广东湛江桉树人工林碳水通量季节格局及其环境生物控制

【目的】量化桉树人工林生态系统的碳水通量和组分并揭示其受环境生物因子的调控作用,为提高人工林碳汇评估准确性及深入认识气候变化背景下环境生物因子对人工林碳循环过程的影响提供依据。【方法】在雷州半岛北部,采用涡度相关法(EC)测定桉树人工林碳水通量,并同步监测空气温度(Tair)、饱和水汽压差(VPD)、光合光量子通量密度(PPFD)、土壤温度(Tsoil)、土壤湿度(SM)、降水量(Pre)和归一化植被指数(NDVI)等环境生物因子,分析碳水通量和组分的时间变化及其与环境生物因子的关系。【结果】桉树人工林生态系统总初级生产力(GPP)年均值为2907.87 g·m^(-2)a^(-1)、生态系统呼吸(RE)年均值为1509.77 g·m^(-2)a^(-1)、净生态系统碳交换(NEE)年均值为-1398.83 g·m^(-2)a^(-1)、生态系统蒸散(ET)年均值为1069.25 mm,表现为碳汇。GPP、RE、NEE、ET昼夜变化呈非对称单峰趋势,峰值和日均值的绝对值均表现为雨季高于旱季。雨季的GPP、RE、ET累积值高于旱季,NEE累积值在旱季和雨季无明显差异。日间NEE变化的主要影响因子为PPFD,当VPD≥15 hPa时NEE积累受到抑制,气温在中等水平(20℃air<27℃)时净碳吸收能力最强。夜间NEE变化主要受Tair影响,SM会影响NEE对Tair响应的敏感性。水分利用效率(WUE)在旱季(3.85 g·kg^(-1))高于雨季(2.61 g·kg^(-1)),年均值为3.22 g·kg^(-1),季节差异主要由ET主导,与Tair、VPD、PPFD存在显著负相关(P<0.05)。【结论】桉树人工林生态系统在旱季、雨季和全年均表现为碳汇,其碳汇状态和强度由GPP主导。NEE变化主要受PPFD调控,高VPD会抑制生态系统净碳吸收,中等水平温度时生态系统净碳吸收能力最强,SM会影响夜间NEE对Tair响应的敏感性。桉树人工林WUE旱季高于雨季,季节差异主要由ET主导,同时受到Tair、VPD、PPFD的共同影响。

桉树人工林土壤呼吸昼夜变化及其对环境因子的响应

以雷州半岛地区尾叶桉人工林为研究对象,采用LI-8150土壤碳通量测量系统,连续测定其土壤呼吸速率及相关环境因子的昼夜变化规律,分析土壤呼吸的时间变化特征及其对环境因子变化的响应,旨在为桉树人工林生态系统土壤碳排放估算提供数据支持。结果表明:尾叶桉人工林土壤呼吸速率昼夜变化为双峰趋势,最大值和最小值分别在4:00和16:00取得,分别为3.95μmol·m^(-2)·s^(-1)和3.29μmol·m^(-2)·s^(-1),日均值为3.61μmol·m^(-2)·s^(-1)。从昼夜变化来看,土壤呼吸与土壤温度、土壤热通量呈极显著负相关。从月变化来看,土壤呼吸与土壤温、湿度均存在极显著正相关关系。土壤日碳排放量为2.59~4.56 g·m^(-2)。可见,对人工林土壤碳排放进行估算时应考虑不同时间尺度环境因子对土壤呼吸影响的方向和强度。

基于随机森林算法的桉树人工林单木生物量预估模型

单木生物量模型是估测森林生物量的基础。通过标准木法实测雷州半岛地区90株桉树单株生物量数据,随机划分60个样本数据作为训练集,30个样本数据作为验证集。以林龄、树高和胸径为自变量,单木生物量为因变量,使用岭回归模型、异速生长模型和随机森林算法构建模型,采用决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)对模型进行评价。结果表明:随机森林模型的R~2、RMSE和MAE无论在训练集还是验证集均高于岭回归模型和异速生长模型。由随机森林模型的因子重要值可知,胸径是影响单木生物量的主要因子。引入林龄因子后的随机森林模型可以提高单木生物量的预测精度,为碳汇计量提供基础数据和模型支撑。

