李小梅，張秋良，2

(1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2 內(nèi)蒙古大興安嶺生態(tài)站，內(nèi)蒙古 根河022350)

興安落葉松林生長季碳通量特征及其影響因素

李小梅1，張秋良1，2

(1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2 內(nèi)蒙古大興安嶺生態(tài)站，內(nèi)蒙古 根河022350)

【目的】 對寒溫帶興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)生長季碳通量及其主要環(huán)境因子進行觀測研究，探明興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)生長季碳、水、熱交換特征和變異規(guī)律及其相互作用關(guān)系，為興安落葉松生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?！痉椒ā?在內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)林齡為100～120年的興安落葉松原始林內(nèi)建立觀測點，采用渦度相關(guān)通量觀測技術(shù)，進行生長季興安落葉松-大氣之間的CO2通量、潛熱通量和感熱通量以及降雨量、土壤含水率、土壤溫度、氣溫、光合有效輻射等主要環(huán)境因子的連續(xù)觀測，并進行了興安落葉松林CO2通量與光合有效輻射、土壤溫度和土壤含水率的相關(guān)性分析?！窘Y(jié)果】 興安落葉松林CO2通量有明顯的日變化規(guī)律，從06:00開始為碳吸收，12:30-13:30達到峰值，隨后逐漸下降；從約18:00開始，CO2通量值從負值轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，開始進行碳釋放，一直持續(xù)到次日凌晨06:00；在生長季白天表現(xiàn)為碳匯，夜間為CO2排放；6、7和8月份CO2通量平均日變化分別為-0.64，-0.88 和-0.46 mg/(m2·s)，固碳、碳釋放最大值均出現(xiàn)在7月份，分別為-1.09和0.19 mg/(m2· s)。興安落葉松林潛熱通量、感熱通量日變化特征表現(xiàn)為晝夜主要吸收H2O和熱，變化范圍分別為-100～500 W/m2和-100～400 W/m2。CO2通量與光合有效輻射呈指數(shù)相關(guān) (6月R2=0.467，7月R2=0.759，8月R2=0.623)，光合有效輻射越強碳匯能力越大；與土壤溫度呈指數(shù)相關(guān) (6月R2=0.381,7月R2=0.425，8月R2=0.442)，CO2通量隨著土壤溫度的升高而顯著增加；與土壤含水率呈線性相關(guān)，在7月份相關(guān)性較高(R2=0.487)，但總體相關(guān)性相對較低?！窘Y(jié)論】 興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)CO2通量、潛熱通量和感熱通量月均日變化具有明顯的特征，不同月份間通量變化存在一定的差異，但變化趨勢和規(guī)律基本一致。CO2通量主要受光合有效輻射及土壤溫度和含水率的影響，光合有效輻射越強生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力越大，土壤溫度和含水率越高，CO2通量越大；且與光合有效副射和土壤溫度的相關(guān)性較高。

興安落葉松林；CO2通量；環(huán)境因子；渦度相關(guān)技術(shù)

大氣中溫室氣體濃度的升高和全球氣候變化使得全球碳平衡研究成為一個備受關(guān)注的焦點[1-2]。在二氧化碳排放和全球氣候變化對未來人類社會的影響作用中，陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物過程占據(jù)著非常重要的地位[3-5]。森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要部分，它在全球碳循環(huán)中起著舉足輕重的作用，能否準(zhǔn)確地測算森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量及其分布是詮釋全球碳失匯問題的一個關(guān)鍵突破口，也是滿足京都協(xié)定制定的CO2排放目標(biāo)的迫切需要[6]。

近年來，渦度相關(guān)技術(shù)的進步使得碳水通量長期定位觀測成為可能。渦度相關(guān)技術(shù)是對大氣與森林、草原或農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)間的CO2、H2O和熱量通量進行非破壞性測定的一種微氣象觀測技術(shù)[7-9]。目前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng)CO2吸收與排放的測定和研究中，成為國際上測定CO2和水熱通量的標(biāo)準(zhǔn)方法，所觀測的數(shù)據(jù)成為檢驗各種模型估算精度的權(quán)威資料[10-14]。學(xué)者們利用該技術(shù)對不同氣候條件和生態(tài)系統(tǒng)下不同時間的碳水通量做了很多研究[15-17]，為深入開展生態(tài)系統(tǒng)碳水通量研究積累了豐富的經(jīng)驗。但是，利用渦度相關(guān)技術(shù)研究寒溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳水通量的報道甚少。

