植被对亚热带城市生态系统CO₂通量

城市地区是温室气体的主要来源[1- 6],为了更好地了解温室气体排放动态[1],特别是陆地生态系统中的几个关键生态系统的CO2气体排放动态,其中目前关于城市生态系统的二氧化碳排放和吸收动态的研究日益增多,主要包括基于涡动相关技术的CO2通量[7- 14],通量足迹[15],CO2浓度[5],基于生命周期的碳足迹研究[16],以及基于遥感观测的大尺度CO2排放的研究[17-18]。

20世纪90年代以来,涡动相关/涡动协方差观测系统(Eddy covariance,EC)[19-24]的应用和发展为观测和记录一定生态尺度上地表与大气之间的物质、热量及动量湍流交换提供了工具,涡动相关通量观测系统最初应用于观测植物和大气的CO2交换并且迅速发展,开始应用于城市,湿地,水域等其他关键陆地生态系统[1- 2]。如今随着越来越多的涡动相关通量观测站的建立,世界各国的涡动相关通量站点开始寻求合作和数据共享,形成了例如： FLUXNET( 28]。

基于涡动相关观测系统的城市生态系统碳循环的研究主要集中于CO2通量动态特征,CO2通量影响因子,通量足迹等方面的研究[5]。由于城市生态系统受人类活动影响较大,以及城市生态系统下垫面(土地利用)的复杂性,研究涡动相关系统所观测的通量的来源即通量足迹是研究城市生态系统CO2通量交换的基础和前提[15,25]。目前基于CO2通量动态特征, 通量足迹分析等的城市生态系统碳循环研究也有较多,如下表1所示。

以上基于涡动相关技术的城市生态系统碳循环的研究主要集中于CO2通量动态特征,通量足迹分析等方面且多集中在温带发达国家的城市[6],亚热带城市的相关研究则较少。关于城市生态系统CO2通量动态特征的分析主要集中于不同季节,供暖期前后等不同时间尺度的CO2通量差异的对比和原因解释,对CO2通量差异的解释多从人类活动和植被生长状况的角度出发来解释CO2通量的变化。为分析植被对亚热带城市生态系统碳循环的影响,因此使用2016年10月1日至2017年9月30日共计12个月的通量,气象数据和遥感数据结合地理信息系统工具分析亚热带季风气候区的上海市奉贤大学城的CO2通量特征及其与叶面积指数的关系来研究植被在城市系统碳循环中的作用。该研究可以为处于亚热带气候区的其他发展中国家的城市系统碳循环研究和降低二氧化碳排放建设绿色生态城市提供服务和参考。

表1涡动相关系统在城市生态系统的应用Table1Applicationofeddycovariancesystemindifferenturbanecosystem参考文献References国家Country地区Region所属气候带Climate zone研究内容Research content数据时间长度Data length[14]波兰克拉科夫温带城市土壤CO2通量季节分异2009年7月—2012年5月[8]新加坡弗兰克尔区热带植被对热带城市CO2通量的影响2010年10月—2012年6月[10]日本东京温带人类活动对城市中心区CO2通量的影响2012年11月—2013年10月[24]美国明尼苏达州寒温带城市CO2通量特征及其与植物生理活动的关系三年[26-27]中国沈阳温带城市地区供暖期前后CO2通量差异及其通量足迹分析2008年10月—2008年11月[12]芬兰赫尔辛基温带城市地区不同土地利用对CO2通量的影响2011年7月—2013年6月[28]美国巴尔的摩亚热带城市地区水热通量,CO2通量特征2001年6月—2001年11月[6]中国上海亚热带车流量对城市CO2通量的影响2011年12月—2012年1月

1 材料与方法

1.1 研究区概况

该研究区域位于中国长江中下游平原、上海市最南端海湾旅游区的上海市奉贤大学城总面积456.42 hm2(图1)。研究区地形平坦,毗邻杭州湾。上海市奉贤大学城所属温度带为亚热带,气候属亚热带季风气候。全年水热同期,夏季高温多雨,冬季寒冷少雨。由于夏季的东南季风来自海洋带来了较多的水汽导致研究区内一年中的降水主要集中在夏季,年总降水量约1200 mm,年均相对湿度82%,无霜期约200 d[5],年均空气温度约15℃(最低月均温出现在1月约2℃,最高月均温出现在8月约34℃),10 cm处土壤温度与空气温度类似最低月均温出现在1月约3℃,最高月均温出现在7月约26℃,月均光合有效辐射最大值出现在8月约510 μmol m-2s-1[5],年能量闭合度为0.82。由于该研究区靠近海洋(图1),导致其气候特点具有较明显的海洋性(海陆风)。城市生态环境长期定位研究站位于上海师范大学奉贤校区内,地理坐标为30°50′44.73″ N, 121°31′18.01″ E,通量观测塔安装有微气象梯度观测系统和开路涡动协方差通量观测系统,塔高20 m,涡动相关系统负责观测和记录CO2/H2O通量、风向、风速等数据[5]。微气象梯度观测系统负责观测和记录降水、光合有效辐射、土壤温度、净辐射等微气象数据[5]。通量观测塔(定位站)的西北侧和南侧有以香樟(Cinnamomumcamphora)为优势种的亚热带常绿阔叶林(平均冠层高度8 m)[5],以及麦冬(Ophiopogonjaponicus)、菖蒲(AcoruscalamusL)、芦苇(Phragmitesaustralis)等草本植物[4]。东侧有教学楼,宿舍楼,食堂等校园建筑(平均高度10m),北侧约150m有交通主干道[3]。

文章来源：《植物生理学报》 网址: http://www.zwslxbzz.cn/qikandaodu/2020/1015/362.html