长白山阔叶红松林径级模拟研究——林分模拟

该文利用指数分布、Weibull分布和混合分布3种类型7个方程模拟长白山阔叶红松林径级分布.研究结果表明,长白山阔叶红松林的径级分布不是理想的倒“J”型,基本为“S”型;用3个负指数方程和修正指数方程模拟均为倒“J”型,在半对数图上为直线;Weibull方程模拟出了单峰,但是效果一般;用2个和3个组分的Weibull混合模型对长白山阔叶红松林径级分布进行了成功模拟,3个组分的Weibull混合模型的模拟效果有所提高,但是并没有显著改善.

太阳辐射对长白山阔叶红松林净生态系统碳交换的影响

太阳辐射是植物进行光合作用的前提条件,因此成为影响植被吸收大气CO2的重要环境因子。该研究基于30min通量和常规气象数据,以相对辐射和晴空指数为指标,分析了2003～2006年生长旺季(6～8月)太阳辐射的改变对长白山阔叶红松(Pinus koraiensis)林净生态系统碳交换(Net ecosystem exchange,NEE)的影响。结果表明:天空有一定云层的覆盖对阔叶红松林碳的净吸收有明显的促进作用。4年里6～8月间生态系统最大光合速率在天空有云覆盖时较晴空条件下分别提高了34%、25%、4%和11%。在晴空指数约为0.5的中等辐射条件下,该生态系统的NEE达到最大。对生态系统碳的净吸收有促进作用的临界相对辐射约为37%,而使该生态系统NEE达到最大的最适相对辐射约为75%。进一步分析表明,天空云量的增多和云层厚度的增加会引起散射辐射比例的增加、大气温度和水汽亏缺程度的降低等环境效应,由此可能会导致冠层光合作用的增加和地上部分呼吸的减弱,从而共同决定了净生态系统碳吸收作用的增强。

长白山阔叶红松林中影响乔木幼苗存活的关键因素

应用广义线性混合模型,对长白山阔叶红松林中影响幼苗存活的生物因素和非生物因素进行分析。结果表明:(1)在群落水平上,幼苗存活率和生物因素中同种幼苗邻居显著负相关,说明在阔叶红松林群落中存在负密度制约效应。(2)生物因子和非生物因子对不同年龄阶段的幼苗存活率影响不同。对于1年生的幼苗,幼苗存活率与异种大树邻居呈显著负相关,与同种大树邻居呈显著正相关;对于2—3年生的幼苗,其存活率和同种幼苗邻居、同种大树邻居均呈显著负相关,和非生物因子相关不显著;对于4年生以上的幼苗,其存活率和土壤主成分分析的PC1(低的有机质、速效钾、速效氮等比较贫瘠的土壤)显著负相关。(3)种子的传播方式不同,幼苗存活率的影响因子也不同。对于风传播的物种,存活率与同种幼苗邻居密度显著正相关。对于重力传播的物种,幼苗存活率与土壤PC3(高的全氮和速效氮,含氮较高的土壤)、异种大树邻居、草本密度呈负相关,与林冠开阔度和草本盖度成正相关。(4)对于不同的物种,影响幼苗存活的因素也不同。紫椴的幼苗存活率与土壤PC3、异种大树邻居、草本密度呈显著负相关,与土壤主成分PC2(高的有机质和全氮等养分比较好的土壤)呈显著正相关。

长白山阔叶红松林近22年的气候动态

长白山阔叶红松林作为典型的温带森林生态系统,其长期的气候动态状况对研究全球变化具有重要的意义.本文采用中国科学院长白山森林生态系统定位站气象观测场1982～2003年的地面常规气象观测资料,对长白山阔叶红松林的光能因子(包括年日照时数、年日照百分率)、热量因子(包括年平均气温、1月、7月月平均气温、年极端最高、最低气温、年积温)、水分因子(包括年总降水量、年最大雪深、相对湿度、年总蒸发量)、以及年平均风速与风向等气候因子进行了分析,从而得出这些因子22年的平均值及其动态变化趋势,进而为相关领域的研究提供基础资料.

