热带季节雨林林冠上方和林内近地层CO2浓度的时空动态及其成因分析

为探讨西双版纳独特地方气候背景下,热带季节雨林CO2浓度的时空变化特征和不同时间尺度上环境因素对森林CO2浓度时间分布的作用,以及为研究热带季节雨林的碳通量、净生态系统交换量(Net ecosystem exchange,NEE)等提供支持,我们利用热带季节雨林林冠上方和林内近地层CO2浓度连续监测资料,结合同步气象资料进行了统计分析。研究结果表明:在植被生理活动、土壤呼吸以及林内湍流的共同作用下,西双版纳热带季节雨林CO2浓度表现出明显的日变化、季节变化和林冠上下差异。在日尺度上,林冠上方的CO2浓度时间变化曲线为"单峰型",林内近地层CO2浓度时间变化曲线为"双峰型",造成林内近地层傍晚第二个峰值的主要因子是地形因子作用下形成的局地环流。在季节尺度上,林冠上方CO2浓度主要受林冠代谢作用的影响,呈现雨季低、干季高的特点,而林内近地层的CO2浓度则主要受地表呼吸过程所控制,季节变化趋势与林冠上方相反。林冠上方CO2浓度低于林内近地层CO2浓度,且差异较大;在日尺度上,各月(除12月外)CO2浓度的最大差值皆大于80mg·m-3,且出现在傍晚;在季节尺度上,最大值为-62.9mg·m-3,出现在10月,最小值为-8.4mg·m-3,出现在12月。

Forest-CEW:一个模拟森林“能-碳-水”过程的生态系统模型

过程模型是探究生态系统内部运行机制的一个重要手段,但在这方面,我国目前所开展的原创性工作还比较少,鉴此,本文介绍了一个自主研发的、复杂程度适中、用户易于使用、结构合理、过程机理明确、接口丰富的生态系统过程模型,同时将其命名为Forest-CEW.该模型借鉴了陆面过程模式的框架,对现有的知识进行了整合,而且它还注重对环境生物物理过程和生理过程的刻画,具有友好的用户界面设计.为了验证模型的模拟效果,本文还将其模拟的结果与日本苫小牧站的实测数据进行了对比与分析,结果表明:其模拟效果非常理想,实测和模拟结果的线性回归斜率接近1. 0,决定系数达到了0. 88,并且其可以成功地再现生态系统的内部主要过程.此外,通过在实践中的不断改进,该模型还有望给业界提供更多有益的信息,从而使人们对生态系统的内部过程有更深入的理解.

热带森林植被冠层CO2储存项的估算方法研究

评价植被冠层CO2储存项有助于提高森林-大气层面净生态系统CO2交换量(FNEE)的估算精度。基于西双版纳热带季节雨林2年完整的涡度相关系统和CO2廓线的同步观测资料,详细分析涡度相关法(Fs-EC)和廓线法(Fs-PM)CO2储存项估算结果和变化趋势。结果表明:1)廓线法CO2储存项年平均日变化曲线相比涡度相关法能更真实地反映冠层内外CO2浓度时空变化特征。2)廓线法估算的CO2储存项年总量值为-0.04t/(hm2·a),涡度相关法为-0.17t/(hm2·a)。3)由于复杂地形条件下的西双版纳热带季节雨林存在较大CO2浓度梯度,采用廓线法进行CO2储存项估算比涡度相关法更为合适。

热带雨林土壤呼吸测定代表性时段研究

选取适当时段测定土壤呼吸以代表日平均值,可使短期土壤呼吸观测数据有效应用于土壤呼吸年总量的估算。笔者在西双版纳热带季节雨林使用土壤呼吸自动观测系统在不同月份(1月、4月、7月和10月)进行土壤呼吸连续日变化观测,评估了土壤呼吸代表性时段的有效性。结果表明:在4月、7月和10月使用9:00—11:00作为土壤呼吸代表性时段,与24 h日平均土壤呼吸值相对差异可控制在10%以内;不同月份9:00—11:00土壤呼吸平均值均与24 h日平均值存在偏差,10月相对差异最小,7月最大;选择9:00—11:00时段在多日尺度上可以代表日平均土壤呼吸值,所测算出的Q10值相对接近。

