内蒙古奈曼农田生态系统国家野外科学观测研究站
科研动态

半干旱区科尔沁沙地沙质玉米农田生态系统碳通量的季节和年际变化

作者:奈曼站   更新时间:2021-08-30

在全球气候变化背景下,陆地生态系统的碳循环成为当前科学家们关注的热点问题之一。植被与大气之间碳通量的长期连续定位观测是精确评估陆地生态系统在全球碳循环中作用与地位的有效手段。如何准确测定陆地生态系统碳通量,探究其时空动态特征及其对环境因子变化的响应机制,对深入理解区域或全球尺度生态系统碳循环过程机制具有非常重要的意义。

沙质农田生态系统是我国北方半干旱区科尔沁沙地主要的陆地生态系统,在区域碳平衡中发挥着重要作用。本研究利用涡动相关系统对科尔沁沙地沙质玉米农田生态系统CO2通量(2014 - 2018年)进行了连续观测。利用随机森林模型和相关分析方法,分析了不同时间尺度下净生态系统CO2交换量(NEE)、生态系统呼吸(Reco)和总初级生产力(GPP)对环境因子的响应。结果表明,沙质农田生态系统在年尺度上表现为碳汇,年平均NEE为-124.4 g C m−2 yr−1。但是在考虑碳输出(收获)情况下农田生态系统变为碳源,净生物群落生产力(NBP)的变化范围为-501.1 ~ -266.7 g C m−2 yr−1。日尺度上,随机森林模型结果表明光合光子通量密度、土壤温度和土壤水分分别是影响不同整合时期GPP、Reco和NEE变化的主要驱动因素;月尺度上,GPP和Reco均随着叶面积指数(LAI)的增加而增加,玉米生态系统的固碳能力也随叶面积指数的增加而增加;年尺度上,水分有效性(降水和灌溉)是影响GPP和Reco年际变化的主要影响因子。受气候(如降水)和田间管理(如耕作、灌溉)的影响,该农田生态系统碳通量在不同年际间存在较大的差异性。

通过本研究,以期为科尔沁沙地区域碳源/汇功能评价、固碳增汇功能提升、碳汇计量与农田生态系统的科学规范管理提供科学依据与实践支持,同时为我国陆地生态系统碳循环研究提供典型区域生态系统碳通量以及植物、土壤与微气象等资源环境要素的基础数据。

研究结果以“Variations in seasonal and inter-annual carbon fluxes in a semiarid sandy maize cropland ecosystem in China’s Horqin Sandy Land”为题发表在环境科学与生态学期刊Environmental Science and Pollution Research上,牛亚毅博士为论文第一作者,该研究获国家重点研发计划项目(2017YFA0604803)等项目的支持。

原文链接为:http://link.springer.com/article/10.1007/s11356-021-15751-z


图1 日尺度上环境因子与碳通量之间的关系

图2 月尺度上叶面积指数(LAI)与碳通量之间的关系

图3 年尺度上水分的有效性(降雨和灌溉)与碳通量之间的关系

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