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水位变化对黄河三角洲湿地生态系统co2交换影响的模拟研究

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水位变化对黄河三角洲湿地生态系统CO2交换影响的模拟研究

作者：陈雅文中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所)

学位级别：硕士

盐沼湿地作为陆地与海洋之间的过渡带,其独特的水热环境使其成为主要的蓝碳生态系统之一,水位则是影响盐沼湿地生态系统蓝色碳汇功能的重要因素。气候变化引起的海平面上升以及极端气候事件的频发,可能引起盐沼湿地水位变化,进而影响生... 详细信息

盐沼湿地作为陆地与海洋之间的过渡带,其独特的水热环境使其成为主要的蓝碳生态系统之一,水位则是影响盐沼湿地生态系统蓝色碳汇功能的重要因素。气候变化引起的海平面上升以及极端气候事件的频发,可能引起盐沼湿地水位变化,进而影响生态系统碳汇过程。然而,盐沼湿地碳交换过程对水位变化的响应机制及模拟研究相对匮乏。为了评估模拟水位变化对盐沼湿地净生态系统co交换(Net ecosystem coexchange,NEE)特征的影响,本研究依托黄河三角洲盐沼湿地野外水位控制试验(自然水位,地下20 cm水位、地表10 cm水位),并利用DNDC(denitrification-decomposition)模型模拟和预测水位变化对盐沼湿地生态系统co交换的影响。通过研究海平面上升及极端气候带来的水位变化对盐沼湿地生态系统碳交换过程的影响,一方面探究大气-植被-土壤界面co过程对水位变化的响应,另一方面为盐沼湿地碳储量的未来发展提供参考信息,有利于进一步分析盐沼湿地对全球气候变化与人类干扰的响应机制,为盐沼湿地的保护、管理及利用提供参考方向。主要结论如下:在整个生长季(5-11月)期间,水位变化对盐沼湿地的植被生长和组成结构影响显著,进而影响生态系统的释放值(Ecosystem respiration,R)和NEE的大小。地表淹水10 cm的处理促进了水生植物的生长,得到较高的生物量,会促进R的释放和co的吸收;而地下20 cm水位则在一定程度抑制了植物生长,对应的R和NEE值均处于较低水平。以生长季为观测区间,R的月动态呈倒“V”型单峰变化,最大净释放值为26.86μmol·m·s;而NEE的月动态呈“U”型的单峰变化,最大净吸收值为670.63 kg·hm·d。经过校准和验证的DNDC模型可以准确模拟水位变化对黄河三角洲湿地NEE的影响,NEE模拟值的日动态与田间观测结果显著相关(R>0.6)。通过改变气候、土壤和田间管理等输入参数对DNDC模型进行灵敏度检验,结果表现为生态系统碳交换过程对日均温、降雨和水位改变的响应最为显著。其中,水位对NEE的影响主要作用于土壤呼吸(Soil respiration,R),侧面证实水位和温度是改变盐沼湿地碳排放、合成和分解过程中方向与程度的主要影响因素。在未来2021—2100年气候情境下,不同水位高度下的盐沼湿地生态系统碳组分变化随年份增长呈现不同的规律。NEE在自然水位下表现为负值缓慢减少,水位改变则会显著影响湿地NEE,再随时间趋于平缓,表明在未来气候条件下,盐沼湿地对稳定的水位变化可能有一定的适应性。土壤有机碳年变化量(Annual change in SOC content,d )和R在年际动态变化中呈现相反的规律,3种水位下的d 均呈波动下降的趋势,表明未来盐沼湿地碳储量的增长率随时间增加可能会有所降低。但由于模拟结果对实测值的拟合还不够准确,模型的不确定性依然广泛存在,因此未来的模拟研究还应关注DNDC中水文模块和植被演替过程的完善。

关键词：盐沼湿地水位变化生态系统co2交换 DNDC模型情境模拟

北方农牧交错带草地生态系统co2交换对不同水平氮添加的响应

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北方农牧交错带草地生态系统CO2交换对不同水平氮添加的响应

作者：董斅晓山西农业大学

学位级别：硕士

由于工业化和人类活动导致大气氮沉降不断增加,未来增加的氮沉降会对生态系统的结构和功能产生深刻的影响,从而影响生态系统碳循环过程,尤其是生态脆弱区的农牧交错带草地生态系统。本研究以位于北方农牧交错带的山西省右玉县半干旱草... 详细信息

