关于日本扁柏人工林光能利用效率的研究（I）——群落生产结构与现存量、生长量和光能利用效率

本研究用相关生长法与分层割取法相结合测定的21年生日本扁柏人工林的现存量为160t／ha,生长量为16.5t／ha·a,净光能利用率为0.64%。在日本福岡地区这样的光能利用率不算高。根据各层的干物质重与D2·H的相关生长关系计算了各部分的垂直分布。以太阳能多点测定计测算了林冠上部和林冠内各层太阳辐射量的季节变化。绘制了生产结构图。通过对林冠各部位叶的测定,证明了充分郁闭的日本扁柏林同日本柳杉林一样,可以区分为圆锥形、圆柱形树冠。其叶面积数和叶量密度分别为：35±5cm2／g,495g／m3;45±5cm2／g,222g／m3。以材积解析和群落生产结构、光能分布为依据论述了生产结构对光能利用的限制。     

关于日本扁柏人工林光能利用效率的研究 (Ⅱ)群落生产结构对光能分配与利用效率的影响

本文以日本扁柏人工林为研究对象,通过对间伐林分和不间伐林分的生产结构、光能分布、光合速率、枝叶生长等季节变化的观测,进而计算了光能利用效率的季节变化。通过比较研究,证明了生产结构影响光能利用效率,而密度影响群落生产结构。合理的生产结构可以使光能在群落内合理分配、各层叶的光合潜力充分发挥、提高群落的光能利用效率。为了标定林分生产结构的合理性,本文提出了相对光合时间数和相对光能利用率的概念及数学公式。绘制了生产结构与功能图。对合理的生产结构与合理密度的关系进行了论述。     

青海省植被光能利用率模拟研究

借鉴了MODIS-PSN、CASA、GLO-PEM、VPM等光能利用率NPP模型的优点,同时充分考虑了研究区域其植被光能利用率和环境因素的典型特点。根据研究区域相关文献资料和NPP实测数据,模拟出主要植被类型的最大光能利用率。同时,特别细化了草地和灌丛最大光能利用率的估算步骤。采用蒸散比算法和陆地生态模型(TEM),根据Liebig定律,计算了对最大光能利用率产生影响的环境综合胁迫因子。估算了青海省主要植被类型的光能利用率,并详细分析了其空间分布和季相变化特征。结果表明:2006年青海省植被平均光能利用率介于0.026-0.403gC/MJ之间,平均值为0.096gC/MJ。青海省植被光能利用率的分布具有明显的地带性,呈由西北向东南逐渐递增的趋势。其随季节的推移变化比较明显,2006年植被月平均光能利用率在0.057-0.157gC/MJ之间,峰值出现在7月份,主要的光能利用率累积发生在5-9月份。     

落叶松人工林群落生物生产力的研究

本文对黑龙江省帽儿山地区海拔300—350m的24年生,四种结构类型的兴安落叶松(Larix gmelini)人工林的群落学特性、生物量和生产量进行了测定和研究。按平均标准木法和样方收获法分别调查了乔木层、幼树下木层,草本地被物层及枯枝落叶层的生物量。结果表明：人工落叶松林乔木层不同组合的分布格局,形成了不同的群落结构特征及生物生产力。四种结构群落总平均生物量为159.445t／ha,净生产量为12.237t/ha·a;其中乔木层平均生物量为149.560t／ha,净生产量为9.627t／ha·a。乔木层盖度制约着群落的空间结构,使群落叶量及叶面积指数等叶的数量指标产生差异从而影响群落的生物生产力及光能利用率。在一定范围内,乔木层郁闭度由0.9减少至0.7,其叶面积指数由3.07增加到6.66,整个群落总的累积叶面积指数由3.315增加到9.220群落平均净生产量增加了105.28%,乔木层的平均净生产量增加了39.89%。     

