侧柏树干边材液流空间变化规律

利用热扩散探针配合自动气象站,于2005年在北京林业大学妙峰山试验林场对侧柏树干边材液流指标空间变化规律进行了研究.结果表明:侧柏树干不同高度边材液流速率随树干高度的升高而增加,而且高层液流峰值的出现时间要比低层早,高层液流曲线尖窄,曲线斜率大,低层液流曲线变化缓慢,曲线斜率小.不同高度的平均液流速率峰值:6.6m处为0.015cm·s-1,4.6m处为0.009cm·s-1,2.6m处为0.006cm·s-1,0.6m处为0.003cm·s-1;无论是液流速率还是连日耗水量,不同直径的单株均表现出沿直径的增加而增加,但液流速率随直径的变化并不是线性的;土壤的含水量限制了树木的耗水能力,日平均液流通量与土壤含水量呈现良好的S型关系,其中与土层20～40cm层关系更为密切;不同气象因子对树干的液流影响方式不同,太阳辐射强度、大气温度和风速与液流指标呈正相关,并且属于第一主分量,对液流的影响较为直接,空气相对湿度和土壤温度与液流指标呈负相关,属于第二主分量,对液流的影响较为缓慢.通过多元线性回归,得出各气象因子和液流相关性均比较高,说明通过气象因子对树干液流进行预测是切实可行的.     

油松、栓皮栎树干液流速率比较

应用TDP(ThermalDissipationProbe)技术对油松和栓皮栎树干液流进行了初步研究,经过野外近1a的实地定位观测,研究结果显示:栓皮栎月平均树干液流速率在整个生长期都较油松的月平均树干液流速率要高。前者大约是后者的5~10倍。栓皮栎在土壤干旱时期能够在白天产生明显的树干液流。在土壤干旱时期油松白天不产生树干液流而在晚上产生明显树干液流。在土壤相对湿润时期,油松和栓皮栎树干液流速率的波形与太阳总辐射的波形变化一致,但不同的是油松的树干液流速率波形呈明显的单峰状,而栓皮栎树干液流速率波形呈明显的多峰状。在土壤相对湿润时期太阳总辐射很低时能对油松树干液流速率产生明显的降低作用,而对栓皮栎树干液流则没有明显影响。在土壤干旱时期,油松和栓皮栎树干液流速率的峰值分别大约为0.0001cm/s和0.0006cm/s左右;在土壤水分充足时期,油松和栓皮栎树干液流速率的峰值分别大约相等约为0.0015cm/s左右,分别是油松和栓皮栎在干旱日期的液流速率峰值的10倍和2.5倍。     

油松(Pinus tabulaeformis)人工林林下植被发育对油松生长节律的响应

林下植被作为森林生态系统的一个重要组成部分,对维持林分结构和土壤质量起着重要作用.不同年龄树种对林下植被发育的影响已有所涉及,但这些为数不多的研究往往割裂了林木种群的生长规律与其林下植被间的相互作用,以林龄为尺度探讨林下植被发育的差异必然掩盖了林分种群对林下植被作用的异质性.采用时序研究法,按照油松(Pinus tabulaeformis)高速生期、径速生期、材积慢生期和材积速生期等不同发育时期,探讨林下植被组成、多样性、生物量和元素积累量的差异性.结果表明,高速生期阶段油松与林下植被竞争最为激烈,林下植被物种丰富度、多样性、生物量、元素积累量均最低.因此,高速生期阶段应及时对油松采取较大强度的抚育间伐以缓和油松种群与林下植被剧烈竞争的关系.径速生阶段林下植被与油松竞争最为缓和,草本层Gleason、Shannon-Wiener、Pielow指数由高生长阶段的7.817、2.222和0.769剧增到19.978、3.470和0.907,灌木层、草本层地上部分生物量、元素积累量也均达到最大.径速生阶段对油松林分的管理可相对粗放一些.进入材积阶段,油松与林下植被的关系日趋紧张.材积慢生阶段灌木层、草本层生物量由径速生期的2 262.61、461.92 kg/hm2分别下降至1 549.85、 220.84 kg/hm2,而灌木层Gleason、Shannon-Wiener指数均达到峰值.相对于材积慢生期,材积速生期灌木层、草本层物种多样性指数、元素积累量进一步下降,而生物量略有上升,材积速生期阶段应对油松林分适度间伐或主伐.可见,林下植被可作为人工纯林乔木生长规律的指示剂,根据林下植被发育状况选择林分经营方式具有一定的参考价值.     

