想象一下，你身處一片浩渺的森林中，陽(yáng)光透過(guò)樹(shù)葉，灑在地面上，形成一片片斑駁的光影。每一棵大樹(shù)都像一座綠色的塔樓，分層堆積著(zhù)生命的活力。此刻，你可能并不知道，你正在親眼目睹一個(gè)驚人的自然現象：碳的旅程。
森林是地球上最重要的碳儲存器之一，在這個(gè)充滿(mǎn)生命力的舞臺上，每一片葉子、每一棵樹(shù)、每一片土壤都在向我們講述著(zhù)碳的旅程的故事，積極地參與碳的儲存和釋放。
科學(xué)家們對此也在進(jìn)行著(zhù)相關(guān)研究，在江西省千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統觀(guān)測研究站，有這樣一個(gè)研究...
千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統碳同位素廓線(xiàn)觀(guān)測系統應用案例
森林生態(tài)系統固定目前大氣中約三分之一的人為CO2排放；因此，準確評估森林碳匯對于更好理解全球碳收支至關(guān)重要。生態(tài)系統CO2的碳穩定同位素（δ13C）是追蹤碳循環(huán)及其與大氣交換的有力工具。森林生態(tài)系統CO2動(dòng)態(tài)變化取決于冠層光合作用，不同組分（葉、莖、根和土壤微生物）呼吸作用及湍流混合過(guò)程的相互作用。然而，由于測量限制，大氣中CO2的δ13C模式尚未確定。
千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統觀(guān)測研究站碳同位素廓線(xiàn)系統設置示意圖
千煙洲亞熱帶森林生態(tài)系統觀(guān)測研究站基于Picarro G2201-i，搭建了碳同位素廓線(xiàn)觀(guān)測系統，旨在研究森林生態(tài)系統內部及上方大氣CO2及其δ13C的時(shí)間（晝夜和季節）和垂直變化，以及闡明環(huán)境和生理因素以及大氣條件對其變化的影響。該系統設置了7個(gè)觀(guān)測高度和3個(gè)已知濃度和同位素組分的標氣。7個(gè)觀(guān)測高度分別設置在距地面1.6、7.6、11.6、15.6、23.6、31.6和39.6 m的高度處，其中11.6和15.6 m兩個(gè)觀(guān)測高度位于冠層內，測量依次在7個(gè)高度間循環(huán)進(jìn)行，切換間隔為3min。每進(jìn)行14次循環(huán)后，再依次通入3瓶標氣，每個(gè)標氣的測量時(shí)間為5min。
碳同位素廓線(xiàn)觀(guān)測系統的測量數據提供了渦度相關(guān)系統觀(guān)測到的垂直湍流通量項的同位素通量、生態(tài)系統尺度上的非葉片呼吸的同位素通量、存儲通量的同位素通量以及冠層大氣CO2的δ13C值等參數。
【研究結果】
2015-2017年冠層下（1.6和7.6 m）、內（11.6和15.6 m）和上（23.6、31.6和39.6 m）生態(tài)系統CO2及其δ13C月度平均日變化
典型雨季和干旱期生態(tài)系統 CO2（a,d）、δ13C（b,e）和風(fēng)速（WS）（c,f）的日平均垂直變化
不同冠層高度CO2及其δ13C與環(huán)境和生理因素的相關(guān)矩陣
【研究結論】
生態(tài)系統CO2濃度下午最低，黎明時(shí)達到峰值，這反映了冠層內和冠層上方δ13C的變化。冠層內和冠層上方的CO2與其δ13C之間存在明顯相反的季節變化，并且δ13C在生長(cháng)高峰期為正值，在其他時(shí)間為負值。生態(tài)系統CO2及其δ13C的晝夜和季節變化主要受飽和水汽壓差的影響，其次是光合有效輻射、溫度和增強型植被指數；然而，環(huán)境和生理因素對森林地面附近產(chǎn)生相反的影響或無(wú)影響。由于夜間較穩定的大氣條件下湍流混合較弱，大氣CO2及其δ13C垂直變化的夜間梯度大于日間變化。這些結果表明，光合作用和呼吸作用主導了冠層上方的CO2動(dòng)態(tài)，而光合作用和湍流混合的CO2再循環(huán)改變了冠層內的CO2動(dòng)態(tài)。
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