长白山阔叶红松林净初级生产力对气候变化的响应:基于BIOME-BGC模型的分析

为了分析气候变化和大气CO2浓度增加对长白山阔叶红松林净初级生产力（NPP）的影响,运用本地参数化后的BIOME-BGC模型进行模拟,并以实测NPP和增强型植被指数（EVI）进行验证。模拟结果表明,长白山阔叶红松林NPP均值为611.71 gC/（m2·a）,1960—2011年年际间的波动范围是473.28~703.44 gC/（m2·a）。模拟结果与基于样地实测的NPP（均值为594.66 gC/（m2·a））相似;同时,BIOME-BGC模型模拟的NPP年际间变化趋势与EVI的波动趋势相似,二者间存在显著的相关关系,表明模型能较好地模拟生产力的时间动态。模拟表明,红松的NPP与降水关系更为密切,而阔叶树NPP与温度、降水都呈显著的正相关。模型预测,在未来CO2浓度加倍和温度、降水同时增加的场景下,长白山阔叶红松林NPP将显著增加,其中阔叶树和红松的NPP将分别增加27.87%和23.96%。单独增加温度（2℃）或单独增加降水（12%）都能促进阔叶树和红松NPP的增加,其中降水的作用弱于温度的作用,而单独CO2浓度的倍增对阔叶树和红松的NPP没有明显的影响。

吉林灌木群落物种多样性与气候和局域环境因子的关系

为了研究气候和局域环境因子对物种多样性的相对作用大小,以及验证两种均匀度地理格局的假说在半湿润地区次生灌丛的适用性,对吉林东、南部地区的灌木群落进行了研究。共调查森林破坏后形成的次生灌丛样方45个,结合气候数据和局域环境因子数据,研究了气候、局域环境因子对群落、灌木层、草本层的物种丰富度、均匀度的影响,以及对不同水分生态型(旱生、旱中生、湿中生)灌木影响的差异。结果表明:1)吉林次生灌丛的群落、草本层物种丰富度,以及草本层均匀度,随纬度增加而显著上升。2)对物种多样性和气候、局域环境因子的分析表明,群落、草本层物种数主要受局域环境因子而不是气候的影响;其物种丰富度与纬度的反常关系,是由于灌木层盖度随降水增加而上升,从而导致物种数下降。灌木层物种数与纬度、气候因子的相关性不显著,则是由于不同水分生态型对气候梯度的响应不一致,反映出功能群对多样性格局的影响。3)群落、灌木层均匀度主要受气候因子的影响;而草本层均匀度主要受局域环境因子的影响,降水同样通过对灌木层盖度的影响间接作用于草本均匀度。但群落、灌木和草本层的结果,都支持均匀度随着环境条件改善而增加的假说,而不支持随着生产力增加、竞争加剧,从而导致均匀度下降的假说。结果表明,物种丰富度和均匀度的影响机制存在很大差异,但二者都受到局域环境因子的强烈影响。气候通过局域生物因素(如盖度、生活型)间接作用于多样性格局,是气候对多样性影响的一个重要方面,但尚未得到应有的重视。由于局域生物因素也随气候而变化,仅研究多样性和气候的表面关系,将无法准确预测气候变化对多样性的影响。

黑龙江胜山保护区阔叶红松林不同演替阶段径向生长与气候变化的关系

黑龙江黑河为我国红松(Pinus koraiensis)分布的北界,在研究红松林的生长、演替、分布,及其对气候变化的响应上有独特的意义。该文通过研究胜山保护区内阔叶红松林的演替系列(软阔叶林、硬阔叶林、阔叶红松近熟林和成熟林4个阶段),分析了树木径向生长与气候变化的关系在不同演替阶段的差异。结果表明:从演替早期的软阔叶林到晚期的红松成熟林,年表统计特征表明树木径向生长对气候波动的敏感性逐步降低。对年轮-气候关系的分析结果也表明气候对树木径向生长的影响随着演替的进展呈现规律性的变化。上年6月和12月的气温与红松成熟林的径向生长显著正相关,表现出明显的"滞后效应"。红松成熟林的轮宽指数与当年6月气温显著负相关,而与当年6月降水量显著正相关,反映出生长季水分对红松生长的限制。上述这些限制作用均随着演替的进展而增强,但在演替的早期影响不显著。相反,上年6月降水量与软阔叶林的生长显著负相关,但该限制作用在演替的中晚期消失。这些差异反映出随着演替的进展,优势树种对水分的需求逐步提高。滑动相关分析表明研究区近几十年明显的气候干暖化趋势对各林型的生长兼具有利和不利的影响。不同因素综合作用下,软、硬阔叶林阶段生长尚未产生清晰的长期变化趋势。但由于水分对红松林生长的限制作用增强,红松林生长明显下降。今后气候进一步干暖化可能对红松林的生长、恢复演替和分布有不利影响。