长白山阔叶红松林土壤CO_2释放通量

利用静态箱/气相色谱法对长白山阔叶红松林林下土壤CO2释放通量进行了测定.结果表明:土壤CO2通量年变化具有明显的季节差异,在一年中温度最高的7～8月份,土壤CO2释放通量值最大,可达770.29mg·m-2·h-1,而在最冷的1～2月份土壤CO2释放通量最小,其通量仅为33.23 mg·m-2·h-1.土壤CO2通量的变化与大气、土壤表层、地下5 cm处温度的变化呈明显的正相关关系:CO2释放通量随温度的升高呈指数函数上升;地下5 cm处温度与土壤CO2通量的相关性最显著(R=0.80,P＜0.001,n=61);CO2释放通量与土壤含水量之间也存在着正相关关系,但显著性不高.

长白山阔叶红松林通量观测的footprint及源区分布

该文根据通量观测塔上2 0 0 3年12个月连续的通量观测资料,应用Schmid (1994)的FSAM(TheFlux_SourceAreaModel)模型,分析不同大气条件下源区分布.结果表明:①源(汇)区分布的基本特点是:不稳定条件下,传感器测得的通量信息源区比稳定条件时近,源区面积相对小;相同水平下非生长季的信息源区比生长季的信息源区大.②在主风方向2 0 0°～2 90°,生长季不稳定条件下,通量测量的信息源区(P =0 8)迎风方向范围在0～60 0m之间,垂直于迎风方向范围在-3 0 0～3 0 0m之间;稳定条件下,分别为0～15 0 0m ,-10 0 0～10 0 0m ;在非生长季相同大气条件下,迎风方向和垂直迎风方向的范围较均值略大些,而风向在0°～90°、90°～2 0 0°、2 90°～3 60°时,相同大气条件下,其范围与主风向生长季的范围近似.③12个月统计结果表明,76%的信息来自于西南至西北方相对均质的阔叶红松原始林,其中footprint取得最大值的源区在塔西南方10 0～40 0m范围内,几乎没有来自北偏东方向的城镇下垫面的信息,而在塔东南方0 5km以外的其他类型下垫面对通量测量的影响约3 %左右.

气象条件对长白山阔叶红松林CO_2通量的影响

利用涡动相关技术观测资料和同步的气象要素监测资料，探讨了温度、光合有效辐射和空气饱和差对长白山阔叶红松林生态系统CO2通量的影响，结果表明，白天CO2通量主要受光合有效辐射的制约，二者符合Michaelis-Menten方程，同时空气饱和差也有一定的影响，空气越干燥，光合吸收能力下降越明显，这种敏感性在6月较显著．该生态系统的暗呼吸强度主要受土壤温度的影响，二者符合指数关系，另外，土壤温度对暗呼吸的影响还与季节有关，在相同土壤温度下，4～7月的呼吸强度比8～11月的高．日净碳交换与日平均气温符合指数关系．通过CO2通量和温度，光合有效辐射的年度变化规律发现，森林生态系统碳交换的季节变化是温度和光照综合作用的结果，其中6月份碳汇强度最大，7，8月次之，全年的净碳吸收量为-184gC．m^-2．

长白山阔叶红松林CO_2交换的涡动通量修订

利用长白山森林通量站涡动相关实测数据,定量分析了超声风速仪倾斜修订、频率响应修订和平流损失修订对CO2交换计算值的影响.结果表明,对于超声风速仪倾斜修订,平面拟合坐标变换要优于流线坐标变换,后者会导致通量低估,低估量与仪器或下垫面倾斜度有关.日间,对CO2通量频率响应局限的修订量约为3.0%,对能量通量的修订量约为2.0%;夜间,两者修订量分别为9.0%与5.5%,修订结果与林内大气层结稳定性密切相关.在平坦下垫面条件下,CO2通量平流修订主要表现为晚间垂直平流损失,在忽略水平平流时其修订量约为18%.指出对复杂观测条件下的水平平流与湍流特征有待于进一步研究.

