2003-2010年千烟洲人工针叶林碳水通量观测数据集

全球变化背景下陆地生态系统碳水循环过程、控制机理及其对环境变化的响应是生态学与全球变化科学长期致力解决的重大科学问题。涡度相关技术是原位、连续、高频观测生态系统碳水交换过程的强有力技术途径。中国科学院千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站(简称千烟洲站)作为国内首批建立涡度相关观测系统的野外台站,已经持续积累了17年的人工针叶林生态系统碳水交换通量的科学观测数据。为了推动中国乃至全球陆地生态系统通量研究及相关领域的发展,千烟洲站公开发表了整理加工的2003–2010年连续观测的碳水通量及相关气象要素数据。本数据集包含生态系统总初级生产力、生态系统呼吸、净生态系统生产力、潜热通量、显热通量、空气温度、空气相对湿度、水汽压、风速、风向、土壤温度、土壤水分、太阳辐射、光合有效辐射和降水等观测指标,形成了半小时、日、月和年尺度数据产品。

叶脉网络功能性状及其生态学意义

叶脉网络结构是叶脉系统在叶片里的分布和排列样式。早期叶脉网络结构研究主要集中在其分类学意义上;近年来叶脉网络功能性状及其在植物水分利用上的意义已成为植物生态学研究的热点。该文介绍了叶脉网络功能性状的指标体系(包括叶脉密度、叶脉直径、叶脉之间的距离、叶脉闭合度等),综述了叶脉网络功能性状与叶脉系统功能(包括水分、养分和光合产物等物质运输、机械支撑和虫害防御等)的关系,叶脉网络功能性状与叶片其他功能性状(包括比叶重、叶寿命、光合速率、叶片大小、气孔密度等)的协同变异和权衡关系,以及叶脉网络功能性状随环境因子(包括水分、温度、光照等)的变化规律等方面的最新研究进展。此外,叶脉网络功能性状的研究成果也被应用于古环境重建、城市交通规划、流域规划及全球变化研究中。由于叶脉网络功能性状是环境因子与系统发育共同作用的结果,未来开展分子——叶片——植物——生态系统等多尺度的叶脉网络功能性状研究,理清叶脉网络功能性状与气孔失水——茎干导水——根系吸水等植物水分利用的关系,将为预测植物及生态系统对全球变化的响应提供新的启示。

江西省吉安地区火炬松地上生物量分配特征及模型研建

【目的】探讨火炬松地上生物量分配模式随树木大小的变化规律,建立地上各组分及总量的可加性生物量模型系统,为江西省吉安地区火炬松人工林生物量和碳汇能力准确评估提供有效手段。【方法】以安福县武功山林场的火炬松人工林为研究对象,分不同径阶利用收获方法共采集了35株火炬松的干材(去皮树干)、树皮、树枝和树叶生物量,通过计算各组分生物量占地上总量的比例,分析火炬松地上生物量的分配模式及其随树木大小的变化趋势。以胸径(D)、树高(H)为预测变量,探讨各组分的最优生物量模型形式,采用似乎不相关模型建立可加性生物量模型系统,并通过赋予特定的权函数消除模型异方差,利用留一交叉法对模型的预测效果进行验证。【结果】随着林木个体的逐渐长大,干材和枝条生物量比例呈上升趋势,而树皮和树叶生物量比例呈下降趋势。D是各组分生物量模型最重要的预测变量,模型系数极显著且拟合效果良好(R_(adj)^(2)为0.91~0.97),H变量的加入有助于提高干材和树皮生物量模型的拟合优度,但不利于树枝和树叶模型的改进,且H作为独立变量时模型系数不显著。与国外火炬松生物量模型相比,本文模型预测效果良好(R_(adj)^(2)>0.9),误差较小,总相对误差(TRE)基本在±1%以内。【结论】林木个体大小是地上生物量分配特征的主要影响因素,地上各组分生物量占比大小依次为树干>树枝>树叶。干材和树皮生物量模型以D2H为自变量拟合效果最优,而树枝和树叶模型基于单一变量D即可获得最优效果,基于各组分最优预测变量建立的可加性生物量模型系统预测精度较高,可以在吉安地区火炬松人工林生物量测算中推广使用。

浑善达克沙地榆树干液流动态研究

应用Granier热扩散技术对内蒙古浑善达克沙地榆(Ulmus pumila var.sabulosa)疏林林分进行树干液流通量研究。选择该区占林分80%以上林木的3种胸径级(小径级,15—25cm;中等径级,25—35cm;大径级,>35cm)榆树,使用Granier探针进行每隔15min的树干液流测定,同步测定各林分环境因子。林分中不同胸径级榆树树干液流通量特征表现为:树干液流密度峰值大径级树>中等径级树>小径级树,且差异明显;大径级树由于林龄较大,液流密度曲线变化平缓,没有明显的峰值,呈弧形曲线;液流密度随季节推移在生长季中液流密度均值逐渐减小,在生长季末期(10月)基本处于微弱波动状态。液流通量最大月平均值一般出现在6—8月,不同径级树月液流通量变化差异较大。对样木的日液流通量比较发现,胸径对液流有显著影响。对不同胸径树木各树种影响较大的环境因子为饱和水汽压差(VPD),光合有效辐射(PAR),气温(Ta);在不同生长季节,对不同胸径类型树木起主要作用的环境因子也不尽相同,但是PAR和VPD是其中起主要作用的两个因子。