添加无机氮对山西太岳山油松林土壤氮素及温室气体通量的影响

【目的】人类活动频繁引起大气氮沉降加剧,导致陆地生态系统中的氮循环发生了前所未有的变化,进而影响整个陆地生态系统生态环境。笔者通过模拟大气氮沉降,探究森林土壤中氮素含量及温室气体排放速率的响应规律以及氮素对温室气体排放的影响,为提高森林氮素利用率并减缓大气温室效应提供参考。【方法】以山西太岳山暖温带油松林为研究对象,以硝酸铵(NH_4NO_3)为外源无机氮添加对象,设置对照CK(0 g/m^2)、N5(5 g/m^2)、N10(10 g/m^2)、N20(20 g/m^2)、N40(40 g/m^2)等5个施氮水平,每个施氮水平设置4个重复,共20块样地。于2017年8月采集土壤样品及温室气体样品(采用静态箱法),测定林地土壤中的全氮(TN)、总可溶性氮(TDN)、可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH^+_4-N)、硝态氮(NO^-_3-N))含量及土壤中温室气体N_2O、CO_2和CH_4的排放量,分析氮添加对土壤氮及温室气体排放的影响。【结果】在N5、N10、N20和N40各施氮水平处理下,油松林0～10 cm土壤中NO■-N、TDN、DON的含量增加,与CK相比,含量增幅分别为25.04%～246.4%、13.29%～73.82%、4.54%～70.51%,NH^+_4-N含量随着施氮量水平的增加而增加,但各处理水平对TN含量无影响。在0～10 cm土壤中,与CK相比,NO^-_3-N和TDN含量在N10、N20、N40处理下显著增加(P<0.05),DON只在N40处理中显著增加(P<0.05),施氮处理对0～10cm土层中的各氮素具有明显的促进作用;在≥10～20 cm土层中,与CK相比,TN、NH^+_4-N含量有增长趋势,NO^-_3-N含量在N10、N20、N40处理下显著增加(P<0.05),分别增加了234%、284%、663%,TDN随着施氮量的增加而增加,而DON则随着处理水平的增加而显著减小(P<0.05)。N_2O、CO_2的排放量随着施氮量的增加而增加,并且在N20、N40处理下排放量显著增加(P<0.05);同时氮添加处理对CH_4的吸收有明显的抑制现象,使CH_4从森林土壤吸收状态转变为排放状态。在相关性分析中,0～10 cm土层及≥10～20 cm土层中NO^-_3-N和DON、N_2O、CO_2呈显著相关(P<0.05),而NH^+_4-N、TDN与N_2O、CO_2、CH_4呈正相关,但无显著性(P>0.05);在≥10～20 cm土壤中,DON与N_2O、CO_2、CH_4呈负相关。【结论】在无机氮添加试验中,施氮处理明显增加了土壤中有效氮的含量,尤其是在N20和N40处理水平条件下,对油松林土壤中的有效氮素含量及温室气体排放具有明显的调控作用;同时,有效氮含量的增加对森林土壤中温室气体的排放有明显的促进作用。因此,模拟氮沉降显著促进了森林土壤氮素循环及温室气体的排放,对生态环境的影响及温室效应的变化具有明显作用。

长白山木本植物叶片氮磷含量的海拔梯度格局及影响因子

叶片是植物进行光合作用的器官,研究叶片氮(N)、磷(P)含量和氮磷比(N:P)在地理和气候梯度上的变异规律有着重要的意义。该研究沿着长白山海拔梯度设置了14块样地,测定了48种木本植物431份叶片样品的N、P含量和N:P,以研究气候、植物功能型、谱系对叶片N、P含量以及N:P的相对影响大小,探讨叶N、P化学计量特征在海拔梯度上的变化机制。结果表明,叶片N含量、N:P随海拔的升高而降低,与气温正相关,与降水量负相关,叶片P含量与海拔没有显著相关性。植物功能型是叶片N、P含量变异的重要影响因子,灌木物种的叶N含量显著高于乔木,两者的叶片P含量、N:P差异不显著;阔叶、落叶物种的N、P含量和N:P分别显著高于针叶、常绿物种。气候对叶片N、P含量和N:P的作用显著,但解释力不高(1.50%–2.98%)。系统发育关系是叶片N、P含量和N:P海拔格局形成的最主要因素,解释了30.36%–54.38%的变异,远大于气候的解释力。海拔梯度上的气候和物种组成变化对叶性状没有明显的协同作用。

长江三峡库区物种多样性的垂直分布格局:气候、几何限制、面积及地形异质性的影响

为了验证生物多样性地理格局的几个重要假说,即种-面积关系、水分-能量动态假说、几何限制(中域效应)假说和生境异质性假说,作者以长江三峡库区维管植物物种丰富度沿海拔梯度的分布格局为例,采用多元回归和方差分解方法,研究了面积、气候、几何限制、地形异质性对多样性垂直格局的独立影响和协同作用,及其对各植物类群(不同分布宽度、不同分布区类型和不同生长型)影响的差异。结果表明,三峡库区各种植物类群的物种丰富度随着海拔上升均呈先升后降的单峰格局。水分-能量动态假说对多样性格局有很强的解释能力,其总的解释力(>93%)明显高于其他所有解释机制。但对于很多植物类群而言,水分和能量的解释力中有很大一部分属于几何限制、面积及地形异质性等因素的协同作用。几何限制对分布宽度大的物种的多样性格局解释力很强,但对分布宽度小的物种作用很小;面积自身对物种丰富度解释力较强,但在考虑了其他环境因素的影响时,仅对少数植物类群有解释力;地形异质性自身对多样性的解释能力很弱,但在多元回归模型中起着必要的作用。综合来看,水分-能量动态是解释三峡库区植物多样性垂直格局的最重要的机制。几何限制的作用随着物种分布宽度减小而递减;地形异质性虽然对多样性垂直格局的影响较弱,但也是一种必要的补充解释机制;由于面积与气候、几何限制等因素存在强烈的共线性,面积对植物多样性垂直格局的相对作用大小还需要进一步的系统比较研究。