油松人工林SPAC水势梯度时空变化规律及其对边材液流传输的影响

 利用热扩散式边材液流茎流探针（TDP）和微型自动气象站组成的测定系统于2001年4月在北京林业大学妙峰山教学实验林场（39°54′N,116°28′E）对低山油松（Pinus tabulaeformis）人工林土壤-植物-大气体（SPAC）界面水势梯度及油松木质部边材液流传输速率的时空变化规律及其相关因子进行了连续测定。土壤水势随深度下降逐渐升高,日周期波动幅度减小,灌水后上层土壤水势迅速提高,但随着水分扩散和林地持续蒸散,土壤湿度迅速下降并逐渐与对照趋同;叶片水势连日逐渐降低,灌水后水势较对照有一定程度提高;林冠不同层次叶片水势在日周期内不同时间差异显著,但同一层次之间差异不明显;油松人工林土壤、叶片、大气水势梯度比约为1∶5∶30,灌水后SPAC相临界面水势差增大,水势梯度提高至1∶15∶90。大气水分饱和亏缺与土壤水势和叶片水势、以及土壤水势与叶片水势之间均有极显著相关性。干旱春季灌溉对油松木质部边材液流时空波动产生很大影响,灌水后连日树干上位边材液流峰值出现时间推迟1 h,连日平均液流速率提高48.59%,连日平均最大液流速率提高25.12%。木质部边材液流速率日变化和连日变化与SPAC水势和气象因子如空气相对湿度、空气温度、太阳辐射强度密切相关。与对照相比,灌水后边材液流速率与SPAC各介质水势和界面水势差的相关性下降。     

树干自然温度梯度变化对热扩散法测算树干液流速率的影响

为了揭示树干自然温度梯度的变化规律及其对树干液流速率测算结果的影响,于2007年5月至10月利用改进的SF-L型热扩散式树液流测定装置,对北京低山区生长的油松和侧柏的树干自然温度梯度、加热温差和气象、土壤水分因子进行了连日同步监测。结果表明:(1)树干自然温度梯度对加热针温差的影响,侧柏大于油松。(2)树干自然温度梯度对液流速率计算结果的影响具有显著的统计意义(P0.01),平均误差大于30%,误差峰值出现在太阳高度角较小的时候。(3)影响树干自然温度梯度最重要的环境因子是光照强度,其次是空气温度。上述结果说明,树干自然温度梯度对热扩散法测定的液流速率的影响不可忽视,研究树木耗水机制时应予以充分考虑。光照强度和空气温度是影响树干自然温度梯度最重要的两个因子,但其影响机制仍需进一步研究。     

利用热扩式边材液流探针（TDP）测定树木整株蒸腾耗水量的研究

 介绍了热扩散式液流探针的工作原理及利用液流探针测定树木边材液流速率的方法。利用边材液流探针和多种气象因子传感器及数据采集系统组成的微型气象站,通过对北京西山地区油松(Pinus tabulaeformis)、栓皮栎(Quercus variabilis)混交林林分平均木树干边材液流速率及风速、有效辐射和空气温度、空气相对湿度的日变化和连日变化的测定和分析,揭示了5月干旱季节两树种蒸腾耗水的日变化和连日变化规律,以及栓皮栎树干基部和树冠大枝边材液流的差异,并进行了理论推导,同时分析了液流速率的波动规律与主要气象因素波动的相关性。     

黄土丘陵区油松、沙棘生长旺盛期树干液流密度特征及其影响因素

使用热扩散探针法(TDP)监测黄土丘陵区2015年7—9月人工林中油松和沙棘树干液流密度(J_s)的动态变化,并通过植物的水分利用生理特征判断2个树种的水分利用类型.结果表明: 油松和沙棘的J_s在降水前后均表现为单峰型日变化特征,油松生长旺盛期的J_s(12.62 mL·m^-2·s^-1)显著高于沙棘(2.60 mL·m^-2·s^-1).2个树种J_s与光合有效辐射、水蒸汽压差、土壤体积含水量(SWC)呈显著正相关.8月和9月降水前后,2个树种的J_s都主要受气象因素影响.9月降水导致SWC对沙棘J_s的解释量增加4.2%,而8月和9月的降水导致SWC对油松J_s的解释量均降低了0.3%.油松中午叶片水势显著高于沙棘且变异系数(7.3%)低于沙棘(11.7%),而沙棘具有较高的叶片气孔导度,因此可以判断出油松属于恒水型植物,沙棘属于变水型植物.     

