呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO_2排放特征

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO2通量排放特征.结果表明:生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13:00—15:00,最低值出现在5:00—6:00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系,Q10变化范围分别为1.68~2.14和3.03~3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO2年排放量分别为488.47和507.20 g C·m-2·a-1,生长季排放量约占年排放量的90%.     

呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO2排放特征

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO₂通量排放特征.结果表明: 生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13:00—15:00,最低值出现在5:00—6:00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系,Q₁₀变化范围分别为1.68～2.14和3.03～3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO₂年排放量分别为488.47和507.20 g C·m^-2·a^-1,生长季排放量约占年排放量的90%.     

芦芽山针叶林分布上下限土壤温度及含水量的季节差异

山地小气候特征对解释林线位置、形成机制以及生长⁃气候关系具有重要意义。由于高山气象数据匮乏,尤其是土壤水热数据的缺失,使以往对华北地区山地土壤的温湿度变化特征知之甚少。基于5个整年(2012—2016年)的连续监测,分析了华北芦芽山针叶林分布上下限土壤(10cm)温度和含水量的季节变化特征及差异。结果表明:(1)在芦芽山针叶林分布上限,北坡土壤10月末冻结,5月初解冻,南坡土壤冻结和解冻日均滞后于北坡,生长季内南北坡土壤均温、生长季长度无显著差异(122d,8.1℃和110d,7.6℃);(2)南北坡林线土壤含水量最低值都出现在冬季(1月),最高值则在秋季(10月和9月),并且南坡生长季土壤含水量(0.350 m3/m3)显著大于北坡(0.247 m3/m3);(3)与针叶森林的分布下限(2040 m a.s.l.)相比,林线土壤热量指标(年均温、生长季均温、最热月均温和生长季长度)均明显偏低,而土壤生长季内含水量显著偏大。研究结果揭示了亚高山区土壤冻融过程中温度和含水量的耦合关系,并进一步证实了芦芽山地区针叶树木径向生长在低海拔受干旱胁迫而在高海拔受低温限制。     

黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候因子的响应

为研究黄土高原地区退耕还林(草)后,植被覆盖变化及其对水热条件的响应,利用1999—2013年SPOT VGT NDVI 1km/10d分辨率数据,采用最大合成法、一元线性回归法和偏相关分析法,系统分析了黄土高原地区NDVI(归一化植被指数)的时空分布及变化趋势,及其与气候因子的关系。结果表明:黄土高原1999—2013年年最大NDVI的平均值为0.31,NDVI较高的区域位于黄土高原南部,而西北部植被覆盖度较低;自1999年开始,黄土高原地区NDVI呈极显著(P0.01)增加趋势,年最大NDVI的变化斜率为0.0099;不同季节(春、夏、秋、冬)和生长季的植被状况均呈现良性发展趋势;1998—2013年间,黄土高原地区气候呈现不显著的"冷湿化"特征;NDVI年际(及生长季和季节)变化与降雨和温度的相关性不显著,而在月时间尺度上,呈显著的相关性,并且月NDVI与当月降雨量的相关性要强于与当月温度的相关性;植被生长对温度的响应存在一个月的滞后期,而对降雨的响应无滞后效应。     

滇西北白马雪山长苞冷杉和大果红杉年内径向生长动态及其对环境因子的响应

以滇西北白马雪山亚高山寒温性针叶林的常绿树种长苞冷杉和落叶树种大果红杉为对象,采用高精度生长仪监测了2个树种的年内径向生长动态,分析其径向生长的季节动态特征及其对环境因子的响应。结果表明: 大果红杉和长苞冷杉的径向生长主要发生在4—8月,6月是生长最快的时期。与长苞冷杉相比,大果红杉径向生长的开始时间较早,停止生长时间稍晚,其生长季持续时间明显长于长苞冷杉。大果红杉最大生长速率和年生长量均略高于长苞冷杉。长苞冷杉日生长量与降水量呈显著正相关,与饱和水汽压亏缺、空气温度呈显著负相关;而大果红杉的日径向生长量与降水量呈显著正相关,与土壤体积含水量和饱和水汽压亏缺呈显著负相关。长苞冷杉和大果红杉的径向生长均受到水分的限制,大果红杉对水分条件更敏感。在全球变暖的背景下,植物蒸腾作用和土壤蒸发散的增加,可能进一步加剧土壤水分丧失和植物可利用水分下降,进而导致长苞冷杉和大果红杉更易受到干旱胁迫。     

