鼎湖山针阔叶混交林生态系统呼吸及其影响因子

精确估算典型森林生态系统呼吸(Reco)对评价生态系统碳平衡具有重要意义。采用开路涡度相关法对鼎湖山针阔叶混交林Reco进行定位测定,根据2003~2004年数据采用多种呼吸模型对Reco进行估算并分析Reco对环境要素的响应特征,结果表明:(1)Reco受土壤温度、湿度和冠层气温、相对湿度共同影响,Reco对环境因子的响应模式存在季节性差异,总体上土壤温度是驱动Reco的主要因子。(2)描述Reco与温度因子的关系模式中,指数方程、Van’tHoff方程、Arrhenius方程和Lloyd-Talor方程,统计意义上具有同等的能力,从温度敏感性指标Q10看,Lloyd-Talor方程比其他方程更适合于描述Reco对温度的响应特征。(3)由土壤温度(Ts)和土壤含水量(Ms)驱动的连乘耦合模型,能综合反映Ts、Ms对Reco的协同作用。在Ms较高时段,连乘模型模拟的Reco高于Tloyd-Taylor方程,而在Ms较低时段连乘模型的结果低于Tloyd-Taylor方程,但二者没有统计意义上的显著差异。(4)鼎湖山混交林2003年Reco年总量,基于白天涡度相关通量观测资料的模型估算结果为1100~1135.6gCm-2a-1,比基于夜间通量资料估算结果(921~975gCm-2a-1)增加12%~25%。采用白天通量资料估算Reco,对克服夜间涡度相关法通量测定结果偏低问题具有积极意义,为进一步可靠评估净生态系统CO2交换(NEE)奠定方法基础。     

盘锦湿地净初级生产力时空分布特征

主要采用中巴地球资源卫星(CBERS)、合成孔径雷达(SAR)和数字高程模型(DEM)数据,通过主成分变换融合算法、分类回归树CART算法和混合像元分解模型结合神经网络算法,进行了盘锦湿地土地覆盖类型分类。充分考虑湿地生态系统的典型特征,将盐分胁迫因子作为估算湿地耐盐植被净初级生产力(NPP)的环境影响因子之一,构建了基于光能利用率和遥感数据的湿地植被净初级生产力模型。分析了盘锦湿地植被NPP的时空分布特征,并研究了盘锦湿地植被NPP对气温和降水的响应特征。结果表明:2009年盘锦市植被净初级生产力介于0—1175 gC·m-·2a-1之间,平均值为553 gC·m-·2a-1。盘锦市植被NPP空间分布规律呈东北向西南逐渐递增的趋势。在湿地植被分类类型中,芦苇的单位面积平均NPP最高,达到1016 gC·m-·2a-1。2004—2009年盘锦植被单位面积平均NPP值在缓慢上升,湿地已呈现缓慢恢复的趋势。总体上气温对盘锦湿地主要植被类型芦苇月平均NPP的影响要强于降水。2004—2009年降水对盘锦地区植被年平均NPP的影响强于气温。     

鼎湖山针阔叶混交林冠层下方CO2通量及其环境响应

精确估算典型森林生态系统冠层下方CO₂通量（Fcb）对验证陆地生态系统碳平衡模型具有重要意义。采用开路涡度相关法对鼎湖山针阔叶混交林Fcb进行定位测定,根据1周年数据分析Fcb及其对环境要素的响应特征,结果表明：(1) 白天Fcb呈下降趋势表明地表植被全年具有光合能力,但总体上地表植被和土壤表现为CO2排放源;(2) Van’t Hoff方程、Arrhenius方程和Lloyd-Taylor方程均可以较好反映土壤温度(Ts)与Fcb的关系,其中仅Lloyd-Talor方程能够反映温度因子敏感性指标Q10随温度的变异性特征;(3) Lloyd-Talor方程模拟的Fcb完全由Ts控制,而连乘模型由Ts和土壤水分(Ms)控制,可以反映水热条件的综合影响,对Fcb具有更强的拟合能力;(4)在Ms较大时连乘模型对Fcb的估算高于Lloyd-Talor方程,反之在干旱时段连乘模型模拟结果低于Lloyd-Talor方程,表明当存在水分胁迫时,Ms可以成为影响Fcb的主导因子;(5) 2003年鼎湖山针阔叶混交林Fcb总量((787.4±296.8)gCm^-2a^-1)比静态箱-气相色谱法测得的土壤呼吸偏低17%。与箱式法相比,涡度相关法通量测定结果普遍存在偏低估算现象。     

