典型草原區(qū)大氣co

0錫林浩特經(jīng)濟帶植被恢復(fù)的生態(tài)價值溫室氣體和氣候變化是調(diào)查現(xiàn)在世界變化的中心問題之一。溫室氣體濃度的增加是地氣系統(tǒng)自然因素和人類干預(yù)活動共同作用的結(jié)果，但在過去50年的世界環(huán)境變化中，溫室氣體的排放可能主要是由人類活動產(chǎn)生的。溫室氣體中最重要的是co2。世界平均濃度從280u變大到今天的383噸。全球氣候變暖引起各圈層生態(tài)系統(tǒng)的改變,將對人類的生活、生存產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。草原生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的類型之一,約占陸地總面積的25%,是對CO2增加和全球變暖反應(yīng)較敏感的生態(tài)系統(tǒng)。錫林浩特溫帶典型草原區(qū)地處IGBP的國際樣帶中國東北溫帶森林—草原樣帶NECT內(nèi),受人類活動影響較小,大氣污染程度輕,它對平衡中國北方草地生態(tài)系統(tǒng)碳收支有著重要作用。近年來,中國在大氣CO2濃度監(jiān)測和研究方面取得較大的發(fā)展但對溫帶典型草原區(qū)大氣CO2濃度的長期定點監(jiān)測與研究較少,通過對錫林浩特溫帶典型草原區(qū)生長季大氣CO2濃度的分析探討,能夠較好的反映草原釋放與固定CO2的源、匯關(guān)系,增強對草原大氣CO2交換功能的認(rèn)識,為氣候變化及典型草原碳循環(huán)的研究和模型的建立提供依據(jù)。1材料和方法1.1土壤條件及監(jiān)測場建設(shè)研究區(qū)位于錫林浩特國家氣候觀象臺野外試驗研究基地內(nèi)(北緯116°18′45〞,東經(jīng)44°08′31〞)。屬溫帶典型草原區(qū)。該區(qū)域的氣候類型為溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫2.5℃,1月平均氣溫-18.3℃,7月平均氣溫20.7℃,年均降水量273mm。土壤主要為典型栗鈣土,主要植物種類有:克氏針茅(Stipakryloyii)、羊草(Aneurolepidiumchinense)、糙隱子草(Cleistogenesserotina)、知母(AnemarrhenaasphodeloidesBunge)、矮蔥(AlliumanisopodiumRegel)、冷蒿(Artemisiafrigidawilld)等。生長季由天然植被覆蓋,天然牧草生長平均高度50cm,覆蓋度80%以上。監(jiān)測場面積200hm2,在監(jiān)測場安裝了開路渦度相關(guān)通量監(jiān)測系統(tǒng)及100m近地邊界層大氣要素監(jiān)測塔,塔上安裝了2、4、10、20、30m溫度和濕度等相關(guān)大氣要素傳感器。通量監(jiān)測系統(tǒng)安裝在監(jiān)測塔北3m處。安裝高度為4m。光合有效輻射儀(Li-190SB)等輻射監(jiān)測儀安裝在監(jiān)測塔南2m處,安裝高度為2m。1.2cs800數(shù)據(jù)采集器、測量水質(zhì)數(shù)據(jù)采集使用開路渦度相關(guān)通量監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由CS7500CO2/H20分析儀(Li-COR,USA)、CR1000數(shù)據(jù)采集器(Campbell,USA)、和1個1G的PC卡組成。CS7500CO2/H20分析儀,測量CO2絕對密度、空氣密度、H2O氣絕對密度和大氣壓力;CR1000數(shù)據(jù)采集器主要是測控、運算及自動存儲30min原始數(shù)據(jù)。從2007年6月開始對CO2通量及溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、光合有效輻射等氣象要素進行長期同步監(jiān)測至今。1.3地面空氣用量cod大氣CO2濃度采用μL/L濃度,其計算公式如下。