本研究依據(jù)內(nèi)蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站的CO2、水、熱通量長期定位觀測數(shù)據(jù)，重點探討興安落葉松森林生態(tài)系統(tǒng)生長季碳水通量特征及其主要影響因素，旨在探明寒溫帶興安落葉松原始林生態(tài)系統(tǒng)碳、水、熱交換特征及其碳控制機理，為測算興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)碳收支和碳模型參數(shù)修正提供參考。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)碳水通量觀測塔設(shè)在大興安嶺根河林業(yè)局潮查林場境內(nèi)的興安落葉松原始林內(nèi)，主要對寒溫帶針葉林生態(tài)系統(tǒng)進行長期定位觀測。林場地理坐標(biāo)為N50°49′～50°51′、E121°30′～121°31′，海拔800～1 000 m，地貌為低山山地，土壤為棕色針葉林土，有大面積連續(xù)多年凍土分布。年平均氣溫-5.4 ℃，無霜期80 d，年平均降水量450～550 mm，60%集中在7、8月份，9月末至5月初為降雪期，積雪厚度20～40 cm，年地表蒸發(fā)量800～1 200 mm。植被類型為寒溫帶明亮針葉林，地帶性植被為興安落葉松，其面積約占森林總面積的79%，樹高25～30 m，胸徑26～30 cm，林齡100～120年，郁閉度0.6～0.8，每公頃蓄積量為150～200 m3[18]。該區(qū)是氣候變化的敏感區(qū)。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

在觀測林地內(nèi)建有65 m高的觀測塔，在觀測塔60 m高度處(3倍林冠高)主峰方向伸出一定長度的支臂，安裝超風(fēng)速儀(Model CSAT-3，Campbell Scientific)測定三維風(fēng)速和溫度脈動，采用紅外線CO2/H2O氣體分析儀(Model Li-7500，Licor Inc.)測定CO2與H2O密度脈動。所有采樣頻率為10 Hz的原始數(shù)據(jù)均利用數(shù)據(jù)采集器CR3000(Model CR3000，Campbell Scientific)記錄和存儲，同時計算和輸出30 min的CO2通量(Fc)、潛熱通量(LE)和感熱通量(Hs)等統(tǒng)計量。按照微氣象學(xué)符號，凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換(Net Ecosystem CO2Exchange，NEE)向下通量(即碳吸收)用負值表示。

觀測塔配備的常規(guī)氣象觀測系統(tǒng)(RMET)包括：7層空氣溫/濕度(HMP45C，Vaisala，F(xiàn)inland)和風(fēng)速(A100R，Campbell，USA)儀，安裝高度分別為1.5,8,18,38,42,50,60 m；降雨(52203，R.M.YOUNG)、風(fēng)向(W200P，Campbell，USA)和輻射觀測位于60 m(第7層)處；土壤溫度和含水率(CS616-L50，Campbell，USA)觀測深度為5,10,20,40,80 cm；此外還有10 cm土壤平均溫度觀測。上述數(shù)據(jù)采樣頻率均為0.5 Hz，通過數(shù)據(jù)采集器CR1000在線計算并存儲30 min統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析與處理

本研究選取2013年興安落葉松生長季(6-8月份)的碳通量和相關(guān)數(shù)據(jù)進行研究，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對渦度相關(guān)系統(tǒng)的半小時通量數(shù)據(jù)進行了3次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和WPL密度效應(yīng)修正[19]，興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)夜間臨界摩擦風(fēng)速取為0.15 m/s[20],當(dāng)夜間摩擦風(fēng)速小于臨界值時，刪除相應(yīng)的通量數(shù)據(jù)。對經(jīng)過上述處理的數(shù)據(jù)采用滑動窗口法進行插補，白天一般采用前后14 d左右的數(shù)據(jù)平均值插補，夜間用7 d左右的平均值插補，避免由于時間太長而增大估算誤差[20]。運用Pearson相關(guān)性(SPSS 17.0)對CO2通量與光合有效輻射(PAR)、土壤溫度和土壤含水率進行相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)環(huán)境因子的變化