不同生态条件下油松(Pinus tabulaeformis)菌根根际土壤微生物群落

利用BIOLOG代谢指纹方法分析了陕南商南和陕北安塞不同生态条件下油松菌根根际土壤微生物群落。结果表明,安塞油松和商南油松菌根根际微生物对糖类和氨基酸类碳源较易利用,商南油松菌根根际微生物总体上代谢碳源的种类和活性远大于安塞油松,而且对同类碳源的代谢商南油松的AWCD比安塞油松均高出2倍多。安塞油松菌根根际微生物以氨基酸类代谢群为优势类群,商南油松以糖类代谢群为优势类群。微生物群落多样性指数和微生物群落主成分分析（PCA）指标均表明商南油松和安塞油松菌根根际土壤微生物群落有明显不同,起分异作用的碳源主要为糖类,其次是羧酸类和氨基酸类。商南油松菌根根际土壤微生物群落AWCD极显著高于安塞油松（P〈0．01）,细菌数量显著高于安塞油松（P〈0．05）,Shannon指数和丰富度指数达极显著性差异（P〈0．01）,商南油松和安塞油松菌根侵染率差异不显著,但菌根生物量差异达极显著水平（P〈0．01）。相关性分析表明,菌根生物量与丰富度指数、AWCD呈极显著正相关,与Shannon指数呈显著正相关,但是与菌根侵染率相关性不显著。在商南温暖潮湿丘陵区油松菌根根际微生物活性、群落大小和多样性高于安塞油松,在安塞黄土高原干旱区微生物群落稳定性强于商南油松。     

叶斑病对白桦树干液流的影响

应用热扩散法,对白桦树干液流进行连续两个生长旺期测定。与健康白桦相比,患叶斑病的白桦树干液流格局发生明显改变。在晴天树干液流密度日变化由单峰曲线转变为双峰曲线,或单峰曲线峰值较光合有效辐射峰值显著提前或推后;液流密度峰值及全天均值远远低于同期的健康白桦,且晚上及凌晨输水比例明显升高,表明晚上主要靠根压输送水分,维持光合作用必需原料及生长所需的矿物质;并且此时树干液流密度变化受外界环境因子的决定比重减小或根本无相关显著的环境因子。叶感病白桦树干液流具有以上特点,是因为具有较强的蒸腾生理调控力,以适应叶部病害而求得生存。     

不同时间尺度北京蟒山油松树干液流对环境因子的响应

探究不同时间尺度蒸腾与环境因子的关系并明确其主控因子,对于理解蒸腾对环境响应规律和驱动机制具有重要的理论意义。以北京蟒山国家森林公园的油松为例,开展树干液流及气象指标、土壤温湿度等环境因子的长期定位观测,并分析不同时间尺度油松液流速率与环境因子的关系。研究结果表明,在日尺度上,土壤温度、大气相对湿度、土壤湿度与液流速率呈极显著正相关,这3个因子对液流速率变化的贡献量分别占28.3%、11.7%和10.1%;在月尺度上,土壤温度对液流速率的影响最大,贡献量占比49.7%,土壤湿度和相对湿度的贡献量分别为7.3%和6.4%;在年尺度上,相对湿度对液流速率的年际变化的贡献量高达93.3%,是关键控制因子。随着时间尺度的扩展,环境因子对油松液流速率的控制作用逐渐增强。本研究的结果可以为植物蒸腾的时间尺度转换、未来全球气候变化背景下植物蒸腾耗水特征的预测提供理论依据。     

