致夜间能量平衡闭合度差的主要原因。
在此基础上分别探讨土壤(含地表植被)呼吸和生态系统呼吸估算方法及其环境响应机制。不同温度因子均与土壤呼吸或生态系统呼吸之间具有较好相关性，Van’tHoff方程、Arrhenius方程和Lloyd-Talor方程均能够较好描述呼吸强度与温度因子的关系，其中Lloyd-Talor方程能够更好地反映呼吸强度对温度敏感性指标Q10随温度的变异特点。由土壤温度和土壤含水量驱动的连乘耦合模型能够综合反映土壤温度和水分因子对生态系统呼吸的协同影响，比仅由土壤温度单因子驱动的Lloyd-Talor方程具有更强的拟合能力。在土壤含水量较大时连乘模型对呼吸的估算高于Lloyd-Talor方程的结果，反之在干旱时段连乘模型模拟结果低于Lloyd-Talor方程的结果，表明对存在水分胁迫的生态系统，土壤水分可以成为影响生态系统呼吸的主导因子。2003年平均土壤呼吸强度和年呼吸总量分别为0.092mgCO2m-2s-1和787.49Cm.2a-1，比静态箱，气相色谱法测量结果偏低17％。生态系统对环境因子响应模式存在季节性差异：冬季生态系统呼吸主要受土壤温湿度影响，而夏季生态系统呼吸则与冠层气温相关。基于白天通量资料，结合Michaelis-Menten光反映经验模型估算的2003年生态系统呼吸为1100～11135.69Cm-2a-1，比基于夜间资料估算结果增加12-25％o根据Michaelis-Menten光反映经验模型拟合结果，鼎湖山混交林光能利用效率α平均为0.0026±0.0014mgCO2μmol-1Photoris；最大光合速率Amax平均为1.186±0.435mgCO2m-2s-1。α与Amax年变化趋势相反，但总体上没有明显季节性规律，这与南亚热带光、热、水资源充沛且年变幅相对较小的气候特点，以及鼎湖山针阔叶混交林叶面积指数(LAI)、土壤湿度季节性变化较小的特点是一致的。2003年NEE总量为-590.59Cm-2。鼎湖山针阔叶混交林全年均具有C吸收能力，不存在季节性的净排放的时段。
基于单因子变化的模型敏感性分析表明，假设土壤水分(Ms)、光合有效辐射(PAR)、光能利用效率(a)和最大光合速率(Amax)变化幅度为±20％，土壤温度(Ts)变化幅度为±1℃，对生态系统碳汇能力影响顺序是：PAR=α>Amax>Ms>Ts。鼎湖山混交林碳源汇格局对温度变化敏感性较低，这是生态系统对亚热带较高气温环境适应的结果。在可预见的气候变化范围内鼎湖山混交林生态系统依然具有较强碳汇功能。将来研究中应加强对气候变量协同变化的综合影响的分析，并考虑生态系统本身对气候环境变化的反馈和适应性。