东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

鄱阳湖苔草湿地非淹水期CO2释放特征

2009年9月至2010年4月非淹水期,在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区,选择以灰化苔草为建群种的洲滩湿地,设置土壤-植物系统(TC)、剪除植物地上部分(TJ)2个试验处理(分别代表生态系统和土壤呼吸),利用密闭箱-气相色谱法测定了非淹水期鄱阳湖苔草湿地CO,释放通量.结果表明:苔草湿地生态系统呼吸与土壤呼吸均具有明显的季节变化模式,释放速率变化范围分别为89.57～1243.99和75.30～960.94 mg CO2·m-2·h-1,土壤呼吸占生态系统呼吸的比例为64%(39%～84%);土壤温度是苔草湿地CO2通量的主要控制因子,可以解释呼吸速率80%以上的变异;生态系统呼吸与土壤呼吸的温度敏感性指数(Q10)分别为3.31和2.75,且冬季的Q10值明显高于春秋季节;土壤水分与CO2释放速率之间未达到显著相关;非淹水期,鄱阳湖苔草湿地是大气CO2的汇,其强度为1717.72 g C·m-2.     

珠三角城市绿地CO2通量的季节特征

城市绿地是城市碳循环的重要组成部分,利用长期定位观测资料估算珠三角典型城市绿地的CO2通量,可以为应对气候变化、评价区域碳源汇提供参考。应用2009、2010年,东莞市植物园内的涡度相关法CO2通量定位观测资料,分析了净生态系统交换量(NEE)的年变化及其与气象要素的关系,结果表明:(1)年平均NEE总量为-104.2 gC.m-.2a-1,表明城市绿地生态系统具有固碳能力。(2)NEE随光温条件变化呈现明显的季节动态,12至3月表现为碳源,其他月份表现为碳汇。(3)根据白天NEE与光合有效辐射(PAR)逐月拟合Michaelis-Menten方程,得到年平均表观初始光能利用率(α)为(0.00134±0.00035)mgCO.2μmol-1光子,年平均光饱和生态系统生产力(Pmax)为(1.006±0.283)mgCO.2m-.2s-1。(4)利用夜间呼吸(Reco)与5 cm土壤温度(Ts)拟合指数方程,得到年平均Reco总量为1378.1 gC.m-.2a-1。(5)NEE与PAR、气温(Ta)和饱和水压差(VPD)的相关性分析显示,NEE与PAR偏相关系数的绝对值大于Ta和VPD,表明PAR对NEE的影响最大。     

