不同生态系统呼吸模型在半干旱草原生长季碳循环研究中的比较及应用

姜海梅1,2,† 张德广1,2 王若静3 何旭升3 曹乐1,2 王成刚1,2

ACTA Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis - - Contents -

1. 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室, 南京 210044; 2. 南京信息工程大学大气物理学院, 南京 210044; 3. 锡林浩特国家气候观象台, 锡林浩特 026000; † E-mail: hmjiang@nuist.edu.cn

摘要 利用锡林浩特国家气候观象台涡度协方差通量观测系统记录的湍流数据和土壤温度、湿度数据, 分析2010—2012 年锡林郭勒半干旱区针茅草原生态系统的呼吸过程及主要气候影响因子, 探讨以土壤温度和土壤体积比含水量(VWC)为计算参数的 3 种连乘形式的呼吸模型和 Q10呼吸模型在该生态系统的适用性, 在此基础上讨论该生态系统生长季净碳交换速率(NEE)、呼吸速率(RECO)以及总初级生产力(GPP)的年际变化特征。该草原生态系统的呼吸作用受土壤温度和土壤含水量的共同影响, 其中土壤含水量是重要的限制因子。2010 和 2011 年, 生长季降水量偏少, 该生态系统受到一定程度的干旱胁迫, 当土壤含水量处于 12%~20%区间时, 呼吸速率随其升高而显著增加, 而当土壤含水量<12%或>20%时, 呼吸速率对其变化不敏感; 2012 年降水充沛, 呼吸速率与土壤温度的变化趋势相关性更显著。4 种呼吸模型的拟合结果表明, Q10模型的表现(R2=0.64)优于其他 3 种连乘模型。使用 Q10模型模拟的 2010, 2011 和 2012 年生长季呼吸作用的累积碳交换量分别为 157.32, 138.75 和 246.32 gc/m2。该草原生态系统在这 3 年生长季中均表现出较显著的碳汇功能,净碳交换累积总量分别为−110.28, −68.79 和−310.05 gc/m2, 总初级生产力累积总量分别为 267.52, 207.57 和555.85 gc/m2。干旱胁迫对光合作用的影响大于呼吸作用, 与总初级生产力和呼吸作用相比, 净碳交换量的年际差异更明显。关键词 半干旱草原; 碳交换; 生态系统呼吸模型; 涡度相关法中图分类号 Q148

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