由于工业化和人类活动导致大气氮沉降不断增加,未来增加的氮沉降会对生态系统的结构和功能产生深刻的影响,从而影响生态系统碳循环过程,尤其是生态脆弱区的农牧交错带草地生态系统。本研究以位于北方农牧交错带的山西省右玉县半干旱草地生态系统为研究对象,采用添加不同水平的外源氮模拟氮沉降,探究短期内不同水平氮添加对草地生态系统co交换的影响。本试验共设置8个氮添加梯度0、1、2、4、8、16、24和32 g N m(分别表示为N、N、N、N、N、N、N和N),采用静态箱法于2017-2018年对不同水平氮添加处理下的草地净生态系统co交换量(net ecosystem co exchange,NEE)、生态系统呼吸(ecosystem respiration,ER)进行动态监测,计算生态系统总初级生产力(gross primary productivity of ecosystem,GEP),同时监测生长季土壤温度、土壤含水量和地上生物量。连续两年的试验结果表明:(1)该农牧交错带草地生态系统短期添加不同水平的氮表现为“碳汇”。(2)短期不同水平氮添加后,生长季NEE的累积量数值在53-89 g C m22 a之间。(3)氮添加在16-24 g N m22 a的之间能够维持农牧交错带草地生态系统较高NEE、ER和GEP。(4)降水量显著影响该地区草地生态系统co交换(P0.1,P生态系统co交换相关性不显著。总之,短期不同水平氮添加增加了北方农牧交错带草地生态系统净碳吸收,对该草地生态系统的“碳源/汇”功能具有一定的参考意义。不同水平氮添加对北方农牧交错带草地生态系统co的影响存在显著的年际差异,同时两年年际间降雨量差异显著加剧了生态系统co交换的影响。16-24 g N m-2 a-1的氮水平添加是能够维持农牧交错带草地生态系统较高NEE、ER和GEP的合理施氮量。由于氮添加只进行了两年,不同水平氮添加下,NEE、ER和GEP对氮素的响应敏感度尚不明确。因此,不同水平氮添加对北方农牧交错带草地生态系统co的影响需要进行长期深入的研究,才能进一步探讨氮沉降对该农牧交错带草地生态系统碳源汇的影响及机制,以期为该区草地这种特殊的草地生态系统的科学管理提供技术支持。

关键词：氮添加农牧交错带草地生态系统co2交换

气温和降雨量对中国湿地生态系统co_2交换的影响

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应用生态学报 2015年第10期26卷 2978-2990页

作者：初小静韩广轩中国科学院烟台海岸带研究所中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室山东烟台264003 中国科学院大学北京100049

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统co2交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21... 详细信息

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统co2交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21个典型湿地植被净生态系统co2交换(NEE)、生态系统呼吸(Reco)、总初级生产力(GPP)、NEE的光响应参数以及Reco的温度响应参数进行整合分析,并探讨了这些指标对温度与降雨的响应.结果表明:年尺度上,气温和降雨量对NEE(R2=50%,R2=57%)、GPP(R2=60%,R2=50%)和Reco(R2=44%,R2=50%)均有显著影响(P2=50%)、GPP(R2=36%)和Reco(R2=19%)与气温呈显著相关(P2=33%)和GPP(R2=25%)也与降雨量呈显著相关(Pco与降雨量的相关关系不显著(P>0.05).生长季降雨量与最大光合速率(Amax)之间呈显著相关(P生态系统呼吸速率(Reco,day)无显著相关(P>0.05).生长季气温对α、Amax和Reco,day均无显著影响(P>0.05).生态系统基础呼吸速率(Rref)与降雨量无显著相关(P>0.05),但是生态系统呼吸的温度敏感系数(Q10)与降雨量呈显著的线性负相关(P2=0.35)、Rref(R2=0.46)均产生显著影响(P<0.05).