雷州半岛尾巨桉人工林生理形态特征对季节性干旱的响应

为明确尾巨桉对季节性干旱的响应,进而为全球气候变化背景下桉树人工林的建设、恢复以及可持续经营管理、水资源高效利用提供数据支持和理论指导,本文以典型季节性干旱胁迫区的尾巨桉人工林为研究对象,通过监测和分析尾巨桉的蒸腾速率、气孔导度、叶片水势和各冠层结构参数的季节变化特征,明确尾巨桉旱雨季间各生理特征和冠层形态方面的差异,从而揭示其应对季节性干旱的生理形态响应。结果表明:尾巨桉旱季的平均蒸腾速率(0.048 cm·min^(-1))显著小于雨季的平均蒸腾速率(0.064 cm·min^(-1)),平均气孔导度变化规律和平均蒸腾速率一致,旱季(0.39mm·s^(-1))显著小于雨季(0.49mm·s^(-1))。尾巨桉旱季的平均黎明前叶片水势为-1.41MPa,平均正午叶片水势为-1.79Mpa,均显著小于雨季(平均黎明前叶片水势-1.17MPa,平均正午叶片水势-1.47MPa),正午与黎明前的水势差旱季平均为0.39MPa,显著大于雨季的平均水势差(0.29MPa)。旱季的叶面积指数(LAI)为1.93,显著小于雨季的2.34,旱季的平均叶倾角(56.34°)和冠层总孔隙度(18.33%)均显著大于雨季(平均叶倾角53.26°,冠层总孔隙度13.85%)。研究结果说明尾巨桉为应对季节性干旱,在冠层形态方面会通过主动的叶运动(增加叶倾角和主动落叶)方式来减小截获的辐射进而降低树体的水分散失;在生理方面,尾巨桉会通过降低冠层气孔导度来降低蒸腾速率从而减少树体的水分散失,同时还通过降低自身水势、增加叶片和土壤之间的水势差来提高其在旱季的吸水和保水能力。

不同更新方式对雷州半岛尾细桉生长及生物量分配特征的影响

为准确认识更新方式对桉树人工林生长及生物量的影响,进而为不同培育目标桉树更新方式的筛选提供理论依据和数据支持,文章以相同林龄梯度的尾细桉植苗林和萌芽林为研究对象,探讨两种更新方式对生长和生物量分配特征的影响。结果表明:萌芽林前期胸径和树高显著大于植苗林,但增长速率的下降幅度大于植苗林,胸径在5年生时以及树高在7年生时两种更新方式之间已无显著差异。两种更新方式之间尾细桉各器官的生物量分配随林龄变化存在显著差异,但这种差异主要体现在树干和树根上。两种更新方式下的尾细桉各器官生物量均随着林龄的增大呈极显著的线性增加,但增长速率表现为萌芽林小于植苗林。萌芽林各器官的生物量显著大于植苗林的优势平均可维持到5年生,之后两种更新方式之间各器官生物量基本无差异,但从增长速率的趋势来看,植苗更新在生长后期的生长潜力要高于萌芽更新。因此,在桉树栽培实践中,可根据不同的培育目标选择不同的更新方式以获得最大的效益,以培育短轮伐期为主的尾细桉人工林利用萌芽更新的方式造林;而以培育大径材为目标的尾细桉人工林可利用植苗更新的方式造林。

雷州半岛不同林龄尾细桉生物量预测评价

分析不同林龄尾细桉各器官生物量分配特征,构建并筛选最优生长模型,为有效估算尾细桉各器官生物量提供参考。以广东湛江雷州半岛不同林龄(1、3、5、7、8年生)尾细桉为研究对象,测量树干、树皮、树枝、树叶、树根各器官生物量,并计算地上部分以及单株总生物量。将胸径(D)和树高(H)及其派生变量DH和D^(2)H,作为预测变量构建生物量模型,进而预测不同林龄尾细桉各器官、地上部分以及单株总生物量,并对其预测效果进行比较,筛选最优模型。结果表明:林龄显著影响尾细桉各器官生物量的分配格局,且随着林龄的增加,树干生物量占比不断增加,稳定在70%左右,树皮、树枝和树叶生物量占比不断减小,根生物量占比相对稳定。以D、H、DH和D~2H作为预测变量构建的生物量方程大多能达到相对较高的预估精度,可在尾细桉生物量评估中应用,最优自变量则因器官不同有所差异。引入林龄因子重新建模,各器官生物量、地上部分生物量和单株总生物量预测模型的拟合效果均有改善,降低了林龄对生物量的影响,提升模型拟合效果。