鼎湖山针阔叶混交林冠层下方CO2通量及其环境响应

精确估算典型森林生态系统冠层下方CO2通量（Fcb）对验证陆地生态系统碳平衡模型具有重要意义。采用开路涡度相关法对鼎湖山针阔叶混交林Fcb进行定位测定,根据1周年数据分析Fcb及其对环境要素的响应特征,结果表明：（1）白天Fcb呈下降趋势表明地表植被全年具有光合能力,但总体上地表植被和土壤表现为CO2排放源;（2）Van’tHoff方程、Arrhenius方程和Lloyd-Taylor方程均可以较好反映土壤温度（Ts）与Fcb的关系,其中仅Lloyd-Talor方程能够反映温度因子敏感性指标Q10随温度的变异性特征;（3）Lloyd-Talor方程模拟的Fcb完全由Ts控制,而连乘模型由Ts和土壤水分（Ms）控制,可以反映水热条件的综合影响,对Fcb具有更强的拟合能力;（4）在Ms较大时连乘模型对Fcb的估算高于Lloyd-Talor方程,反之在干旱时段连乘模型模拟结果低于Lloyd-Talor方程,表明当存在水分胁迫时,Ms可以成为影响Fcb的主导因子;（5）2003年鼎湖山针阔叶混交林Fcb总量（（787.4±296.8）gCm^-2a^-1）比静态箱-气相色谱法测得的土壤呼吸偏低17%。与箱式法相比,涡度相关法通量测定结果普遍存在偏低估算现象。     

氮添加对黄河三角洲高潮滩芦苇生长和土壤理化性质的短期效应

氮富集会影响到全球生态系统的植物生长繁殖和土壤理化性质.然而,目前关于氮富集对潮汐湿地生态系统植物生长和土壤理化性质的影响研究相对较少.通过氮添加野外控制实验,研究了4个氮添加水平(CK:0 g·m-2·a-1、N1:5 g·m-2·a-1、N2:20 g·m-2·a-1、N3:50 g·m-2·a-1)对黄河三角洲高...     

东北东部森林生态系统土壤碳贮量和碳通量

土壤碳是高纬度地区森林生态系统最大的碳库,是森林生态系统碳循环的极其重要组分。研究了东北东部典型的6种次生林生态系统(天然蒙古栎林、杨桦林、杂木林、硬阔叶林、红松人工林和落叶松人工林)的土壤碳动态,包括(1)量化土壤有机碳(SOC)含量、碳密度及周转时间,(2)比较不同森林生态系统的土壤表面CO2通量(RS)年通量差异,(3)建立RS年通量及其分量与SOC的量化关系。研究结果表明:阔叶天然次生林和针叶人工林的SOC含量变化范围分别为52.63~66.29 g.kg-1和42.15~49.15 g.kg-1;平均SOC密度分别为15.57和17.16 kg.m-2;平均SOC周转时间分别为32a和48a。各个生态系统的RS依次为杂木林951 gC.m-2.a-1、硬阔叶林892 gC.m-2.-a 1、杨桦林812 gC.m-2.-a 1、蒙古栎林678gC.m-2.-a 1、红松林596 gC.m-2.-a 1和落叶松林451 gC.m-2.a-1。RS年通量及其分量(土壤异养呼吸和自养呼吸)与SOC含量呈显著的正相关,但其相关程度因土层不同而异(R2=0.747~0.933)。同一生态系统中,SOC含量随土深增加而降低,而SOC密度和SOC周转时间随深度增加而增大。采用统一规范的研究方法,获取大量有代表性的森林生态系统土壤碳贮量和RS的实测数据,是减少区域尺度碳平衡研究中不确定性的不可缺少的研究内容。     

人工高效经营雷竹林CO2通量估算及季节变化特征

利用涡度相关技术观测高效经营雷竹林生态系统的1a碳通量变化过程,初步计算分析了碳收支以及影响的环境因子.数据结果表明,雷竹林系统全年碳收支情况为碳汇,固碳能力小于毛竹林和杉木林,同时也小于水稻田和北方农田.全年净生态系统碳交换量(NEE)为-126.303Cg·m-2·a-1,生态系统呼吸(RE)为1108.845 Cg·m-2·a-1,生态系统总交换量(GEE)为-1235.15Cg·m-2·a-1.其中冬季(12月-2月)覆盖时为碳源,其余月份为碳汇.各月碳吸收量以11月最高,6月次之,呈双峰变化,碳排放量以1月为最高.计算全年平均固碳效率为11％,12-2月为负值,11月最高33％.生态系统呼吸呈单峰变化,以夏季最高,冬季覆盖提高地温后生态系统呼吸随之增加,全年RE受温度影响显著成指数关系.人工经营下温度是影响雷竹林CO2通量过程的主要因素,同时大量有机物覆盖增加了碳排放.     

