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涡度相关技术为长期连续观测植被与大气间CO2、H2O和能量通量提供了可行方法,成为揭示生态系统水平上物质与能量交换特征及其环境影响机理的有效技术手段之一。本研究基于涡度相关技术,在2006～2007年2个年份生长季对内蒙古典型草原区东乌珠穆沁克氏针茅群落的碳、水、热交换特征及其环境影响机制进行了分析,试图揭示干旱环境区草地生态系统物质和能量交换规律。通过对通量数据及其相关环境因子不同时间尺度上的处理与分析,获得如下主要结果:
(1)生态系统碳交换特征
在一天中,随日出后太阳辐射增强,研究样点的生态系统由夜间的净碳排放逐渐转化为碳吸收,正午前达到吸收的最高峰,日落转为碳排放,其间不同季节有不同的碳排放与吸收的交替变化。碳吸收与碳排放的高峰均出现在植被旺盛生长期的7-8月之间,并且在2个年度有效观测时段,所观测的生态系统表现为弱碳源。无论是在日时间尺度上还是月时间尺度上,温度的增加促进了夜间生态系统呼吸和昼间净碳吸收,但总体上使得生态系统趋向于碳的弱排放。随着土壤水分的增加,昼间碳的吸收和夜间碳的排放均表现为增加趋势。
(2)光合特征与GPP模拟
随着光合有效辐射(QPPFD)的增加,生态系统各月的净光合速率(PQ)呈不同程度的增长,但光合特征参数(表观量子效率和最大潜在光合速率)与空气温度、土壤含水量相关关系不显著。生态系统初级生产力GPP与温度(土壤温度或空气温度)存在显著的指数函数关系；GPP与土壤含水量呈显著的线性正相关关系。2006年的生长季降水稀少,在有限的土壤水分条件下,GPP随着土壤水分的增加而迅速增大。GPP与水汽压差、光合有效辐射存在显著线性正相关关系,随VPD和辐射的增加,GPP亦呈增加之趋势。但2007年GPP观测值与光合有效辐射相关关系不显著,与上述其他环境因子的相关系数亦低于2006年。在应用VPM遥感模型对生态系统初级生产力进行模拟时发现,VPM模型能较好地模拟本类植被的GPP变化；NDVI和EVI遥感指数对GPP的模拟中,以8天步长的效果优于1天步长的模拟效果；EVI模拟的效果优于NDVI模拟的效果。
(3)水热交换动态
本类生态系统对热的消耗主要表现为对周围大气的加热效应,即以感热消耗为主,同时地下热传导约占总热量收入的30％左右。降水事件能迅速促进潜热消耗比率的增加。如果以每年5月16至10月14日为完整生长季,2006年生长季蒸散量为149.4mm,而降水量为256.1mm,蒸散为降水量的58％；2007年生长季蒸散量为151.8mm,降水量为249.4mm,蒸散为降水的61％。两个生长季蒸散量均小于降水量,短期局部的水分失衡可以认为是降水形成地表径流造成的水分输出及土壤的渗水或储水。脉冲式降水能迅速增加生态系统的蒸散量。
以上研究结果表明,乌珠穆沁克氏针茅群落在干旱条件下表现为碳的弱排放；生态系统初级生产力主要受温度和土壤含水量影响；热量交换以感热和土壤热传导为主；地表径流和土壤的渗水是生态系统短期局部水分失衡的主要原因。