北京理加联合科技有限公司

LICA United Technology Limited

服务热线: 13910499761 010-51292601
企业邮箱
应用支持 Application Support
News 应用支持

2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

日期: 2024-10-21
浏览次数: 143

2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量


高纬度苔原和针叶林、中纬度阔叶林和草原、高山和 高原地区普遍存在季节性、昼夜性甚至持续数小时的冻融循环。北半球近55%的陆地面积经历季节性冻融,土壤冻融循环持续时间从几天到150天不等。频繁的冻融循环改变了土壤微生物群落结构和代谢,加速土壤有机质的分解,并以温室气体(如CO2、CH4和N2O)或溶解有机碳(DOC)的形式排放。这些过程已成为生态学、冻土学和生物地球化学研究的重点。

冻融循环对地表土壤CO2和CH4通量的影响备受关注。一项研究发现,积雪对冬季土壤呼吸的影响是短暂的,厚度变化对CO2通量影响小。了解活动层过程对多年冻土区土壤CO2和CH4动态的响应和反馈至关重要。冻融循环频率和持续时间对高寒地区土壤碳通量具有重要调控作用。不同生态系统在融化期具有较高的CO2和CH4通量,研究表明,在近地表土壤冻结期间CO2通量达到峰值,随后显著下降。春季融化期(20-30天)的甲烷通量占全年总量的11%。

本研究在内蒙古自治区大兴安岭生态系统国家野外观测研究站(NFORS-DXAE)进行。该地区具有典型的大陆性季风半干旱气候,多年平均气温为-4.4°C,年蒸发潜力800-1200毫米,年降水量450-550毫米,其中60%集中在7月和8月,降雪期为9月至次年5月,平均降雪厚度约30厘米。实验地块位于海拔820米的北坡落叶松林,主要乔木为兴安落叶松和白桦,平均胸高10 cm,平均树高10±4.90 m。主要灌木为杜香,平均株高0.31±0.07 m,平均植被盖度39±8%。土壤为棕色针叶林土,土层厚度30-40 cm(包括10 cm的腐殖质层),有机质含量42.74±0.92 g·kg−1。根据2009-2011年地温数据,活动层厚度为0.5至2.0 m。

2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

图1. 内蒙古自治区大兴安岭生态系统国家野外科学观测研究站研究区位于中国东北大兴安岭北部。


由于测量系统配套设施通道数量和长度有限,样地被划分为4个子区。为保证测量的可靠性和代表性,样地被划分为16个5×5 m的子区。每个子区随机选择4个子样。在每个子区放置一个点来测定土壤呼吸速率。为此,将一个高10 cm、直径20 cm的PVC土环的一端压入土壤5cm深,并清除表面废弃物。PVC土环在土壤呼吸测量前一周铺设,整个测试过程中PVC土环保持静止。由于该区域降雪较大,为防止土壤呼吸室受到降雪和吹雪的影响,在观测点安装了1×1 m的挡雪设备,并定期或根据需要清除积雪,避免积雪对呼吸室观测的影响,确保观测点仪器环境的安全。

本研究采用动态室法观测土壤表面的CO2 和 CH4通量,使用激光气体分析仪以及SF-3000 系列多通道土壤气体通量测量系统(北京理加联合科技有限公司)进行多通道、长期、连续土壤呼吸观测。

土壤CO2通量计算的标准闭合时间为2分钟(120秒),为保证CH4通量测量的准确性,将测量时间延长至3分钟(180秒)。与其他类型的仪器和设备相比,该仪器可实现多点、长时间进行测量,测量数据可实时传输和显示,便于研究人员观察数据的稳定性,快速发现数据采集中的异常。

2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

图2. 研究中使用的表层土壤温室气体连续观测系统。

2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

图3. 本研究实验地块落叶松林土壤表面CO2通量的月变化。

2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

图4. 2018年10-11月和2019年4-5月本研究落叶松林实验地块土壤表面甲烷吸收速率的日变化。

2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

图 5. 2018 年 10-11 月和 2019 年 4-5 月本研究根河试验地块甲烷吸收率的月变化。

注:(a) CH吸收率的月变化(误差线表示一个标准差);(b) 地表土壤解冻期土壤 CH吸收率变化的箱线图(上边缘表示最大值,下边缘表示最小值)。

表1. 2018年10-11月和2019年4-5月根河试验地土壤表面CO2通量、CH4吸收速率、土壤表面温度和土壤表面水蒸气浓度的最佳拟合方程。

2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量
2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

图 6. 2018 年 10 月至 11 月和 2019 年 4 月至 5 月土壤表面 CO2 流出和 CH4 吸收与土壤表面温度和土壤表面水蒸气浓度(气室内)的拟合图。

本研究发现,东北大兴安岭森林土壤 CO2 通量呈现单峰型日变化。2018 年 11 月底和 2019 年 4 月初,观测到的 CO2 和 CH4 通量分别小于 100 和 −0.1 nmol·m−2·s−1。在近地表土壤融化期(4 月至 5 月),春季 CO2 释放峰值短暂。土壤冻融循环显著改变了 CO2 的释放速率和 CH4 的吸收速率,但并未显著改变土壤 CO2 和 CH4 通量的日变化模式。在春季近地表土壤冻融期观测到间歇性的土壤 CO2 和 CH4 通量羽流。土壤温度和水分含量波动显著影响近地表土壤冻融期 CO2 和 CH4 通量的变化。这些特征大部分可以通过气室内土壤温度和土壤表面水蒸气的变化来解释。此外,土壤呼吸的 Q10 值在近地表土壤冻融期最大,对土壤温度变化敏感。近地表土壤冻融期累积的CO2 和 CH4通量对这些冬季总量的贡献最大。考虑到持续的气候变化可能会极大地改变中国东北森林生态系统的年碳通量(汇或源),更准确地测量、预测和评估未来土壤CO2 和 CH4 通量的时间模式非常重要。    