西双版纳热带季节雨林大气稳定度特征

利用2003—2005年西双版纳热带季节雨林林冠上方的常规观测资料和涡度相关观测资料,对树冠边界层的大气稳定度频率分布进行了分析。分别计算了近地层尺度参数和理查逊数,并根据结果对大气稳定度类型进行了划分,分析了大气稳定状态的时间变化,对2种方法得到的结果进行了对比分析,结果表明:2种不同方法计算的稳定度变化趋势是一致的,但不同状态出现频次有所不同;相对于近地层尺度参数法,理查逊数法计算的大气稳定度季节变化和年际变化均较明显,而近地层尺度参数法则未表现出明显波动。

热带雨林冠层树种绒毛番龙眼树冠蒸腾及其与气候因子的关系

利用依据热量平衡原理设计的热扩散探针(TDP),在自然条件下测定了西双版纳热带季节雨林顶级树种绒毛番龙眼(Pometia tomentosa)活体树冠蒸腾量,并定量评价了树冠蒸腾与主要气候因子PAR和VPD的关系。结果表明:绒毛番龙眼树冠蒸腾的昼夜变化趋势与PAR和VPD变化趋势一致,基本呈单峰型。白天蒸腾显著高于夜晚,各月白天的蒸腾量约占全天的80%～90%。树冠蒸腾总量呈现明显的季节变化特征,雨季、雨季末和干热季蒸腾总量平均值分别为530.32、460.81、222.80 kg.m-2.d-1。树冠蒸腾与VPD之间幂指数曲线拟合最好,而与PAR之间直线拟合最好;树冠蒸腾的变化更多地依赖于PAR地变化。

热带季节雨林近地层CO_2堆积的气象条件分析

热带雨林内CO2浓度分布随近地层CO2堆积现象的出现而发生显著变化,对估算林内各层植被冠层CO2储存项有直接影响.通过寻找形成近地层CO2堆积的主要气象控制因子,有助于判别不同气象条件在近地层CO2堆积中的作用.采用基于因子分析的主成分提取方法,将8个气象因子观测资料整合为3个主成分,并逐一揭示4个典型时期各主成分的支配因子在近地层CO2堆积形成中的作用.结果表明:热量条件是影响11—12月(雾凉季)、3—4月(干热季)、9—10月(雨季后期)近地层CO2堆积的主要气象条件.水分条件是6—7月(雨季前期)近地层CO2堆积的主要气象条件.动力条件对近地层CO2堆积影响较弱,仅起到辅助作用.

热带滨海砂土植被与大气通量监测初报

为了深入研究滨海砂土植被的结构和功能,兼顾探索航天活动对当地环境和生态系统的影响,对热带滨海砂土植被开展了定位观测研究。以涡度相关系统、辐射仪以及各种小气候和土壤监测设备组成综合观测塔,对生态系统的物质和能量交换通量进行了监测。监测期内(2015年12月~2016年6月)热带滨海砂土植被是一个碳汇,平均碳汇强度约为1.90(或1.98)g C day^(-1);涡度通量监测系统的能量闭合度约为75%,不闭合的部分极有可能是因为辐射仪与涡度通量的贡献区不同所致;夜间通量低估数据的比重不高,大约占20%左右,进行u*-filtering对碳通量的估计影响不大;昼间和夜间碳通量分别对辐射强度和温度有较强的依赖性。

中国热带-温带地区森林群落种序多度的纬度梯度变化分析

为了深入了解森林群落物种多度分布格局在纬度梯度上的分布特征,以位于21°~42°N纬度范围内的4个具有代表性的森林群落为研究对象,采用纯统计、中性理论和生态位理论三类物种多度分布模型进行拟合优度检验,结合群落多样性的变化特征进一步分析,结果表明:在此纬度梯度上,各森林群落中α多样性均随纬度升高逐渐减小;在种多度模型拟合方面并未显示出纬度梯度上的差异,结果均为中性理论模型中的复合群落零和多项式模型的拟合效果最优;随纬度上升,群落中常见种和稀有种物种数均逐渐减少,稀有种种多度分布拟合结果与整体群落种多度分布最优模型一致,而常见种种多度分布拟合结果则显示出生态位理论模型中的断棍模型效果更优。热带雨林群落中的稀有种比例较高,当受到干扰时更容易造成物种的丧失,从而具有更高的保护价值。