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，2013年研究區(qū)的降雨量、土壤含水率及土壤溫度在興安落葉松生長季均存在一定的差異性(圖1)。

研究區(qū)6、7、8月份降雨量分別為117.7，352.8 和96.2 mm，降雨量集中在7月份；由于降雨頻繁且強度大，導(dǎo)致土壤含水率波動性較大，從月平均值看，8月份土壤含水率高于其他月份(表1)。由表1可知，月平均土壤溫度大小為：8月(15.48 ℃)>7月(9.97 ℃)>6月(6.71 ℃)，月平均氣溫大小為：7月(16.74 ℃)>6月(14.75 ℃)>8月(14.66 ℃)；7月份降雨量和氣溫均比6、8月份高，出現(xiàn)了“拐點”，表明“高溫高濕”對森林的生長有較大影響，進而影響森林碳、水、熱通量的變化。

3.2 興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)CO2、潛熱和感熱通量特征

興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)CO2通量、潛熱通量和感熱通量月均日變化具有明顯的特征，不同月份間各通量變化存在一定的差異性，7月份CO2通量、潛熱通量和感熱通量日變化波動大于6、8月份，但變化的趨勢和規(guī)律基本一致(圖2)。

由圖2可以看出，CO2通量從早晨約06:00至傍晚約18:00均為負值，即整體為碳吸收；隨著氣溫的升高、光照強度的增加，碳吸收能力逐漸增大，于12:30-13:30達到峰值，隨后開始逐漸下降。從約18:00開始，通量值從負值轉(zhuǎn)變?yōu)檎担_始進行碳釋放，一直持續(xù)到第2天凌晨06:00。生長季白天CO2通量值均小于0，表明興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)總體上表現(xiàn)為碳匯，夜間CO2通量值均大于0，總體上表現(xiàn)為CO2排放。CO2通量大小主要受溫度、濕度和光合有效輻射的影響。6、7和8月份CO2通量日平均值分別為-0.64，-0.88和-0.46 mg/(m2·s)，CO2通量月平均日變化值分別為-0.16，-0.26和-0.13 mg/(m2· s)，7月份明顯低于6、8月份，說明7月份地表植被具有更強的光合吸收能力。

興安落葉松生態(tài)系統(tǒng)潛熱通量、感熱通量的變化趨勢和規(guī)律基本一致，均與CO2通量相反。潛熱通量、感熱通量晝夜均吸收H2O和熱，白天吸收多，夜間吸收較少，這與其他學(xué)者對森林生態(tài)系統(tǒng)的研究結(jié)論一致。從早晨06:00開始，隨著溫度、光照的增強，潛熱通量和感熱通量逐漸增大，至中午12:00左右達到峰值，之后逐漸下降，從18:00到次日06:00吸收降到最低并保持相對平衡。6、7和8月份潛熱通量月平均日變化值分別為89.20，136.60和62.09 W/m2；感熱通量月平均日變化值分別為48.27，74.36和31.83 W/m2。

3.3 興安落葉松林生長季CO2通量影響因素分析

3.3.1 與光合有效輻射的關(guān)系 光合有效輻射(PAR)的強弱直接影響植物葉片光合作用的大小[21]，圖3 為興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)CO2通量日平均變化與PAR的相關(guān)關(guān)系。