News / 相关新闻 More
2026 - 05 - 11
研究背景在全球变化与人类活动共同作用下,地下水系统正面临越来越显著的压力。尤其在半干旱地区,降水时空分布不均、生态修复改变下垫面结构以及深厚包气带对水分下渗的阻滞,使得“地下水何时得到补给、以何种方式得到补给、补给量究竟有多大”成为关键科学问题。黄土高原丘陵沟壑区是我国典型的生态脆弱区,退耕还林和沟道土地整治等生态修复工程显著重塑了坡面—沟道水文过程,但其对地下水补给的影响仍缺乏长期、直接的实测证据。基于此,中国科学院地球环境研究所王云强老师团队以陕西省延安市顾屯流域为研究对象,开展了为期七年的连续野外观测实验,相关研究成果发表于《Ecological Engineering》。研究系统监测了降水、土壤水分、地下水水位及多水体稳定同位素等指标。其结果揭示了事件尺度与年尺度降水极值通过优先流路径和地下水位上升显著强化了生态修复集水区的地下水补给过程,为理解黄土高原厚层非饱和带中降水—土壤水—...
2026 - 05 - 11
研究背景海岸带高强度开发导致近岸水体出现持续性或偶发性污染与废弃物问题。欧洲卫生部门建议根据欧盟指令2006/7/EC开展监测工作,其中,肠球菌(intestinal enterococci)和大肠杆菌(Escherichia coli)是衡量粪便污染的核心指标。然而,传统监测手段面临两大瓶颈:(1)时效性差:传统培养法耗时长,预警响应滞后;(2)空间分辨率不足:传统卫星影像分辨率较低且重访周期长,难以捕捉局地细节;基于此,西班牙加那利群岛拉斯帕尔马斯大学的研究团队在《Marine Pollution Bulletin》发表了一项研究,团队以加那利群岛近岸水体为研究对象,利用搭载高光谱成像仪的无人机结合辐射传输模型开展水质参数反演实验,叶绿素浓度、浊度及细菌含量的反演结果与实验室检测值基本吻合,为高光谱遥感技术在近岸水质快速监测与早期污染预警中的应用提供了方法支撑。 图1.(a)加那利群岛...
2026 - 04 - 20
在全球变化背景下,滨海盐沼因其较强的固碳潜力,被视为重要的“蓝碳”生态系统。然而,近三十年来,原产北美大西洋海岸的外来植物互花米草在我国沿海盐沼迅速蔓延,持续扰动湿地生态结构与生物地球化学过程,也让盐沼蓝碳功能面临新的不确定性。互花米草的扩张,究竟是在提升盐沼的固碳能力,还是在悄然削弱这一重要生态系统的调节功能?一项发表在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》的研究给出了答案。 为什么这项研究值得关注?盐沼、红树林、海草床等滨海生态系统是应对气候变化的重要自然解决方案,凭借碳封存、岸线防护、生物多样性维持等核心服务发挥关键作用。互花米草作为全球性滨海入侵植物,在我国沿海大面积扩散,严重改变湿地结构与生物地球化学循环。现有研究表明,互花米草入侵在促进土壤碳积累的同时,也可能显著提升温室气体排放,进而抵消部分蓝碳效益。然而,不同入侵年限下甲烷(CH₄)与二...
2026 - 04 - 13
研究背景盐碱土高盐、高pH、高钠离子并存,在全球干旱半干旱区广泛分布。过量盐分破坏土壤结构,阻碍水分渗透与孔隙流通,有机质难以积累,养分供应受阻,土壤肥力随之下滑。更关键的是,盐碱环境对微生物活性和酶促反应的抑制作用十分显著,养分循环功能的受损,是这类土壤作物产量长期偏低的重要原因之一。有机肥料是改良盐碱地的有效途径,它不仅能补充有机质、改善土壤理化性状,还能重塑微生物群落结构。然而,有机–矿物肥料配施究竟如何影响盐碱土中的微生物群落与功能基因,目前仍缺乏清晰的机制认识。近期,西安理工大学段曼莉老师团队在《Frontiers in Microbiology》发表了一项研究,团队以新疆和田地区的盐碱土为研究对象,开展了高粱 苏丹草的盆栽施肥实验。通过设置不同比例的有机肥与矿质肥配施处理,结合16S rRNA基因测序和高通量qPCR技术,系统解析了土壤理化性质、细菌群落结构及碳(C)、氮(N)...
关闭窗口】【打印
Copyright ©2018-2023 北京理加联合科技有限公司
犀牛云提供企业云服务

北京理加联合科技有限公司

地址:北京市海淀区安宁庄东路18号光华创业园5号楼(生产研发)
          光华创业园科研楼四层
电话:13910499761 13910124070  010-51292601
传真:010-82899770-8014
邮箱:info@li-ca.com
邮编:100085

 



 


 


  • 您的姓名:
  • *
  • 公司名称:
  • *
  • 地址:
  • *
  • 电话:
  • *
  • 传真:
  • *
  • 电子邮箱:
  • *
  • 邮政编码:
  • *
  • 留言主题:
  • *
  • 详细说明:
  • *
在线留言
关注我们
  • 官方微信
  • 官方手机端
友情链接:
X
1

QQ设置

3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

5

电话号码管理

  • 010-51292601
6

二维码管理

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

展开