亚热带杉木径向生长对气候因子的响应

杉木(Cunninghamia lanceolata)是亚热带地区主要造林树种之一,其在区域碳循环和缓解气候变化中起着重要的作用。以亚热带地区6个站点(荆关、马鬃岭、分宜、将乐、东风、高峰)杉木人工林为研究对象,建立树轮标准化年表,分析树木年轮年表与气候因子的关系,解析不同研究区杉木径向生长对气候变化的响应机制,探讨不同站点杉木对干旱事件的响应策略,为该地区杉木人工林的经营管理提供理论依据。研究结果表明,6个研究区杉木树轮宽度对气候变化的平均敏感度大于0.15,样本总体代表性大于0.85,均处于可接受水平,表明6个站点的杉木样本具有区域代表性,适用于进行气候相关分析。杉木径向生长主要与生长季的平均温度和降水量、上一年夏季的最低温度正相关,与当年夏季最高温度负相关,高峰站点的径向生长与7—10月的相对湿度显著正相关,其他地点径向生长与月相对湿度相关性较弱,分宜、东风和高峰站的径向生长与干旱指数显著正相关,其他地点的杉木树轮宽度与干旱指数相关性较弱。干旱事件对6个站点杉木生长均产生了负面影响,胸高断面积增长(Basal area increment, BAI)呈先上升后下降的趋势,在生长后...     

黄土高原春小麦农田蒸散及其影响因素

蒸散与水循环、能量平衡密切相关,是黄土高原雨养农田生态系统最重要的水通量之一。准确测定半干旱区农田生态系统蒸散,对增强陆气相互作用的理解以及科学应对气候变化有重要意义。采用涡度相关技术对黄土高原春小麦农田生态系统蒸散进行了观测,利用气象梯度系统进行环境因子观测;分析了春小麦农田生态系统蒸散日、季动态及其环境影响因子。结果表明,黄土高原半干旱区春小麦农田生态系统蒸散呈早晚低、中午高的"单峰型"日变化特征;最大日峰值出现在8月(0.22mm/h)。生长季蒸散日峰值高于非生长季。春小麦农田最大日蒸散率值相对较低,这可能与该地区干旱少雨的气候特征有关。农田蒸散且具有明显的季节动态,与降水季节分布密切相关。7、8月份降水较多,月蒸散量较高。全年蒸散量(318.0 mm)略低于年降水量(332.3 mm);蒸散量与降水量比值为95.7%。非生长季蒸散量显著低于生长季(4—9月);二者之比为0.26。农田蒸散随土壤含水量和空气温度(低于26℃)增大呈指数增长趋势;随空气相对湿度、太阳辐射、风速增大呈先增大后降低的二次曲线变化趋势。净辐射是黄土高原半干旱区农田生态系统蒸散主要环境控制因子,土壤含水量次之。     