城市绿地冠层导度季节变化及其环境调控

冠层导度(canopy conductance,gc)是生态系统对环境响应的敏感性指标,探讨冠层导度对环境因素的响应模式对了解生态系统生产力的变化模式至关重要。城市绿地作为人为设计的复合生态系统,其冠层导度变化规律及其对环境因子的响应亟待明确。基于涡度相关方法,本研究调查了北京奥林匹克森林公园2012-2016年连续5年的冠层导度的季节动态变化及其对空气温度(Ta)、光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)以及土壤含水量(VWC)等环境因子的响应,利用统计回归方法分析了环境因子对冠层导度的影响,最后分析了冠层导度对总生态系统生产力(GEP)的影响。结果表明:2012-2016年的冠层导度依次为3.97、3.28、2.13、3.95和5.07 mm·s^-1,5年平均值为3.69±1.99 mm·s^-1;季节变化表现为从4月开始逐渐升高,在7、8月达到最大值后逐渐降低;在季节尺度上,VWC和Ta是影响冠层导度的主要环境因子,冠层导度随它们的增加而增大;而PAR和VPD对冠层导度的影响存在年际间的差异;5年间,GEP随着冠层导度的升高显著增大;城市绿地中,季节尺度上土壤水分的增加和气温的升高显著增加冠层导度,从而促进GEP。     

黄河三角洲芦苇湿地生长季净生态系统CO2交换及其环境调控机制

采用涡度相关法,对2011年生长季的黄河三角洲芦苇湿地净生态系统CO₂交换(NEE)进行了观测,研究湿地NEE的变化规律及其影响因子.结果表明: 不同月份芦苇湿地的NEE日变化均呈“U”形曲线,CO₂最大净吸收率和释放率的日均值分别为(0.44±0.03)和(0.16±0.01) mg CO₂·m^-2·s^-1;芦苇湿地NEE、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)的季节变化均呈现生长旺季(7-9月)较高、生长初期(5-6月)和生长末期(10-11月)较低的趋势;R_eco和NEE在8月达到峰值,GPP在7月达到峰值.芦苇湿地生态系统的CO₂交换受到光合有效辐射(PAR)、土壤温度(T_s)和土壤体积含水量(SWC)的共同影响.白天NEE与PAR呈直角双曲线关系;5 cm深处T_s与夜间生态系统呼吸(R_eco,n)呈指数关系,生态系统呼吸的温度敏感性(Q₁₀)为2.30,SWC和T_s是影响芦苇湿地R_eco,n的主要因子.在整个生长季,黄河三角洲芦苇湿地生态系统是一个明显的CO₂的汇,总净固碳量为780.95 g CO₂·m^-2.     

Modeling Net Ecosystem Carbon Exchange of Alpine Grasslands with a Satellite-Driven Model

Estimate of net ecosystem carbon exchange (NEE) between the atmosphere and terrestrial ecosystems, the balance of gross primary productivity (GPP) and ecosystem respiration (Reco) has significant importance for studying the regional and global carbon cycles. Using models driven by satellite data and climatic data is a promising approach to estimate NEE at regional scales. For this purpose, we proposed a semi-empirical model to estimate NEE in this study. In our model, the component GPP was estimated with a light response curve of a rectangular hyperbola. The component Reco was estimated with an exponential function of soil temperature. To test the feasibility of applying our model at regional scales, the temporal variations in the model parameters derived from NEE observations in an alpine grassland ecosystem on Tibetan Plateau were investigated. The results indicated that all the inverted parameters exhibit apparent seasonality, which is in accordance with air temperature and canopy phenology. In addition, all the parameters have significant correlations with the remote sensed vegetation indexes or environment temperature. With parameters estimated with these correlations, the model illustrated fair accuracy both in the validation years and at another alpine grassland ecosystem on Tibetan Plateau. Our results also indicated that the model prediction was less accurate in drought years, implying that soil moisture is an important factor affecting the model performance. Incorporating soil water content into the model would be a critical step for the improvement of the model.     