云南不同林龄橡胶林土壤有机碳含量变化及影响因子

【目的】探讨云南植胶区不同林龄橡胶林土壤有机碳含量变化特征及其影响因子,为天然橡胶产业的可持续发展提供理论依据。【方法】以云南省景洪市、瑞丽市和河口县3个植胶区5种林龄(0~5年、10~15年、16~20年、26~30年和31~35年)橡胶林土壤样品为对象,用pH计法测定土壤pH,烘干法测定土壤含水量,重铬酸钾容量—外加热法测定土壤有机碳含量,并用冗余分析探究影响土壤有机碳含量的影响因子。【结果】(1)云南橡胶林土壤有机碳含量为7.22~22.82 g/kg;其中景洪植胶区土壤有机碳含量最高,平均值为17.90 g/kg;最低的是河口植胶区,平均值为10.62 g/kg。(2)云南各植胶区不同林龄土壤有机碳含量差异比较:景洪0~5年、10~15年和16~20年3个龄级土壤有机碳含量均显著高于26~30年和31~35年2个龄级(P<0.05),瑞丽0~5年土壤有机碳含量显著高于26~30年和31~35年2个龄级(P<0.05),河口各龄级土壤有机碳含量差异不显著(P>0.05);云南各植胶区土壤有机碳含量总体上表现出表层(0~20 cm)高于深层(>20~40 cm)的特征。(3)地理位置(纬度、坡度和海拔)、气温和降水量对植胶区土壤有机碳含量空间差异的影响较大;土壤含水量、土壤pH、郁闭度和树高等的影响次之;不同土地利用类型对土壤有机碳含量的影响差异不显著(P>0.05)。【结论】云南橡胶林土壤有机碳含量存在空间、林龄以及土层之间的变化。

不同龄级橡胶林土壤有机碳组分及其影响因素

【目的】对比分析不同龄级橡胶林土壤各组分碳含量及影响因素,为云南省乃至我国植胶区土壤质量和天然橡胶产业的高效发展提供理论依据。【方法】以西双版纳景洪农场九分场为采样地,选取5种龄级(2、10、16、27和34 a)橡胶林不同土层土壤样品为试验样本,测定土壤主要理化性质及土壤有机碳各组分含量,采用单因素方差分析、相关分析等方法分析不同龄级、不同土层(0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm)间土壤有机碳各组分的差异及影响因素。【结果】5种不同龄级橡胶林的土壤理化性质存在差异,土壤pH在2.59~4.47,含水量在17.48%~40.38%,土壤容重在0.99~1.40 g/cm,全氮含量在0.75~1.37 g/kg,全磷含量在0.45~1.68 g/kg,全钾含量在1.70~22.71 g/kg。不同龄级橡胶林的土壤有机碳组分含量存在差异,土壤总有机碳含量在7.51~20.13 g/kg;易氧化有机碳含量在2.81~7.20 g/kg,占土壤总有机碳含量的13.96%~95.87%;稳定态有机碳含量在1.82~4.69 g/kg,占土壤总有机碳含量的9.04%~62.45%;水溶性有机碳含量在0.23~0.52 g/kg,占土壤总有机碳含量的1.14%~6.92%。土壤有机碳组分在不同土层中的变化规律相似,即随着土层深度增加各组分碳含量下降,表现为0~10 cm>10~20 cm>20~40 cm。相关分析结果表明,土壤有机碳各组分关系密切,总有机碳含量与易氧化有机碳和稳定态有机碳含量呈极显著正相关(P<0.01,下同),与水溶性有机碳含量相关程度不显著(P>0.05,下同);土壤理化特性对土壤有机碳组分的影响有所不同,土壤总有机碳含量与土壤含水量、全磷含量、全钾含量均呈极显著正相关,与全氮含量呈显著正相关(P<0.05,下同),与土壤pH、土壤容重呈显著负相关;易氧化有机碳含量与土壤含水量及全磷和全钾含量呈极显著正相关,与土壤容重、pH呈极显著负相关;稳定态有机碳含量与全磷和全钾含量呈显著正相关,与土壤容重、土壤含水量呈显著负相关;水溶性有机碳含量仅与全钾含量、土壤pH呈显著正相关,与其余指标的相关性不显著。【结论】不同龄级橡胶林土壤有机碳各组分间相关性较强,且土壤pH、土壤容重、土壤含水量及全氮、全磷和全钾含量均是影响土壤有机碳各组分含量的重要因子,各理化指标间存在密切的相互制约、相互促进关系。