秦岭牛背梁自然保护区巴山冷杉(Abies fargesii)树轮宽度对气候变化响应的分离效应

本文采用树轮气候学的方法,以1992/1993年为分界点,分析了两个时段(1969—1992年和1993—2013年)秦岭牛背梁自然保护区巴山冷杉的生长对气候要素响应的异质性特征。结果表明:研究区巴山冷杉的径向生长对温度的响应存在着一定的分离效应。将表征巴山冷杉径向生长的差值年表(RES)序列分别与年际、季节和月值气候要素进行相关和响应函数分析发现,在1969—1992年时段,巴山冷杉的径向生长与年际及季节的平均温度并未表现出显著的相关性,与当年3月、9月平均温度和当年2月、4月降水量显著负相关,与当年5月平均温度显著正相关;在1993—2013年时段,巴山冷杉的径向生长与上一个秋季的平均温度呈显著正相关,在月值气候要素的相关分析中,其与上年10月的平均温度呈显著正相关,与当年2月降水量仍显著负相关;同时,在两个时间段上,巴山冷杉的径向生长均与上一个冬季的平均降水量显著负相关。由此推断,伴随着全球气候变暖,秦岭牛背梁自然保护区巴山冷杉的径向生长在两个时间段对于气候要素的响应特征、响应模式存在着差异。     

西昆仑山两种针叶树种径向生长及其对气候变化的响应

利用西昆仑山的雪岭云杉和昆仑圆柏树芯样本,建立其树轮宽度年表。通过分析两种针叶树种树木径向生长特征与气候要素的相关关系,探讨了树种间的树木生长气候响应异同及响应关系的稳定性。结果表明：研究区域内的雪岭云杉和昆仑圆柏年表间存在显著正相关。两种针叶树种在1994年气温突变前树轮宽度年表指数和基部断面生长增量（BAI）呈上升趋势,在气温突变后年表和BAI则呈下降趋势,并且昆仑圆柏的树木径向生长速率高于雪岭云杉。与气候要素的相关性分析结果表明,雪岭云杉径向生长与上年生长季（5—6月和8—10月）和当年生长季（3—6月和10月）气温呈显著负相关,而昆仑圆柏径向生长与上年10月和当年生长季前期（4—6月）气温呈显著负相关;两者均与当年春季降水呈显著正相关。滑动相关分析结果显示,上年和当年生长季气温对两个树种树木径向生长的负响应在增强,特别是在当年生长季前期更为显著。此外,当年生长季前期降水对树木径向生长的促进作用也在增强。在有可能的气候突变年份（1994年）之后,两种针叶树种对气温和降水的响应敏感性均有所增强,并且雪岭云杉对气温的响应敏感性强于昆仑圆柏,而对降水响应敏感性要弱于昆仑圆柏。     

太子河源流域不同类型水源涵养林土壤微生物生物量碳、氮的季节动态

为探讨太子河源流域不同类型水源涵养林土壤微生物生物量的生长季动态规律,于2016年4—9月,对落叶松人工林、天然阔叶次生林和油松人工林不同土层土壤微生物量生物量碳(MBC)、氮(MBN)进行监测,并分析MBC、MBN生长季变化与土壤养分及土壤水分的关系。结果表明:天然阔叶次生林土壤MBC、MBN显著大于针叶人工林(P0.05),且随土层增大而减小;不同类型水源涵养林土壤MBC、MBN生长季动态变化规律明显,均表现春季开始逐渐升高,夏季植物旺盛期达到最大值,秋季逐渐降低;不同植被类型土壤MBC/MBN在1~5,其季节动态变化规律先降低后升高再降低。相关性分析发现:MBC、MBN与土壤有机碳、全氮、土壤含水量呈显著正相关,表明该区域土壤有机碳、全氮、土壤含水量是影响土壤微生物生物量的重要因子;不同植被类型水源涵养林对土壤MBC、MBN均具有显著影响,天然阔叶次生林对土壤MBC、MBN的作用更大,有利于养分的累积。因此,建议在该流域开展水源涵养林建设中应加强天然林保护和促进人工林转变为天然次生林。     