关键词：气温降雨量中国湿地生态系统co2交换光响应温度响应

农牧交错带半干旱草地生态系统co_2交换对短期不同水平氮添加的响应

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草业学报 2019年第5期28卷 163-170页

作者：董斅晓薄元超孙建平张晓琳王常慧董宽虎山西农业大学动物科技学院山西太谷030801 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093

本研究以位于山西省右玉县农牧交错带的半干旱草地生态系统为研究对象,探究短期内不同水平的氮添加对半干旱草地生态系统co_2交换的影响。试验设置8个梯度0、1、2、4、8、16、24和32 g N·m^(-2)(分别表示为N_0、N_1、N_2、N_4、N_8、N_... 详细信息

本研究以位于山西省右玉县农牧交错带的半干旱草地生态系统为研究对象,探究短期内不同水平的氮添加对半干旱草地生态系统co_2交换的影响。试验设置8个梯度0、1、2、4、8、16、24和32 g N·m^(-2)(分别表示为N_0、N_1、N_2、N_4、N_8、N_(16)、N_(24)和N_(32))。采用静态箱法对草地净生态系统co_2交换量(NEE)、生态系统呼吸(ER)进行测定,同时监测10 cm表层土壤温度和含水量。试验结果表明:短期氮添加(N_(32)除外)显著增加农牧交错带半干旱草地生态系统净碳交换,NEE、ER和生态系统总初级生产力(GEP)在整个生长季均随氮素添加水平的上升呈单峰型变化趋势,在N_(16)和N_(24)处理下的生态系统co_2交换达到最高,而N_(32)显著降低了NEE;不同氮添加水平下,ER和GEP相对NEE更为敏感;表层(0～10 cm)土壤温度与含水量影响生态系统co_2交换,表现为:土壤温度(10 cm)与ER呈显著正相关(R^2>0.1,P0.1,P生态系统净碳吸收,对该地区草地生态系统碳的源/汇功能具有一定的参考意义。

关键词：氮梯度农牧交错带半干旱草地生态系统co2交换

凋落物的去除和添加对典型草原生态系统碳通量的影响

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凋落物的去除和添加对典型草原生态系统碳通量的影响

作者：张素彦江西师范大学

学位级别：硕士

本文以中国科学院内蒙古草原生态系统定位站为平台,以内蒙古草地为研究对象,采用样地调查和生态系统co净交换方法,探讨凋落物去除和添加对植物群落组成、地上生物量、土壤理化性质和碳通量的影响,我们连续两年(2013-2014年秋)分别在成... 详细信息

本文以中国科学院内蒙古草原生态系统定位站为平台,以内蒙古草地为研究对象,采用样地调查和生态系统co净交换方法,探讨凋落物去除和添加对植物群落组成、地上生物量、土壤理化性质和碳通量的影响,我们连续两年(2013-2014年秋)分别在成熟群落中进行不同梯度的凋落物去除(对照、-50%、-100%)和退化群落中进行不同梯度的凋落物的添加实验(对照、+50%、+100%)。同时,开展了春秋对照实验,以揭示不同季节凋落物处理对草原生态系统碳通量影响的差异。在每年的生长旺季进行地上生物量,土壤水分含量,土壤温度的测定;利用静态箱法测定净生态系统碳通量(NEE)。取得的主要研究结果结论如下:1.不同梯度凋落物去除和添加处理对典型草原生态系统碳通量的影响结果表明:两种群落的生态系统净co交换(NEE)有明显的季节性变化。凋落物连续去除对成熟群落的NEE和生态系统总初级生产力(GEP)变化规律一致,去除50%对GEP、NEE具有正效应,去除100%对GEP、NEE具有负效应;凋落物添加对退化群落的NEE和GEP均具有显著的影响,随着凋落物添加量的增加,GEP、NEE均显著增加。但凋落物的去除和添加除对生态系统总呼吸(ER)无显著影响。两类群落的GEP与10cm土壤温度呈显著正相关(P生态系统的碳通量。2.不同季节凋落物去除和添加对典型草原生态系统碳通量的影响结果表明:在成熟群落中,凋落物的秋季去除对GEP和NEE的影响是正效应,对生态系统碳通量的影响显著大于春季去除凋落物的影响。秋季凋落物的去除通过影响土壤温度,进而影响GEP和NEE。凋落物过度积累会影响草地生产力,秋季凋落物的去除解除了凋落物过度积累对光的有效辐射和土壤温度的限制。在退化群落中,凋落物的春季添加对GEP和NEE的影响是正效应。春季凋落物添加显著于秋季凋落物的添加对GEP和NEE的影响。退化群落凋落物不能有效的积累,植物生长受到土壤养分和土壤水分等因素的限制,春季凋落物添加同时解除了以上限制,使植物能够快速生长。这对于理解凋落物的合理利用对改善草地生态系统管理,促进草地恢复,预测未来碳循环动态提供了理论依据。

关键词：凋落物生态系统总初级生产力生态系统呼吸生态系统co2交换