鼎湖山森林群落的光能利用效率

本文研究了鼎湖山自然保护区,亚热带季风常绿阔叶林和针叶阔叶混交林的光能利用效率。根据群落的垂直结构和成层现象,应用红外线CO_2气体分析法,分层测定了主要植物22种58株的光合速率.计算了群落的生产力;用量子传感器分层测定了两个群落的光合有效辐射,并计算其光能利用效率。结果表明:阔叶林总生产力的光能利用效率为14.28%,混交林为12.01%,说明了不同森林类型对光能资源的利用效率。     

鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林的生物量和光能利用效率

报道鼎湖山自然保护区黄果厚壳桂群落的生物量、生产力和光能利用效率。根据群落的种类成分和结构特征,分层选主要树种,用样本收获法和红外线ＣＯ２气体分析法,测定了群落的生物量、光合速率和呼吸速率,计算了群落的生产力和光能利用效率．结果表明,群落的生物量为２０８ｔ·ｈｍ－２;总生产力为１２８７０４ｋＪ·ｍ－３·ａ－１,净生产力为３０４５１ｋＪ·ｍ－２·ａ－１;由总生产力计算光合有效辐射能的吸收利用率为９,６６％,净生产力的利用率为２．２８６％,并与厚壳桂群落作比较,阐明了南亚热带森林群落的生产潜力．     

银鹊树群落生物量和能量的分配

 本文研究了安徽大别山天然林内16年生银鹊树和引种于南京的银鹊树幼苗及人工幼林的生物量,分析了光能利用率。研究结果表明：(1)常规芦蒹遮光,一龄苗的生物量为1777.5kg／ha。以一层塑料纱遮光处理的幼苗生物量最大,全光照的幼苗生物量居第二、三层纱遮光生物量最小。(2)天然林内16年生单株银鹊树地上部分干重为107.77kg。(3)8年生人工银鹊树林总生物量为80.63t／ha,其中乔木层平均净生产量为9.563t／ha·a,高于湖南会同、朱亭及江苏南部的杉木林。(4)银鹊树林总初级生产量为1219.18g／m2·a;其中乔木层为956.25g／m2·a,草本及天然幼苗为161.10g／m 2·a,枯枝落叶为101.83g／m2·a．光能利用率为0.527%,其中乔木层的光能利用率为0.417%。     

不同森林群落结构与光能利用率的关系

本文在人工落叶松纯林及人工落叶松与水典柳混交林的林冠观测数据的基础上建立了落叶松松和水曲柳的树冠锥体模型。通过对上述两种森林群落结构的太阳辐射的观测,利用电磁波的吸收,反射和透射理论分别对以上两种森林群落的光能利用率进行了计算。结果表明理论计算值与实测结果基本一致;双层次混交林的光能利用率高于单层纯林的光能利用率。     

植被光能利用率研究进展

光能利用率是表征植物固定太阳能效率的指标,指植物通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机干物质的效率,是植物光合作用的重要概念,也是区域尺度以遥感参数模型监测植被生产力的理论基础。传统的研究方法是通过生物量收获法分别确定植物生长和辐射量,求年或生长季比值;涡度相关技术作为目前直接测定植被冠层与大气间的CO2和水热交换量的唯一方法,使从冠层到景观水平的光能利用率估计成为可能。由于植被类型的差异和气候环境的综合影响使光能利用率表现出显著的空间异质性和时间动态性。在全球尺度上,利用耦合大气CO2观测、卫星遥感和大气辐射传输模型的反演模拟,发现净初级生产力的光能利用率存在明显的地理分异。影响光能利用率时空变异性的因子包括植物内在因素(如叶形、叶羧化酶含量)和外在环境因素。针对光能利用率的时空特征及其波动,建立在通量观测及模型分析基础上的跨尺度模拟,将成为今后该领域的研究重点。     

