華北夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的變化特征及其對極端降水事件的響應.pdf

1、通過渦度相關通量觀測系統(tǒng)對中國科學院禹城綜合試驗站的夏玉米農(nóng)田的碳通量進行了11年（2003-2013年）的連續(xù)觀測，分析了夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳通量的變化規(guī)律并對禹城站的碳匯進行了評估。根據(jù)11年內(nèi)禹城站夏玉米生長季內(nèi)的日降水情況確定了禹城站的極端降水閾值，并根據(jù)禹城站的極端降水條件，篩選出了11年間的兩次極端降水事件并分析其對夏玉米農(nóng)田生產(chǎn)力的影響表現(xiàn)。研究表明，11年間夏玉米農(nóng)田生長季內(nèi)碳通量的變化特征具有明顯的規(guī)律性，并且這11年

2、間夏玉米農(nóng)田都是作為固定大氣中 CO2的碳匯存在的；非極端降水可以顯著提高農(nóng)田的凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP）和總初級生產(chǎn)力（GPP），極端降水會顯著降低農(nóng)田的GPP與NEP。具體結果如下：
　　1.夏玉米農(nóng)田生長季內(nèi)碳通量的變化特征
　　夏玉米生長季內(nèi)CO2通量（Fc）的月平均日變化（除6月份）與不同生育期的日變化（除VE）均呈“U”型，日最大值出現(xiàn)在中午12：00左右,上午6：00以后由CO2的釋放變?yōu)镃O2的吸收，下午18

3、：00后由CO2的吸收轉變?yōu)镃O2的釋放；生長盛期8月份 CO2的吸收達到最大，吸收峰值達到-1.40 mgCO2·m-2·s-1；玉米VE、R5農(nóng)田表現(xiàn)為碳排放，F(xiàn)c為正值，V6-R3夏玉米農(nóng)田表現(xiàn)為碳吸收，F(xiàn)c為負值，且11年間最大碳吸收量的平均值可達1.33 mgCO2·m-2·s-1；R3的Fc積累量達到最大值，11年間不同生育時期 Fc最大積累量的平均值為181.49gCO2·m-2·d-1。夏玉米農(nóng)田 Fc的年最大值在17.

4、61-24.70 gCO2·m-2·d-1范圍內(nèi)。11年間夏玉米生長季內(nèi)GPP與生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）呈“n”型變化，7-8月份的溫度較高且光照適宜，GPP達到最大，夏玉米農(nóng)田GPP年最大值在17.61-24.70 gCO2·m-2·d-1范圍內(nèi)；GPP積累量的最大值出現(xiàn)在R3（2005年為R0），11年間不同生育時期GPP最大積累量的平均值為373.14gCO2·m-2·d-1。Re最大值出現(xiàn)在7月或8月，11年間的Re最大值在5.41

5、-10.78gCO2·m-2·d-1范圍內(nèi)；Re積累量的最大值出現(xiàn)在V6或R3，11年間不同生育時期Re最大積累量的平均值為196.53gCO2·m-2·d-1。
　　2.夏玉米農(nóng)田的碳匯評價
　　夏玉米農(nóng)田11年間GPP、凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換量（NEE）、Re的年平均值分別為894.08、-238.34、654.68 gCO2·m-2。夏玉米農(nóng)田的最大碳排放日期出現(xiàn)在6月中下旬或7月初，碳吸收一般是從7月中旬左右開始（2011

6、年8月初），在9月下旬或十月初結束。夏玉米農(nóng)田GPP的最大值出現(xiàn)的日期和農(nóng)田最大碳吸收量出現(xiàn)的日期相吻合，夏玉米VT-R5時期的NEE受GPP的控制，其它時期受Re的影響大。11年間夏玉米農(nóng)田都是作為固定大氣中CO2的碳匯存在的。
　　3.禹城站極端降水事件
　　對禹城站近11年（2003-2013）間夏玉米生長季內(nèi)的日降水量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用第95百分位數(shù)作為極端降水閾值，確定禹城站的極端降水閾值為57.8 mm。在本

7、文中以達到極端降水閾值57.8 mm的降水，并使土壤含水量（SWC）達到田間持水量的120％作為一次極端降水事件。分析2006年一次未達到極端降水條件的降水，發(fā)現(xiàn)降水后夏玉米農(nóng)田的NEP和GPP較降水之前分別升高了70.81%和35.83%。
　　4.極端降水事件對夏玉米灌漿期農(nóng)田碳通量的影響
　　根據(jù)禹城站的極端降水條件，對11年間的降水事件進行篩選，篩選出夏玉米兩次極端降水事件，這兩次極端降水均發(fā)生在灌漿期。兩次極端降水

8、事件，降水前后 GPP的變化趨勢與NEP相同，降水后的NEP和GPP較降水前有所下降，較降水前分別下降了38.47%、25.54%（2007）和15.02%、17.98%（2013）。根據(jù)SWC和PAR的變化情況分為了四個階段：降水前（BR）、淹水I期（F1）、淹水II期（F2）和恢復期（R）。對兩次極端降水事件分階段的研究，F(xiàn)1、F2、R的NEP、GPP、Re較BR均有不同程度的下降，且2013年的下降幅度低于2007年的降幅。由于2

9、013年的極端降水事件發(fā)生前已經(jīng)發(fā)生過一次強降水事件，使土壤含水量升高并接近極端降水的條件，因此2013年的此次降水事件作為前一次強降水事件的結果。
　　夏玉米農(nóng)田的土壤水分狀況會影響群體光飽和點的范圍，較高的土壤相對含水量（SRWC=130%）會降低夏玉米群體光飽和點，并降低高光強下的光合能力。兩次極端降水事件顯示，在光合有效輻射（PAR）＜1400 umol m-2s-1的時段內(nèi)，極端降水后的葉片NEP均低于降水前；與降水前相