西双版纳热带季节雨林干热季林冠上小气候特征及CO2通量的观测

热带森林在陆地生态系统中起着重要的作用,但是人们对它在碳循环中的作用却了解不多;近年来,为了对其进行深入研究,热带森林的CO2通量成为了研究的热点。应用微气象法中的开路系统涡度相关法,使用设置在西双版纳一片成熟的热带季节雨林中观测铁塔上的观测仪器所得的干热季7个晴好天气的CO2通量及小气候观测数据,对冠层的CO2通量及小气候特征进行了分析研究。研究结果表明:(1)热带季节雨林林冠上风速及摩擦风速在中午和上半夜较大,而后半夜和上午较小;风向有显著的昼、夜交替特征,昼间多为偏东风(45~135°),而夜间多为偏西风(250~280)°;(2)林冠上方气温和树冠面表温具有显著的日变化特征,树冠表温日变化幅度大于气温,热量由空气传向树冠中,在观测的7d中,气温有着较明显的升高趋势;(3)干热季林冠上湿度变化范围为26.5%~97.2%,饱和水汽压差数值大小介于0.3~30.5 hPa之间;(4)CO2浓度在364.5~408.5m l/m3之间变化,夜间浓度升高,而昼间CO2浓度降低;(5)地下5cm土壤温度与气温一样日变化规律明显,土壤含水量的变化幅度很小,在7d内其变化幅度维持在19.9%~23.3%之间,日变化幅度更小;(6)总体上讲林冠上方显热通量小于潜热通量,上午显热通量和潜热通量的数值基本相同,但是在中午和下午,潜热通量远大于显热通量,充分显示了西双版纳干热季热带雨林森林的热量支出主要是蒸腾耗热;(7)观测期间,生态系统净CO2交换(NEE)在-20.9~17.6μm o l/(m2.s)之间浮动,每天最大净CO2吸收速率在-20.9~-12.9μm o l/(m2.s)范围内。从生态系统净CO2交换的平均日变化看,昼间最大的净CO2吸收速率为-12.4μm o l/(m2.s),夜间最大的净释放速率为6.6μm o l/(m2.s)。净CO2交换的日累积量在-0.0665~0.0448m o l/m2范围内变化,7d的累积量为-0.0140 m o l/m2,表明在西双版纳干热季的7 d观测时间段里,热带季节雨林呈现弱的碳汇效应。     

林冠与大气间二氧化碳交换过程的模拟

以长白山阔叶红松林为研究对象,利用Raupach提出的局地近场理论(localized near field, LNF)耦合垂直风速标准差σ_w（z）和拉格朗日时间尺度T_L （z）,建立林冠内CO₂源汇强度和平均浓度廓线之间的关系.结果表明,拉格朗日模型能准确、稳定地模拟林冠与大气之间CO₂的交换特征.模拟值比涡动相关系统实测值高出约15%,与实测值的相关性为89%,这种差异可能主要来自于输入的浓度廓线的波动以及大气稳定层结造成的涡动相关观测系统误差.在近地面层,由于土壤呼吸作用,整个时间段都为CO₂源.林冠层的CO₂源汇强度变化较为复杂,其日变化经历了源－汇－源的转变过程.林冠与大气间CO₂通量交换明显受大气稳定度影响.     

交换的日变化和季节变化特征

应用2003年11月～2004年10月晴好天气涡度相关通量观测资料,对西双版纳热带季节雨林CO₂交换的日变化和季节变化进行分析。结果表明：雾凉季、干热季和雨季的净生态系统CO₂交换（NEE）均呈现出单峰型曲线的日变化趋势,昼间其变化规律较强,夜间呈波动状态。昼间NEE（取绝对值）雾凉季和雨季均显著大于干热季;夜间NEE雨季显著大于干热季 ,而干热季显著大于雾凉季。光合有效辐射是影响NEE日变化的主要因素,但不是造成季节差异的主要因素;饱和水汽压差和气温对NEE的季节差异有较大贡献。另外,应用Micha elis _Menten模型对昼间不同饱和水汽压差和气温下NEE对光合有效辐射的响应进行分析,结果表明：各季节较高饱和水汽压差下的表观最大光合速率(P_max)、表观暗呼吸速率(R_e)比较低饱和水 汽压差下的P_max、R_e大,而表观光量子产额(α )则相反。各季节较高气温下的R_e比较低气温下的R_e大;雾凉季气温的差异对P_max和α的影响较小;干热季和雨季较高气温下的α较小。     