长白山阔叶红松林演替序列水分利用效率特征

水分利用效率是反映植物水分利用的客观指标,对其研究有助于了解陆地生态系统的碳水耦合机制。本研究利用稳定碳同位素技术分析了长白山阔叶红松林演替序列下3种林分(中龄杨桦林、成熟杨桦林、阔叶红松林)中优势树种的水分利用效率。结果表明:3种林分的水分利用效率在不同演替阶段存在阔叶红松林>中龄杨桦林>成熟杨桦林的大小顺序,且同一树种在不同林分中水分利用效率不同,中龄杨桦林中山杨和白桦的水分利用效率高于成熟杨桦林,阔叶红松林中水曲柳的水分利用效率远高于其在中龄杨桦林,阔叶红松林中色木槭和蒙古栎的水分利用效率高于其在成熟杨桦林;优势树种的水分利用效率存在木材类型上的差异,总体呈现环孔材树种>散孔材树种;阔叶红松林优势树种中,阔叶树种和针叶树种的水分利用效率在生长季呈现两种不同的变化趋势,水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴总体呈现先减小后增加的趋势,而红松呈现先增加后减小的趋势。生长季阔叶红松林的水分利用效率与温度呈显著负相关。不同的水分利用效率是长白山阔叶红松林优势树种适应演替进程、响应气候和环境变化的策略之一。

长白山阔叶红松林土壤氮转化过程对长期施氮和降水变化的响应

土壤氮循环是森林生态系统主要的生物地球化学过程之一,具有重要的环境效应.本研究以长白山阔叶红松林为对象,通过人工氮添加和透明V型板截雨模拟氮沉降(NF)、降水减少(RR)以及两者交互作用(RF),分析了土壤硝化作用、反硝化作用,以及硝化功能微生物(氨氧化古菌(nifH)AOA和氨氧化细菌AOB)、反硝化功能微生物(nirK、nirS和nosZ)和固氮功能微生物对NF、RR及RF作用的响应.结果表明:土壤硝化作用与土壤NH+4-N、反硝化作用与土壤NO-3-N含量呈显著正相关关系;土壤硝化作用和反硝化作用未因3种处理而发生显著变化,反硝化作用表现出明显的季节性动态变化;长期RR处理抑制了长白山阔叶红松林土壤净硝化作用,NF和RF处理则促进了其净硝化作用;nifH和nosZ菌群具有较强的抗胁迫能力,其多样性不易受氮水变化影响,干旱条件下nirK群落组成更容易受氮沉降影响;AOA对干旱具有较高敏感性,AOB对NF和RF处理具有较高敏感性.3种处理可不同程度影响土壤净硝化作用,并改变AOB、AOA和nirK基因反硝化微生物多样性,进而可能影响森林土壤含氮气体释放并改变森林生态系统服务.

植被光合呼吸模型在长白山温带阔叶红松林的优化及验证

植被光合呼吸模型(VPRM)关键参数的确定和优化是准确计算生态系统净CO_2交换(NEE)的基础。利用中国通量观测研究联盟(China FLUX)长白山站温带阔叶红松林2005年的通量观测资料,对VPRM的4个参数(最大光能利用率ε_0、光照为半饱和条件下光合有效辐射值PAR0和呼吸参数(α、β))进行优化,并使用2006年的观测资料对参数优化前后的模拟结果进行评估。结果表明:参数优化后,VPRM能够较好地模拟长白山地区2006年植物生长季NEE的变化。对30min NEE模拟的平均误差为-1.81μmol m^(-2)s^(-1),相关系数为0.72,模拟NEE平均日变化的峰值约为观测值的91%,相关系数为0.97。但在植物非生长季模型对森林NEE的模拟效果较差。模型模拟30min NEE的平均误差为0.39μmol m^(-2)s^(-1),相关系数仅为0.10,并且模拟低估NEE平均日变化白天吸收峰值约82%,日变化模拟值与观测值的相关系数为0.50。通过分析不同天气个例,发现模型可以较好地模拟晴天条件下NEE的变化,而对阴雨天NEE的模拟误差较大。该研究有利于提高VPRM模型对温带落叶阔叶林NEE的模拟能力,对进一步改进区域陆地NEE的模拟具有重要意义。

大气CO_2倍增对长白山不同树种的苗木的影响(英文)

Eco-physiological responses of seedlings of eight species, Pinus koraiensis, Picea koraiensis, Lanx olgensis,Populus ussuriensis, Betula platyphylla, Tilia amurensis, Traxinus mandshurica and Acer mono from broadleaved/Korean pine forest, to elevated CO2 were studied by using open-top chambers under natural sunlight in Changbai Mountain, China in two growing seasons (1998-1999). Two concentrations of CO2 were designed: elevated CO2 (700 pmol· mol^-1) and ambient CO2 (400μmol· mol^-1). The study results showed that the height growth of the tree seedlings grown at elevated CO2 increased by about 10%-40% compared to those grown at ambient CO2. And the water using efficiency of seedlings also followed the same tendency. However, the responses of seedlings in transpiration and chlorophyll content to elevated CO2 varied with tree species.The broad-leaf tree species were more sensitive to the elevated CO2than conifer tree species. All seedlings showed a photo-synthetic acclimation to Iong-term elevated CO2.

