华北平原农田尺度和个体尺度上水、热及CO2通量的研究

论文摘要

随着全球气候变暖水资源紧缺等现象的突显,生态系统的碳、水循环问题越来越受到人们的关注。农田作为一种特殊的陆地生态系统,对全球碳、水循环具有一定贡献。研究农田生态系统水、热、碳通量和相关环境因子的时空变化及其动力学机制,并从不同尺度上揭示农田生态系统的分布特点成为分析农田生态系统碳水循环的主要内容。本文采用涡度相关技术研究农田生态系统水、热、碳通量分布问题,并结合LI-6400型光合仪从植株尺度上分析了作物生理生态过程。通过对比找出不同尺度上农田碳、水指标之间的关系。具体结果如下:1)能量平衡各项变化特征:整个观测期内农田所截获的大部分能量都用于水汽交换和潜热通量,他们分别占净辐射的34.6%、20.3%。2)小麦灌浆期内CO2通量和水汽通量最大,成熟期后下垫面与大气间的湍流作用增强使显热通量占净辐射比例增大。3)夏玉米农田水分利用效率在灌浆期最高。水分利用效率的日变化中,早上WUE明显大于下午值,峰值出现早8:30左右。4)众多影响作物生理生态因子中气孔导度对作物净光合作用影响最大,其相关系数达0.95;叶温与作物蒸腾速率的相关性较为显著,其相关系数为0.85。净光合速率、蒸腾速率、气孔导度对作物叶片水分利用效率的影响程度不同,其相关关系随天气变化等因素呈现不同的相关性。5) CO2通量与净光合速率的变化在作物生育期内表现出较好一致性,Pn*LAI与CO2通量成正相关关系,且玉米季的相关性普遍大于小麦季,14:00点的相关性大于16:00。6)叶片水分利用效率与农田水分利用效率的日变化趋势基本一致,玉米季的水分利用效率约是小麦季的2倍。

论文目录

• 摘要
• SUMMARY
• 第1章 前言
• 1.1 生态系统与大气间物质碳、水循环研究的兴起
• 1.1.1 地表-大气物质与能量交换研究方法与技术
• 1.1.2 空气动力学方法
• 1.1.3 能量平衡-波纹比法
• 1.1.4 涡度相关法
• 2 通量的研究进展'>1.2 农田水、热和C0₂通量的研究进展
• 2 通量的研究'>1.2.1 农田C0₂通量的研究
• 1.2.2 农田水、热通量的研究
• 1.3 生态系统碳水耦合关系
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验区概况
• 2.2 研究目的
• 2.3 试验观测内容
• 2.3.1 涡度相关观测系统
• 2.3.2 光合仪使用
• 2.3.3 常规气象观测系统
• 2.3.4 作物指标观测
• 2.4 能量闭合检验
• 2.5 数据处理
• 第3章 农田尺度水、热、碳通量研究
• 3.1 农田生态系统能量平衡特征及分配
• 3.1.1 观测期间的气候条件
• 3.1.2 能量平衡各项的变化特征
• 3.1.3 能量分配特征
• 3.1.4 蒸散的季节变化
• 2 与水汽交换特征'>3.2 麦田C0₂与水汽交换特征
• 3.2.1 冬小麦生长期间的气候特征
• 2 和水汽通量的季节变化'>3.2.2 C0₂和水汽通量的季节变化
• 2 和水汽通量的日变化'>3.2.3 C0₂和水汽通量的日变化
• 3.3 夏玉米的群体水分利用效率
• 3.4 小结与讨论
• 第4章 个体尺度上作物的碳、水分研究
• 4.1 植物光合-蒸腾作用的测定
• 4.1.1 光合-蒸腾作用的测定
• 4.1.2 试验研究目的和观测内容
• 4.2 各指标变化特征及影响因子
• 4.2.1 小麦主要生育期的日均变化特征
• 4.2.2 光合速率和蒸腾速率日变化的影响因子
• 4.2.3 水分利用效率的影响因子
• 4.3 小结与讨论
• 第5章 农田尺度与个体尺度的比较
• 2 通量与净光合速率的比较'>5.1 C0₂通量与净光合速率的比较
• 2 通量与净光合速率季节变化分布'>5.1.1 C0₂通量与净光合速率季节变化分布
• 5.1.2 碳通量与群体净光合速率关系
• 5.2 两种水分利用效率日变化对比
• 5.2.1 小麦典型日水分利用效率变化
• 5.2.2 玉米典型日水分利用效率变化
• 5.3 小结与讨论
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.1.1 农田能量闭合度分析
• 6.1.2 农田生态系统中各通量分析
• 6.1.3 个体尺度上作物光合-蒸腾作用及影响因子
• 6.1.4 不同尺度的上碳通量与净光合速率以及水分利用率的比较
• 6.2 讨论
• 6.2.1 研究创新之处
• 6.2.2 存在的问题
• 6.3 未来工作展望及研究领域
• 6.3.1 提高涡度数据准确性问题
• 6.3.2 尺度转化问题
• 6.3.3 相关模型
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介