论文总字数：18065字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1 引言 3

2 文献综述 3

3 材料与方法 4

3.1 试验区概况 4

3.2 测量原理和方法 4

3.3 试验仪器 5

3.4 数据处理 5

3.4.1数据来源 5

3.4.2坐标旋转校正 5

3.4.3数据剔除 5

3.4.4能量闭合度分析 6

3.4.5数据插补 6

4 结果与分析 7

4.1 NEE的日、生育期变化特征 7

4.1.1NEE的平均日变化特征 7

4.1.2NEE在不同子生育期的变化特征 7

4.2 气象因子的日、生育期变化特征 9

4.2.1气温和土壤温度 9

4.2.2光合有效辐射 9

4.2.3摩擦风速 10

4.2.4饱和水汽压差 11

4.2.5气象因子与NEE的相关性分析 11

4.3 通量数据的日、生育期变化特征 12

4.3.1显热通量H 12

4.3.1.1H的平均日变化特征 12

4.3.1.2H在不同子生育期的变化特征 12

4.3.2潜热通量LE 13

4.3.2.1LE的平均日变化特征 13

4.3.2.2LE在不同子生育期的变化特征 14

4.3.3通量数据和NEE的相关性分析 14

4.4 NEE、LE对PAR的响应分析 15

4.4.1NEE与PAR的响应分析 15

4.4.2NEE与PAR的响应分析 16

4.4.3NEE、LE对PAR响应的异同 16

5小结与分析 16

6创新点与展望 17

6.1创新点 17

6.2展望 18

参考文献 19

致谢 21

冬小麦下垫面CO₂通量观测研究

滕宇威

, China

Abstract: Selecting Yongfeng Experimental Field of Nanjing University of Information Science and Technology as the test site. Using vorticity correlation techniques to monitor the meteorological data and flux data on the underlying surface of winter wheat for a long time. According to the measurement data, we analyze the daily and seasonal characteristics of NEE on winter wheat field between jointing stage and maturing stage. We also identify the factors that are closely related to NEE and study the mechanism behind the NEE changes. The results show: The average diurnal variation curve of NEE is inverted U, and its minimum value appears at 12:30; The seasonal variation characteristic of NEE is that from the jointing stage to the mature stage, the carbon sink effect of the winter wheat surface decreases; PAR is the most closely related to NEE in meteorological factors; H and LE have obvious seasonal variation characteristics, and both have a significant negative correlation with NEE, between them, LE is more relevant to NEE; Like NEE, LE also exists "lunch break" phenomenon. Through the response of NEE and LE to PAR, We speculate that NEE and LE's "lunch break" phenomenon is due to the large PAR at noon which causes the plant's own physiological reactions; In addition, the observation data show that LE's "lunch break" phenomenon earlier than NEE's "lunch break" phenomenon which can be reasonably explained with the speculation. Taking the significant correlation between NEE and PAR and the "lunch break" phenomenon associated with NEE and LE into consider at the same time, this study points out the direction of the effort for improving the carbon sink level of the wheat surface and has a positive meaning for the mitigation of global warming trend.

Key words: winter wheat; NEE; correlation and response; relationship "lunch break" phenomenon

1 引言

根据气候系统中各要素广泛的测量结果来看，全球正处于气候变暖的大背景下。全球变暖在影响自然生态平衡的同时，还会对人类的生存提出挑战。理论研究表明，全球变暖是由温室效应的加剧造成的，而CO₂又是形成温室效应的主要气体。所以研究CO₂的源汇和交换，对解决全球变暖有着重要的意义。

作为主要的温室气体，CO₂主要在大气圈，水圈和生物圈这三大圈层中进行着交换。虽然人类活动使得CO₂的总量与交换量有所增加，但是从整个气候系统的角度来看，全球CO₂的收入和支出却始终是动态平衡的。在上述三个圈层中，从长期平均来看，水圈是CO₂稳定的汇^[1]。这样一来，研究大气和生物圈层中CO₂的交换过程就显得尤为重要了。

陆地生态系统由于其自身的独特性，成为了大气圈与生物圈之间CO₂交换的桥梁。它不仅可以利用植被的光合作用，对大气中的CO₂进行吸收和储存，发挥碳汇的功效；另一方面，又可以经由植被和土壤的呼吸作用，不断地向空中释放出CO₂，充当稳定的碳源^[2]。正是陆地生态系统这种特殊的双面性，使之在全球碳平衡占据着举足轻重的地位^[3]。

陆地生态系统主要是由以下三个部分组成的，它们分别为：森林，草地和农田。其中，相较于其他两类下垫面，农田受到的人类生产活动的影响更大。故而农田生态系统的CO₂交换也更为多变，更值得研究。不仅如此，结合国内外研究动态来看，人们研究的热点主要集中在森林和草地。对比之下，针对农田生态系统开展的工作就显得很单薄^[4]。

在农田生态系统中，农作物占到了绝对的比重。冬小麦作为中国的主要农作物之一，我们选取以其为下垫面的农田进行CO₂通量观测研究，来找出冬小麦农田CO₂的通量特征及其影响因素，并明确其在全球变暖中扮演的角色，进一步，通过提出合理的耕作方式来缓解全球变暖的趋势。

本次观测研究运用涡度相关技术，对冬小麦生育期下垫面的CO₂通量进行了持续监测，与此同时，对冬小麦生育期农田的各项气象因子和通量数据也做了同期测量，以期：

1）找出冬小麦下垫面生育期CO₂通量的日、生育期变化特征

2）对冬小麦农田在生育期的CO₂源汇状况作出评价

3）分析影响冬小麦生育期CO₂通量的气象因子

4）找出冬小麦生育期显热、潜热通量的日、生育期变化特征，分析其与CO₂的相关关系

5）讨论在各种变化特征以及相关关系背后的理论机制

2 国内外研究进展

根据不同的时间尺度来划分，国内外对于冬小麦下垫面的CO₂通量研究可以归为日、季、年三类。前人的研究结果表明：

1） CO₂通量日变化特征方面：冬小麦生育期CO₂通量的日变化曲线为下凹的U型，最小值一般出现在正午前后^[5-8]。

2） CO₂通量季变化特征方面：冬小麦CO₂通量的季节变化表现为生育前期lt;生育后期lt;生育中期^[9,10]。

3） CO₂通量年变化方面：通过全年的CO₂通量来评价冬小麦下垫面源汇状况。冬小麦农田在生育期是作为一个碳汇存在，休闲期则作为碳源存在，全年来看，冬小麦下垫面是一个弱碳汇^[11-14]。

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