Seasonal and diurnal variation in ecosystem respiration and environmental controls from an alpine wetland in arid northwest China

中国西北干旱区高寒湿地生态系统呼吸的季节和日变化及其环境控制湿地储存了大量的碳,在全球碳循环和区域生态系统服务中发挥着重要作用。了解湿地碳交换动态对评估碳收支和预测其未来演变至关重要。虽然关于气候变化对生态系统碳循环的影响已经进行了大量的研究,但对中国西北干旱区高寒湿地碳排放的研究相对较少。本研究利用自动箱法(LI-8100A)对中国西北干旱区巴音布鲁克高寒湿地生态系统呼吸(ER)进行测量。结果显示,ER呈显著的“双峰”型日变化,峰值分别出现在北京时间的16:30和23:30。ER也呈明显的季节性变化规律,ER最大 值(19.38 μmol m−2 s−1)出现在8月,最小值(0.11 μmol m−2 s−1)出现在12月。2018年生态系统的年排放量为678 g C m−2,其中非生长季的排放量占全年总排放量的13%。非线性回归表明土壤5 cm处温度和水分含量的变化是控制ER季节变化的主要因素。ER的日变化主要受空气温度和太阳辐射的共同影响。在较低的土壤温度和中等土壤水分含量(25% ≤ SWC ≤ 40%)条件下,生态系统温度敏感性(Q10)较高。本研究加深了我们对高寒湿地生态系统CO2排放的理解,并有助于评估干旱地区高寒湿地的碳收支。     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林土壤呼吸

季节雨林和橡胶(Hevea brasiliensis)林是西双版纳热带森林生态系统中原始林和大面积种植人工林的两种代表类型。热带季节雨林层次结构复杂,多样性丰富,而橡胶林结构简单,乔木层只有橡胶树1种。应用碱吸收法,研究了这两种植被类型土壤呼吸速率、地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的季节变化规律,以及土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的关系。结果表明:1)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率、土壤温度、气温和土壤含水率都有明显的季节变化,而且两种林型的变化趋势基本一致;2)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度和气温之间具有显著的指数相关关系,显著水平达1%,与地下5 cm温度的相关性(r²分别为0.87和0.82)明显高于与气温的相关性(r²分别是0.80和0.72);3)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与土壤含水率具有显著的线性相关(r²分别是0.73和0.63),显著水平达1%;4)橡胶林的土壤呼吸速率明显高于季节雨林,这与两种林型的结构有关;5)季节雨林和橡胶林土壤呼吸的Q₁₀分别为2.16和2.18,比文献报道的热带土壤的Q₁₀(1.96)稍高。     

Total and component carbon fluxes of a Scots pine ecosystem from chamber measurements and eddy covariance

