張鳳新+蔡志清

我國(guó)的克一河林業(yè)局的境內(nèi)，有占據(jù)面積范圍比較廣的水濕地，人們?cè)诙嗄陙?lái)一直認(rèn)為那是不能被開(kāi)發(fā)和利用的地方。在1975年的時(shí)候，此林業(yè)局通過(guò)機(jī)械整地，改造了大面積的濕地，并且栽種了落葉松。等到了1987年，濕地的造林面積已經(jīng)達(dá)到9萬(wàn)多畝?，F(xiàn)在，落葉松的占地面積成片的增長(zhǎng)。為了探討對(duì)濕地改造的經(jīng)驗(yàn)我們進(jìn)行了深入的調(diào)查，在1 977年栽種的落葉松，這些年來(lái)，除了有一些受到病蟲(chóng)害的樹(shù)株外，其他樹(shù)木的生長(zhǎng)非常旺盛，并且我們的觀測(cè)人員對(duì)不同深度的土溫和土壤含水量等因子也進(jìn)行了非常詳細(xì)的研究。

在我國(guó)的寒溫帶地區(qū)的興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)是本文主要為研究對(duì)象，基于大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站的渦動(dòng)相關(guān)技術(shù)觀測(cè)資料，對(duì)興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的主要影響因子及其碳交換進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究。本文對(duì)控制的機(jī)制和碳循環(huán)進(jìn)行了深入分析，為準(zhǔn)確評(píng)估其科學(xué)經(jīng)營(yíng)提供一定的參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

在內(nèi)蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站的興安落葉松原始林試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)立了通量觀測(cè)塔。地理坐標(biāo)為 121°30'～121°31' E、50°49'～50°51'N，海拔 800～1000 m。此地年降水量 450～550 mm，60% 集中在 7～8月。9 月末至次年 5 月初為降雪季，降雪厚度為20～40cm； 全年地表蒸發(fā)量 800～1200 mm。此地屬于寒溫帶的濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣溫的平均值為 -5.4℃ ，冬季平均為9 個(gè)月，夏季僅僅只有 1個(gè)月，無(wú)霜期為 80 d。最低氣溫 -50℃ ，最高氣溫 40℃；此地區(qū)的地貌是低山山地，土壤的顏色為棕色針葉林土，且分布有連續(xù)多年凍土和大面積沼澤濕地。興安落葉森林是植被類型最為主要的一種是興安落葉森林，該區(qū)總面積的79%是其分布區(qū)域。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，樹(shù)高 25～30m，胸徑 26～30cm，蓄積量為 150～200 m3 / hm2。伴生有白樺 、樟子松、黑樺和山楊等，樹(shù)種組成多為 8 落 2 白。林下植物眾多，如長(zhǎng)芒拂子茅、矮山黧豆 、柴樺、紅花鹿踢草、舞鶴草 、越橘、鈴蘭、杜鵑、杜香、大葉章和泥炭蘚等等。

2 研究方法

本文數(shù)據(jù)的研究分別的選用了通量觀測(cè)塔2013年長(zhǎng)季的6～8月和2012年非生長(zhǎng)季的 12 月，2013年1、2 月份 30 min 的 CO2 通量和光輻射、氣溫、降水量、土壤溫度和土壤含水量等環(huán)境因子進(jìn)行研究。

2.1CO2 通量觀測(cè)

通量觀測(cè)塔采用統(tǒng)一的開(kāi)路渦度相關(guān)系統(tǒng)與觀測(cè)技術(shù)進(jìn)行植被與大氣之間的CO2 、 H2 O 和能量通量的長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。

2.2環(huán)境因子觀測(cè)

在通量觀測(cè)塔上配備了常規(guī)氣象梯度觀測(cè)系統(tǒng)，在通量塔 1. 5、8、18、38、42、50 和 60 m 高度處分別安裝了芬蘭公司生產(chǎn)的和美國(guó)公司生產(chǎn)的A100R數(shù)據(jù)采集儀，自動(dòng)記錄空氣溫、濕度和風(fēng)速；

2.3數(shù)據(jù)處理與分析方法

空氣中各物質(zhì)之間的垂直交換通常是通過(guò)空氣的渦旋狀流動(dòng)來(lái)進(jìn)行的，利用渦動(dòng)相關(guān)技術(shù)測(cè)定森林與大氣間 CO2 交換，通過(guò)垂直風(fēng)速與 CO2 濃度脈動(dòng)值的協(xié)方差計(jì)算獲得，是凈生態(tài)系系統(tǒng) CO2 通量。在觀測(cè)過(guò)程中，針對(duì)觀測(cè)儀器、大氣穩(wěn)定度影響等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失和異常問(wèn)題，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除和插補(bǔ)。剔除降水同期數(shù)據(jù)、閾值剔除、偏離正常數(shù)據(jù)變化范圍的異常值剔除以及低于摩擦風(fēng)速臨界值的剔除等。

3 結(jié)果與分析

3.1主要環(huán)境因子變化特征

本研究中，環(huán)境因子主要包括： 光合有效輻射、氣溫、降水量和土壤溫度、土壤含水率。

3.2CO2 通量日變化特征

根據(jù)CO2通量30min有效觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季的 CO2 通量日變化特征。在生長(zhǎng)季，CO2 通量具有明顯的日變化規(guī)律，日出后，隨著太陽(yáng)高度角的增大，光照強(qiáng)度的增強(qiáng)及氣溫的升高，植被的光合作用隨之增強(qiáng)。

3.3 CO2 通量與主要環(huán)境因子的關(guān)系

興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植被的生物學(xué)特性決定了CO2通量的變化規(guī)律，同時(shí)不同的環(huán)境條件對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng) CO2 通量也會(huì)產(chǎn)生顯著的調(diào)節(jié)作用 。本文探討 CO2 通量與光合有效輻射、空氣溫度、土壤溫度和土壤含水率關(guān)系。光合有效輻射與 CO2 通量光合有效輻射強(qiáng)度直接影響植物光合作用的大小，光合作用關(guān)系到森林生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力，生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力減去生態(tài)系統(tǒng)呼吸等于生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力，生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力與生態(tài)套系統(tǒng)凈生產(chǎn)力生態(tài)系統(tǒng)與純凈生產(chǎn)力與生態(tài)系統(tǒng)CO2通量的大小相等，用生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季光合有效輻射日平均值與 CO2 通量值。結(jié)果表明： 光合有效輻射是影響 CO2 通量的直接因素。非生長(zhǎng)季，光合有效輻射對(duì) CO2 通量的影響不顯著，相關(guān)關(guān)系分析，決定系數(shù) R2 = 0.0013。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上文所述，土壤溫度和土壤含水率對(duì)二氧化碳通量的影響主要體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的呼吸上，根據(jù)環(huán)境因子變化的特征表明，興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的土壤含水率在62%～87%之間，非生長(zhǎng)季與生長(zhǎng)季分別為67%和84%，土壤的含水率在達(dá)到67%的時(shí)候，對(duì)待二氧化碳的通量就基本上沒(méi)有影響了。土壤的溫度對(duì)興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的二氧化碳通量引起的主要作用是因?yàn)樵谒植怀蔀橄拗埔蜃拥那闆r下而產(chǎn)生的，經(jīng)過(guò)研究表明，土壤的溫度和二氧化碳的通量指數(shù)會(huì)是相關(guān)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)呼吸作用增強(qiáng)，并且二氧化碳的排放不斷的進(jìn)行促進(jìn)的原因是，土壤溫度的升高會(huì)對(duì)植物和微生物的代謝進(jìn)行加速。

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