從圖3可以看出：PAR>100 μmol/(m2·s)時，CO2通量日平均變化與PAR呈指數(shù)相關(guān)，而且不同月份其相關(guān)程度不同，相關(guān)性大小順序為7月(R2=0.759,P<0.01)>8月(R2=0.623,P<0.01)>6月(R2=0.467,P<0.05)。日出后，隨著太陽高度角的增大，光合有效輻射也逐漸增強，森林生態(tài)系統(tǒng)光合作用隨之增強。光合有效輻射強度在100～120 μmol/(m2·s)時，未達到光補償點，植物有微弱的光合作用，此時森林生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率大于光合速率，即生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力<生態(tài)系統(tǒng)呼吸，系統(tǒng)表現(xiàn)為碳釋放；當(dāng)輻射強度達到光補償點時，光合速率超過呼吸速率，森林生態(tài)系統(tǒng)由碳釋放轉(zhuǎn)為碳吸收，即生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力>生態(tài)系統(tǒng)呼吸，此時CO2通量值由正值變?yōu)樨撝?，系統(tǒng)表現(xiàn)為碳吸收。當(dāng)凈光合速率達到最大時，生態(tài)系統(tǒng)CO2通量達到峰值，之后隨光合有效輻射下降，光合作用也逐漸降低，最終由碳吸收轉(zhuǎn)為碳釋放狀態(tài)。

3.3.2 與土壤溫度和土壤含水率的關(guān)系 土壤溫度和土壤水分被認為是控制生態(tài)系統(tǒng)呼吸(包括自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸) 最主要的環(huán)境因子[22-23]。夜間植物的光合同化作用停止，生態(tài)系統(tǒng)的呼吸過程控制著生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間的CO2通量交換，夜間測得的CO2通量為生態(tài)系統(tǒng)總的呼吸量。從圖4可以看出，CO2通量日平均變化與土壤溫度間呈指數(shù)相關(guān)(6月R2=0.381,7月R2=0.425，8月R2=0.442)，表明CO2通量日平均變化隨著土壤溫度的升高而顯著增加，即土壤溫度升高會促使森林生態(tài)系統(tǒng)呼吸逐漸增強，這是由于土壤溫度升高使得植物在土壤中的根系呼吸量加大，土壤微生物活性增強，呼吸速率增加，呼吸作用增強，因此導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)的碳排放量增加。

由圖4還可以看出，興安落葉松林CO2通量日平均變化與土壤含水率呈線性相關(guān)，7月份相關(guān)性最大(7月R2=0.487,P<0.05)， 6、8月份相關(guān)性不明顯。CO2通量日平均變化與土壤含水率的關(guān)系相對復(fù)雜，其原因是6、7、8月份土壤含水率分別為79.43%，86.27%和87.24%，平均氣溫分別為14.75，16.74和14.66 ℃，并且在此期間陰雨天氣較多，蒸發(fā)量相對較小，較低土壤溫度下土壤微生物和植物的呼吸較弱，土壤含水率超出田間最大持水量，構(gòu)成水分脅迫。由圖4可知，CO2通量日平均變化與土壤含水率間總體上呈正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)相對較低。

4 討論與結(jié)論

水分對生態(tài)系統(tǒng)呼吸作用的影響機制較為復(fù)雜，主要通過調(diào)節(jié)、控制植物和微生物的生理活動、微生物的能量供應(yīng)和體內(nèi)再分配、土壤的通透性和氣體的擴散等實現(xiàn)。當(dāng)土壤水分適宜時，生物代謝活動幾乎不受影響；當(dāng)土壤水分較低或較高時，呼吸作用均受到相應(yīng)的影響[24]。本研究土壤水分供應(yīng)充足，土壤含水率可能在適宜范圍內(nèi)，通常認為適宜水分為土壤飽和含水量的50%～80%[25]。

光合有效輻射(PAR)是光合作用的直接影響因素。在季節(jié)尺度上，白天生態(tài)系統(tǒng)碳交換(NEE)主要受PAR的調(diào)控。在一定光照范圍內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)碳吸收能力隨著PAR的增加而提高；但光強超過植物光合作用飽和點后，光合作用不再隨著光照增強而增加。吳家兵等[26]對長白山闊葉紅松林的研究表明，中等太陽輻射條件最有利于碳的吸收。