福建长汀土壤严重侵蚀区马尾松树干液流对台风天气的响应

在台风天气应用热扩散技术对福建长汀土壤严重侵蚀区的马尾松树干液流进行测定,结果显示:台风带来的高强度降雨和大风抑制了马尾松的蒸腾作用;台风降雨并未提高植物的可利用水分;台风前后马尾松的光合作用和水分生理活动无明显差异;台风过程中与马尾松树干液流密度极显著相关(P<0.01)的环境因子有太阳辐射、空气温度和水汽压亏缺,晴天时则为空气温度、太阳辐射、相对湿度和水汽压亏缺。研究表明,台风没有增加植物的可利用水分,也未对马尾松的生理活动产生破坏作用。     

岷江上游本地种油松和外来种辐射松造林对土壤磷的影响

通过测定岷江上游16年生本地种油松和外来种辐射松人工林下不同土壤层次中各形态磷素含量以及磷酸酶活力,阐述两种林分对土壤磷素含量及其分布的影响.结果表明,在各个土层中,两种林分下的土壤含水量、pH值、有机碳的含量以及微生物生物量磷均无显著差异.在0～20cm土层中,油松林与辐射松林土壤全磷、Al-P、Fe-P、Ca-P含量以及磷酸酶活力均无显著差异,而油松林土壤有效磷和有机磷显著高于辐射松林;在20～40cm土壤中,油松林土壤全磷、有效磷、有机磷、Al-P、Fe-P含量与辐射松林差异不显著,油松林土壤Ca-P含量、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活力显著高于辐射松林;在40～60cm土壤中,油松林土壤除中性磷酸酶活力与辐射松林的差异不显著外,其余各形态磷素含量和酸性磷酸酶活力变化与20～40cm土壤中的一致.此外,随土壤深度的增加,两种人工林土壤各形态磷素含量、磷酸酶活力都呈降低的趋势.单从土壤磷的状况看,油松林土壤中磷素含量高于辐射松林.     

土壤温度和水分对油松林土壤呼吸的影响

用LI-COR 6400-09土壤呼吸测定系统,在太原天龙山自然保护区对油松林的土壤呼吸进行了4a测定.结果表明,土壤呼吸具有明显的季节变化特点,最大值出现在8月份,在6～10 μmol m~(-2) s~(-1) 之间,最小值出现在12月份和3月份,在0.5 μmol m~(-2) s~(-1)左右.2005、2006、2007和2008年土壤呼吸CO_2的年平均值分别为(4.71±3.74)、(3.08±2.91)、(2.96±2.58) μmol m~(-2) s~(-1)和(2.12±1.54) μmol m~(-2) s~(-1);4a的CO_2总平均值为(3.27±2.95) μmol m~(-2) s~(-1).4个测定年土壤呼吸的平均值总体差异显著.4个测定年土壤CO_2释放C量分别为1103.5、882.8、918.4 g m~(-2)和666.3 g m~(-2),总C平均值为892.8 g m~(-2),具有明显的年际差异.指数方程可以很好的表达土壤呼吸与10 cm深度土壤温度的关系,R~2值4a分别为0.39,0.60,0.68和0.71,Q_(10)值分别为3.10,4.41、4.05和5.18,用4a全部数据计算的Q_(10)值为4.31.土壤水分对土壤呼吸的作用较弱,R~2值4a分别仅为0.31、0.25、0.13和0.02,但是夏季土壤干旱对土壤呼吸的抑制作用非常明显,可使土壤呼吸下降50%以上.夏季土壤干旱是导致土壤呼吸年际变化的主要原因.4个包括土壤温度和水分的双变量模型均可以很好地模拟土壤呼吸的季节变化, 拟合方程的R~2值从0.58到0.79.     

Sap flow in Scots pines growing under conditions of year-round carbon dioxide enrichment and temperature elevation