热带季节性湿润林苦楝(Melia azedarach)径向生长季节动态及其对环境因子的响应

气候变化导致的温度升高和降水格局改变可能会影响到树木的生长速率和季节物候。西双版纳热带季节性湿润林分布在石灰岩山中部,属于热带喀斯特生境。由于土层浅薄,土壤保水能力极差,植物生长更容易遭到受到季节性干旱气候的影响。为探究热带季节性湿润林的树木径向生长季节动态及其对环境因子的响应,利用高精度树木生长仪连续两年监测了云南西双版纳热带季节性湿润林中落叶树种苦楝（Melia azedarach）的树干径向变化,并与同步监测的环境因子进行相关分析。结果表明,苦楝径向生长开始、结束以及持续生长的时间在年际间存在差异。与2018年相比,2019年苦楝生长开始和结束的时间较晚,且年生长量较小,这可能是与2019年雨季开始较晚且在生长季早期经历了严重的高温干旱有关。苦楝的径向日生长量与日降水量和相对湿度呈正相关关系,与光合有效辐射、水汽压亏缺和风速呈负相关关系,表明了在苦楝的径向生长主要受水分条件限制。在干旱年份（2019年）,苦楝的日生长量与降水和相对湿度的相关性更强。研究结果有助于进一步了解热带喀斯特生境树木生长对气候变化的敏感性以及树木适应季节性干旱气候的策略。     

六盘山半湿润区华北落叶松树干半径变化特征及其影响因素

在2016年生长季,利用树干径向生长测量仪监测了六盘山半湿润区华北落叶松的树干半径变化,研究其昼夜和生长季的变化格局,确定主要生长期并分析期间环境因素对半径变化的影响,以期准确理解短时环境变化对树木生长的影响。结果表明: 在昼夜时间尺度,树干半径呈白天收缩、夜间恢复并增长的变化格局;在生长季时间尺度,树径变化呈相对稳定、持续增大、涨缩波动3个阶段的格局。在本研究特定的气象、土壤湿度和地形条件下,华北落叶松树干半径的主要生长期为5月14日—7月31日,最大半径生长速率出现在6月8日。影响树干半径日收缩量的环境因子在不同时段(收缩阶段、日、循环周期)基本一致,主要为温度(空气/土壤温度)、太阳辐射强度、饱和水汽压差和土壤含水量,且温度的贡献率最大(50.3%～71.0%)。而影响树干半径日增长量的因子存在时段差异,在增长阶段是降水量(贡献率86.9%)和最高气温(13.1%),在循环周期是降水量(50.3%)、饱和水汽压差(29.9%)、相对空气湿度(12.7%)和太阳辐射强度(7.1%),在整日阶段仅是降水量和太阳辐射强度。树径增量的环境响应在循环周期比在日时段更敏感。     

Differential Growth Responses to Water Balance of Coexisting Deciduous Tree Species Are Linked to Wood Density in a Bolivian Tropical Dry Forest

A seasonal period of water deficit characterizes tropical dry forests (TDFs). There, sympatric tree species exhibit a diversity of growth rates, functional traits, and responses to drought, suggesting that each species may possess different strategies to grow under different conditions of water availability. The evaluation of the long-term growth responses to changes in the soil water balance should provide an understanding of how and when coexisting tree species respond to water deficit in TDFs. Furthermore, such differential growth responses may be linked to functional traits related to water storage and conductance. We used dendrochronology and climate data to retrospectively assess how the radial growth of seven coexisting deciduous tree species responded to the seasonal soil water balance in a Bolivian TDF. Linear mixed-effects models were used to quantify the relationships between basal area increment and seasonal water balance. We related these relationships with wood density and sapwood production to assess if they affect the growth responses to climate. The growth of all species responded positively to water balance during the wet season, but such responses differed among species as a function of their wood density. For instance, species with a strong growth response to water availability averaged a low wood density which may facilitate the storage of water in the stem. By contrast, species with very dense wood were those whose growth was less sensitive to water availability. Coexisting tree species thus show differential growth responses to changes in soil water balance during the wet season. Our findings also provide a link between wood density, a trait related to the ability of trees to store water in the stem, and wood formation in response to water availability.     

