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内蒙古羊草草原碳通量观测及其驱动机制分析

作　者: 郝彦宾
导　师: 蒋高明；王艳芬
学　校: 中国科学院研究生院（植物研究所）
专　业: 生态学
关键词: 羊草草原涡度相关净生态系统交换环境因子生物因子
分类号: S543.9
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

植被与大气间CO₂通量的长期观测能够使人们加深对陆地生态系统在全球碳循环中科学地位的理解。在生态系统水平上,涡度相关技术是评价植被/大气间净生态系统CO₂交换量的主要手段。本研究以内蒙古羊草草原通量站为试验平台,以涡度相关技术为主要技术手段,以内蒙古草原生态系统定位研究站羊草草原围封样地2003～2005年开路涡度相关系统观测的CO₂通量数据为基础,深入探讨了内蒙古羊草草原生态系统CO₂通量不同时间尺度上的变化特征及其驱动机制。在建立生态系统尺度CO₂通量观测基本方法论的前提下,集中探讨了不同时间尺度内蒙古羊草草原生态系统净生态系统碳交换、呼吸作用以及碳吸收的季节变异特征及其控制机制,初步建立了内蒙古羊草草原净生态系统CO2交换量估算的基本方法,可为生态系统过程模拟与模型预测提供科学依据和技术支撑。主要结果包括以下几个方面:1.功率谱和协谱分析表明,开路涡度相关系统对高频湍流信号的响应能力可以满足内蒙古草原生态系统实际观测要求。与闭路涡度相关系统和常规气象系统对比分析表明,开路涡度相关系统在CO₂通量长期观测中仪器性能稳定,可以满足CO₂通量长期观测的客观需要。坐标旋转校正是复杂地形条件下CO₂通量测定理想的倾斜校正途径。能量平衡闭合的测试仅可以作为数据质量评价的参考标准之一,而不能作为CO₂通量数据质量评价的绝对标准并用于数据校正。2.按照CO₂通量吸收的高峰特征划分,正常降水年,内蒙古羊草草原CO₂通量同时具有一个吸收高峰和两个吸收高峰的特征。而极端干旱年蒙古羊草草原的CO2通量具有两个吸收高峰的特征。在严重干旱胁迫条件下,2005年内蒙古羊草草原生态系统净生态系统交换出现显著下降的趋势。净生态系统交换下降主要是降雨量减少的影响。3.通过分析不同时间尺度上CO₂通量和环境因子的关系,发现小时尺度上,内蒙古羊草草原生态系统的净生态系统交换主要由光合有效辐射控制,而饱和水汽压差和土壤含水量是影响生态系统光合作用的另外两个关键因素。在更大的时间尺度上降雨量和物候相的变化是调节生态系统碳通量大小的