不同CO2浓度下番茄幼苗叶片的光能利用效率

光能利用效率(LUE)是评价植物叶片光能利用能力的重要参数,更是影响生态系统生产力大小和质量的主要因素.本文基于植物光合作用对光响应的机理模型推导出植物叶片的光能利用效率模型以及叶片的最大光能利用效率(LUE_max)和对应的饱和光强(I_L-sat)的数学表达式,并用光能利用效率模型研究了番茄幼苗叶片在CO₂浓度分别为350、450、550和650 μmol·mol^-1下的光能利用效率.拟合结果表明: 所推导的叶片光能利用效率模型可以很好地描述4种CO₂浓度条件下番茄幼苗叶片的光能利用效率;在这4种CO₂浓度条件下,番茄的LUE_max在光合有效辐射(I)为70～90 μmol·m^-2·s^-1时就可以达到;番茄在CO₂浓度为550和650 μmol·mol^-1时叶片的LUE_max和I_L-sat没有差异.产生这种现象的原因可能是由于番茄幼苗长时间处于较低光强下,番茄幼苗叶片的光合功能已经适应了低光强环境,以致于高CO₂浓度难以改变它的捕光色素分子的内秉特性,如有效光能吸收截面以及处于激发态和基态色素的比例等.     

氮肥运筹对小麦产量、氮素利用效率和光能利用率的影响

连续2年在西南冬麦区的重庆、仁寿、广汉、西昌4个地点,开展3种施氮水平(每公顷纯氮0、120、180 kg,简写为N₀、N₁₂₀、N₁₈₀)和3种氮肥分配模式(N_A:底肥100%;N_B:底肥70%+苗肥30%;N_C:底肥60%+拔节肥40%)的田间试验,监测小麦花后冠层叶片SPAD值、群体光合速率(CAP)、光能利用等生理参数和籽粒产量,计算氮素利用效率、光能利用率等.结果表明: 随施氮水平增加,小麦上三叶SPAD值、CAP、光合有效辐射(PAR)截获率和产量均呈增加趋势,而氮肥农学利用效率、生产效率、吸收效率和利用效率呈降低趋势.氮肥后移的增效作用因施氮水平而异,SPAD于N₁₈₀增效明显,而CAP于N₁₂₀增效明显,不同氮肥管理模式的光能利用率因地点而异.氮肥后移能明显提高小麦氮肥农学效率、生产效率、吸收效率和氮素表观回收率,但氮肥利用效率则略有减少.氮肥后移效果N_C总体优于N_B处理.不同地点比较,广汉的SPAD值、CAP、PAR截获率、氮肥利用参数较高,其产量也相应最高;西昌的产量、SPAD值及氮素利用效率较高,但其光能利用率和CAP较低;重庆和仁寿的SPAD值、光能利用率及氮素利用效率均较低,其产量也最低.小麦生物产量与各地点的籽粒产量、CAP、SPAD值和PAR累积截获量均呈显著或极显著的正相关关系.表明不同生态区域增施氮肥都能促进小麦增产,氮肥后移可进一步优化产量结构、改善氮肥和光能利用效率,但存在年份和地点差异,各地需要制定有针对性的氮肥管理模式.     

地理信息系统与模型集成技术在林地林木产量和光能利用率估测中的应用

利用福建省气象要素观测及山地土壤调查资料,探讨地理信息系统和数学模型集成技术在区域林地栅格空间林木产量和光能利用率估测中的应用.结果表明,区域年均温、降水量和太阳总辐射能与经度、纬度及海拔的2次趋势面分析模型相关性均达极显著水平,复相关系数为0.692～0.981.采用地理信息系统与2次趋势面分析及1、2和4次反距离权重插值模型集成技术可分别较准确推算区域太阳总辐射能、年均温和降水量的空间数据,验证气象站点相应气象要素观测值与模型推算值之间的差异均未达显著水平,t值仅分别为1.29、0.12和0.06.借助地理信息系统与相关模型集成技术可实现区域林地栅格空间林木产量和光能利用率的估测,研究区林地林木产量和光能利用率分别为2.32～18.61 m³·hm^-2·yr^-1和0.11%～0.91%.     

