西双版纳橡胶农林复合系统土壤团聚体稳定性研究

研究西双版纳地区橡胶-云南大叶茶、橡胶-可可、橡胶-大叶千斤拔、橡胶-咖啡、橡胶-龙血树5种典型胶农复合生态系统及单层纯橡胶林、热带雨林土壤团聚体的稳定性特征、有机碳含量以及与土壤物理性质的关系。结果表明：与热带雨林相比，单层橡胶林〉5mm水稳定性团聚体和〉0．25 mm水稳定性团聚体均极显著降低，平均质量直径下降了103．20％，团聚体破坏率增加了3．6倍；除了橡胶-咖啡复合系统外，其余胶农复合系统〉5mm、〉0．25 mm水稳定性团聚体及MWD均大于单层橡胶林；与单层橡胶林相比，胶农复合系统能使0-10 cm土层有机碳含量增加5．30％-69．69％；团聚体中碳含量表现为，粒径越小，有机碳含量就越低；胶农复合系统不同样地间的土壤理化性质指标存在较大差异，其中土壤容重和土壤孔隙度均与〉0．25 mm和〉5 mm水稳定性团聚体及与MWD呈显著线性关系。综上所述，大面积单层纯橡胶林在改造为胶农（林）复合系统后，其土壤质量状况得到了明显的改善。

稳定同位素在植物水分来源及利用效率研究中的应用

介绍了稳定氢、氧、碳同位素技术在定量区分植物水分来源及利用效率研究中的应用。以往大量研究结果表明,由于植物根系在吸收水分过程中没有发生同位素分馏,所以通过比较和分析植物木质部水分及其可利用水源的氢氧同位素δ值,就可以定量判断植物的水源;植物在光合作用过程中会产生碳同位素的分馏,从而使得植物叶片中的碳同位素组成能够成为指示植物水分利用效率的一个间接指标,是目前研究植物叶片长期水分利用效率的最佳方法;稳定同位素技术作为安全的示踪剂,有助于人类了解植物的生理生态功能,随着该技术的不断完善和研究的不断深入,同位素技术将会在生态学研究的许多领域得到广泛的应用。

西双版纳地区不同胶农(林)复合系统的植物水分利用效率比较

当前,西双版纳地区大面积橡胶单一种植林已引发了诸多的生态环境问题,为解决这些问题同时协调当地的经济发展,农林复合系统被生态学者们认为是最好的解决办法。然而目前关于不同间作模式下橡胶树水分利用效率研究还很少。因此,于2013-2014年的雨季中期(8月)和末期(11月)、雾凉季(1月)、干热季(3月),分别测定了中国科学院西双版纳热带植物园内四种不同胶农(林)复合系统(橡胶—叶茶、橡胶—咖啡、橡胶—大叶千斤拔、橡胶—可可复合系统)及单层橡胶林的土壤含水量、橡胶树及其林下间作植物的枝条凌晨水势和正午水势,以及它们植物叶片的δ^(13)C值,分析了各胶农(林)复合系统内橡胶树的水分利用效率,以期遴选出水分关系配置合理的复合橡胶林栽培模式,为环境友好型橡胶种植林的建设和推广提供相关的参考依据和理论支持。结果表明:除橡胶—可可复合系统以外,其余胶农(林)复合系统内的橡胶树水分利用效率值均高于单层橡胶林;橡胶—大叶千斤拔复合系统的土壤含水量显著高于其它复合系统;橡胶—叶茶复合系统的土壤含水量虽然低于橡胶—大叶千斤拔复合系统,但其最为稳定、季节变化小;橡胶—咖啡复合系统的水分利用效率最高最稳定,即使受到寒害也没有引起明显变化;而橡胶—可可复合系统的作用不明显,所有特征都与单层橡胶林相似。这表明除了橡胶—可可复合系统外,其他3种胶农(林)复合系统都显著地缓解了橡胶树在旱季所遭受的水分胁迫,同时也能有效地抵御突发性天气灾害。

