中國(guó)東北松嫩草甸草原碳水通量及水分利用效率研究.pdf

1、陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間的碳水交換是物質(zhì)和能量循環(huán)的關(guān)鍵過(guò)程，開(kāi)展植被與大氣間碳、水通量的長(zhǎng)期觀測(cè)對(duì)人們深入研究和理解全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)的相互關(guān)系及其控制機(jī)理具有重要的意義。本研究以中國(guó)東北松嫩草甸草原為研究對(duì)象，以渦度相關(guān)方法為主要技術(shù)手段，以長(zhǎng)嶺野外實(shí)驗(yàn)站四年的碳、水通量及微氣象數(shù)據(jù)為依托，客觀評(píng)價(jià)了渦度相關(guān)技術(shù)在草甸草原碳、水循環(huán)研究中的適用性，完成了通量數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)和控制，集中探討了該草地生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換和水分蒸散在不

2、同時(shí)間尺度上的變化特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，對(duì)比分析了能量和水量平衡的年際收支差異，以及葉片和系統(tǒng)尺度上的水分利用效率動(dòng)態(tài)。最后對(duì)中國(guó)東北松嫩草甸草原生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯強(qiáng)度和格局進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)。研究結(jié)果可概括為以下幾個(gè)方面:
　　(1)松嫩草甸草原在2007、2008、2009和2010年(1～9月)生態(tài)系統(tǒng)碳收支分別為:-64.2、-160.5、-116.8和-139.9 gC m-2。即使在極端干旱年，該生態(tài)系統(tǒng)仍呈明顯碳匯，而且碳匯強(qiáng)

3、度高于內(nèi)蒙古和外蒙中部的典型草原。
　　(2)生長(zhǎng)季頻繁的干旱和高溫脅迫強(qiáng)烈抑制了松嫩草甸草原的光合生產(chǎn)力。土壤水分含量是控制松嫩草甸草原光合生產(chǎn)力的主要環(huán)境因子。
　　(3)春旱不僅導(dǎo)致了生產(chǎn)力的下降，而且還使得生物量分配的格局發(fā)生了改變。充足的水分不僅有利于地下生物量的積累，還有利于生物量從地上向地下的遷移，從而提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　(4)在松嫩草甸草原，降雨分布模式不僅決定了生態(tài)系統(tǒng)碳匯強(qiáng)度，而且還決定了碳

4、的流動(dòng)方向和能量分配。干旱的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間決定了對(duì)碳吸收的抑制程度。夏旱雖然延長(zhǎng)了春旱對(duì)植物生理的影響，但對(duì)系統(tǒng)碳吸收的抑制程度相比春旱而言還較低。
　　(5)松嫩草甸草原豐水年的降雨量基本與年蒸散量持平。然而，無(wú)論春旱還是夏旱年，松嫩草甸草原的年蒸散量要高于降雨量。系統(tǒng)蒸散所需水分除了一部分來(lái)自于降雨，還有一部分通過(guò)地下水來(lái)補(bǔ)給。降雨和地下水的再分配過(guò)程控制著能量通量的季候變化動(dòng)態(tài)。
　　(6)松嫩草甸草原生態(tài)系統(tǒng)水分利用

5、效率較典型草原高。而春旱無(wú)疑是導(dǎo)致系統(tǒng)蒸散減少的原因，然而，對(duì)蒸散的抑制程度相對(duì)總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力來(lái)說(shuō)還較輕。因此，春旱導(dǎo)致系統(tǒng)水分利用效率的降低是通過(guò)抑制碳交換能力實(shí)現(xiàn)的，這與典型草原的研究結(jié)果不同。
　　(7)土壤水分在春旱年有很大一部分沒(méi)有用于植物蒸騰，而是以土壤蒸發(fā)的形式進(jìn)入大氣。通過(guò)Shuttleworth-Wallace雙涌源模型得到的結(jié)果來(lái)看，春旱期間土壤蒸發(fā)量在總蒸散量中占有較大的比重，從而降低了系統(tǒng)水分利用效率，此