海岸带复合梨园的光能分布与利用规律

采用方格法和分层法相结合的技术对江苏省如东县棉花原种场林网保护区内13年生梨园的树冠结构特征和光能分布与利用规律进行了系统研究。结果表明:梨树叶幕光能分布状况直接受叶面积系数、树冠结构、太阳位置及光强的影响。各层叶幕中的光合有效辐射(PAR)分布随自然光照条件的变化而改变,其日平均透光率大小和PAR日变化范围均从叶幕外围向内膛随累积叶面积系数(LAI)的增加而减弱;不同生长时期及不同天气变化下树冠光能分布存在明显的差异性;树冠结构与累积LAI对PAR的分布及利用率具有决定性的影响。在生产实践中,通过密度调控、整形修剪等农业技术措施,维持成年梨园盛果期高效光合生产的叶幕厚度在2.5m以上,有效LAI为4左右,是增强梨树光合生产能力、提高产量和品质的有效措施。     

不同海拔高度高寒草甸光能利用效率的遥感模拟

利用植被光合模型模拟了藏北高原3个海拔高度(4300,4500 m和4700 m)的高寒草甸生态系统的光能利用效率.海拔4500 m的光能利用效率均值(0.47 g C/MJ)显著高于海拔4300 m(0.38 g C/MJ)和4700 m(0.35 g C/MJ),而海拔4300 m和4700 m两者间差异不显著.相关分析和多重逐步回归分析表明,影响每个海拔光能利用效率季节变化的主要因子为空气温度,相对湿度以及地表水分指数,这3个因子共同解释了99％以上的光能利用效率的季节变化,其中空气温度的贡献最大,相对湿度的贡献次之,地表水分指数的贡献最小,这说明在3个海拔的任何一个海拔高度,温度对光能利用效率季节变化的胁迫作用大于水分对光能利用效率季节变化的胁迫作用.多重逐步线性回归分析表明,生长季节均土壤含水量是决定生长季节均光能利用效率沿海拔高度分布的主导因子.单因子线性回归分析表明,地表水分指数可以定量化高寒嵩草草甸生态系统水分状况,它同时可以反应土壤水分、近地表空气湿度以及生态系统植被含水量状态.因此,在高寒嵩草草甸生态系统,用地表水分指数反应生态系统尺度水分对光能利用效率的胁迫作用是可行的.     

不同CO2浓度下番茄幼苗叶片的光能利用效率

光能利用效率(LUE)是评价植物叶片光能利用能力的重要参数,更是影响生态系统生产力大小和质量的主要因素.本文基于植物光合作用对光响应的机理模型推导出植物叶片的光能利用效率模型以及叶片的最大光能利用效率(LUE_max)和对应的饱和光强(I_L-sat)的数学表达式,并用光能利用效率模型研究了番茄幼苗叶片在CO₂浓度分别为350、450、550和650 μmol·mol^-1下的光能利用效率.拟合结果表明: 所推导的叶片光能利用效率模型可以很好地描述4种CO₂浓度条件下番茄幼苗叶片的光能利用效率;在这4种CO₂浓度条件下,番茄的LUE_max在光合有效辐射(I)为70～90 μmol·m^-2·s^-1时就可以达到;番茄在CO₂浓度为550和650 μmol·mol^-1时叶片的LUE_max和I_L-sat没有差异.产生这种现象的原因可能是由于番茄幼苗长时间处于较低光强下,番茄幼苗叶片的光合功能已经适应了低光强环境,以致于高CO₂浓度难以改变它的捕光色素分子的内秉特性,如有效光能吸收截面以及处于激发态和基态色素的比例等.     