尾巨桉人工林土壤呼吸对林下植被管理措施的响应

【目的】探究不同林下植被管理措施对雷州半岛尾巨桉Eucalyptus urophylla×E.grandis人工林土壤呼吸及其组分的影响,为准确评估桉树人工林土壤碳循环提供科学依据。【方法】以尾巨桉人工林为研究对象,实施物理和化学(施用除草剂)方式去除林下植被,并以未去除为对照。采用LI-8100A土壤碳通量自动测量系统,对土壤总呼吸及其组分速率、土壤温度和湿度(5 cm深处)进行为期1 a的连续监测。【结果】物理和化学去除林下植被极显著降低了土壤总呼吸及其组分(化学去除的根系呼吸除外)(P<0.01),且物理去除的土壤总呼吸速率(3.45μmol·m^(−2)·s^(−1))显著低于化学去除(4.15μmol·m^(−2)·s^(−1))(P<0.01)。2种方式的矿质土壤呼吸速率和凋落物层呼吸速率无显著差异(P>0.05),根系呼吸速率表现为物理去除(1.02μmol·m^(−2)·s^(−1))显著低于化学去除(1.37μmol·m^(−2)·s^(−1))(P<0.05)。凋落物层呼吸、矿质土壤呼吸、根系呼吸对土壤总呼吸的贡献率分别为36.45%~39.40%、26.34%~31.29%、30.10%~39.40%。土壤总呼吸速率及其组分最高值出现在雨季(4—10月),根系呼吸速率最低值出现在7—8月。土壤总呼吸速率与土壤温度、湿度双因子拟合模型最优,能解释土壤总呼吸速率变异的75.1%(物理去除)、60.9%(化学去除)、57.1%(对照);凋落物呼吸速率时间变异主要由土壤湿度调控;根系呼吸速率与土壤温度无显著相关性,与土壤湿度呈显著负相关(P<0.05)。土壤总呼吸的温度敏感性(Q10)从大到小依次为物理去除(2.12)、化学去除(1.95)、对照(1.93)。【结论】林下植被去除通过改变林内生物和非生物因素共同作用于土壤呼吸,且物理去除林下植被相比于化学去除能更大程度降低桉树人工林土壤总呼吸速率,降低森林土壤碳排放。

雷州半岛尾巨桉人工林水分利用来源的旱雨季差异

【目的】探讨桉树人工林适应季节性干旱的水分利用来源策略,为桉树产业的可持续经营管理和水资源高效利用提供数据支持。【方法】以雷州半岛分布面积最大的尾巨桉Eucalyptus urophylla×E.grandis为研究对象,通过测定旱雨季典型月份尾巨桉木质部水、各土层土壤水和地下水的氢稳定同位素值(δD)和氧稳定同位素值(δ^(18)O),并利用贝叶斯混合模型(MixSIAR)量化尾巨桉旱雨季对各土层土壤水或地下水的利用比例,深入探讨了尾巨桉旱雨季水分利用来源的差异。【结果】当地大气降水存在明显的蒸发富集现象,且其δ^(18)O呈明显的雨季偏负,旱季偏正的季节变化规律;各月土壤含水量均随深度的加深而增加最后趋于稳定,旱季土壤含水量显著(P<0.05)小于雨季,且越接近地表差异越大。尾巨桉在雨季主要利用0~40和40~100 cm土层的土壤水,利用比例分别为28.0%和24.3%,而旱季主要利用150~200 cm土层的土壤水和地下水,利用比例分别为29.9%和22.6%。旱季大量降水后,土壤水分尤其是浅层土壤水得到大量补充,尾巨桉对0~40和40~100 cm土层土壤水的利用比例分别提高了111.4%和10.3%,对100~150、150~200 cm土层土壤水和地下水的利用比例分别降低了3.1%、40.1%和15.9%。【结论】尾巨桉面对环境可利用水资源的变化,具有灵活多变的水分利用来源策略,这表明尾巨桉对季节性干旱具有较强的适应能力。图5表1参44。