湖南会同杉木人工林生态系统CO_2通量特征

利用开路式涡动相关系统与自动气象梯度观测系统2008年12个月的观测数据,研究会同13年生杉木人工林CO2通量特征。结果表明:13年生杉木人工林生态系统CO2通量日变化存在明显的季节差异,晴天平均碳汇持续时间表现为夏>春>秋>冬,平均日较差表现为夏>秋>春>冬,最大碳汇出现时间由早到晚依次为夏、秋、春和冬;1年中,月累积碳通量除1和2月为碳源外,其他各月均表现为碳汇,碳汇最大值出现在6月(-53.0gC·m-2);13年生杉木林的年碳汇总量为-255.3gC·m-2。白天CO2通量与光合有效辐射的关系可用Michaelis-Menten模型模拟(P<0.05),但模型参数随温度而异;夜间CO2通量与5cm土壤温度呈指数关系(P<0.05)。

湖南会同杉木液流变化及其与环境因子的关系

This study investigated daily and seasonal changes in sap flow rates of individual trees and their relationships to environmental factors in a 18-year-old Chinese Fir plantation,with an ICT2000TE automatic system(TDP30 probe)from December 2005 to November 2006.A single peak pattern was observed for the daily changes in sap flow rates of individual Chinese Fir tree in fine and overcast days with the peak time occurring at 12:30,while no significant variation and no regular change pattern of sap flow rate were found in rainy days.The daily sap flow was(0.32±0.26),(3.22±2.94),(7.31±3.95)and(2.18±1.10)kg·d-1 in winter,spring,summer and autumn,respectively.For monthly sap flow volume,January was the lowest of 9.21 kg and June the highest of 277.28 kg.The total annual sap flow value was 1 206.89 kg.The relationship between sap flow rate and environmental factors varied with temporal scales.The major factors that affected stem sap flow at less hour scale were solar radiation and air temperature,but on daily scale air temperature,soil water content and solar radiation were the major influencing factors,and on monthly scale air temperature and air relative humidity were the major influencing factors.

长沙城市森林对气温的调节效应

利用中南林业科技大学2005～2010年城市森林生态站林内和林窗及长沙市气象站的气温数据,研究了城市森林的温度特征以及城市森林对小气候的调节作用。结果表明:林内、林窗和长沙站的累年月平均气温、最高气温与最低气温的变化趋势基本一致,7月最高,1月最低;城市森林对气温有明显的调节效应,主要表现为对夏季最高气温的降温效应和对冬季最低气温的升温效应,尤其是晴天,林内的平均最高气温比长沙站可低达3.04℃(6月),林内的平均最低气温比长沙站可高达1.26℃(12月)。

广东5～9月降水的时空分布特征和类型

利用主分量分析方法对广东５～９月的降水量作了统计分析．结果将广东５～９月降水的空间分布分为全省性早（涝），西南涝（旱）东北旱（涝）等４种主要类型，前４种类型占该降水场总方差的６９％；广东５～９月旱涝在１９５４～１９６３年间出现频繁，旱涝共５次，而在１９６４～１９９０年间仅出现２次。

中国东南部夏季1954～1990年降水特征

利用中国东南部 86个测站 3 7年 (195 4～ 1990年 )月平均降水量资料对其夏季降水进行了客观分区 ,并在此基础上 ,对各区区域平均降水序列的参数特征、趋势性、周期性、旱涝特征等进行了研究 .结果表明 :用气候分区方法可以客观地将中国东南部夏季降水划分为 区 (江北区 )、 区 (江南东部区 )、 区 (南岭区 )、 区 (华南区 )和 区 (湘黔区 )等 5个区 ;用二次多项式拟合各个分区夏季降水的趋势 ,发现只有 区和 区 3 7a夏季降水序列具有明显的开口向下的抛物线趋势 ;周期普查分析发现中国东南部各区( 区除外 )存在 5～ 9a和 10～ 15 a2个周期段的振动 ;旱涝普查表明各区在 195 0年代的 6a中旱涝频繁 ,在 1960年代各区普遍偏旱 ,在 1970年代各区基本正常 ,在 1980年代 , 区和 区水涝较多 , 区尤为严重 , 区和 区偏旱年份多 , 区基本正常 .