东北东部山区红松人工林群落生物量的研究

本文对东北东部山区红松人工林群落生物量进行了测定和研究。根据相对生长法和样方收获法分别调查和计算了乔木层、下木层、草本层、凋落层、立枯量的生物量。研究结果表明:群落总生物量为132.419t/ha, 其中乔木层106.881t/ha, 占总量的80.71%;下木层0.507t/ha, 占总量的0.38%;草本层0.292t/ha, 占总量的0.22%;凋落层20.411t/ha, 占总量的15.41%;立枯量4.328t/ha, 占总量的3.28%。通过群落生物量分布结构分析, 红松人工林急需进行抚育间伐, 调整群落产量结构, 提高群落结构的整体效应。     

鼎湖山格木群落的生物量和光能利用效率

研究了鼎湖山南亚热带常绿阔叶林的生物量,发现其中格木（Ｅｒｙｔｈｒｏｐｈｌｅｕｍ ｆｏｒｄｉｉ）群落的生物量为５６８．１７２ｔ／ｈｍ＾２,叶面积指数为２７．８０２５ｍ＾２／ｍ＾２,均高于大面积分布的厚壳桂（Ｃｒｙｐｔｏｃａｒｙａ ｃｈｉｎｅｎｘｓｉｓ）群落。用红外线ＣＯ２气体分析法,分层测定了格木群落主要植物的光合速率和呼吸速度,计算了嫩落的生产力和光能利用率。结果表明,格木群落的总生产力为２７９     

北京永定河沿河沙地杨树人工林光能利用效率

光能利用效率(LUE)是影响生态系统生产力大小和质量的主要因素。以位于北京市大兴区永定河沿河沙地的杨树(欧美107/108,Populus euramericana cv.)人工林生态系统作为研究对象,依托涡度相关观测系统,对该生态系统的LUE进行研究,从而确定LUE在不同时间尺度上的影响因子,并确定最大光能利用利用效率(LUEmax)。结果表明:LUE存在明显的季节变化趋势,4月份生长季开始后LUE迅速升高,到7—8月达到最大,而后逐渐降低;在生长季不同阶段,LUE日动态的影响因子不同:4月份气温(Ta)、蒸散比(EF)和饱和水汽压差(VPD)是影响LUE日动态的主要因子,7、8月份光合有效辐射(PAR)和冠层导度(gc)是主要影响因子,5—6月与9—10月LUE日动态则与土壤水分(VWC)有较大关系;而LUE月动态则与月蒸散比(EFm)和月平均土壤温度(Tsm)有关。由于该人工林各月光能利用最适宜环境条件不同,各月LUEmax也各有差异,该生态系统年LUEmax为0.44 g C/MJ PAR,7、8月LUEmax最大,分别为0.66和0.69 g C/MJ PAR。研究结果表明,在利用光能利用模型进行区域乃至全球初级生产力估算时需要根据研究的不同时间尺度确定LUEmax。     

广西红海榄红树群落的氯钠动态

本文主要探讨了广西英罗湾64年生红海榄(Rhizophora stylosa)红树群落对Cl、Na的吸收分布和生物循环。结果表明:该群落现存生物量中.库存Cl、Na总量分别为349.39g/m~2和279.8 5g/m (g·Cl/g·Na=1.25,mol·Cl/mol.Na=0.81),其中地上部分别占60.4%和5 6.9%,地下部分别占39.6%和4 3.1%。群落Cl、Na的生物循环为:年吸收量分别为40.18g/m~2和26.56g/m~2;年存留量分别为11.40g/m~2和9.15g/m~2;年归还量分别为28.78g/m~2和17.41g/m ~2;循环系数分别为0.72和0.66。周转期Cl(12年)快于Na(16年)。群落对Cl、Na的富集率分别为2.18和1.8.     

巴山松天然林生物量和生产力的研究

 经测定分析陕西南部28—37年生巴山松天然林的生物量和净初级生产量,结果表明,林分乔木层生物量为81.28t／ha,草本下木生物量为1.45t／ha,林分凋落物量为11.16t／ha;乔木层净初级生产量为6.94t／ha·yr,约45%分配到树叶。巴山松林的消光系数平均为0.33。在地上部生产结构方面,枝重主要集中在树冠中、下部,叶龄愈大,叶重在树冠下部的比例愈高。巴山松林木的根系总长度约99.4km／ha,其中细根占58%。