中国西南地区热带森林演替序列碳动态

热带森林的破坏是全球性问题,我国西双版纳森林覆盖率受砍伐、火烧和短期耕种丢荒后,面积不断减少,取而代之的是大面积的不同演替状态的次生林。次生林演替过程中的碳储量和碳平衡的变化目前还鲜有研究,为了进一步揭示我国西南地区热带森林演替对于碳蓄积的影响,并制定更科学的热带森林经营管理措施,以结构复杂、生物多样和生物量巨大的热带森林为研究对象,并利用3个热带次生林的样地的实测数据,探讨了不同演替状态的热带次生林的碳储量变化,以及森林的净碳蓄积,死亡碳损失和更新碳增长等碳动态规律,分析表明:(1)在森林的演替过程中,森林的胸径分布频度从近正态分布逐渐向小径级的偏态分布发展,也就是随着演替的进展,小径级林木所占的比例越来越高。(2)热带次生林在森林固碳方面发挥着不可忽略的作用。(3)小的干扰,会波及森林的碳动态;大的干扰,如火灾和砍伐,将导致森林的次生演替,对森林的碳动态产生不可逆转的改变。(4)干旱事件是影响凋落物的季节和年间动态的原因,也是短时间尺度上影响碳平衡的一个重要因子。(5)不论原生林还是次生林,大树在生态系统碳动态方面皆扮演着重要的角色,因此本研究推荐注重大树的研究。

海南岛西部橡胶人工林冠层温度变化及其与微气象要素的关系

冠层温度是表征植物生理生态过程及能量平衡状况的重要参数之一。为探讨热带森林冠层温度在不同时间尺度下的变化规律并且初步分析环境因素与冠层温度的关系,本研究利用红外温度传感器测定了海南岛西部橡胶人工林2017年全年的冠层温度数据以及同步得到的冠层微气象资料,对干季和湿季下海南岛西部橡胶人工林冠层温度(Tc)与大气温度(Ta)特征进行了分析,同时结合微气象因子进行了讨论。结果表明:橡胶人工林冠层温度全年各月日变化都为单峰曲线,相比Ta,Tc具有明显的位相前移、变化加剧的特点。白天林冠边界层处于不稳定状态,林冠为土壤-植物-大气连续体(Soil-Plant-Atmosphere Continuum,SPAC)的热源;夜晚林冠边界层为逆温层结,呈稳定状态,林冠为SPAC的冷源。湿季冠层温度高于干季。若仅考虑Ta,Tc与Ta之间具有很好的线性关系,其线性方程为Tc=1.033Ta−0.656;若同时考虑大气温度(Ta)、净辐射(Rn)、相对湿度(RH)与风速(V)等微气象因子,其复相关系数表明全年均呈极显著相关,偏相关系数表明干季冠层温度变化主要受Ta、Rn和RH的影响,其次受V的影响;湿季主要受Ta与RH的共同作用,Rn与V对其的影响相比可忽略不计。此研究结果初步揭示了橡胶人工林冠层温度的全年变化规律及其与众多微气象因子之间的关系,为进一步探究冠层温度变化及其影响机制提供科学依据。

