北京八达岭林场人工林生态服务功能评估

人工林生态服务功能评估是应用生态学领域研究的热点,也是数字生态和林业高质量发展的需求.本文以北京市八达岭林场人工林生态系统(混交林、针叶林、阔叶林)和天然灌木林为研究对象,以北京市森林资源规划设计调查资料(2004、2009、2014年)和八达岭林场碳通量实时监测为基础数据源,通过野外调查及典型样方观测,开展人工林生态服务功能评价,旨在探究森林生态系统结构优化和功能提升的森林经营建议.结果表明:1)2004−2014年八达岭林场针叶林和灌木林面积增长率分别为40.48%和3.32%,而阔叶林和混交林分别减少46.33%和3.57%,林场仍以混交林(703 hm^(2))和灌木林(1182 hm^(2))为主.2)2004−2014年阔叶林中椴树逐渐成为主要树种,2014年涵养水源量较2009年提高了1.55倍.油松作为混交林的优势树种,其涵养水源实物量2014年较2004年提高了67%.灌木林在2014年出现了较大幅度增加,涵养水源实物量较2004年提高了1倍左右,其价值量也相应增加.固碳、释氧、提供负氧离子、滞尘和吸收污染物等调节服务功能及其价值均表现为混交林最高,针叶林次之,阔叶林最低(P>0.05);各林分服务功能价值量与功能实物量变化趋势相同,灌木林固土和保肥功能优于其余3种林分,混交林和针叶林营养物质累积量和生物多样性优于阔叶林.3)2004−2014年保育土壤(92.91%)、生物多样性保护(4.33%)及涵养水源功能(2.33%)对人工林生态服务功能的贡献率大于固碳释氧(0.37%)、森林防护(0.04%)和净化大气环境(0.02%)功能,其中混交林和针叶林对人工林生态服务功能贡献大于阔叶林和灌木林.由此可见,林分类型和林分面积是影响人工林生态服务功能强弱的主要决定因素.八达岭人工林经营应持续保持保育土壤功能,在保证生物多样性的情况下,应注重固碳增汇功能,建议将现有林分多调整为混交林和灌木林,营造“异龄、复层”的理想人工林生态系统,逐渐提高北京八达岭人工林生态服务功能.

北京密云油松林下灌木小叶鼠李叶片资源利用效率季节变异及环境调控

【目的】探究小叶鼠李叶片的光、氮、水资源利用效率(RUEs)在较长时间尺度(季节)上的变化特征,分析环境变化对RUEs季节动态的影响、叶片功能性状与RUEs的关系以及不同RUEs间的权衡关系。【方法】2021年6—10月,在北京密云山区,以当地林下优势灌木小叶鼠李为研究对象,对其光合参数和环境因子进行连续原位观测,使用LI-6800便携式光合测定仪测量小叶鼠李叶片光合光响应曲线的特征参数,同时测量其叶片功能性状,结合观测的环境因子数据,分析小叶鼠李叶片内禀水分利用效率(WUEi)、氮利用效率(NUE)和光利用效率(LUE)季节动态变化的影响因素及RUEs间的权衡关系。【结果】1)小叶鼠李在生长期内WUEi、NUE、LUE的最大值分别为107.3μmol·mol^(-1)、18.35μmol·g^(-1)s^(-1)、0.087 mol·mol^(-1),其季节变异系数(CV)分别为24.91%、39.12%、12.6%。2)在生长季中期,土壤相对可利用含水量充足的湿润条件下(REW>0.4),小叶鼠李具有较大的NUE和较小的WUEi,NUE与WUEi的变化趋势相反(P<0.05),与LUE变化趋势相同(P<0.05)。3)WUEi与比叶质量(LMA)正相关(P<0.05),与蒸腾速率(T_(r))负相关(P<0.05);而NUE与LMA和叶厚度(LT)负相关(P<0.05),与蒸腾速率(T_(r))正相关(P<0.05);空气温度(T_(a))、光合有效辐射(PAR)和散射辐射(R_(dif))增加均会促进增加叶片LUE(P<0.05)。【结论】在土壤湿润、光照条件受限的条件下,林下优势灌木小叶鼠李叶片的WUEi、NUE均与土壤含水量解耦,与比叶质量和蒸腾速率关系密切;辐射强度和空气温度增加均会提高叶片的光、氮利用效率,且散射辐射增加也能提高林下灌木的光合能力。小叶鼠李叶片不同RUEs之间存在权衡关系,在生长季内不会同时出现最大化的WUEi和NUE,在土壤湿润、光照减少的条件下,NUE与LUE变化趋势一致,均在生长季中期波动变化,生长季末期逐渐降低。

