晴空指数对农田生态系统净碳交换和光能利用率的影响开题报告
2022-01-12 22:37:08
全文总字数:9045字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
我国作为农业大国,农田生态系统在全国各生态系统中占有重要比例,同时农田生态系统在全球碳循环中也具有重要作用。植物的光合作用,是影响碳交换的重要因素,而太阳辐射作为植物进行光合作用所不可或缺的前提条件,其变化将影响着植被对周围大气中co2的吸收利用。太阳辐射受不同天气条件的影响,天空中的云量变化,将导致地面接受的太阳辐射强度以及散射辐射占总辐射的比率发生变化,从而影响到生态系统的碳交换。许多研究表明,在多云天气情况下,散射辐射的比例将明显增加,而散射辐射能够提高生态系统的净碳吸收。在太阳辐射以及散射辐射比率发生变化的同时,也会导致生态系统的环境因子如:气温、光合有效辐射和水汽压饱和压差等发生变化,进而对碳循环产生显著影响。
晴空指数能反映到达地面的太阳辐射照度,还能反映太阳辐射穿过大气层时的状况和太阳辐射受到的影响。所以通常用晴空指数来表征云的薄厚[2],进而来表征不同的天气状况。影响碳交换的大部分环境因子都受到太阳辐射的控制,因此本文以晴空指数作为指标,研究主要环境因子对晴空指数的响应。
本文运用涡度相关技术对寿县冬小麦农田生态系统碳通量的长期定位观测数据进行研究,分析冬小麦生育期nee对太阳辐射的响应,探讨其环境响应机制,旨在为探明淮河流域典型农田生态系统内碳循环的机理过程,以及构建农田碳交换减排增汇方面提供理论参考。
2. 研究的基本内容
(1)研究不同天气条件下农田生态系统净碳交换(nee)对光的响应。
(2)分析不同晴空指数下nee的变化。
(3)环境因子对晴空指数变化的响应。一些环境因子随太阳辐射变化而变化,而且对nee的也有明显的影响效果,所以在研究环境因子对nee的影响前,需要先弄清环境因子对太阳辐射变化的响应。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
4.1实行方案
4.1.1 研究区概况
研究观测地点寿县国家气候观测台(3233′n,11647′e,海拔26.8m)位于安徽寿县。寿县坐落于安徽省中部,淮河的中游南岸,属于亚热带北缘季风性湿润气候,有冬夏长,春秋短,四季分明的特点。多年平均气温为14.8—14.9℃,年较差气温达27.2℃。寿县的农作物种植面积大而且作物种类丰富(以水稻-小麦,水稻-油菜轮作为主),寿县不仅是农业大县,也是国家首批商品粮食基地县之一。
4. 参考文献
[1] 张弥, 于贵瑞, 张雷明, 孙晓敏, 温学发, 韩士杰. 太阳辐射对长白山阔叶红松林净生态系统碳交换的影响. 植物生态学报, 2009, 33(2): 270-282.[2] 刘佳, 同小娟, 张劲松, 孟平, 李俊, 郑宁. 太阳辐射对黄河小浪底人工混交林净生态系统碳交换的影响. 生态学报, 2014, 34(8): 2118-2127.[3] williams, i. n., w. j. riley, l. m. kueppers, s. c. biraud, and m. s. torn (2016), separating the effects of phenology and diffuse radiation on gross primary productivity in winter wheat, j. geophys. res. biogeosciences, 121, 1903–1915.[4] 陈小平. 科尔沁沙丘—草甸湿地水热碳通量变化及响应机制研究[d]. 内蒙古农业大学, 2018. [5] 于贵瑞, 方华军, 伏玉玲, 王秋凤. 区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程研究进展[j]. 生态学报, 2011, 31(19): 5449-5459.[6] 宋霞, 于贵瑞, 刘允芬, 任传友, 温学发. 开路与闭路涡度相关系统通量观测比较研究[j]. 中国科学(d辑:地球科学), 2004(s2): 67-76.[7] 姚玉刚, 蒋跃林, 李俊. 农田co2通量观测的研究进展[j]. 中国农学通报, 2007(06): 626-629.[8] 于贵瑞, 张雷明, 孙晓敏, 李正泉, 伏玉玲. 亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展[j]. 中国科学(d辑:地球科学), 2004(s2): 15-29.[9] 赵晓松, 关德新, 吴家兵, 张弥, 金昌杰, 韩士杰. 长白山阔叶红松林co2通量与温度的关系. 生态学报, 2006(04): 1088-1095.[10] 同小娟, 张劲松, 孟平. 基于涡度相关法的森林生态系统碳交换及其控制机制. 温带林业研究, 2018, 1(02), 1-9 14.[11] 黄祥忠, 郝彦宾, 王艳芬, 周小奇, 韩喜, 贺俊杰. 极端干旱条件下锡林河流域羊草草原净生态系统碳交换特征[j]. 植物生态学报, 2006(06): 894-900.[12] 温学发, 于贵瑞, 孙晓敏. 基于涡度相关技术估算植被/大气间净co2交换量中的不确定性[j]. 地球科学进展, 2004(04): 658-663.[13] 牛亚毅, 李玉强, 龚相文, 王旭洋, 罗永清, 张建鹏. 沙质草地生长季生态系统碳净交换量特征及土壤呼吸贡献率[j]. 生态学杂志, 2017, 36(09): 2423-2430.[14] 赵亮, 李英年, 赵新全, 徐世晓, 唐艳鸿, 于贵瑞, 古松, 杜明远, 王勤学.