興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)CO2通量、潛熱通量和感熱通量月均日變化具有明顯的特征，不同月份間通量變化存在一定的差異性，但變化趨勢和規(guī)律基本一致。CO2通量生長季日變化規(guī)律為：從早晨06:00開始為碳吸收，中午達到峰值，隨后開始逐漸下降，從約18:00開始，通量值從負值轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，轉(zhuǎn)變?yōu)樘坚尫?，一直持續(xù)到次日凌晨06:00。興安落葉松林在生長季白天表現(xiàn)為碳匯，夜間為CO2排放。6、7和8月份CO2通量日平均值分別為-0.64，-0.88和-0.46 mg/(m2·s)，固碳和碳釋放最大值出現(xiàn)在7月份，分別為-1.09和0.19 mg/(m2·s), 說明7月份地表植被具有更強的光合吸收能力。興安落葉松生態(tài)系統(tǒng)潛熱通量、感熱通量月均日變化規(guī)律與CO2通量相反，晝夜均吸收H2O和熱，白天吸收多，夜間吸收較少。3種通量均以7月份最高，CO2通量排放量隨潛熱通量、感熱通量的增加而減少，從碳排放轉(zhuǎn)變?yōu)樘嘉铡?月份CO2通量吸收較少，可推測從9月份開始該森林生態(tài)系統(tǒng)進入碳釋放狀態(tài)，但這有待于進一步研究。

CO2通量大小主要受光合有效輻射及土壤溫度和土壤含水率的影響。興安落葉松林碳交換與土壤溫度和光合有效輻射有很好的相關(guān)性，這說明土壤溫度是興安落葉松林生長的主要限制因子，而太陽輻射是植物進行光合作用的前提條件，所以，CO2通量與光合有效輻射也有很好的相關(guān)性。研究地區(qū)雨水充足，土壤水分完全可以滿足林木的正常生長，所以不是林木生長的限制因子，結(jié)果顯示：7月份CO2通量與土壤含水率有較好的相關(guān)性，6月和8月份相關(guān)性不明顯，其主要原因可能是因為2013年6月和8月份陰雨天氣較頻繁，加之氣溫較7月份低，6月和8月份土壤蒸發(fā)量相對7月份小，造成6月和8月份土壤含水率超出田間最大持水量，而土壤含水率過大會抑制土壤微生物和植物的呼吸。土壤含水率與CO2通量的關(guān)系復(fù)雜，本研究只是利用了2013年的觀測數(shù)據(jù)，需要根據(jù)多年的觀測數(shù)據(jù)進一步研究。

[1] Ramanathan V.The greenhouse theory of climate change:A test of an inadvertent global experiment [J].Science,1988,240:293-299.

[2] Tans P P,Balkwin P S.Climate change and CO2forever [J].Ambio,1995,24:376-378.

[3] Taylor J A,Lloyd J.Sources and sinks of atmospheric CO2[J].Aust J Bot,1992,40:407-418.

[4] Goudriaan J.Biosphere structure,carbon sequestering potential and14C carbon record [J].J Exp Bot,1992,43:1111-1119.

[5] Amthor J S.Plant respiratory responses to the environment and their effects on the carbon balance [M]//Wilkinson R E.Plant environment interactions.New York:Marcel Dekker,1994:501-554.

[6] 方精云．北半球中高緯度的森林碳庫可能遠小于目前的估算 [J].植物生態(tài)學(xué)報，2000,24(5):635-638.

Fang J Y.North hemisphereis probably much smaller than present estimates [J].Journal of Plant Ecology,2000,24(5):635-638.(in Chinese)

[7] 郝彥賓，王艷芬，孫曉敏，等．內(nèi)蒙古羊草草原碳交換季節(jié)變異及其生態(tài)學(xué)解析 [J].中國科學(xué)(D輯)：地球科學(xué)，2006，36(增刊1):174-182.

Hao Y B,Wang Y F,Sun X M,et al.Leymuschinensisgrassland in Inner Mongolia seasonal variation of carbon exchange and its ecological analysis [J].Science in China (Series D):Earth Science,2006,36(Suppl.1):174-182.(in Chinese)

[8] 耿元波，董云社，齊元春.草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究評述 [J].地理科學(xué)進展，2004,23(3)：74-81．

Geng Y B,Dong Y S,Qi Y C.Review about the carbon cycle researches in grassland ecosystem [J].Progress in Geography,2004,23(3):74-81.(in Chinese)

[9] Suyker A E,Verma S B.Year round observations of the net ecosystem exchange of carbon dioxide in a native tall grass prairie [J].Global Change Biology,2011,7:279-289.

