之前写的在野外设计各种条件控制，只是基础设施搭建，并非真正的野外数据采集。无论是自然条件或是干旱、加温控制，数据采集是要对具体的理化环境、生物活动做周期性观测。我最熟悉二氧化碳，先从地下过程开始写。最直接的地下过程观测就是在地表观测土壤的二氧化碳排放，称作土壤呼吸 测量二氧化碳是通过它对红外光的吸收(这也是温室效应产生的原因)，所以仪器也称作红外气体分析仪。野外用有很多种红外分析仪，照片里的算经典一款，虽是便携式，仍旧很重，加上在野外没法使用交流电，背电池往往是个大难题。照片里这个人的设计很彪悍，用的车用蓄电池，总重60斤，大概也只有男生能背… （照片来自 ） 下面的照片里是另一款观测土壤呼吸的设备，前些日子多才多艺的普京照片里出现过。相比前一帖里的分析仪轻一些，第一张照片里的背架算女生款了俺老板也建议过我去做一个，只可惜对我的湿地不太适用。在旱地观测还能坐在地上，在湿地非但没法坐，淹水季还得额外拎个小板凳搁设备
生态学笔记 7
* 忽然想写Keeling的故事，算外篇吧…经常能在各种报告、文献或者新闻里看到的著名的二氧化碳浓度上升的曲线，名叫Keeling curve，是在夏威夷的Mauna Loa站从1958年开始观测的，观测者就是Charles D. Keeling。点开大图仔细看，会发现在1964年有一段小空缺。因为政府不给钱… * Keeling在2005/6/23去世，纽约时报发的悼文http://t.cn/zQcYSOa里写到，资助这个观测项目的人对他说，你已经观测到二氧化碳在增加了，现在去找点其它有意思的研究做吧。Keeling奋斗了两个多月，加上其他科学家的支持，终于在64年5月得以把观测继续，然后就一直到今天，到未来… * 之前并不知道Keeling已经去世，某一天查文献，忽然看到Keeling的名字怎么变了，小困惑，八卦地去搜索，才知原来Keeling已经去世，继续这些研究的是他儿子Ralph，现在已经是负责这个观测项目的研究所的头儿了。加上Aldo Leopado的故事，我忽然觉得，生态学真的是个挺不错的传宗接代的学科啊 * 说到生态学的“传承”，有一次帮别的项目做野外观测，认识一个美国林学家，给我讲他女儿上home school，从小跟着他在森林里跑，也做观测，很小就会做我们观测用的一种探头了，所以上大学直接读了森林生态，毕业后去了澳大利亚一个机构做和她爹类似的工作。我就琢磨着，以后我也弄个home school好了… (图片来自Keeling Curve网站) —————————————————————————————————————————– Q: 以前看到有人说keeling curve的数据好得过分了……你怎么看…… A: 不过分，你仔细看，年与年之间涨幅并不一样。这条曲线是月平均值，小时间尺度里的变化都被平均掉了，所以看着挺完美的。而且夏威夷的这个站算本底观测站，受干扰比较小。这个网站上有各个时间尺度的观测数据，看起来就很不完美了，呵呵 http://t.cn/zTTIKkW
生态学笔记 6
* 控制降水、二氧化碳外，还有另两项做得很多的控制实验就是控温和控肥，这两个相对常见，似乎技术上也没有特别要求。我没有参加过这类项目，说不出特别有趣的来。控温在野外做得最多的就是圈一片草地，或者围着一株树或一群树建野外温室。有酷一些的是开始在地下做加温实验，加热土壤 * 基本所有的控制实验都是多个因素同时研究，比如前两张照片(又是)西悉尼大学的温室，是在控温控湿下研究二氧化碳升高后单棵树的生长，这里看介绍http://t.cn/zQt72AH 他们可以开野外生态设备博物馆了，基本是我见过设备做得最精致的。后两张照片是在美国的项目，冬天加温的实验地积雪明显少 (后两张图片来自SPRUCE项目) —————————————————————————————————————————– Q: 加热土壤-_-b好土豪的感觉……这样比起普通的温室有什么优势吗？ A: 人家才不土豪，人家是前沿 [哈哈] 这个不是比普通温室更优，只是针对不同的研究对象。地下过程这十来年很受关注，因为土壤封存大量的碳，而且和植物利用的碳比起来（这部分属于快速循环的碳），土壤里的碳储存年代更久，但是气候变化可能让这部分原本慢循环的碳也加速 Q: 所以影响到的更多是土壤微生物的代谢了？还是植物根系代谢？这俩谁更重要？ A: 说关注土壤，主要是针对微生物代谢，因为这部分就是消耗那些相对储存时间更久的碳。但是要把微生物代谢和根系代谢区分出来，是现在研究里的难点之一。单纯从二氧化碳排放量上说，这两者可能很接近，但是从动态过程、从更长时间尺度来说，微生物的代谢可能会更重要一些