全文目录

中文摘要  5-7
英文摘要  7-13
第一章全球陆地生态系统碳循环与草地碳通量研究进展  13-44
  第一节陆地生态系统碳循环研究概述  13-16
    1.1.1 全球碳循环与碳通量  13-14
    1.1.2 陆地碳通量网络的研究进展  14-16
  第二节草地生态系统碳循环研究进展  16-23
    1.2.1 全球及我国草地生态系统概况  16-17
    1.2.2 草地生态系统在全球碳循环中的作用  17-18
    1.2.3 草地生态系统生产力研究  18-19
    1.2.4 草地碳通量的研究方法  19-20
    1.2.5 草地CO_2 通量的研究  20-22
    1.2.6 环境因子对草地土壤温室气体源汇的影响  22-23
  第三节涡度相关技术的原理及其应用  23-31
    1.3.1 涡度相关技术的历史发展过程  23-25
    1.3.2 涡度相关技术的基本原理  25-28
    1.3.3 影响CO_2 交换通量的各种效应  28-29
    1.3.4 涡度相关技术在草地通量观测中的主要技术问题  29-31
  第四节影响草地生态系统碳交换的因素及作用机制  31-38
    1.4.1 环境对草地生态系统生产力的影响  32-36
    1.4.2 物候对草地生态系统生产力的影响  36
    1.4.3 全球变化对草地生态系统生产力的影响  36-38
  第五节本研究的目标、思路及主要研究内容  38-44
    1.5.1 总体目标  38-39
    1.5.2 总体思路和技术路线  39
    1.5.3 主要研究内容  39-44
第二章内蒙古通量站概况及研究方法  44-51
  第一节内蒙古通量站自然环境概况  44-46
    2.1.1 气候背景  44-45
    2.1.2 自然植被  45-46
    2.1.3 土壤特征  46
  第二节CO_2通量观测系统概述  46-49
  第三节研究方法  49-51
    2.3.1 植被生理指标的测定  49-50
    2.3.2 生态系统呼吸和凋落物分解的测定  50-51
第三章内蒙古羊草草原生态系统 CO_2通量观测系统性能评价  51-66
  第一节开路涡度相关系统仪器性能评价  52-63
    3.1.1 开路涡度相关系统仪器高频响应特征  52-56
    3.1.2 能量平衡闭合分析  56-58
    3.1.3 CO_2 通量的校正  58-63
  第二节开路涡度相关系统与常规气象系统的对比分析  63-64
  本章小结  64-66
第四章内蒙古羊草草原碳通量变异特征  66-89
  第一节生态系统环境因子和生物量的变化  67-72
  第二节羊草草原平水年净生态系统碳通量特征  72-78
    4.2.1 生态系统碳通量日变化特征  73-75
    4.2.2 生态系统碳通量季节变化特征  75-78
  第三节羊草草原干旱年份净生态系统碳通量特征  78-82
    4.3.1 干旱条件下的生态系统碳通量日变化特征  79
    4.3.2 干旱条件下的生态系统碳通量季节变化特征  79-82
  第四节生态系统呼吸和总生态系统CO_2交换量  82-87
    4.4.1 数据质量的评价  82-84
    4.4.2 生态系统呼吸和总初级生产力的日进程  84-86
    4.4.3 生态系统呼吸和总初级生产力的季节变化  86-87
  本章小结  87-89
第五章环境因子对生态系统碳交换的影响机制  89-112
  第一节环境因子对净生态系统碳交换的影响  90-99
    5.1.1 温度对净生态系统交换的影响  90
    5.1.2 光照对净生态系统交换的影响  90-96
    5.1.3 饱和水汽压差（VPD）和土壤含水量对净生态系统交换的影响  96-98
    5.1.4 光利用效率和水分利用效率的季节变化  98-99
  第二节环境因子对生态系统呼吸和总初级生产力的影响  99-109
    5.2.1 净生态系统交换、生态系统呼吸与总初级生产力的关系  102-106
    5.2.2 温度对生态系统呼吸和总初级生产力的影响  106-107
    5.2.3 土壤含水量和光照对总初级生产力的影响  107-109
  本章小结  109-112
第六章降雨对生态系统碳交换的影响机制  112-124
  第一节降雨量的变化  113-115
  第二节土壤含水量和净生态系统交换对降雨的响应  115-119
  第三节生态系统呼吸和总初级生产力对降雨的响应  119-122
  本章小结  122-124
第七章生物因子对生态系统碳交换的影响机制  124-132
  第一节净生态系统碳交换的生物控制因素  125-128
  第二节群落净光合速率对生态系统碳交换的影响  128-131
  本章小结  131-132
第八章结论与展望  132-137
  第一节主要研究结论  132-136
    8.1.1 与仪器有关的若干问题  132
    8.1.2 CO_2 通量观测方法论的建立  132-133
    8.1.3 净生态系统CO_2 交换量的估算  133-136
      8.1.2.1 生态系统净生态系统交换  133-134
      8.1.2.2 生态系统呼吸作用  134-135
      8.1.2.3 生态系统碳吸收量  135-136
  第二节存在问题及未来工作展望  136-137
参考文献  137-152
致谢  152-153
个人简历  153
发表的学术论文与研究成果  153

内蒙古羊草草原碳通量观测及其驱动机制分析

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