[10] Xu L K,Baldocchi D B.Seasonal variation in carbon dioxide exchange over a Mediterranean annual grass land in California [J].Agri For Meteorol,2004,123:79-96.

[11] 王 娓，周曉梅，郭繼勛．東北羊草草原兩種主要群落環(huán)境因素對土壤呼吸貢獻量的影響 [J].草業(yè)學(xué)報，2002,11(1):12-16.

Wang W,Zhou X M,Guo J X.Effect ofLeymuschinensisgrassland in Northeast China two major environment factors on soil respiration contribution [J].Acta Prataculturae Sinica,2002,11(1):12-16.(in Chinese)

[12] 林同保，王志強，宋雪雷，等．冬小麥農(nóng)田二氧化碳通量及其影響因素分析 [J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008,16(6)：1458-1463．

Lin T B,Wang Z Q,Song X L,et al.CO2flux and impact factors in winter wheat field ecosystem [J].Chinese Ecological Agriculture,2008,16(6):1458-1463.(in Chinese)

[13] 徐麗君，唐華俊，楊桂霞，等．貝加爾針茅草原生態(tài)系統(tǒng)生長季碳通量及其影響因素分析 [J].草業(yè)學(xué)報，2011,20(6):287-292.

Xu L J,Tang H J,Yang G X,et al.Variation of net ecosystem carbon flux and its impact factors onStipabaicalensissteppe in the growing season [J].Acta Prataculturae Sinica,2011,20(6):287-292.(in Chinese)

[14] 宋 霞，劉允芬，徐小鋒，等.紅壤丘陵區(qū)人工林冬春時段碳、水、熱通量的觀測與分析 [J].資源科學(xué)，2004,26(3):96-104.

Song X,Liu Y F,Xu X F,et al．Comparison study on carbon dioxide,water and heat fluxes of the forest ecosystem in Red Earth Hilly Zone over winter and spring [J].Resources Science,2004,26(3):96-104.(in Chinese)

[15] Dennis D,Baldocchi,Christoph A,et al.Seasonal variation of carbon dioxide exchange rates above and below aboreal jack pine forest [J].Agric For Meteorol,1997,83:147-170.

[16] Humphreys E R,Black T A,Ethier G J,et al.Annual and seasonal variability of sensible and latent heat fluxes above a coastal douglas fir forest,British Columbia,Canada [J].Agric For Meteorol,2003,115:109-125.

[17] Paul B,Bonnefond J M,Mellmann P.CO2and water vapour fluxes for 2 years above Euroflux site [J].Agirc For Meteorol,2001,108:183-197.

[18] 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡(luò).大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)觀測站點的介紹 [EB/OL].http://www.chinaflux.org/gczd/index.aspx?nodeid=157.

China FLUX.Introduced observation site of forest ecological system for Daxing’an mountain [EB/OL].http://www.chinaflux.org/gczd/index.aspx?nodeid=157.(in Chinese)

[19] 陳佐忠，黃德華．內(nèi)蒙古錫林河流域大針茅草原土壤呼吸和凋落物分解的CO2排放速率研究 [J].植物學(xué)報，1999,41(6): 645-650．

Chen Z Z,Huang D H.Study of CO2emission rate ofStipagrandisgrassland soil respiration and litter decomposition in Xilin River Basin of Inner Mongolia [J].Journal of Plant,1999,41(6):645-650.(in Chinese)

[20] Falge E,Baldocchi D,Olson R O,et al.Gap filling strategies for defensible annual sums of net ecosystem exchange [J].Agri For Meteorol,2001,107(1):43-69.

[21] 王 妍，彭鎮(zhèn)華，江澤慧，等．長江灘地楊樹林生態(tài)系統(tǒng)的碳通量特征 [J].林業(yè)科學(xué)，2009,45(11):156-160.

Wang Y,Peng Z H,Jiang Z H,et al.Carbon flux characteristics of Yangtze river beach poplar forest ecological system [J].Forestry Science,2009,45(11):156-160.(in Chinese)

[22] Fang J Y,Wang G G,Liu G H,et al.Forest biomass of China: An estimate based on the biomass-volume relationship [J].Ecological Applications,1998,8:1084-1091.

