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Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳同位素廓線觀測系統(tǒng)應(yīng)用案例

日期: 2023-12-27
瀏覽次數(shù): 11

想象一下,你身處一片浩渺的森林中,陽光透過樹葉,灑在地面上,形成一片片斑駁的光影。每一棵大樹都像一座綠色的塔樓,分層堆積著生命的活力。此刻,你可能并不知道,你正在親眼目睹一個驚人的自然現(xiàn)象:碳的旅程。

森林是地球上最重要的碳儲存器之一,在這個充滿生命力的舞臺上,每一片葉子、每一棵樹、每一片土壤都在向我們講述著碳的旅程的故事,積極地參與碳的儲存和釋放。

科學(xué)家們對此也在進行著相關(guān)研究,在江西省千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站,有這樣一個研究...

千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳同位素廓線觀測系統(tǒng)應(yīng)用案例

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳同位素廓線觀測系統(tǒng)應(yīng)用案例

森林生態(tài)系統(tǒng)固定目前大氣中約三分之一的人為CO2排放;因此,準(zhǔn)確評估森林碳匯對于更好理解全球碳收支至關(guān)重要。生態(tài)系統(tǒng)CO2的碳穩(wěn)定同位素(δ13C)是追蹤碳循環(huán)及其與大氣交換的有力工具。森林生態(tài)系統(tǒng)CO2動態(tài)變化取決于冠層光合作用,不同組分(葉、莖、根和土壤微生物)呼吸作用及湍流混合過程的相互作用。然而,由于測量限制,大氣中CO2的δ13C模式尚未確定。

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳同位素廓線觀測系統(tǒng)應(yīng)用案例

千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站碳同位素廓線系統(tǒng)設(shè)置示意圖

千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站基于Picarro G2201-i,搭建了碳同位素廓線觀測系統(tǒng),旨在研究森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部及上方大氣CO2及其δ13C的時間(晝夜和季節(jié))和垂直變化,以及闡明環(huán)境和生理因素以及大氣條件對其變化的影響。該系統(tǒng)設(shè)置了7個觀測高度和3個已知濃度和同位素組分的標(biāo)氣。7個觀測高度分別設(shè)置在距地面1.6、7.6、11.6、15.6、23.6、31.6和39.6 m的高度處,其中11.6和15.6 m兩個觀測高度位于冠層內(nèi),測量依次在7個高度間循環(huán)進行,切換間隔為3min。每進行14次循環(huán)后,再依次通入3瓶標(biāo)氣,每個標(biāo)氣的測量時間為5min。

碳同位素廓線觀測系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)提供了渦度相關(guān)系統(tǒng)觀測到的垂直湍流通量項的同位素通量、生態(tài)系統(tǒng)尺度上的非葉片呼吸的同位素通量、存儲通量的同位素通量以及冠層大氣CO2的δ13C值等參數(shù)。

【研究結(jié)果】

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳同位素廓線觀測系統(tǒng)應(yīng)用案例

2015-2017年冠層下(1.6和7.6 m)、內(nèi)(11.6和15.6 m)和上(23.6、31.6和39.6 m)生態(tài)系統(tǒng)CO2及其δ13C月度平均日變化

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳同位素廓線觀測系統(tǒng)應(yīng)用案例

典型雨季和干旱期生態(tài)系統(tǒng) CO2(a,d)、δ13C(b,e)和風(fēng)速(WS)(c,f)的日平均垂直變化

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳同位素廓線觀測系統(tǒng)應(yīng)用案例

不同冠層高度CO2及其δ13C與環(huán)境和生理因素的相關(guān)矩陣

【研究結(jié)論】

生態(tài)系統(tǒng)CO2濃度下午最低,黎明時達到峰值,這反映了冠層內(nèi)和冠層上方δ13C的變化。冠層內(nèi)和冠層上方的CO2與其δ13C之間存在明顯相反的季節(jié)變化,并且δ13C在生長高峰期為正值,在其他時間為負值。生態(tài)系統(tǒng)CO2及其δ13C的晝夜和季節(jié)變化主要受飽和水汽壓差的影響,其次是光合有效輻射、溫度和增強型植被指數(shù);然而,環(huán)境和生理因素對森林地面附近產(chǎn)生相反的影響或無影響。由于夜間較穩(wěn)定的大氣條件下湍流混合較弱,大氣CO2及其δ13C垂直變化的夜間梯度大于日間變化。這些結(jié)果表明,光合作用和呼吸作用主導(dǎo)了冠層上方的CO2動態(tài),而光合作用和湍流混合的CO2再循環(huán)改變了冠層內(nèi)的CO2動態(tài)。

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