生态学笔记 4-5
4. * 再来说二氧化碳控制实验。都知道CO2的浓度一直在升高，而植物的光合作用是可以吸收二氧化碳的，但植物的呼吸又是释放二氧化碳的，所以对陆地生态系统来说，这个综合结果究竟是吸收还是释放，必须靠数据说话。在野外的控制实验，一般称作“自由大气二氧化碳浓度升高实验”，简称FACE. * 现在到处都有开展FACE实验，但在十多年前有两个大型FACE基地最有名，出产了大量的文章，一个是在南部北卡州的Duke-FACE(下图)，一个在北部威斯康星的ASPEN-FACE(上图)。以Duke的点为例，试验把二氧化碳浓度按实际大气的浓度升高了200PPM，实验初期大概在550PPM左右。图中细长的管子上有洞，往外吹CO2 * 因为要在自然条件下进行试验，所以在实验操作中要尽可能地减少控制实验带来的干扰。这些管子围成一圈，通过感应器测得风向风速后选择上风向的管子往外排二氧化碳，而且排放的速度也要经过流速计准确控制，以免改变大气条件 * 之前写得有点跳跃，补充一些。因为二氧化碳是植物的“食物”，所以它的浓度升高可能会刺激植物的光合作用（吸收更多的二氧化碳），加速生长，但是同时其它释放二氧化碳的过程也会加快。所以要研究的问题是，在二氧化碳浓度升高的环境里，陆地生态系统的反馈是正还是负？正就是因为浓度升高而使浓度更高 (图片来自AspenFACE webpage) 5. 高富帅的西悉尼大学也建了一个FACE站点，有高清照片展示，正好可以近距离看看。而且他们在建观测塔时居然用了直升机…… 第四张照片里的小洞很清楚，从底部到顶端遍布整个管子，尽可能保证浓度从地面到冠层能均匀分布. (图片来自西悉尼大学网页) —————————————————————————————————————————– Q: ……等等，这个难道不能通过生物量来判断吗？ A: 通过生物量只能做很粗略的判断，这些主要是研究动态过程 Q: 我看了一下，FACE的主要任务难道不是研究植物本身对二氧化碳的浓度变化的响应吗……应该不是来讨论二氧化碳吸收还是排放的综合效果的吧…… A: 这两个问题本质上就是一个问题吧。植物对二氧化碳的浓度变化响应，会体现在光合作用和呼吸作用的变化上，最终的结果就是为了估算整个生态系统会吸收多少碳，或者会排放多少碳，这个是对预测气候变化很重要的一步 Q: 但是这么个开放环境……感觉还是好难吧？管子喷放可以增加局部浓度，但你怎么判断这些二氧化碳有多少被植物利用掉了啊？ A: 哈哈，你的这个问题也是项目里研究的问题之一啊，他们排放的二氧化碳有同位素标记的 Q: 那用什么指标来度量光合作用和呼吸作用的变化程度呢？我还是只能想到biomass…… A: 这个我以后慢慢写，是直接测光合作用和呼吸作用的，现在这部分生态研究好玩的地方就在于一直在改进观测技术来观测这些过程，然后通过各种环境因子来模拟
生态学笔记 3
* 另一类干旱控制试验是对湿地这一类地下水位很浅的生态系统，因为地下水不断补充水分，短期的拦截雨水造不出干旱的条件来，所以需要人工排水。在野外建实验基地时，需要先用围栏围出小片小片的区域，然后用泵往外抽水。完全体力活！图片引自曼彻斯特都会大学，他们在欧洲一些沼泽地的实验 * 沼泽、泥炭地的干旱研究之所以重要，是因为在湿地环境碳的降解速度很慢，所以“从古到今”封存了大量的有机碳。但是未来气候变化造成的干旱，会使这些湿地环境变干，这些有机碳就会加速降解，释放二氧化碳到大气里加剧变暖。也就是所谓的“正反馈”，对变暖的反馈使变暖加速 * 有机土很软，为了避免长期观测时人来回走动对土壤破坏太大，在这些地方开始施工、实验之前，一般都需要建栈道。所以，很多生态学研究开始之前，老师学生们要做的第一件事是，修路。当然，有这些栈道，在搬运仪器设备的时候也能省不少力。再当然，栈道不可能修到需要去的每个地方，这是件很悲催的事…