摘 要

为了研究浙江凤阳山针阔混交林CO₂浓度与通量的时空变异规律，应用凤阳山通量塔的森林气象梯度观测系统、涡度相关系统和CO₂/H₂O浓度廓线系统对其微气候特征、CO₂浓度、CO₂通量特征进行初步分析研究。以2017年间对浙江凤阳山区域森林冠层进行连续观测所得到的微气候观测数据和通量观测数据为数据源，给出观测数据的处理方法，按日尺度、季节尺度对该区域冠层CO₂浓度以及通量的变化进行分析，获取不同尺度上的特征，所得成果将进一步为研究林冠层CO₂浓度以及通量的空间分布格局提供基础资料。结果表明：浙江凤阳山针阔混交林的CO₂浓度与通量具有明显的日变化和季节变化。（1）在日尺度上，CO₂浓度呈“单峰”曲线，在夜间或者日出前后出现最大值，日出后迅速降低，在午后达到最小值，日落时分又开始迅速升高。CO₂通量白昼均为负值，在夜间多为正值。（2）在季节尺度上，CO₂浓度在夏季达到最大值，在冬季达到最小值。植被冠层的光合作用改变了生长旺季白天的CO₂浓度垂直格局，使冠层高度的CO₂浓度最低；休眠季节则该垂直梯度大大减弱。CO₂通量在植被生长季节均为负值，而在植被休眠季节为正值。

关键词：CO₂浓度；时空变异；林冠层；凤阳山

Spatio-temporal CO₂ concentration at different heights of coniferous and broad-leaved mixed forests in Fengyang mountain, Zhejiang

ABSTRACT

In order to study spatio-temporal of CO₂ concentration and flux at different heights of coniferous and broad-leaved mixed forests in Fengyang mountain,Zhejiang,we use the forest meteorological gradient observation system, eddy covariance system and CO₂/H₂O concentration profile system in Fengyang mountain flux tower to analyze the characteristics of microclimate, CO₂ concentration and CO₂ flux.Based on the icrometeorological observation data and flux observation datadata obtained from continuous observation of forest canopy in Fengyang mountain area in Zhejiang during 2017 years, the data processing method was given. The changes of canopy CO₂ concentration and flux were analyzed according to the daily scale, seasonal scale and the characteristics of different scales were obtained.The results will further provide basic information for studying the spatial distribution pattern of CO₂ concentration and flux in canopy. The results show that the CO₂ concentration and vertical gradient of the coniferous and broad-leaved mixed forests in Fengyang mountain of Zhejiang have obvious daily and seasonal variations.(1)At a daily scale,the concentration of CO₂ shows a "single peak" curve, the maximum CO₂ concentration occurred at night or sunrise,while the minimum occurred in the afternoon at all levels.CO₂ flux is negative at day time and positive at night. (2)On the seasonal scale,the CO₂ concentration reached the maximum in summer and reached the minimum in winter.The photosynthesis of vegetation canopy changed the vertical pattern of CO₂ concentration in the daytime of the growing season, making the CO₂ concentration at the height of the canopy the lowest, and the vertical gradient was greatly weakened during the dormancy season. CO₂ flux was negative in vegetation growing season, but positive in vegetation dormancy season.

Key words: CO₂ concentration ; spatio-temporal variability; forest canopy; Fengyang mountai

目 录

1 前言 1

1.1 研究背景 1

1.2研究目的及意义 1

2 林冠层CO₂浓度变化研究现状 2

2.1 CO₂浓度时空变化的国内外研究进展 2

2.2 林冠层CO₂浓度的日变化 3

2.3 林冠层CO₂浓度的季节变化 3

2.4 林冠层CO₂浓度的垂直梯度变化 4

2.5 CO₂浓度时空变化的生态学意义 4

3 研究区域和研究方法 5

3.1 研究地概况 5

3.2 研究方法以及数据处理 5

3.2.1 仪器设置 5

3.2.2 观测内容 6

3.2.3 数据处理 6

4 结果与分析 7

4.1 气象要素变化特征 7

4.1.1 风速变化特征 7

4.1.2 相对湿度、饱和水汽压变化、水汽含量特征 7

4.1.3 气温变化特征 9

4.2 廓线变化特征 9

4.2.1 CO₂浓度的日变化 9

4.2.2 CO₂浓度的季节变化 10

4.3 CO₂通量变化特征 11

4.3.1 CO₂通量日变化 11

4.3.2 CO₂通量季节变化 12

4.4 相关性分析 13

5 讨论 14

5.1 CO₂浓度日变化 14

5.2 CO₂浓度季节变化 14

5.3 CO₂通量变化 15

6 结论 16

7 研究展望 17

致 谢 18

参考文献： 19

1 前言

• 1. 研究背景

自工业革命以来，温室气体排放量以及浓度的不断增加，引发了全球变暖、海平面上升、极端天气等一系列的灾害性全球变化现象。在全球变化的背景下，碳循环的研究已经成为了目前研究的热点问题。^[1]而作为大气中的主要源汇，陆地生态系统的碳循环问题俨然是全球碳循环科学研究的重要内容^[2]。森林生态系统的面积，虽然只占陆地生态系统的二分之一，但森林生态系统的绿色植物通过光合作用固定了大气中大部分的CO₂，其在调节碳氧平衡、减缓大气中等温室气体浓度上升以及应对全球气候变化等方面有着不可替代的作用^[1,2]。所以，目前的研究需要精确地评估并计算森林生态系统与大气之间的交换量，这也对揭示和理解区域范围内碳的源汇过程^[3]、评价预测森林在全球碳循环中的作用具有重要科学价值和现实意义^[3]。

森林生态系统每年固定碳约占整个陆地生态系统的三分之二，在调节全球碳循环过程中起着巨大的作用。植物通过光合作用固定碳，经呼吸作用再次释放CO_2，其碳循环能否平衡取决于CO₂的流向。并且，CO₂的流向与植物新陈代谢及其环境因子密切相关，所以在较高时空尺度上了解植物生理活动对CO₂交换过程的影响对于研究植物碳循环非常重要。尽管Keeling曲线、流量梯度、涡度相关和箱体法被广泛用于碳循环研究，并成功应用到生态系统和全球尺度上^[4]，但在呼吸过程、生态系统CO₂来源、光合和呼吸作用CO₂流向等方面仍然存在分歧，其主要原因之一是在CO₂固定和释放过程中发生诸多生化反应。碳稳定同位素被认为是理解叶片到生态系统碳交换过程及其分析光合和呼吸途径中生理生化反应的有效工具。这已经被应用到光合过程、生态系统碳转移和其他生态学研究中。^[4]