亚热带杉木林土壤有机碳及其活性组分对氮磷添加的响应

通过野外氮、磷添加,分析N_0(0 kg N·hm^(-2)·a^(-1))、N_1(50 kg N·hm^(-2)·a^(-1))、N_2(100 kg N·hm^(-2)·a^(-1))、P(50 kg P·hm^(-2)·a^(-1))、N_1P和N_2P等6种处理3年后对亚热带杉木人工林土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)和水溶性有机碳(WSOC)的影响.结果表明:氮、磷添加对0~20 cm土层SOC含量无显著影响.磷添加显著降低0~5 cm土层POC含量,与无磷处理相比,加磷处理POC含量降低26.1%.WSOC含量对氮、磷添加的响应主要表现在0~5 cm土层,低水平氮添加和磷添加显著提高WSOC含量.在0~5 cm土层,氮添加对POC/SOC值无显著影响,而与无磷添加相比,POC/SOC值在磷添加处理下显著降低15.9%.在5~10和10~20 cm土层,氮、磷添加处理对POC/SOC值无显著影响.在亚热带地区,森林土壤碳稳定性主要受磷含量的调控,短期磷添加易导致表层土壤活性有机碳分解,增加土壤碳稳定性.

耕作措施和施肥方式对麦田杂草密度和生物量的影响

为明确我国华北地区麦玉轮作系统小麦免耕的推广和施肥方式的改变对麦季杂草生长的影响,在免耕实施5年后,调查了麦田杂草密度、单株质量和生物量。结果表明:华北地区小麦生长早期,免耕有降低麦田杂草总密度和优势种播娘蒿密度趋势,但差异并不显著;相对于传统耕作,免耕秸秆覆盖和不覆盖处理总杂草生物量显著降低,其中播娘蒿生物量分别降低了57%和73%;免耕也使播娘蒿单株质量降低了27%～53%;免耕秸秆覆盖和不覆盖处理播娘蒿的株高分别比传统耕作降低了25%和19%;但一般情况耕作方式并没有显著影响离子草和麦家公生长;相对于分次施肥,集中施肥杂草生物量降低了21%～68%,播娘蒿生物量降低了58%～65%,麦家公降低91%;免耕在一定程度上抑制了某些杂草的生长,但追肥促进了杂草的快速生长。

高植被覆盖区AMSR-E土壤水分数据校准方法

针对高植被覆盖区AMSR-E土壤水分数据的精度较低等问题,根据地面长时间序列观测数据,采用回归分析及线性拉伸方法,对比分析整体及逐月的校准效果,探讨AMSR-E土壤水分的最佳校准方案。研究结果表明,基于回归分析或线性拉伸方法的整体校准效果均较差,逐月校准方法则较好地吻合了地面观测数据的变化趋势,其中逐月回归分析方法可获得最佳的校准效果,线性拉伸方法强调所有像元具有相同的均值与方差,忽略了土壤水分的空间差异性特征,导致产生较多的异常像元(土壤水分小于0或大小100)。研究结果不仅可为AMSR-E数据校准方法提供科学的方法借鉴,同时可为相关研究提供可靠的数据来源。

亚热带人工林下植被根际土壤酶化学计量特征

为探讨林下植被根际土壤酶化学计量特征及其对林分类型和季节的响应,该研究以江西省泰和县千烟洲试验站典型人工杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(Pinusmassoniana)和湿地松(Pinuselliottii)林林下优势灌草檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)和暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata)为对象,在植被生长初期(4月)和旺盛期(7月)测定优势灌草根际土壤与碳(C)循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、与氮(N)循环相关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)、与磷(P)循环相关的酸性磷酸酶(AP)活性、酶化学计量比及土壤理化性质。结果发现:(1)根际土壤与C和N循环相关的酶活性以及BG:AP(酶C:P)在不同林下植被之间存在显著差异,而与P循环相关的酶活性差异不显著。林分类型和取样季节显著影响BG:(NAG+LAP)(酶C:N),且林下植被类型、林分类型和取样季节交互影响酶C:P。主成分分析表明,根际土壤酶的活性及计量比在不同林下植被(檵木不同于格药柃,且二者显著区别于其他物种)、林分类型(杉木林区别于马尾松、湿地松林)和取样季节之间均存在显著差异。土壤硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、可溶性有机碳(DOC)含量和碳氮比(C:N)是影响林下植被根际土壤酶的活性及化学计量比的主要因素。(2)标准主轴回归分析表明,林下植被根际土壤lg(BG)、lg(NAG+LAP)和lg(AP)之间存在显著线性关系,lg BG:lg(NAG+LAP):lg AP(酶C:N:P)约为1:1:1.3,酶C:P及(NAG+LAP):AP(酶N:P)分别为0.14和0.15。AP远大于BG和NAG+LAP的活性,导致lg(BG)和lg(NAG+LAP)与lg(AP)的回归斜率极显著偏离1。说明林下植被根际土壤酶的活性及计量比受植被种类、林分类型及取样季节影响,且基质有效性在其中发挥重要作用。相较于C循环和N循环,微生物会分配更多资源用于P循环相关酶的生产,暗示亚热带人工林林下植被根际土壤微生物生长和活性更易受P限制。