丛林式橡胶林内植物水分利用效率与叶片养分含量

选取西双版纳地区丛林式橡胶林为研究对象,以纯橡胶林为对照,分别在2016年干季(3月)和雨季(5、6、7月)进行取样,测定两个样地内植物叶片δ13C值,比较植物水分利用效率,测定叶片C、N、P含量,计算叶片N/P值,分析植物对养分的利用与竞争关系,并综合分析植物水分利用效率与养分之间的相关性。结果表明,干季橡胶树受到干旱胁迫,其水分利用效率显著高于雨季,此时叶片N、P含量也显著高于雨季;丛林式橡胶林内橡胶树水分利用效率低于纯橡胶林内橡胶树,叶片N、P含量和N/P值均高于纯橡胶林中橡胶树;两个样地内不同植物与不同时间的水分利用效率,叶片C、N、P含量和N/P值均存在显著差异;相关性分析表明,水分利用效率与叶片N、P含量呈正相关,与叶片C含量、N/P值呈负相关。因此,丛林式橡胶林内橡胶树能更好地应对干旱,具有较强的养分获取能力。该研究揭示了丛林式橡胶林内植物水分利用效率以及养分利用特征,表明丛林式橡胶林是一种值得推广的农林复合生态系统。

地面激光雷达点云数据乔灌分离方法研究

针对当前基于地面激光雷达点云数据的乔灌分离方法在不同环境中很难准确地实现分离的问题,提出了一种粗分离和精分离相结合的方法:先对点云数据进行预处理;结合法向量和支持向量机对此进行粗分离;利用RANSAC算法拟合圆柱、结合格网点云数标准差变化筛选乔灌,以及基于点云数标准差的自适应DBSCAN进行最终的精分离。选取了8块不同生长环境的样地进行测试,其乔木提取株数准确率均高于93%。实验结果表明:该方法能够实现不同环境下的地面激光雷达点云高效准确地乔灌分离,并与现有的传统方法相比,其精度和效率更高、普适性更强,为后续植被参数、林木株数准确提取奠定了基础,具有广泛的应用前景。

西双版纳地区胶农(林)复合系统对土壤团聚体的改良作用

研究了西双版纳地区3种典型胶农(林)复合生态系统(橡胶-茶叶、橡胶-可可和橡胶-大叶千斤拔)以及单层橡胶林的土壤团聚体稳定性特征以及土壤结构特征.结果表明:与单层橡胶林相比,胶农(林)复合系统的土壤物理性质得到明显改善,表现在土壤容重降低,土壤孔隙度增大,并且土壤容重和土壤孔隙度均与>2 mm和>0.25 mm水稳定性团聚体以及与各团聚体稳定性指标呈极显著相关性;除了橡胶-茶叶复合系统外,橡胶-可可、橡胶-大叶千斤拔复合系统>2 mm和>0.25 mm水稳定性团聚体含量极显著增多,并且随着土壤深度的增加而下降;相比较单层橡胶林,胶农(林)复合系统团聚体稳定性指标平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)均显著增加,分形维数D值则减小,说明构建胶农(林)复合系统后团聚体更加稳定,土壤质量明显得到改善;逐步回归和差异性检验分析表明,MWD可作为该研究地区最佳土壤结构稳定性指标.