基于生长测量仪监测的亚热带地区马尾松多时间尺度径向变化及其与环境因子的关系

树干径向变化的多尺度研究提供了树木生长及其和环境因子关系的详细信息,有助于准确评估全球气候变化背景下森林生态系统碳汇变异。以往树干径向变化研究主要集中在温带和热带地区,且大多数研究方法基于时间分辨率较粗的树木年轮法,然而缺少亚热带地区高时间分辨率树干径向变化的研究。利用树干径向变化记录仪连续监测亚热带地区马尾松13个月的树干径向变化动态,探索不同时间尺度树干径向变化规律及与环境因子的关系。结果表明：（1）在日尺度,马尾松径向变化模式为白天收缩夜晚膨胀,秋冬季节夜晚膨胀没有春夏季明显。（2）在季节尺度,马尾松树干径向变化可分为4个时期,其中3-8月是主要生长月份,4月是累计生长量最大的月份。（3）在日尺度上,相对湿度和饱和水汽压亏缺是调节马尾松径向变化主要环境因素;在季节尺度上,土壤温度对树干径向变化的影响大于空气温度,降水量与相对湿度等水分因素对树干径向生长的促进作用在生长季中后期更为明显。研究结果有助于深入理解亚热带季风气候区树干径向变化及其对环境变化的响应,为气候变化背景下亚热带地区的植树造林设计和森林可持续管理提供依据。     

毛白杨树干呼吸及其温度敏感性季节变化特征

树干呼吸(E_s)是森林生态系统碳循环过程的重要组成部分,深入理解树干呼吸过程对未来气候变暖的响应及反馈机制有助于更加精确地估算森林生态系统碳储量。为揭示毛白杨树干呼吸及其温度敏感性的昼夜变化和季节动态规律,利用Li-Cor6400便携式光合作用测定系统及其配套使用的土壤呼吸测量气室(LI-6400-09)对冀南平原区毛白杨的树干呼吸和树干温度实施为期1年的连续监测。结果表明:(1)在生长季,毛白杨树干呼吸与树干温度之间在晚上呈现正相关的关系(R~2=0.88);相反,两者在白天为负相关的关系(R~2=0.96)。(2)整个观测期内,毛白杨树干呼吸和树干温度均呈现"钟形"的变化曲线,树干呼吸与树干温度之间存在着较好的指数函数关系(R~2=0.93),且树干呼吸的温度敏感性系数(Q_(10))为2.62;不同季节毛白杨树干呼吸的Q_(10)存在差异,生长季的Q_(10)(1.95)明显低于非生长季(3.00),表明生长呼吸和维持呼吸对温度的响应也并不相同。(3)温度矫正后的毛白杨树干呼吸(R_(15))在昼夜和季节尺度上均存在明显的变异,即夜晚的R_(15)显著高于白天(P0.01),生长季的R_(15)明显高于非生长季(P0.05);树干可溶性糖含量与生长季的R_(15)存在较好的相关性(R~2=0.52),而非生长季的R_(15)却主要受到树干淀粉含量的影响。研究结果表明,在生长季,毛白杨树干呼吸的在日变化主要受到温度的影响,而在季节尺度上Q_(10)的变异则与树干呼吸中维持呼吸所占比例及树干中非结构性碳水化合物(可溶性糖和淀粉)的含量及类型紧密相关。     

Frost and drought: Effects of extreme weather events on stem carbon dynamics in a Mediterranean beech forest

The effects of short-term extreme events on tree functioning and physiology are still rather elusive. European beech is one of the most sensitive species to late frost and water shortage. We investigated the intra-annual C dynamics in stems under such conditions. Wood formation and stem CO₂ efflux were monitored in a Mediterranean beech forest for 3 years (2015–2017), including a late frost (2016) and a summer drought (2017). The late frost reduced radial growth and, consequently, the amount of carbon fixed in the stem biomass by 80%. Stem carbon dioxide efflux in 2016 was reduced by 25%, which can be attributed to the reduction of effluxes due to growth respiration. Counter to our expectations, we found no effects of the 2017 summer drought on radial growth and stem carbon efflux. The studied extreme weather events had various effects on tree growth. Even though late spring frost had a strong impact on beech radial growth in the current year, trees fully recovered in the following growing season, indicating high resilience of beech to this stressful event.     