中国东南部干湿气候的特征

利用中国东南部90个测站36a（1954～1990年）的月平均温度和降水量资料,计算了干湿指数.并以其作基础,对中国东南部的干湿气候特征进行了分析和区划.结果表明,该区干湿指数分布以零陵、宜春、金华一线为中心,1～6月围绕该中心向南、北、西3个方向降低,7～12月绕该中心向四周增大,干湿指数等值线冬春半年在东经110°以东地区基本以纬向为主,在其以酉地区以经向为主.夏季里在长江以南地区以经向为主;在南岭以南地区,干湿指数值变化较大,大小差值可达3.86,而长江以北地区最大差值仅为2左右;多数地区湿季长于干季.湿季一般为7～8个月,干季一般为4～5个月.根据各地干湿气候的变化,可将中国东南部划分为湿润和全年偏湿等12种类型.

广州市红树林和滩涂湿地生态系统与大气二氧化碳交换

在生物量调查和土壤温室气体排放量测定基础上,对广州市红树林和滩涂湿地生态系统与大气CO2交换进行研究,分析湿地植被净生产力吸收CO2的能力和不同积水状态下(常年积水、间歇积水、无积水)湿地碳汇功能.结果表明:红树林湿地植被净生产力吸收CO233.74t.hm-2.a-1,土壤排放CO2(包括CH4折算成CO2的温室效应量)12.26t.hm-2.a-1,湿地每年净吸收大气CO221.48t.hm-2,说明红树林湿地是一个强的碳汇;滩涂湿地植被净生产力吸收CO28.54t.hm-2.a-1,土壤排放CO25.88t.hm-2.a-1,排放CH40.19t.hm-2.a-1,若按碳素折算,湿地每年吸收大气中碳素2.33t.hm-2,土壤排放碳素1.74t.hm-2包括(CH4中的碳),系统净固定碳0.59t.hm-2,说明滩涂湿地是一个弱的碳汇,若将CH4的温室效应折算成CO2量,则土壤排放CO29.78t.hm-2.a-1,排放比吸收多1.24t.hm-2.a-1,对大气温室效应而言,滩涂湿地是一个弱碳源;常年积水下排放的温室气体主要是CH4,无积水下排放的温室气体主要是CO2;常年积水湿地碳汇功能最大,无积水湿地碳汇功能最小.

广州城市森林涵养水源、固土保肥的功能及价值分析

对广州城市森林涵养水源、固土、保肥的功能及其价值进行评估,结果表明:广州城市森林生态系统每年贮水量比无林地多6.429亿m3,调节径流防洪能力大2.609亿m3;每年植物组织净积累N元素4.949万t,P元素0.428万t,K元素4.400万t;每年凋落物归还林地N元素3.524万t,P元素0.216万t,K元素1.539万t;每年土壤流失减少123万t,有机质流失减少3.905万t,N元素流失减少0.218万t,P元素流失减少0.066万t,K元素流失减少2.368万t;森林贮水效益1.286亿元,防洪效益0.522亿元,储存在植物组织中养分效益3.497亿元,保持土壤效益1.145亿元,改良土壤效益1.872亿元,广州城市森林每年涵养水源、固土保肥的功能价值共8.322亿元。

非饱和土本构关系及变形计算

总结了非饱和土本构模型当前研究的新进展,包括弹性模型、巴塞罗那模型的各种改进,其它形式包含吸力的应力变量模型、膨胀土弹塑性模型、损伤力学模型、热力学模型、浸水变形计算模型等。同时总结了这些模型用于有限元计算时所要解决的问题,包括吸力的确定、矩阵的形成等。