热带季节雨林林冠上方和林内近地层CO2浓度的时空动态及其成因分析

 为探讨西双版纳独特地方气候背景下,热带季节雨林CO₂浓度的时空变化特征和不同时间尺度上环境因素对森林CO₂浓度时间分布的作用,以及 为研究热带季节雨林的碳通量、净生态系统交换量(Net ecosystem exchange, NEE)等提供支持,我们利用热带季节雨林林冠上方和林内近地层 CO₂浓度连续监测资料,结合同步气象资料进行了统计分析。研究结果表明：在植被生理活动、土壤呼吸以及林内湍流的共同作用下,西双版纳 热带季节雨林CO₂浓度表现出明显的日变化、季节变化和林冠上下差异。在日尺度上,林冠上方的CO₂浓度时间变化曲线为“单峰型”,林内近 地层CO₂浓度时间变化曲线为“双峰型”,造成林内近地层傍晚第二个峰值的主要因子是地形因子作用下形成的局地环流。在季节尺度上,林冠 上方CO₂浓度主要受林冠代谢作用的影响,呈现雨季低、干季高的特点,而林内近地层的CO₂浓度则主要受地表呼吸过程所控制,季节变化趋势 与林冠上方相反。林冠上方CO₂浓度低于林内近地层CO₂浓度,且差异较大;在日尺度上,各月（除12月外）CO₂浓度的最大差值皆大于80 mg·m ^－3,且出现在傍晚;在季节尺度上,最大值为-62.9 mg·m^－3,出现在10月,最小值为-8.4 mg·m^－3,出现在12月。     

浓度的时空动态及其成因分析

为探讨西双版纳独特地方气候背景下,热带季节雨林CO₂浓度的时空变化特征和不同时间尺度上环境因素对森林CO₂浓度时间分布的作用,以及 为研究热带季节雨林的碳通量、净生态系统交换量(Net ecosystem exchange, NEE)等提供支持,我们利用热带季节雨林林冠上方和林内近地层 CO₂浓度连续监测资料,结合同步气象资料进行了统计分析。研究结果表明：在植被生理活动、土壤呼吸以及林内湍流的共同作用下,西双版纳 热带季节雨林CO₂浓度表现出明显的日变化、季节变化和林冠上下差异。在日尺度上,林冠上方的CO₂浓度时间变化曲线为“单峰型”,林内近 地层CO₂浓度时间变化曲线为“双峰型”,造成林内近地层傍晚第二个峰值的主要因子是地形因子作用下形成的局地环流。在季节尺度上,林冠 上方CO₂浓度主要受林冠代谢作用的影响,呈现雨季低、干季高的特点,而林内近地层的CO₂浓度则主要受地表呼吸过程所控制,季节变化趋势 与林冠上方相反。林冠上方CO₂浓度低于林内近地层CO₂浓度,且差异较大;在日尺度上,各月（除12月外）CO₂浓度的最大差值皆大于80 mg·m ^－3,且出现在傍晚;在季节尺度上,最大值为-62.9 mg·m^－3,出现在10月,最小值为-8.4 mg·m^－3,出现在12月。     

长白山阔叶红松林二氧化碳湍流交换特征

采用开路式涡度相关技术,研究了长白山阔叶红松林森林-大气界面的CO₂湍流交换特征.结果表明,在近中性大气层结条件下,冠层上方垂直风速和CO₂浓度功率谱在惯性子区基本符合-2/3定律,垂直方向主导湍涡尺度约为40 m.湍流通量贡献区主要在0.01～2 Hz频率范围内,冠层上方低频传输的湍涡贡献了更多的CO₂通量.这说明开路式涡度相关仪器系统可以满足冠层上方湍流通量观测的基本要求.但通过涡度相关法实测获得的森林-大气CO₂通量仍存在夜间低估现象,非湍流过程的增加是涡度相关技术应用的主要制约因素.因此,需要对弱湍流条件下的CO₂通量做相应的修订.     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤呼吸季节和昼夜变化特征及影响因子比较

