森林物候在低成本定时拍摄相机监测的差异性研究

为研究森林物候的差异性,以地面凋落叶为参考,使用3种类型数码相机(美国Stardot生产的NetCam、日本尼康生产的Coolpix和中国猎科生产的Ltl-5610)评估颜色指数时间序列和物候期与凋落叶的差异;评估数码相机的白平衡模式设置(晴天、阴天、自动)对采集图像的颜色指数和物候期提取的影响;对比设置为固定(或晴天)白平衡模式的NetCam、Coolpix和Ltl-5610之间以及Ltl-5610与华为智能手机之间观测冠层物候的差异。研究结果表明,1)3种相机的绿度指数均与凋落叶季节动态显著相关,且相机与凋落叶估计的物候期没有显著差异;但红度指数不能表征凋落叶动态,其估计的变色高峰日比凋落叶的凋落高峰日晚6~31 d;2)同一台华为智能手机在不同白平衡模式下的绿度指数估计的秋季物候期(叶衰老开始(start of fall,SOF)、落叶高峰(middle of fall,MOF)、落叶结束(end of fall,EOF))差异不显著,但固定或晴天模式估计值的不确定性更低;3)3种数码相机间绿度指数季节变化基本一致,6个关键物候期(展叶开始(start of spring,SOS)、展叶高峰(middle of spring,MOS)、展叶结束(peak of spring,POS)、SOF、MOF和EOF)和2种生长季长度(MOS-MOF和SOS-EOF)普遍差异不显著。MOS和MOF最为稳定,适合用于定义生长季的开始和结束。此研究结果证明低成本国产定时拍摄相机绿度指数监测森林物候的可行性,有助于实现更大覆盖面的物候联网观测,但使用红度指数表征秋季物候需慎重。

CO2储存通量估算方法对森林生态系统碳收支估测的影响

准确测定森林生态系统中CO2储存通量(Fs)对于以涡动协方差(EC)法估算生态系统碳收支具有重要意义,而Fs不同算法引起的森林碳收支估测误差还未被全面评估。本研究利用2018年帽儿山落叶阔叶林的开路EC系统和8层CO2/H2O廓线系统(AP100, Campbell Scientific Inc., USA)数据,比较了2-min平均廓线(P2 min)、30-min平均廓线(P30 min)和30-min平均EC单点法(Ps)3种不同方法估算的Fs对净生态系统交换(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总初级生产力(GPP)估算结果的影响。结果表明:Fs估算方法对森林碳通量的影响总体上随时间尺度增大而不断增大,表明通量数据插补和拆分会进一步放大Fs估算方法的影响。在年尺度上,P2 min法和Ps法的NEE分别比P30 min法的低36.3%和29.4%;P2 min法的Re比P30 min法和Ps法高8.7%;而P2 min法的GPP比P30 min法的高5.4%,Ps法则比P30 min法的低2.1%。传统的P30 min法忽略了CO2浓度的瞬时变化,Ps法缺少林冠层内部CO2浓度变化,因此两者低估了真实Re。近似瞬时廓线的方法(2-min平均)具有更高的时间与空间分辨率,能够更加准确地估算非平坦地形和复杂冠层结构的森林碳收支,这对解决EC法在复杂条件下森林Re和GPP低估、净碳汇高估具有重要启示。

帽儿山温带落叶阔叶林细根生物量、生产力和周转率

细根在森林生态系统能量流动与物质循环中占有重要地位,但其生物量、生产和周转测定尚存在很大的不确定性,而且局域尺度空间变异机制尚不清楚。本研究分析了帽儿山温带天然次生林活细根生物量和死细根生物量在0~100 cm剖面的垂直分布与0~20 cm细根的季节动态、生产力和周转率,对比了采用连续根钻法(包括决策矩阵法和极差法)和内生长袋(直径3和5 cm)估测细根生产力和细根周转率,并探讨了可能影响细根的林分因子。结果表明:76.8%的活细根生物量和62.9%的死细根生物量均集中在0~20 cm土层,随着深度增加,二者均呈指数形式减少。活细根生物量和死细根生物量的季节变化不显著,可能与冬季几乎无降雪而夏季降雨异常多有关。2种直径内生长袋估计的细根生产力无显著差异;对数转换后决策矩阵、极差法和内生长法估计的细根生产力和细根周转率差异显著。随着土壤养分增加,活细根生物量和死细根生物量比值显著增加,死细根生物量显著减少,但活细根生物量、细根生产力和细根周转率均无显著变化;细根周转率与前一年地上木质生物量增长量呈显著正相关,但与当年地上木质生物量增长量无显著相关关系。