浅谈非饱和渗流的几个基本问题

立足于非饱和渗流问题的研究现状和应用需求,对4个常见的非饱和渗流基本问题进行了论述:①非饱和渗流及其数值模拟理论;②非饱和降雨入渗及其模拟中的问题;③初始水分量及其考虑;④土的非饱和渗透特性以及对渗流计算结果的影响。通过多个计算实例的比较分析,充分明确了这几个基本问题对非饱和渗流数值模拟所带来的重要影响。为了更加精确地进行渗流计算,更加符合实际地解决非饱和渗流问题,在普遍重视数值方法的现状下,提出应该更加重视非饱和渗流基本问题试验研究的观点。

第2代杉木林土壤有机碳、全氮对细根分布及形态特征的影响

以20年生杉木人工林为研究对象，分析了杉木细根的生长分布情况及形态学特征．结果表明：第2代杉木人工林的土壤有机碳与全氮主要分布在0～30cm土壤中，随着土壤深度的增加而明显减少；杉木细根生物量在不同土壤层次间差异显著，随土壤深度的增加而显著减少，主要分布在0～15cm的表层土壤中，占总量的50．35％，15～30cm层占30．04％，30～45cm层占19．61％；细根表面积在不同层次土壤间差异不显著，主要分布在0～30cm层中，为2．86m2·m^-3，占总量的79．88％；随着土壤深度的增加，杉木细根比根长增加不明显；土壤有机碳含量与杉木细根生物量、比根长和根表面积密度之间相关性均不显著；土壤全氮含量与杉木细根生物量和根表面积密度之间存在明显的正相关，与细根比根长存在不太明显的负相关．

会同杉木人工林不同生长阶段植物固碳特征

为了探讨杉木人工林不同生长阶段的固碳功能,以会同杉木林为研究对象,在定位连续测定林分生物量和碳素含量的基础上,研究了杉木林不同年龄阶段的储存碳量及在各组分的分配和植物固碳能力。结果表明:杉木各器官碳素含量树叶>树皮>树根>树干>树枝,且随着林龄增加而增大;杉木林植被储存碳量为22.93—86.98 t/hm2,各个层次储存碳量乔木层>林下植被层>枯死物层;乔木层碳素在器官间的相对分配大小依次为树干>树根>树叶>树皮>树枝;树干碳素分配比随着年龄增长而增大,树枝、树叶随年龄增长而减少,树根和树皮虽有波动,但变化较平稳;树枝、树叶、树干、树皮和树根碳积累年均变化都呈单峰形曲线,但波峰出现林龄各有不同;杉木林固碳动态特征可分为固碳功能建立、固碳能力迅速增长、固碳能力最大、固碳能力相对平稳和固碳能力下降等5个阶段;杉木林的固碳能力,不仅受不同生长阶段生长发育生物学特性的制约,而且还受林分冠层结构特征以及土壤肥力条件的影响。

广州市农作物系统与大气的CO_2交换

在广泛收集资料和实验分析的基础上,研究了广州市各种农作物系统与大气CO2交换。分析了各种农作物系统净生产力吸收CO2的能力和碳汇功能大小。结果表明:2005年广州市8种农作物系统作物净生产力吸收CO24 032 366t.a-1,其土壤CO2排放3981753t.a-1,吸收大于排放,对大气CO2而言,整个农作物系统是一个弱的碳汇;水稻、甘蔗、木薯和果用瓜4种连作或高杆作物系统每年作物净生产力吸收CO2量大于土壤CO2的排放量,系统具有较大的碳汇功能,花生、大豆、花卉和蔬菜4种矮杆作物系统每年作物净生产力吸收CO2量小于土壤CO2的排放量,系统起着碳源作用;果实或经济产量生长在地上部分的作物其单位面积吸收CO2能力比果实(块根)生长在地下的作物大;除花生在生育期间生物量吸收CO2量少于同期土壤排放以外,其余7种作物在生育期间生物量吸收CO2的量大于同期土壤排放,大多数农作物在生育期间具有碳汇功能,在撂荒期才体现碳源作用。