西双版纳热带季雨林通量分配及能量平衡问题

为了探讨我国西双版纳热带季雨林的能量分配和平衡问题,利用涡度相关系统和常规气象仪器的连续监测结果,分析了不同季节的能量通量特征和闭合特点。结果表明,西双版纳热带季雨林全年的净辐射、潜热通量、显热通量、土壤热通量和热储存量分别是4546.07、2453.24、492.22、-10.47和45.93 MJ/m^(2),土壤为热源,潜热年总值占净辐射的54.0%,显热占10.8%,能量以蒸发散为主要的耗损形式。辐射和能量有明显的日变化和季节动态,各能量分量的日变化几乎都呈白天高夜间低的单峰趋势,反照率整体为0.10~0.12,波动不大;波文比季节差异明显,为0~0.8。热带季雨林的全年闭合度为0.67,未考虑热储量时,闭合度为0.51~0.79,考虑热储量为0.53~0.80。可见,在林冠茂密的热带季雨林中,热储量对能量闭合度的贡献不大,忽略热储量并不是导致能量不闭合的主要原因。

土壤有机碳分类与测定方法的研究概述

土壤有机碳的分类与测定方法对研究土壤状况至关重要。通过概述了土壤有机碳库在地球陆地生态系统中的重要性及国内外学者对土壤有机碳组分的研究进展,从物理、化学以及生物等对土壤有机碳进行分类,分析土壤有机碳的各类测定方法,并在前人研究基础上对土壤有机碳研究进行了展望。

吊罗山低地森林不同地形土壤的呼吸变化

以地处热带北缘的吊罗山低地森林为研究区,选择在景观结构上具有显著差异的3种地形(分别为平地、坡地和洼地)为研究对象,利用LGR便携式温室气体分析仪及土壤气体通量监测系统,测定吊罗山热带低地森林不同地形土壤呼吸速率和土壤温湿度,研究不同森林地形土壤呼吸的季节变化规律及其差异,并探讨土壤呼吸与水热因子的关系。结果表明:(1)平地和坡地的土壤呼吸速率均表现出“雨季高、旱季低”的动态变化,雨季6~8月出现排放峰值;洼地则出现“雨季低、旱季高”的动态变化,进入旱季土壤呼吸速率升高,3~5月出现排放峰值,雨季开始降低;(2)不同地形的土壤呼吸年积累量大小具有明显差异,表现为洼地[(986.37±46.91)g C·m^−2·a^−1]>坡地[(901.46±47.00)g C·m^−2·a^−1]>平地[796.85±36.86)g C·m^−2·a^−1];(3)不同地形土壤呼吸与土壤温湿度的关系并不一致,其中坡地的相关关系最显著(P<0.01),Q10值为3.19。综上所述,吊罗山低地森林中不同地形土壤呼吸存在显著差异,当把土壤二氧化碳通量外推到更大尺度时,必须要考虑地形的复杂性。

喀斯特森林优势树种蒸腾特征及其对气孔和气象因子的响应

【目的】开展茂兰喀斯特森林优势树种的水分生理生态适应性研究,深入认识喀斯特原生林的水文生态过程和稳定性维持机制,为岩溶地区退化生态系统修复和喀斯特森林生态系统保护提供依据。【方法】采用热扩散探针(TDP)对喀斯特森林6种树种树干液流连续监测,结合电子显微镜观测叶片气孔特征,同步测定气温、太阳辐射、相对湿度、降水量环境因子,采用相关分析法分析不同时间和季节尺度下植物蒸腾特征对叶片气孔及气象因子的关系。【结果】1)不同树种的日均蒸腾速率呈青冈栎582.61±42.01 g/(m^(2)·h)>柿树472.58±73.05 g/(m^(2)·h)>朴树365.98±17.14 g/(m^(2)·h)>光叶山矾309.22±50.03 g/(m^(2)·h)>刺楸269.08±62.42 g/(m^(2)·h)>小花梾木181.42±35.80 g/(m^(2)·h);2)月蒸腾量表现为常绿树种大于落叶树种,观测季节月蒸腾量表现为青冈栎>光叶山矾>小花梾木>朴树>柿树>刺楸。3)气孔密度大小为青冈栎>柿树>朴树>光叶山矾>刺楸>小花梾木,不同树种之间的气孔密度呈显著差异(P<0.05),气孔密度越大,气孔长度、宽度与保卫细胞也越大。4)6种树种的气孔密度与自身蒸腾速率之间表现出显著正相关(P<0.05)或极显著正相关(P<0.01),表明气孔密度越大,蒸腾速率越强,其中光叶山矾、青冈栎、柿树和小花梾木的蒸腾速率对气孔密度的响应最强。5)气象因子对树种的气孔密度影响不明显,但对气孔长度或宽度产生显著影响。【结论】叶片气孔形态特征及气象因子共同调节树种蒸腾速率,有较高气孔密度的树种抵御水分胁迫的能力较强,可作为喀斯特地区生态修复的优选树种。