 由于受到多种生物和非生物因素的影响,土壤呼吸在不同时间尺度上的动态变化可能不一致。对不同时间尺度的土壤呼吸动态变化的研究有助 于深入了解土壤呼吸变化的机理,也有利于精确推算土壤碳的排放。采用红外CO₂分析法测定哀牢山中山湿性常绿阔叶林季节间(2004年4月～ 2005年3月)和昼夜间 (2004年7、9和11月及2005年1、3和5月共6次)的土壤呼吸。哀牢山中山湿性常绿阔叶林中土壤呼吸的季节变化显著,其中 湿季(5～10月)的土壤呼吸高于干季(11月～翌年4月),全年土壤呼吸的平均值为0.442 g CO₂&;#8226;m^－2&;#8226;h^－1。6 次测定的土壤呼吸日变化模式并不 相同,7和9月、翌年1和3月夜间土壤呼吸大于昼间土壤呼吸,11月和翌年5月则相反;5、7和9月昼夜间的土壤呼吸最大值与最小值的差异比11 月、翌年1和3月的测定结果大。季节间土壤呼吸与土壤温度(p=0.000)和土壤含水量(p=0. 007) 均有显著的指数相关,土壤温度可以解释土壤 呼吸变化的56.1％,土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的11.1％。不同季节测定的土壤呼吸日变化与土壤温度、气温和土壤含水量则没有显著 的指数相关。由土壤呼吸与土壤温度拟合的指数方程计算Q₁₀值,在温度为 5.9～16.6 ℃内,全年土壤呼吸的Q₁₀值为4.53,在温度为5.9～ 11.0 ℃内,干季土壤呼吸的Q₁₀值为7.17,在温度为10.3～16.6 ℃内,湿季土壤呼吸的Q₁₀值为2.34。在不同时间尺度上,生物和非生物因素 对哀牢山中山湿性常绿阔叶林的土壤呼吸表现出不同的影响。土壤呼吸的季节变化主要受非生物因子温度和水分变化的调控,而土壤呼吸的昼 夜变化则可能主要受植物的生理活动周期性等生物因素的影响。通过温度的指数函数关系,用土壤呼吸的瞬时值来推算土壤呼吸的日通量和年 通量时,需要考虑温度和水分外的其它生物因子的影响。     

三江平原典型沼泽湿地氧化亚氮通量

2002～2004年利用静态箱-气相色谱法对三江平原3种具有代表性的湿地类型(常年积水的毛果苔草沼泽、季节性积水的小叶章湿草甸和常年土壤过湿的灌丛湿地)进行了为期两年半的N₂O现场观测研究.结果表明,三江平原3种类型湿地N₂O通量均有明显的季节变化和年际变化,一般在非冰冻期表现为排放,冰雪覆盖期表现为微弱的吸收.生长季的N₂O通量以灌丛湿地N₂O排放通量最大,毛果苔草沼泽最小.全年平均N₂O交换通量: 毛果苔草沼泽为53.928 mg·m^-2·yr^-1,小叶章湿地为21.408 mg·m^-2·yr^-1,灌丛湿地为657.120 mg·m^-2·yr^-1,证明沼泽湿地是大气N₂O的源.3种类型湿地生长季N₂O通量无明显的日变化,与温度的相关性不大.     