中亚热带典型人工林土壤酶活性及其化学计量特征

以中亚热带典型的马尾松林、湿地松林和马尾松-木荷混交林(针阔混交林)为研究对象,分析不同林分类型下0~10和10~20 cm土层的β-D-葡萄糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)、多酚氧化酶(POX)、过氧化物酶(POD)6种土壤酶活性,以及酶化学计量比及土壤理化性质特征,分析驱动中亚热带典型林分类型土壤酶活性及其计量比变异的主要因素。结果表明:林分类型显著影响了土壤BG和LAP活性,表现为湿地松林10~20 cm土层土壤BG显著高于马尾松林,而LAP在马尾松林最高;湿地松林10~20 cm土层土壤BG/(NAG+LAP)、BG/AP显著高于马尾松林,而马尾松林(NAG+LAP)/AP显著高于湿地松林和针阔混交林;林分类型间酶化学计量的向量长度在10~20 cm土层差异显著,表现为湿地松林>针阔混交林>马尾松林。3种人工林酶化学计量的向量角度均大于45°,其中在湿地松林10~20 cm土层向量角度显著大于马尾松林。冗余分析表明,土壤碳质量指数和有机碳与全磷的比值(C/P)以及土壤含水量和C/P分别是0~10和10~20 cm土层土壤酶活性及其化学计量的关键影响因素,土壤碳和磷的数量和质量,以及土壤含水量在调节中亚热带人工林生态系统养分循环中发挥关键作用。

杉木径向生长动态及其对季节性干旱的响应

为探讨杉木径向变化的季节动态及其气候响应特征,利用径向生长仪连续2年(2016—2017年)监测了江西中部杉木的径向变化过程,分析了径向变化的日动态、季节动态规律及其与气候因子的相关性。结果表明:杉木日径向昼夜变化呈白天收缩、夜间膨胀的格局;2017年径向生长开始时间比2016年提前一个月,但旱季持续的水分亏缺使生长季也早一个月结束;在主要生长季内(4—9月),无论湿季与旱季,径向增长量与降雨、相对湿度呈显著正相关,与光合有效辐射、饱和水汽压差呈显著负相关,而水分亏缺量的气候相关性与径向增长量相反;旱季严重缺水时土壤含水量对径向变化的影响显著增强。水分条件始终是影响杉木径向变化的关键因素,夏季干旱时可通过提高土壤含水量等有效途径促进杉木径向生长。

亚热带人工林乔灌草根际土壤氮矿化特征

为了探讨人工林内优势乔木和林下灌草根际土壤氮矿化特征,明确乔灌草根际土壤氮转化差异,该研究以江西泰和千烟洲站区典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林为对象,在植被生长季初期(4月)和旺盛期(7月)分析3种人工林内乔木、优势灌木(檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata))和草本(狗脊蕨(Woodwardia japonica)、暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata))根际土壤的净氮矿化速率、土壤化学性质及土壤微生物特征。结果发现:1)物种、林型和取样季节显著影响了根际土壤净氮矿化速率(Nmin)、净铵化速率(Namm)和净硝化速率(Nnit)。马尾松和湿地松林内林下灌草根际土壤净氮矿化的季节敏感性高于乔木:4月乔木根际土壤Nmin和Namm显著高于大多数林下灌草,而7月林下灌草根际土壤Nmin和Namm显著提高,与乔木不再具有显著差异,与主成分综合得分方差分析的结果一致。一般情况下,杉木林Nmin和Nnit显著高于马尾松林和湿地松林。7月净氮矿化显著高于4月。2)土壤铵态氮、硝态氮、全氮及土壤微生物量氮含量是影响根际土壤净氮矿化的主要因素。土壤化学性质对人工林根际土壤净氮矿化变异的贡献率为29.2%,显著高于土壤微生物的解释率。充分考虑不同季节林下植被根际土壤的净氮矿化及其关键影响因素可为准确评估人工林生态系统养分循环状况提供重要支撑。