不同林龄第2代杉木林枝叶凋落前的养分转移特征

利用会同杉木林25年的定位测定的基础数据,探讨了不同林龄杉木(Cunninghamia lanceolata(lamb) Hook)枝叶凋落前的养分转移特征,为人工林经营管理提供科学依据。结果表明:杉木枝叶凋落前年均养分转移量为3.22—31.89 kg hm^(-2) a^(-1),其中,叶占71.31%—94.41%,枝占5.59%—28.69%。枝的养分转移量随林龄增加而增加。林分20年生以前,叶的养分转移量呈上升趋势,20年生以后,呈下降趋势。枝的养分转移率为20.97%—22.59%,叶是22.98%—26.06%,枝和叶的养分转移率都随林龄增加而增大。各林龄段的枝的养分转移率差异不显著(P>0.05),叶的养分转移率除1—7年生与其他林龄段的差异显著(P<0.05),其余各林龄段之间差异不显著(P>0.05)。转移的元素量中,N和K占83.75%—84.25%,P、Ca、Mg占15.75%—16.25%。N、P、K、Ca、Mg的转移率分别为24.59%—34.53%,36.36%—46.64%,42.86%—51.27%,3.68%—7.35%,3.67%—9.56%。养分转移率主要受枝叶凋落前、后的养分浓度差值与枝叶凋落前的养分浓度控制,与凋落物量无关。养分的转移量不仅受枝叶凋落前、后的养分浓度差值的影响外,更多地取决于凋落物量,而且与杉木生长发育特征有很大的关联。

林冠截留对杉木人工林生态系统物质循环的影响

根据1999—2002年连续4年的观测数据,对林冠截留在杉木林生态系统物质循环中的作用进行研究。结果表明:每年林冠截留降雨量267·0mm;林冠截留蒸发散量占杉木人工林总蒸发散量的27·2%,林冠截留水分的物理蒸发量占杉木林集水区水分输出的18·97%;林内净降水的营养物质为143·329kg·hm-2a-1,比冠上大气降水输入的63·924kg·hm-2a-1多74·905kg·hm-2a-1,增加了117·2%;林冠截留减少了到达林地表面和入渗土壤的水分,减少了集水区地表水和土壤漏水的输出,从而减少了营养物质的输出,可见,林冠截留是系统保存营养物质的重要机制之一。

湘中丘陵区石栎-青冈栎常绿阔叶林土壤钾含量空间异质性及其影响因子研究

钾（K）是植物生长的必需元素之一，土壤中K含量主要受多种因素的影响。由于森林经营活动和树种组成不同，森林土壤中K含量差异性较大，表现一定的空间异质性。本研究在1hm2石栎-青冈栎常绿阔叶林样地内的10m×10m小样地中心位置，分采集0～10、10～20和20～30cm层的土壤样品，测定土壤中K元素含量，用地统计学理论分析土壤K含量空间变异特征，研究土壤K含量与土壤其它养分元素f有机C、N、P1、地形因子（海拔、凸凹度和坡度）和凋落物量之间的关系。结果表明：0～30cm土壤K含量平均值为28．04g/kg，为中等变异强度，具有明显的空间异质性。除20～30cm土层中K含量符合线性模型外，0～10＼10～20土层和0～30cm土层K含量符合球状模型分布，各土层土壤K含量具有较强的空间自相关性。0～10、10～20、20～30cm和0～30cm土层中K含量的空间自相关变程范围分别为37．51、25．38、39．78和28．92m，土壤K含量有较小的空间异质性尺度。各土层K含量随地形的变化趋势较为明显，表现为斑块状空间分布，低值出现在中下部的山脊，高值出现在上部山脊和西南角的部分沟谷。土壤K含量与海拔高度、土壤粘粒含量呈显著的正相关，K含量的空间异质性主要受成土母质和地形等结构因素影响。

