應用案例

Picarro G2508（（基于野外觀測和遙感影像的亞熱帶森林干旱季節(jié)土壤CO?排放通量時空監(jiān)測）

發(fā)表時間：2024-04-17

瀏覽量：257

點擊藍字

關(guān)注我們FOLLOW US

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(qū)的碳循環(huán)，準確預測未來氣候變化。然而，缺少亞熱帶森林地區(qū)實地測量數(shù)據(jù)極大地限制了我們對區(qū)域和全球尺度森林土壤CO₂排放通量動態(tài)的理解。

本研究采用自動光腔衰蕩光譜法(CRDS)分析儀對中國南方典型亞熱帶森林枯水期土壤CO₂排放通量進行了測定。結(jié)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度斜坡和向陽斜坡地區(qū)。

傳統(tǒng)上，土壤CO₂排放通量是通過原位測量方法獲得，使用自動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(qū)，對于低緯度地區(qū)，如非洲和中國的熱帶和亞熱帶森林地區(qū)，土壤CO₂排放通量數(shù)據(jù)是相當稀缺的。

近年來，雖然有一些研究致力于在野外測量的基礎(chǔ)上研究亞熱帶和熱帶林區(qū)土壤CO₂排放通量的時間變化及其驅(qū)動因素，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(nèi)徑19.5cm，高度15cm)測量土壤CO₂排放通量。該儀器可以同時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校正水汽引起的CO₂濃度誤差。本研究分別在CHD和GY兩個實驗區(qū)域測量了旱季的土壤CO₂排放量(如上圖)。對于每個區(qū)域，每月進行兩次測量。

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

結(jié)果表明，它隨時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(qū)動。特別是旱季降水會影響土壤水分，從而直接決定亞熱帶森林土壤CO₂通量。

在此基礎(chǔ)上，建立了基于遙感數(shù)據(jù)的機器學習隨機森林(RF)模型，對兩個研究區(qū)域的土壤CO₂排放通量動態(tài)進行了模擬，該模型在預測研究區(qū)域土壤CO₂排放通量動態(tài)方面表現(xiàn)出了良好的性能?；赗F模型，繪制了一個大型森林流域土壤CO₂排放通量的時空格局，并進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(qū)、10 ~ 25度斜坡和向陽坡土壤CO₂排放通量較高；在模擬亞熱帶森林土壤CO₂排放通量時，未來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(jié)合RS數(shù)據(jù)的機器學習方法在預測和估算亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)土壤CO₂排放通量方面具有很高的潛力，但利用RS監(jiān)測亞熱帶和熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)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結(jié)果。未來還需要更多的實地觀測來進行模型校準和驗證。

此外，衛(wèi)星遙感的高空間(如Landsat和Sentinel)分辨率數(shù)據(jù)與時間(如MODIS)分辨率數(shù)據(jù)的融合，可能為提高亞熱帶和熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)土壤CO₂排放通量監(jiān)測精度提供新的思路。

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

- END -

如果對該文章內(nèi)容或者儀器應用有任何疑問，歡迎與我們聯(lián)系討論：

陳曉峰應用與售后經(jīng)理 chenxf@cen-sun.com

高春輝高級應用工程師 gaoch@cen-sun.com