湖南会同杉木人工林与大气间甲烷通量特征研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangma2009
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大气温室气体的急剧增加导致全球变暖已经成为当今人类关注的热点问题。甲烷(CH4)是一种重要的温室气体,其对温室效应的贡献仅次于CO2。研究和总结CH4源汇输送情况是认识全球CH4收支的重要手段之一。森林被誉为“地球之肺”,是陆地生态系统的主体,在全球温室气体交换方面具有极为重要的作用。杉木(Cunninghamia lanceolata)是中国特有的速生用材树种,在广泛栽植的过程中,土壤温室气体的源汇问题也受到了社会普遍的关注。本文利用湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站为平台,以30年生杉木人工林为实验对象,用2016~2018年大气CH4通量及气象梯度数据,探究了杉木林生态系统CH4通量的时间变化特征及其与环境因子的关系,为估算杉木人工林土壤碳循环、温室气体减排提供数据支撑,主要研究结果如下:(1)杉木人工林生态系统与大气间的CH4通量日变化呈“V”型变化。CH4通量的年均日变化在夜间20:00~5:00时为正值(源),在白天6:00~19:00为负值(汇),最小值出现在13:00(-0.409μg CH4·m-2s-1),最大值出现在03:00(0.014μg CH4·m-2s-1),年均日较差为0.423μg CH4·m-2s-1。CH4平均季节日通量汇持续时长及平均日较差随季节而变化,春、夏、秋、冬季CH4汇持续时段分别为6:00~18:00、6:00~19:00、7:00~18:00、6:00~17:00,持续时长分别为 13 h、14 h、13h和12h,表明从冬季至春季至夏季,CH4汇(负值)持续时间逐渐延长,由夏季至秋季至冬季,CH4汇持续时间逐渐缩短;春、夏、秋、冬季平均日较差分别是0.138、0.802、0.376、0.114μg CH4·m-2s-1,从冬季至春季至夏季,CH4通量的日较差逐渐增大,由夏季至秋季至冬季,CH4通量的日较差逐渐减小;在不同天气状况下,CH4通量日较差为晴天>少云>阴天>多云,晴天杉木人工林生态系统吸收CH4的能力最高,而多云天气吸收效率明显降低。(2)会同杉木人工林生态系统CH4通量年变化呈夏低冬高的特点,最大值一般出现在冬季12~次年2月,2016年最大值出现在2月,值为-23.237mgC·m-2mon-1,2017、2018 年最大值出现在 12 月分别为-70.810 mg C·m-2mon-1 和-65.589 mg C·m-2mon-1,最小值一般出现在夏季的7月(2016~2018年,值分别为-134.281、-204.767、-180.780 mg C·m-2mon-1)。2016~2018 年 CH4 通量年净排放量分别为-1260.267、-1232.766、-1538.123 mg C·m-2a-1,即杉木林生态系统呈现为明显的汇。(3)杉木人工林CH4通量在日尺度上与土壤温度呈极显著二次多项式关系,与土壤湿度、压强均呈现极显著线性正关系,与饱和水汽压差呈现极显著线性负关系;在月尺度上,与土壤温度、饱和水汽压差呈极显著线性负相关关系,与土壤湿度呈现极显著线性正相关关系,和压强呈现显著线性正相关关系。(4)本文使用了二次坐标旋转、频率响应修正和贮存修正3种通量修正方法,均对CH4通量观测数据产生明显的影响,2016~2018年平均,二次坐标轴旋转使CH4通量增加了(源增加了)72.1%,其中白天增加了 82.0%,夜间降低197.2%;频率响应修正(FC)使CH4通量降低了 9.1%,其中白天降低了 8.4%,夜间增加了 10.5%;贮存修正(SC)使CH4通量上升了 49.1%,其中白天增加了124.7%,夜间降低了111.9%。
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