Starting in rrrr, individual trees of Scots pine (Pinus sylvestris L.) aged 30 years were grown in closed-top chambers and exposed to normal ambient conditions (CON), elevated CO₂ (Elev. C), elevated temperature (Elev. T) and a combination of elevated CO₂ and temperature (Elev. C + T). Using the constant-power heat balance method, sap flow was monitored simultaneously in a total of 16 trees, four for each treatment, over a 32 d period (after the completion of needle expansion and branch elongation in 1997). An overall variation in diurnal sap flow totals (F_t) was evident during the period of measurement (days 167–198, 1997) regardless of the treatments, with a range from 0·15 to 2·82 kg tree^–1 d^–1. Elev. C reduced F_t by 4·1–13·7% compared with CON on most days (P varies from 0·042 to 0·108), but slightly increased it on some days (P≥ 0·131), depending on the weather conditions. Although the decrease in F_t caused by Elev. C was statistically significant on only a few days (P≤ 0·042), the cumulative F_t for the 32 d decreased by 14·4% (P = 0·047), indicating that Elev. C may have an important influence on seasonal water use of the Scots pine. Analysis of the diurnal courses of sap flow combined with corresponding weather factors indicated that the CO₂-induced decrease in F_t could be largely attributed to an increase in stomatal sensitivity to vapour pressure deficit (VPD), whereas the CO₂-induced increase in F_t related to an increase in stomatal sensitivity to low light levels. Elev. T increased F_t by 11·2–35·6% throughout the measuring period and the cumulative F_t for the 32 d by 32·5% (P = 0·019), which could be largely attributed to the temperature-induced increase in current-year needle area and decrease in stomatal sensitivity to high levels of VPD. There were no significant interactive effects of CO₂ and temperature on sap flow, so that Elev. C + T had approximately the same F_t as Elev. T and similar diurnal patterns of sap flow, suggesting that the temperature factor played a dominant role in the case of Elev. C + T.     

岷江上游半干旱河谷区3种林型土壤氮素的比较

比较研究了岷江上游半干旱河谷区辐射松人工林、油松人工林与邻近灌丛0-20cm、20-40cm、40-60cm土层土壤氮素和氮循环过程相关酶的特征,包括土壤有机碳、全氮、碳氮比、硝态氮、铵态氮、无机氮、微生物量氮含量及蛋白酶、脲酶、硝酸盐还原酶活性。结果表明,辐射松林和油松林各土层土壤有机碳含量、碳氮比和硝酸盐还原酶活性无显著差异,油松林土壤无机氮含量和脲酶活性显著高于辐射松林土壤,而辐射松林土壤微生物量氮含量是3种林型土壤中最高的,灌丛0-20cm土层土壤有机碳、全氮含量最高。此外,有机碳、全氮含量、脲酶活性随土层深度增加而降低;而硝酸盐还原酶活性却随土层深度的增加而增强;同时,各土层间蛋白酶活性差异较小。因此,植被类型对土壤氮素转化有一定影响,而从目前的土壤氮素状况来看,油松林土壤中植物可直接吸收利用的氮素高于辐射松林和灌丛;辐射松林土壤微生物固持的氮素含量最高。区域3种植被类型土壤氮素状况还受到半干旱气候因素的强烈影响。     

秦岭火地塘林区油松林土壤呼吸时空变异

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键生态过程,土壤呼吸的时空变异及其影响因子已成为生态学研究的主要内容之一。采用红外线开路气室法和便携式微气象站,连续测定了秦岭火地塘林区天然次生油松林地不同部位土壤呼吸速率和不同土层深度土壤温度和土壤体积含水率,结果表明:(1)植物生长季,试验地上部与中部、中部与下部,土壤呼吸日均值间存在显著差异。植物休眠季,全坡面土壤呼吸日均值差异不显著。同一观测部位植物生长季与休眠季,土壤呼吸日均值差异显著。观测期内全样地土壤呼吸日均值为(38.64±6.43)gm-2d-1;(2)同一地形部位不同观测月中和不同地形部位同一观测时间,土壤呼吸月均值大多存在显著差异,植物生长季和休眠季,全样地土壤呼吸均值分别为(46.98±2.21)gm-2d-1和(35.94±1.01)gm-2d-1,全样地土壤呼吸月均值为(1.18±0.20)kgm-2月-1,休眠季土壤日均呼吸约为整个观测季的43.34%;(3)当土壤温度9.0℃时,土壤温度与土壤呼吸速率间均存在显著的指数关系。回归模型的决定系数均大于0.87,均方差根不超过0.21,模型有效性系数不小于0.85,残差系数的绝对值不超过0.007。(4)植物生长季0-5cm和5-10cm土层及植物休眠季0-5cm土层,土壤呼吸日累积值均值与相应土层深度土壤体积含水率均值间存在三次函数关系,回归模型的决定系数分别为0.456,0.513和0.143;植物休眠季5-10cm土层,土壤呼吸日累积值均值与土壤体积含水率均值间存在幂函数关系,回归模型的决定系数为0.650。