林冠截留在杉木林生态系统能量转换过程中的作用

根据会同生态站2000—2005年连续定位观测数据,研究杉木人工林林冠截留在杉木人工林生态系统能量转换过程中的作用。结果表明:林冠层每年吸收的辐射能为25.5430亿J.m-2,透过林冠层的辐射能为2.5306亿J.m-2,被冠层反射的辐射能为2.7432亿J.m-2,分别占到达林冠表面辐射能的82.7%、8.2%和9.1%;林冠截留水分的蒸发,使得系统获取的净辐射能向潜热能转化。每年林冠截留水分蒸发耗能6.3695亿J.m-2,占系统净辐射能的22.9%,占系统总蒸发散耗能的30.4%,是系统能量支出的一个重要组成部分;林冠截留使大气降水中的雨滴动能消耗在克服枝叶阻力的做功上,叶面水滴从冠层滴落下,是一个由势能转化为动能的过程;冠层叶片对水滴有汇聚作用,使冠滴水直径较冠上大气降水大,冠滴水的直径主要受冠层结构的影响,与大气降水量和降水强度的关系不大;林分郁闭度为0.9,枝下高7m,降水量大于3mm时,林冠层不能有效地降低雨滴动能,只有在雨量极小、林冠能截留大部分水量,或者雨强极大、直径大的雨滴在枝叶表面撞击分散的情况下,才能显示林冠对大气降水雨滴动能的降低作用。

应力状态对土-水特征曲线的影响规律

为系统地探讨不同应力状态对土-水特征曲线的影响,以河南新乡地区的黏土为对象,采用非饱和固结仪与双室三轴仪分别研究K0和等向应力状态对压实黏土的土-水特征曲线的影响规律。试验结果表明:低应力(小于100 kPa)下等向应力状态对土-水特征曲线的影响与K0状态相似,固结后孔隙比不同决定着土-水特征曲线的形状有所差异。土体的空气进入值随着孔隙比的减小而增加,土体进气后,干燥与增湿曲线的斜率随着孔隙比的增加而增大,且孔隙比较大时土体的滞回特性更明显。

生物炭改性填埋场覆盖粉土的甲烷氧化能力试验研究

试验采用一种填埋场覆盖粉土作为土料,分别以木屑和水稻秸秆原料热解的生物炭作为土料的改良剂,通过30 d的甲烷氧化培养瓶试验,研究了粉土以及两种不同生物炭改性土的甲烷氧化能力;同时研究了土样含水率对其甲烷氧化能力的影响。试验结果表明:两种生物炭均能提高粉土的甲烷氧化能力2.5倍左右。试验中所有土样在含水率在10%时几乎没有甲烷氧化能力。粉土以及两种生物炭改性土的甲烷氧化适宜含水率范围也各不相同,掺入生物炭能够增大粉土的甲烷氧化适宜含水率范围。运用击实曲线估计了试验中土样的水气双开敞(即水气都连通)条件的含水率范围,其结果表明:土样的水气双开敞条件含水率界限差值越大,土样的甲烷氧化适宜含水率界限差值也越大。掺入生物炭增大了粉土土样的水气双开敞条件的含水率范围,因此增大了其甲烷氧化适宜含水率范围。

充泥过程中土工织物管袋的受力和变形分析

为充分认识大型土工织物充泥管袋受力和变形的时变特性,并为管袋设计提供计算依据,采用无量纲化的方法,推求土工织物管袋在充泥过程中,从管袋顶部压力为零(即自由充填)到大于零(即通过泵压充填阶段)的拉力、变形形状以及充填高度随时间变化过程的解答。结果表明:当采用密度为ρ的泥浆充填横截面周长为L的管袋时,从自由充填到泵压充填的临界充填高度为0.1L,单位长度充填体积为0.04L2,对应的管袋拉力为0.002 5ρg L2;管袋在达到临界充填高度后,需要持续增加泵压才能使其继续充填,所需泵压与管袋拉力均随充填高度呈非线性快速增长。