BACKGROUND AND AIMS: Distinguishing between, and quantifying, the different components of ecosystem C fluxes is critical in predicting the responses of ecosystem C cycling to climate change. The aims of this study were to quantify the photosynthetic and respiratory fluxes of a 50-year-old Scots pine (Pinus sylvestris) ecosystem, and to distinguish respiration of branches with needles from that of stems, and that of soil. METHODS: The CO2 flux of the ecosystem was continuously measured using the eddy covariance (EC) method, and its components (respiration and photosynthesis of a branch with needles, stem and soil surface) were measured with an automated chamber system, from 2001 to 2004. KEY RESULTS: All values below are chamber based. The average temperature coefficient (Q10) of respiration was 2.7, 2.2 and 4.0, respectively, for branch (Rbran), stem (Rstem) and the soil surface (Rsoil). Respiration at a reference temperature of 15 degrees C (R15) was 1.27, 0.49 and 4.02 micromol CO2 m(-2) ground s(-1) for the three components, respectively. Over 4 years, the annual Rbran, Rstem and Rsoil ranged from 196 to 256, 56 to 83 and 439 to 598 g C m(-2) ground year(-1), respectively, with a 4-year average of 227, 72 and 507 g C m(-2) ground year(-1). Annual ecosystem respiration (Reco) was 731, 783, 909 and 751 g C m(-2) ground year(-1) in years 2001-2004, respectively, gross primary production (GPP) was 922, 1030, 1138 and 1001 g C m(-2) ground year(-1), and net ecosystem production (NEP) was 191, 247, 229 and 251 g C m(-2) ground year(-1). The average contribution of Rbran, Rstem and Rsoil to Reco was 29, 9 and 62 %, respectively. Overstorey photosynthesis accounted for 96 % of GPP. The average Reco/GPP ratio was 0.78. Net primary production (NPP) in the 4 years was 469, 581, 600 and 551 g C m(-2) year(-1), respectively, with the NPP/GPP ratio 0.54 averaged over the years. CONCLUSIONS: Respiration from the soil is the dominant component of ecosystem respiration. Differences between years in Reco were due to differences in temperature during the growing season. Rsoil was more sensitive to temperature than Rbran and Rstem, and differences in Rsoil were responsible for the differences in Reco between years.     

不同海拔高度高寒草甸光能利用效率的遥感模拟

利用植被光合模型模拟了藏北高原3个海拔高度(4300,4500 m和4700 m)的高寒草甸生态系统的光能利用效率.海拔4500 m的光能利用效率均值(0.47 g C/MJ)显著高于海拔4300 m(0.38 g C/MJ)和4700 m(0.35 g C/MJ),而海拔4300 m和4700 m两者间差异不显著.相关分析和多重逐步回归分析表明,影响每个海拔光能利用效率季节变化的主要因子为空气温度,相对湿度以及地表水分指数,这3个因子共同解释了99％以上的光能利用效率的季节变化,其中空气温度的贡献最大,相对湿度的贡献次之,地表水分指数的贡献最小,这说明在3个海拔的任何一个海拔高度,温度对光能利用效率季节变化的胁迫作用大于水分对光能利用效率季节变化的胁迫作用.多重逐步线性回归分析表明,生长季节均土壤含水量是决定生长季节均光能利用效率沿海拔高度分布的主导因子.单因子线性回归分析表明,地表水分指数可以定量化高寒嵩草草甸生态系统水分状况,它同时可以反应土壤水分、近地表空气湿度以及生态系统植被含水量状态.因此,在高寒嵩草草甸生态系统,用地表水分指数反应生态系统尺度水分对光能利用效率的胁迫作用是可行的.     

Spatial and temporal scaling of intercellular CO2 concentration in a temperate rain forest dominated by Dacrydium cupressinum in New Zealand

Seven methods, including measurements of photosynthesis (A) and stomatal conductance (g(s)), carbon isotope discrimination, ecosystem CO2 and water vapour exchange using eddy covariance and the use of a multilayer canopy model and ecosystem Keeling plots, were employed to derive estimates of intercellular CO2 concentration (Ci) across a range of spatial and temporal scales in a low productivity rain forest ecosystem dominated by the conifer Dacrydium cupressinum Lamb. in New Zealand. Estimates of shoot and canopy Ci across temporal scales ranging from minutes to years were remarkably similar (range of 274-294 micromol mol(-1)). The gradual increase in shoot Ci with depth in the canopy was more likely attributable to decreases in A resulting from lower irradiance (Q) than to increases in g, due to changes in air saturation deficit (D). The lack of marked vertical gradients in A and g(s) at saturating Q through the canopy and the low seasonal variability in environmental conditions contributed to the efficacy of scaling Ci. However, the canopy Ci estimate calculated from the carbon isotope composition of respired ecosystem CO2 (delta13CR; 236 micromol mol(-1)) was much lower than other estimates of canopy Ci. Partitioning delta13CR into four components (soil, roots, litter and foliage) indicated root respiration as the dominant (> 50%) contributor to delta13CR. Variable time lags and differences in isotopic composition during photosynthesis and respiration make the direct estimation of canopy Ci from delta 13CR problematic.     

