森林生态系统大气CO2及其δ13C的变异特征和影响机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈昌华 |
| 答辩日期 | 2021-11 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 郭庆军 ; 温学发 |
| 关键词 | 同位素红外光谱 C02再循环 土壤呼吸 土壤箱法 森林生态系统 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 森林生态系统碳循环是全球碳收支的重要组成部分，然而森林生态系统与 大气C02交换过程中，忽略生态系统内部C02再循环过程将会造成植被光合固碳水平被低估。森林生态系统内部大气C02浓度变化是一个依赖于生态系统呼 吸各组分C02释放、对流层C02湍流混合和冠层光合作用对C02再循环之间动 态平衡的复杂过程。当下基于稳定同位素红外光谱(IRIS)技术的大气C02浓度及其碳同位素组成(δ13C)的连续观测成为可能，为解析自然条件下森林生态系统内部C02浓度动态变化提供了契机。昼夜和季节尺度植被物候和环境变量的变化造成生态系统大气CO2浓度及其δ13C存在时间和廓线特征的动态变化，且生态系统林下和林冠不同组分对外界扰动可能存在差异响应。通常认为土壤呼吸在生物和环境因子影响下存在昼夜变异，但是在非稳态物理扩散作用下土壤呼吸的碳同位素信号是否存在昼夜变异仍缺乏明确信息，这将使土壤CO2同位素 数据的解译变得尤为复杂。此外，大多数箱式系统对土壤CO2排放通量(Fs)及其同位素组成(δFS)的观测仅覆盖一个较小的土壤面积，区域尺度研究中土壤呼吸观测结果不可避免的存在空间代表性问题，从而需要发展和部署多 通道的土壤CO2排放通量连续观测系统。 本研究以中国生态系统研究网络(CERN)和中国通量观测联盟(ChinaFLUX) 千烟洲亚热带人工林生态系统为研究对象，基于IRIS技术、土壤箱式技术和涡度协方差(EC)通量观测系统，构建了大气CO2及其513C的廓线观测系统和多通 土壤C02排放通量及其513C的连续观测系统，实现了该人工林生态系统生态系统-大气和土壤-大气两大界面CO2及其δ13C通量的原位连续观测。研究目标包括：（1)基于大气CO2及其δ13C的廓线观测系统、EC生物气象观测数据和 MODIS植被指数，明确生态系统林下、冠层和冠层上方大气C02及其δ13C的 时间(昼夜和季节尺度)和垂直廓线变异特征，并解析环境和大气条件的影响机 制；（2)基于多通道土壤C02排放通量及其δ13C的连续观测系统、土壤Fs及其 8fs的模拟通量发生装置和非稳态同位素扩散模型(NSS)，揭示非稳态扩散分馏 和观测系统的随机误差对亚热带人工林土壤Fs和δFS昼夜变异的影响。主要研究结果包括以下几个方面： (1)昼夜尺度生态系统大气C02浓度午时最低，黎明时达到峰值，林冠和林 上大气δ13C与其存在镜像昼夜变异特征。季节尺度林冠和冠层上方的大气C02与其δ13C之间存在显著相反的季节变异特征，δ13C在生长高峰期富集，其他时则表现贫化。生态系统林冠和林上大气C02及其δ13C的昼夜和季节变异特征主要受到饱和水汽压亏缺的影响，其次是光合有效辐射、温度和植被指数的增加; 然而环境和植被指数对森林近地面大气C02及其δ13c的影响相反或没有影响。由于夜间稳定大气条件下的湍流混合作用较弱，大气CO2及其δ13c的夜间垂直变化梯度大于白天。这些结果表明光合和呼吸过程控制冠层上方大气CO2动态，而光合过程和湍流混合引起的生态系统内部CO2循环主导了林冠大气的CO2动态。 2)本研究土壤箱式观测系统的性能测试表明观测结果不存在显著地系统误 差。昼夜尺度Fs存在显著地变异趋势，变异范围<4µmol m-2 s-]，但当观测的随机误差大于~2‰时δFs不存在明显的昼夜变异特征。NSS模拟的δFs表现出上午富集，午后贫化的昼夜变异特征，低Fs下扩散分馏对δFs昼夜变异的影响更为显著。通量模拟测试和原位观测结果表明δFs的观测随机误差随着Fs降低呈现指数增加趋势。低Fs下受随机误差的增加和扩散分馏的影响，观测系统的分析精度可能不足以捕捉土壤δFs的昼夜变异特征。未来研究客观需要提高在低Fs下基于箱式通量技术测定的观测精度，同时结合NSS模型考虑非稳态扩散分馏的影响以校正δFs的观测结果。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 74 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/194185]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈昌华. 森林生态系统大气CO2及其δ13C的变异特征和影响机制[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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