氮沉降增加对原始阔叶红松林蚯蚓种类和数量的影响

氮沉降是影响陆地生源要素生物地球化学循环的主要环境因子之一。以往对凋落物和土壤有机碳降解过程中分解者的作用研究主要集中在微生物方面,而对土壤动物蚯蚓的研究较少。对中国长白山阔叶红松林林地施氮处理6年,施氮量为背景条件下增加N 50 kg·hm^(-2)·a-1,运用手捡法和方形土壤采样器对森林覆盖层和土壤矿质层中蚯蚓种类和数量进行了调查,并采用元素分析仪测定了凋落物和土壤层中的有机碳氮含量。结果显示,在对照和施氮样地,蚯蚓的种类和密度分布模式相似,共观察到4种类型的蚯蚓,分别是表栖类的赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)和环毛蚓(Pheretima sp.)、内栖类和深土栖类的长白山杜拉蚓(Drawidachangbaiensis)及蚯蚓的幼虫线蚓(Enchytraeidae spp.)。其中,Eiseniafoetida种类的密度最大,可以达到25 individuals·m^(-2),其次为Drawidachangbaiensis种类,其密度可达到6 individuals·m^(-2),Pheretima sp.的密度最小,甚至在本次调查的施氮样地并未发现该类蚯蚓。3种功能群在两个处理中总的密度分别为对照样地23 individuals·m^(-2)、施氮样地为31 individuals·m^(-2),长白山阔叶红松林对照和施氮土壤中蚯蚓的种类和密度没有明显差异(P=0.238)。在调查的4个层位中,总碳并未受到氮添加的影响,同时,总氮也并未呈现出显著的变化,这与蚯蚓的研究结果一致。该研究可为氮沉降对森林生态系统的影响的进一步研究提供参考。

土壤水分胁迫对树木N_2O排放速率的影响(英文)

采用封闭罩-气相色谱法观测研究了干旱胁迫对长白山阔叶红松林的几种优势树种-红松(Pinuskoraiensis)、水曲柳(Fraxinusmandshurica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、椴树(Tiliaamurensis)和蒙古栎(Quercusmongolica)叶片N2O排放,并同步测定5种树木叶片净光合速率、呼吸速率和气孔导度。结果表明:土壤水分胁迫明显降低树木叶片气孔导度、净光合速率和N2O排放速率,叶片气孔是树木N2O排放的主要通道。树木N2O排放以白天为主,在相同的水分条件下,不同的苗木有不同的N2O排放速率,同种苗木的N2O排放随干旱胁迫的加重而减少,在受到不同干旱胁迫时,针叶树红松N2O的排放速率降至正常水分条件下的34.43%和100.6%、阔叶树种N2O排放平均降至31.93%和86.35%。不同干旱胁迫的红松、水曲柳、胡逃楸、椴树和蒙古栎幼树叶片N2O排放速率为34.43、14.44、33.02、16.48和32.33ngN2O.g-1DW.h-1。图1表1参12。

冬季强风条件下森林冠层/大气界面开路涡动相关CO_2净交换通量的UU修正

冬季夜间负净CO2通量的发生机制及合理处置的研究对于准确估算北方森林碳代谢状态具有重要影响．通过对长白山阔叶红松林2002年11月。2003年4月开路涡动相关系统获得的CO2净交换通量及相应交换过程的分析，发现(i)夜间负CO2通量主要发生在强风速条件下；(ii)强风速条件下的压力脉动及平流过程是夜间负净CO2通量主要原因，鉴于对压力脉动及平流过程与CO2净交换同步实时监测的困难，提出了可操作的强风条件下CO2净交换通量的上界摩擦风速(UU*)修正方法，长白山阔叶红松林的UU*=0．4m·s^-1，这个修正也适用于白天；(iii)UU*修正解决了长白山阔叶红松林冬季夜间净交换负总量问题．