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Picarro G2508((基于野外觀(guān)測和遙感影像的亞熱帶森林干旱季節土壤CO?排放通量時(shí)空監測)

發(fā)表時(shí)間:2024-04-17瀏覽量:120

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森林土壤的CO2排放通量是全球碳循環(huán)的最大組成部分之一。準確估算森林土壤的CO2排放通量可以幫助我們更好地了解森林地區的碳循環(huán),準確預測未來(lái)氣候變化。然而,缺少亞熱帶森林地區實(shí)地測量數據極大地限制了我們對區域和全球尺度森林土壤CO2排放通量動(dòng)態(tài)的理解。

 

本研究采用自動(dòng)光腔衰蕩光譜法(CRDS)分析儀對中國南方典型亞熱帶森林枯水期土壤CO2排放通量進(jìn)行了測定。結果表明,土壤CO2的排放通量空間分布明顯受地形的影響較高,高值主要分布在海拔較高的10~25度斜坡和向陽(yáng)斜坡地區。

 

傳統上,土壤CO2排放通量是通過(guò)原位測量方法獲得,使用自動(dòng)封閉室法是測量森林碳通量最常用的途徑之一,已被證明可以有效地捕獲土壤CO2排放通量的高時(shí)間分辨率信息。原位測量目前主要分布在歐洲和北美等中高緯度地區,對于低緯度地區,如非洲和中國的熱帶和亞熱帶森林地區,土壤CO2排放通量數據是相當稀缺的。

 

近年來(lái),雖然有一些研究致力于在野外測量的基礎上研究亞熱帶和熱帶林區土壤CO2排放通量的時(shí)間變化及其驅動(dòng)因素,但大多是地塊層面的研究,導致了全球碳預算的巨大不確定性。

 
 

實(shí)驗采用光腔衰蕩光譜分析儀Picarro G2508搭配采用厚壁不銹鋼腔室(內徑19.5cm,高度15cm)測量土壤CO2排放通量。該儀器可以同時(shí)準確地測量多種氣體通量(如CO2、CH4、N2O、NH3和H2O)。

 

此外,Picarro獨特的水汽校正算法可以自動(dòng)校正水汽引起的CO2濃度誤差。本研究分別在CHD和GY兩個(gè)實(shí)驗區域測量了旱季的土壤CO2排放量(如上圖)。對于每個(gè)區域,每月進(jìn)行兩次測量。

 

本研究對中國南方典型亞熱帶森林生態(tài)系統在旱季的土壤CO2的排放通量進(jìn)行了測量。

 

結果表明,它隨時(shí)間和空間有明顯的變化。并且在旱季土壤CO2排放通量的變化是由非生物因子(ST和SM)和生物因子(植被生產(chǎn)力)的變化驅動(dòng)。特別是旱季降水會(huì )影響土壤水分,從而直接決定亞熱帶森林土壤CO2通量。

 

在此基礎上,建立了基于遙感數據的機器學(xué)習隨機森林(RF)模型,對兩個(gè)研究區域的土壤CO2排放通量動(dòng)態(tài)進(jìn)行了模擬,該模型在預測研究區域土壤CO2排放通量動(dòng)態(tài)方面表現出了良好的性能?;赗F模型,繪制了一個(gè)大型森林流域土壤CO2排放通量的時(shí)空格局,并進(jìn)一步研究了地形因素對流域土壤CO2排放通量的影響。高海拔地區、10 ~ 25度斜坡和向陽(yáng)坡土壤CO2排放通量較高;在模擬亞熱帶森林土壤CO2排放通量時(shí),未來(lái)的研究有必要考慮不同地形因素的影響。

 

雖然提出的RF模型表明,結合RS數據的機器學(xué)習方法在預測和估算亞熱帶森林生態(tài)系統土壤CO2排放通量方面具有很高的潛力,但利用RS監測亞熱帶和熱帶森林生態(tài)系統土壤CO2排放通量仍處于探索階段,因此我們的研究提供了一些初步的參考和評價(jià)結果。未來(lái)還需要更多的實(shí)地觀(guān)測來(lái)進(jìn)行模型校準和驗證。

 

此外,衛星遙感的高空間(如Landsat和Sentinel)分辨率數據與時(shí)間(如MODIS)分辨率數據的融合,可能為提高亞熱帶和熱帶森林生態(tài)系統土壤CO2排放通量監測精度提供新的思路。

 

文章鏈接:https://www.mdpi.com/2072-4292/13/17/3481

 

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