[23] Shoji H,Nobuaki T,Masakazu S,et al.Soil respiration and soil CO2concentration in a tropical forest,Thaila [J].Journal of Forest Research,2004,9:75-79.

[24] 周艷麗，賈丙瑞，周廣勝，等.中國北方針葉林生長季碳交換及其調(diào)控機制 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2010,21(10):2449-2456.

Zhou Y L,Jia B R,Zhou G S,et al.Carbon exchange of Chinese boreal forest during its growth season and related regulation mechanisms [J].Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(10):2449-2456.(in Chinese)

[25] Linn D M,Doran J W.Effect of water-filled pore space on carbon dioxide and nitrous oxide production in tilled and non-tilled soils [J].Soil Science Society of America Journal,1984,48:1267-1272.

[26] 吳家兵,關(guān)德新,張 彌，等.長白山闊葉紅松林碳收支特征 [J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,29(1):1-6.

Wu J B,Guan D X,Zhang M,et al.Carbon budget characteristics of the broadleaved Korean pine forests in Changbaishan Mountains [J].Journal of Beijing Forestry University,2007,29(1):1-6.(in Chinese)

Carbon flux and its impact factors ofLarixgmeliniiforest ecosystem during growing season

LI Xiao-mei1,ZHANG Qiu-liang1,2

(1ForestryInstituteofInnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010019,China;2InnerMongoliaDaxing’anMountainEcologicalStation,Genhe,InnerMongolia022350,China)

【Objective】 This study investigated the carbon fluxes and main environmental factors forLarixgmeliniiforest ecosystem in growing season at cold temperature zone.The exchange characteristics of carbon,water and heat and their variation regular and interactions were also analyzed to provide scientific data for carbon source/sink assessment.【Method】 The observation point was established in 100-120 years oldLarixgmeliniivirgin forest in Daxing’an Mountain,Inner Mongolia.Then an eddy covariance system was used to continuously observe latent heat flux,sensible heat flux,and CO2flux of betweenLarixgmeliniiand atmosphere during growing season and main environmental factors including rainfall,soil water content,soil temperature,atmospheric temperature and photosynthetically active radiation.At last,the correlation between CO2flux,photosynthetically active radiation,soil temperature,and soil water content was analyzed.【Result】 CO2flux inLarixgmeliniiforest had obviously diurnal change.The forest began to absorb carbon from 06:00 am,reached the uptake peak during 12:30-13:30 pm,then gradually declined.From 18:00 pm,the flux values changed from negative to positive,indicating the start of carbon release till 06:00 am of next day.In growing season,carbon absorption occurred in day,while carbon release happened at night.The average diurnal variations of June,July,and August were -0.64,-0.88 and -0.46 mg/(m2·s),respectively.The maximum carbon sequestration and release values of -1.09 and 0.19 mg/(m2·s) appeared in July.The diurnal variation characteristics of latent heat flux and sensible heat flux were absorbing H2O and heat with ranges of -100-500 W/m2and -100-400 W/m2,respectively.CO2flux and photosynthetic active radiation had exponential correlation (JuneR2=0.467,JulyR2=0.759,and AugustR2=0.623),and it had exponential correlation with soil temperature (JuneR2=0.381,JulyR2=0.425,and AugustR2=0.442).CO2flux also had linear correlation with soil water,with the highest coefficient in July (R2=0.487).【Conclusion】 Monthly averaged diurnal variations of CO2flux,latent heat flux and sensible heat flux were significant.The fluxes were different in different months,but the changing trends were consistent.CO2flux was mainly influenced by photosynthetic active radiation,temperature and humidity.The carbon flux increased significantly as the increase of photosynthetic active radiation and soil temperature.

Larixgmeliniiforest;CO2flux;environmental factor;eddy covariance

2014-11-21

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201304308)；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDA05050601-01)；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新團隊項目(ndpytd2013-4)

李小梅(1984-)，女(蒙古族)，內(nèi)蒙古興安盟人，在讀博士，主要從事森林資源經(jīng)營管理研究。 E-mail:lxmhlyl@163.com

時間:2015-05-11 15:03

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.06.010

S791.222.02

A

1671-9387(2015)06-0121-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150511.1503.010.html