Cambial growth dynamics and climatic control of different tree life forms in tropical mountain forest in Ethiopia

Munessa Forest is a mountain forest in south-eastern Ethiopia experiencing seasonal rainfall variation. We investigated seasonal cambial activity and dormancy from increment rates of four different tree species belonging to varying life forms, namely, evergreen native conifer (Podocarpus falcatus), evergreen introduced conifer (Pinus patula), evergreen broadleaved tree (Prunus africana) and deciduous broadleaved tree (Celtis africana). Measurements of stem radius fluctuations were registered with the help of high-resolution electronic dendrometers. Daily amplitudes of stem diameter variations and daily and monthly net growth rates were determined and related to climatic variables measured at local climate stations. Thin sections of wood collected with a microcorer every 3–6 weeks allowed a visual control of newly formed wood cells during consecutive time intervals. Lack of water availability during the long dry season induced cambial dormancy of 5–7 months depending on life forms. After the onset of the short rainy season, stem swelling started quite synchronously with a variation of only single days in all studied species. Evergreen tree species were able to initiate wood formation during the short rainy season, whereas growth in the deciduous broadleaved species started in the long rainy season. The acquired data provide a basis for delineating the species-specific growth boundaries and the duration of the cambial growing season.     

热带季节雨林多花白头树年内径向生长动态及其对环境因子的响应

为了解热带地区树木的季节性生长动态和规律,在西双版纳热带季节雨林利用高精度生长仪和微树芯法对落叶树种多花白头树的径向生长季节动态进行监测。结合木质部非结构性碳水化合物和环境因子的监测,分析其形成层活动和径向季节动态的生理生态驱动因子。结果表明: 在2020年,生长仪的监测显示,多花白头树于5月底(儒略日DOY:149.3±7.2)开始生长,8月底(DOY:241.0±14.7)生长结束,年生长量为3.12 mm,最大生长速率为0.04 mm·d^-1。而微树芯法显示,扩大细胞3月9日(DOY:69.2±6.2)开始出现,9月19日(DOY:262.8±2.8)细胞加厚结束,木质部生长量为1.76 mm,最大生长速率为0.009 mm·d^-1。多花白头树径向日生长量与生长季的降水、相对湿度、日最低气温、深度为20 cm的土壤含水量和温度呈显著正相关,而与日最高气温、水汽压亏缺、最大风速和水汽压呈显著负相关。多花白头树边材淀粉含量和可溶性糖含量均在生长季开始之前保持较高水平,淀粉含量在3月底达到最低,而可溶性糖含量5月中旬达到最低,随着生长季的结束淀粉和可溶性糖的含量分别在10月中旬和12月底达到最高。     

Radial stem variations of Tabebuia chrysantha (Bignoniaceae) in different tropical forest ecosystems of southern Ecuador

Stem diameter increments of the broadleaved deciduous tree species Tabebuia chrysantha were measured with high-resolution dendrometers in a tropical lower montane forest and in a dry forest in southern Ecuador, the latter showing a distinct dry season. Those analyses were complemented by wood anatomical studies on regularly collected microcores to determine the season of active cambial growth and the time of formation of annual growth boundaries. The length of the cambial active period varied between 3 and 7 months at the tropical lower montane forest and 2 and 4 months in the dry forest, respectively. During dry days, amplitudes of daily stem diameter variations correlated with vapour pressure deficit. During October and November, inter-annual climate variations may lead to dry and sunny conditions in the tropical lower montane forest, causing water deficit and stem diameter shrinkage in T. chrysantha. The results of the climate–growth analysis show a positive relationship between tree growth and rainfall as well as vapour pressure deficit in certain periods of the year, indicating that rainfall plays a major role for tree growth.