青藏高原3种植被类型净生态系统co2交换量的比较[j]. 科学通报, 2005(09): 926-932.[15] 陈之光, 张翔, 刘晓琴, 张立峰, 唐艳鸿, 杜明远, 古松. 青藏高原高寒草甸净生态系统碳交换对散射辐射变化的响应. 应用生态学报, 2018, 29(6): 1829-1838.[16] 费敦悦. 基于涡度相关的农田co2通量和光能利用率研究[d]. 南京信息工程大学, 2016.[17] 吴东星, 李国栋, 亢琼琼, 张茜, 曹梓豪, 李珍. 华北平原冬小麦农田生态系统co2通量特征及其影响因素. 应用生态学报, 2018, 29(3): 827-838.[18] 郭建侠, 卞林根, 戴永久. 在华北玉米生育期观测的16m高度co2浓度及通量特征[j]. 大气科学, 2007(04): 695-707.[19] 孙小祥, 常志州, 杨桂山, 徐昔保. 长三角地区稻麦轮作生态系统净碳交换及其环境影响因子. 中国生态农业学报, 2015, 23(7): 803-811.[20] 李琪, 胡正华, 薛红喜, 王云龙, 谭甜甜, 吴东丽. 淮河流域典型农田生态系统碳通量变化特征[j]. 农业环境科学学报, 2009, 28(12): 2545-2550.[21] 徐昔保, 杨桂山, 孙小祥. 太湖流域典型稻麦轮作农田生态系统碳交换及影响因素. 生态学报, 2015, 35(20): 6655-6665.[22] 郭海强. 长江河口湿地碳通量的地面监测及遥感模拟研究[d]. 复旦大学,2010.[23] 刘敏, 伏玉玲, 杨芳. 基于涡度相关技术的城市碳通量研究进展. 应用生态学报, 2014, 25(2): 611-619.[24] 王萌萌, 张弥, 王辉民, 张雷明, 杨沈斌. 太阳辐射变化对千烟洲亚热带人工针叶林净co2交换量的影响. 生态学杂志, 2015,34(2): 303-311.[25] 卫楠, 张弥, 王辉民, 张雷明, 温学发, 刘寿东. 散射辐射对亚热带人工针叶林光能利用率的影响. 生态学报, 2017, 37(10): 3403-3414.[26] 朱咏莉, 吴金水, 童成立, 王克林, 王勤学. 稻田co2通量对光强和温度变化的响应特征[j]. 环境科学, 2008(04): 1040-1044.[27] 谢馨瑶, 李爱农, 靳华安. 大尺度森林碳循环过程模拟模型综述. 生态学报, 2018, 38(1): 41-54.[28] gu l h, fuentes j d, shugart h h, stacbler r m, black t a. responses of net ecosystem exchanges of carbon dioxide to changes in cloudiness: results form two north american deciduous forests. journal of geophysical research-atmosopheres, 1999, 104(d24): 31421-31434.[29] hollinger d y, goltz s m, davidson e a, et al. seasonal patterns and environmental control of carbon dioxide and water vapour exchange in an ecotonal boreal forest. clobal change biology, 1999, 5: 891-902.[30] gu l h, baldocchi d, verma s b, black t a, vesala t, falge e m, dowty p r.advantages of diffuse radiation for terrestrial ecosystem productivity. journal of geophysical research, 2002, 107( d6): 4050.[31] guan d x, wu j b, zhao x s, han s j, yu g r, sun x m, jin c j. co2 fluxes over an old, temperate mixed forest in northeastern china. agricultural and forest meteorology, 2006, 137( 3/4): 138-149.[32]urban o, janous d, acosta m, et al. ecophysiological controls over the net ecosystem exchange of mountain spruce stand: comparison of the response in direct vs. diffuse solar radiation. global change biology, 2007, 13: 157-168.[33] zhang m, yu gr, zhuang j, et al. effects of cloudiness change on net ecosystem exchange,light use efficiency, and water use efficiency in typical ecosystems of china. agricultural and forest meteorology, 2011, 151: 803- 816.