西双版纳地区丛林式橡胶林内植物的水分利用策略

作为一种模仿热带雨林结构而构建的复合式橡胶种植林,丛林式橡胶林比纯橡胶林更符合可持续发展的理念。通过研究丛林式橡胶林内植物的水分利用策略以探索植物合理的种间配置结构,对于优化现存胶园具有重要的指导意义。本研究选取位于中国科学院西双版纳热带植物园内的丛林式橡胶林为实验对象,以纯橡胶林为对照,通过氢氧稳定同位素方法定量区分植物的水分来源,同时通过植物叶片碳同位素比较植物水分利用效率,进而探究植物的水分利用策略。结果表明:(1)丛林式橡胶林平均土壤含水量显著高于纯橡胶林,说明丛林式橡胶林内水分条件更好。(2)纯橡胶林中橡胶树在雨季的水分来源主要为0～5 cm土壤水(81.6%),干季主要利用5～15 cm土壤水(49.6%),对不同深度土壤水利用比例季节性波动大。丛林式橡胶林中橡胶树对不同深度土壤水利用比例季节性波动小,林内浦竹仔和其余乔木种在雨季对浅层土壤水利用比例比干季高,橡胶树为避免种间竞争而增加深层土壤水的利用比例,有利于根系向更深处发展。(3)相较于纯橡胶林,丛林式橡胶林内橡胶树叶片δ^(13)C值季节差异小,说明其水分利用效率稳定。在干季,丛林式橡胶林内橡胶树叶片δ^(13)C值低于纯橡胶林内橡胶树,说明橡胶树在丛林式橡胶林内受到干旱胁迫更弱,此时橡胶树δ^(13)C值高于雨季,橡胶树以此应对季节性干旱胁迫。总的来说,丛林式橡胶林内土壤水分条件更好,植物水分利用策略更为灵活,是一种值得推广的可持续橡胶林管理措施。

基于Sentinel-2影像的洱海叶绿素a质量浓度反演

为动态监测洱海水体富营养污染物,利用遥感技术对反映水体富营养化的核心参数——叶绿素a质量浓度进行反演,建立适合当地当季的反演模型,对水体叶绿素a质量浓度进行宏观监测;通过洱海的秋季Sentinel-2影像和实测叶绿素a质量浓度数据,使用参数相关分析方法选取反演波段,建立BP神经网络模型和多元线性回归模型,随机选择7个样本点对2种模型进行交叉验证后,对洱海叶绿素a质量浓度进行反演。结果表明:Sentinel-2数据与叶绿素a质量浓度具有显著的相关关系(Pearson积矩相关系数的绝对值大于0.7, P <0.001),且分别在单波段、单波段比值和双波段比值中相关系数最大的波段及波段组合为B6、 B7/B6和(B6+B8)/(B7+B8a);隐含层神经元节点数为4的3层BP神经网络模型的均方根误差最小,决定系数最大,分别为0.002 8和0.925;2019年10月12日、11月9日,洱海叶绿素a质量浓度在空间上均呈北部高于南部的分布状态;BP神经网络模型的平均绝对误差百分比为21.36%、均方根误差为0.002 8、决定系数为0.925,多元线性回归模型的平均绝对误差百分比为27.90%、均方根误差为0.004 5、决定系数为0.788。总体而言,BP神经网络模型的叶绿素a质量浓度反演精度高于多元线性回归模型。本研究成果可为相关部门对洱海水质进行动态监测以及制定洱海水质保护措施提供参考。

西双版纳地区橡胶复合林雨滴动能及降雨侵蚀力

采用滤纸色斑法、Ellison溅蚀杯法于2013年5月至7月在西双版纳热带植物园橡胶复合农林示范区测定了不同种植模式胶农复合林下雨滴分布、土壤潜在溅蚀率。结果表明:(1)单层橡胶林,橡胶-茶叶、橡胶-咖啡、橡胶-可可、橡胶-千斤拔等复合林下单位降雨能量分别为28.39、7.07、18.13、14.77和8.37 J m-2mm-1,说明胶农复合系统林能有效降低穿透雨动能;(2)胶农复合系统林下土壤溅蚀率小于单层橡胶林。橡胶-茶叶,橡胶-咖啡,橡胶-可可,橡胶-千斤拔等复合林下的潜在土壤溅蚀率分别为单层橡胶林的0.27、0.77、0.46、0.64倍;(3)土壤溅蚀率与降雨动能呈显著的正相关关系。胶农复合系统能够有效降低林下土壤溅蚀率以及单位雨量动能,因此合理的推广胶农复合系统,既能带来一定的经济效益,同时也可以缓解西双版纳地区水土流失的现状。