Severe drought effects on ecosystem CO2 and H2O fluxes at three Mediterranean evergreen sites: revision of current hypotheses?

Eddy covariance and sapflow data from three Mediterranean ecosystems were analysed via top‐down approaches in conjunction with a mechanistic ecosystem gas‐exchange model to test current assumptions about drought effects on ecosystem respiration and canopy CO₂/H₂O exchange. The three sites include two nearly monospecific Quercus ilex L. forests – one on karstic limestone (Puéchabon), the other on fluvial sand with access to ground water (Castelporziano) – and a typical mixed macchia on limestone (Arca di Noè). Estimates of ecosystem respiration were derived from light response curves of net ecosystem CO₂ exchange. Subsequently, values of ecosystem gross carbon uptake were computed from eddy covariance CO₂ fluxes and estimates of ecosystem respiration as a function of soil temperature and moisture. Bulk canopy conductance was calculated by inversion of the Penman‐Monteith equation. In a top‐down analysis, it was shown that all three sites exhibit similar behaviour in terms of their overall response to drought. In contrast to common assumptions, at all sites ecosystem respiration revealed a decreasing temperature sensitivity ( Q ₁₀) in response to drought. Soil temperature and soil water content explained 70–80% of the seasonal variability of ecosystem respiration. During the drought, light‐saturated ecosystem gross carbon uptake and day‐time averaged canopy conductance declined by up to 90%. These changes were closely related to soil water content. Ecosystem water‐use efficiency of gross carbon uptake decreased during the drought, regardless whether evapotranspiration from eddy covariance or transpiration from sapflow had been used for the calculation. We evidence that this clearly contrasts current models of canopy function which predict increasing ecosystem water‐use efficiency (WUE) during the drought. Four potential explanations to those results were identified (patchy stomatal closure, changes in physiological capacities of photosynthesis, decreases in mesophyll conductance for CO₂, and photoinhibition), which will be tested in a forthcoming paper. It is suggested to incorporate the new findings into current biogeochemical models after further testing as this will improve estimates of climate change effects on (semi)arid ecosystems' carbon balances.     

祁连山南麓高寒湿地生态系统呼吸季节、年际动态及影响因素

由于青藏高原高海拔、低温的特殊环境，使得生态系统呼吸(RE)对气候变化的响应极其敏感，然而对高寒湿地生态系统长时间尺度上的RE动态特征及驱动机制的研究相对薄弱。以青藏高原东北部高寒湿地为研究对象，分析了基于涡度相关系统观测的高寒湿地2004—2016年的CO₂通量排放动态及影响机制，对预测高寒湿地碳平衡对未来气候变化的响应具有重要意义。结果表明：高寒湿地在2004—2016年的月平均RE表现为单峰变化趋势，在8月达到峰值；年RE表现为逐年升高的趋势(P<0.05),年RE均值为(608.9±65.6) g C m^-2 a^-1;生长季RE约是非生长季RE的2.7倍，线性回归分析表明生长季RE(r~2=0.66,P=0.001)、非生长季RE(r~2=0.47,P=0.01)与全年RE呈极显著正相关。在月尺度上，分类回归树分析和线性回归分析表明土壤温度是月RE的最主要控制因素，暗示高寒湿地的土壤呼吸对整个生态系统的碳排放至关重要。在年际尺度上，生长季积温与生长季RE呈显著正相关(P<0.05),而生长季降水(PP...