CO2濃度(μL/L)=(ρCO2)/(ρ空氣)*0.6591式中,ρCO2為CO2密度(mg/m3),ρ空氣為空氣密度(kg/m3),0.6591為單位換算系數(shù),CO2摩爾質(zhì)量為44,空氣摩爾質(zhì)量為29。對2007至2009年生長季(5~9月份晴日)CO2濃度日(00:00~23:30時分)資料進行每半小時48時次統(tǒng)計平均,并結(jié)合同步氣象資料進行分析。監(jiān)測數(shù)據(jù)由于受到天氣因素、環(huán)境條件以及儀器本身的屬性限制等影響,在進行分析資料以前,先進行資料質(zhì)量控制,去掉不合理或因儀器出現(xiàn)故障等原因產(chǎn)生的異常及缺測數(shù)據(jù),進行訂正插補(生長季各資料均選為晴日)。2結(jié)果與分析2.1過程中co的比較根據(jù)監(jiān)測資料統(tǒng)計分析,錫林浩特溫帶典型草原區(qū)生長季大氣CO2濃度存在著明顯的日變化規(guī)律,一日之中呈“正弦”規(guī)律波動(見圖1)。最高值出現(xiàn)在日出前后的5:30左右,為358.1μL/L,最低值出現(xiàn)在光合有效輻射較強的午間13:00左右,為351.1μL/L,日落后又逐漸升高,CO2日平均濃度為354.7μL/L,振幅為7μL/L,且夜間高于白天。白天由于植被的光合作用吸收空氣中的CO2量明顯超過土壤、微生物等呼吸排放的CO2量,使大氣中CO2濃度降低,表現(xiàn)為CO2明顯的匯。夜間由于土壤、植被呼吸成為主體,表現(xiàn)為凈排放,使大氣中CO2濃度升高,表現(xiàn)為CO2明顯的源。2.2生長季大氣2d日變化影響因素分析草原生態(tài)系統(tǒng)某一因子的變化都會引起其他因子的相應(yīng)變化。CO2濃度的變化是環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果,并與其他環(huán)境因子存在著一定的關(guān)系。根據(jù)生長季大氣CO2濃度統(tǒng)計資料相關(guān)分析,錫林浩特典型草原區(qū)生長季大氣CO2濃度日變化規(guī)律與主要環(huán)境因子存在著一定的相關(guān)關(guān)系。特別是與空氣溫度、水平風(fēng)速、光合有效輻射、地溫(0~5cm)相關(guān)性達到極顯著負(fù)相關(guān)水平。與空氣水蒸汽濃度、氣壓、濕度、地溫(40cm)達到極顯著正相關(guān)水平,與10cm、15cm、20cm達不到相關(guān)水平見表1。其相關(guān)機理有待進一步討論。3大氣co日變化與環(huán)境主要因子的關(guān)系錫林浩特典型草原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生長季大氣CO2濃度具有明顯的日變化規(guī)律,呈“正弦”曲線波動。大氣CO2濃度日變化的最高值出現(xiàn)在日出前后的5:30左右,為358.1μL/L,最低值出現(xiàn)在光合有效輻射較強的午間13:00左右,為351.1μL/L。日變化幅度為7μL/L。這是由于草原植被光合作用和土壤微生物活動周期變化與大氣之間氣體交換差異所造成的。白天植被由于光合作用,消耗了空氣中CO2,使空氣中CO2濃度逐漸降低,到午間前后降至最低。隨著光合作用的減弱,CO2濃度逐漸升高。日落后植被停止了光合作用,植被、土壤微生物等轉(zhuǎn)入到呼吸狀態(tài),不斷向空氣中釋放CO2,日落后至夜間CO2濃度明顯上升,使空氣中CO2濃度逐漸增高。典型草原區(qū)大氣CO2濃度日變化與環(huán)境主要因子存在著顯著的關(guān)聯(lián)關(guān)系,表明典型草原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是由多因子相互作用、相互影響的統(tǒng)一體。典型草原區(qū)日間光合作用固定CO2,草原表現(xiàn)為CO2的吸收匯,夜間土壤與植被呼吸釋放CO2,草原表現(xiàn)為CO2的排放源。錫林浩特典型草原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生長季大氣CO2日平均濃度為3