北京山区大果榆树干液流的季节与昼夜环境调控

【目的】探究水源涵养树种树干液流在不同时间尺度的环境调控机制和蒸腾,以提高森林生态系统水源涵养功能评估的准确性,为森林可持续性经营管理提供科学支持。【方法】以北京松山地区乡土树种大果榆为研究对象,2019年和2020年生长季,采用热扩散技术法连续原位观测其树干液流,并同步观测相关环境变量,采用线性和非线性回归法分析树干液流速率(J_(s))对环境的响应。【结果】连续2年生长季内大果榆单位地面面积蒸腾累计分别为334和252 mm,平均每天分别为1.82和1.37 mm。生长期J_(s)变化主要由短波辐射(R_(s))、空气温度(T_(a))、饱和水汽压差(VPD)等环境因子综合调控,J_(s)与R_(s)、T_(a)和VPD均呈显著正线性相关关系,决定系数R2分别为0.93、0.88和0.89,VPD对J_(s)的调控存在阈值(0.9 kPa)。R_(s)、T_(a)和VPD与冠层气孔导度(g_(s))之间存在显著相关关系。昼夜尺度上,J_(s)主要受R_(s)控制,J_(s)日变化滞后R_(s)。【结论】季节与昼夜尺度上J_(s)的调控因子存在一定差异,其环境调控主要通过调节冠层气孔导度进而影响植物树干液流。树干液流对环境因子的敏感性差异及二者日变化的时滞效应能够充分反映出大果榆的耐旱性和环境适应性。

北京密云油松人工林碳通量组分季节变化及其对环境因子的响应

【目的】量化人工林生态系统碳通量组分,探明环境因子对碳通量组分的调控作用,以提高人工林生态系统碳汇功能评估的准确性,为进一步认识气候变化背景下环境因子对人工林生态系统碳循环过程的调控作用提供参考。【方法】以北京市密云区油松人工林生态系统为研究对象,采用涡度相关法(EC)测定油松人工林生态系统净碳交换量,同时对空气温度(Ta)、饱和水汽压差(VPD)、光合有效辐射(PAR)和土壤水分(SWC)等环境要素进行原位连续监测,分析人工林生态系统碳通量组分季节变化特征及其与环境因子的响应关系。【结果】北京密云油松人工林2021年累积生态系统总生产力(GEP)为315 g·m^(-2),呼吸强度(RE)为291 g·m^(-2),净生产力(NEP)为24 g·m^(-2)。GEP和RE在生长季(4—10月)较高,非生长季接近0 g·m^(-2)。日GEP、RE和NEP最大值分别为4.7、3.3和3.1 g·m^(-2)。月最大净光合速率在生长季呈单峰型变化,最大值出现在7月。在生长季和生长旺期,NEP与GEP均呈正相关(P<0.01),决定系数分别为0.68和0.80。不同Ta、VPD、SWC条件下NEP与PAR间的关系无明显差异。NEP和GEP均随Ta、VPD和SWC增加先增加后降低,峰值分别出现在约25℃、10 hPa、0.2 m^(3)·m^(-3)。低SWC对NEP、GEP和Ta、VPD间的关系无明显影响,但降低RE的温度敏感性。【结论】北京密云油松人工林生态系统在生长旺期、生长季和全年均表现为碳汇,且NEP变化主要受GEP主导。高Ta、VPD和SWC均通过限制GEP降低NEP。低SWC对NEP、GEP和Ta、VPD的关系无明显影响,但降低RE对温度的敏感性。