遮光对海菖蒲形态特征及元素含量的影响

为了探索海草在弱光环境下的响应机制,阐明海草生态系统衰退的原因,以海南优势种海菖蒲(Enhalus acoroides)为研究对象,通过原位搭建遮光棚模拟不同的光照强度,研究海菖蒲的形态特征、生物量和元素含量等对短期光照减少的响应规律。结果表明:不同遮光处理下,海菖蒲的叶长、叶宽、茎长、叶片数以及植株密度均低于全光照处理;海菖蒲地上部分生物量在遮光处理下显著降低,而地下部分生物量受遮光影响不显著;在遮光处理下,海菖蒲叶片与根茎的有机碳(C)含量均呈现减少的趋势,而全氮(N)、全磷(P)含量向叶片的分配比例较根茎多,说明弱光环境诱导海菖蒲将更多的能量和养分分配给地上部分,从而更好地增强自身的光合作用;遮光处理显著降低了叶片的碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P),根茎的碳氮比(C∶N)稍有降低,C∶P和N∶P呈现先降低后升高的变化趋势,但影响均未达到显著性水平。说明光照减少会抑制海菖蒲的生长发育。

基于过程模型的泰国热带森林碳通量动态模拟解析

本研究收集整理泰国SKR站2001-2003年热带季节性常绿林CO2垂直梯度浓度和气温、降水等气象数据集,耦合并改进NCEAS模型,在月尺度上模拟季节气候变率下热带森林碳源-汇的收支过程。结果表明:(1)泰国SKR监测站热带森林表现为较明显的雨热同期现象,雨季(4-10月)降水量占全年的90%以上,温度在4-5月达到峰值。干季与雨季的CO_(2)浓度存在明显的差异,呈现雨季低、干季高;垂直方向上,CO_(2)浓度随高度的增加而降低。(2)降水量影响是SKR监测站热带森林的生产力变化的主要因素,改进后的NCEAS模型能够较准确地模拟月尺度森林的NPP;6-7月是改进后的NCEAS模型模拟热带森林的月NPP的最佳时间尺度。(3)构建的模型具有较高的拟合精度:r=0.69,RMSE=14.93 gC·m^(-2)·月。似然函数值RMSE对活化能Ea及凋落物质量M0不敏感,在参数分布区间内都有低似然值取值;扩散系数k敏感,在参数取值0.4时存在极值,表示k是影响热带森林CO2通量变化的主要影响因子。综上所述,在基于生态系统过程的碳通量模拟研究中,森林内部向大气边界层的CO2扩散过程是森林生态系统碳通量变化的主要影响因子。

橡胶树干CO_(2)释放速率垂直变化及其与树干液流和木质部结构间的关系

为了研究橡胶树(Hevea brasiliensis)干CO_(2)释放速率(E_(s))时空动态变化特征及其影响因素,提高人工橡胶林生态系统呼吸计算的准确性。利用便携式红外气体分析系统(IRGA)对海南人工橡胶林样树不同垂直高度的E_(s)进行为期1年的原位监测,包括1.5 m处E_(s1.5)、3.0 m处E_(s3.0)、4.5 m处E_(s4.5),并同步监测了样树的树干液流密度(F_(d)),还通过显微切片法观察各高度树干木质部导管解剖结构,并进行对比分析。结果表明,E_(s)在旱季与湿季呈现明显的季节变化;10月~翌年4月E_(s3.0)>E_(s4.5)>E_(s1.5),5~9月E_(s3.0)>E_(s1.5)>E_(s4.5);橡胶树E_(s)的差异主要受树干液流和木质部结构的影响。通过分析橡胶树树干各高度木质部导管密度和管腔直径的差异,可知管腔直径是F_(d)和E_(s)的主要影响因子,随着管腔内径的增加,液流速度和E_(s)呈增加趋势。