长白山阔叶红松林二氧化碳浓度特征

采用红外气体分析仪对长白山阔叶红松林2003年度CO₂浓度特征进行了分层连续监测,并结合同步气象资料进行了分析.结果表明,长白山阔叶红松林CO₂浓度存在明显的日变化、季变化与垂直变化,这些变化与植被生理活动、土壤呼吸及林内湍流交换强度有关.生长季林内全天CO₂浓度最高值出现在凌晨5:00左右的近地面层,最低值出现在午后15:00左右的冠层部位;日出前后,随着逆温层的打破,林下CO₂有一明显的释放过程.观测期间林内O₂平均浓度为377 μmol·mol^-1,月平均最高值出现在1月,为388 μmol·mol^-1,最低值出现在8月,为352 μmol·mol^-1.生长季夜间森林表现为CO₂的排放,日间表现为CO₂的吸收汇;非生长季日间与夜间森林都主要表现为CO₂的排放源,但在午间冠层部位仍有数小时表现为CO₂的吸收过程.     

热带季节雨林林冠碳通量不同校正方法的比较分析

利用西双版纳热带季节雨林2003年3月1～9日的CO₂和水汽通量数据,比较了不同校正方法的差异.结果表明,对季节雨林林冠碳通量观测数据进行校正是必要的,但不同校正方法所起的作用有所差异;昼间WPL校正的作用最大,虚温校正的作用最小;t检验证明,经WPL修正后的碳通量值与基准值、无显著差异;聚类分析表明,进行自然风3次旋转校正有利于数值精度的提高.夜间是自然风旋转校正的贡献最大、虚温校正贡献最小;t检验表明,经过WPL修正和平面旋转校正及其组合得到的碳通量值与基准值均有显著差异;而经包含有自然风旋转校正处理后的碳通量值与基准值均无显著差异;聚类分析表明,经过自然风坐标旋转后,再进行WPL修正,有利于数值精度的提高.     

DIURNAL ACID METABOLISM IN ISOETES HOWELLII FROM A TEMPORARY POOL AND A PERMANENT LAKE

Water chemistry and titratable acidity and malic acid levels in Isoetes howellii leaves were sampled every 6 hr from plants in a seasonal pool and an oligotrophic lake. Plants in the seasonal pool showed a diurnal fluctuation of ~ 300 μequivalents titratable acidity g⁻¹ fresh wt; daytime deacidification was 75% complete by noon and nighttime acidification was 45% complete by midnight. Late in the season after the pool had dried, emergent leaves showed only a very weak tendency to accumulate acid at night. Plants from the oligotrophic lake had a diurnal change of ~100 μeq g⁻¹ fresh wt, daytime deacidification was only 45% complete by noon but nighttime acidification was 80% complete by midnight. Water characteristics were distinctly different between these two systems. In the seasonal pool there were marked diurnal changes in temperature, pH, oxygen and carbon dioxide. Free-CO₂ levels were an order of magnitude greater in the early morning than in the late afternoon. In contrast, the conditions in the oligotrophic lake showed no marked diurnal fluctuation, though total inorganic carbon levels were extremely low relative to other aquatic systems.     

红松阔叶混交林不同大小林隙小气候特征

利用HOBO自动气象站对小兴安岭红松阔叶混交林不同大小林隙、郁闭林分和空旷地的小气候因子进行了为期一个生长季的测定.结果表明：红松阔叶混交林林隙与对照样地的光照、地面温度和气温的日变化及其在生长季的变化趋势均呈单峰型曲线.林隙和对照样地空气相对湿度的日变化均为早晨和傍晚较高,正午较低,呈高-低-高的变化趋势;生长季内呈单峰型曲线,其中郁闭林分相对湿度最大,其次为小、中、大3个林隙,空旷地最小.林隙和对照样地降水量及降雨次数随林冠层郁闭程度的增加呈递减趋势,大林隙降雨量约为小林隙的1.4倍.在生长季内,空旷地、大、中和小林隙以及郁闭林分最大风速分别为3.34、2.97、2.87、2.41和1.84 m·s^-1.     

水稻冠层光合有效辐射的时空分布特征

以2个不同株型水稻品种为材料,设置高、中、低3个施氮水平,利用SunScan冠层分析仪于灌浆期系统测定了不同施氮水平下不同株型水稻品种植株形态和冠层内光合有效辐射（PAR）的时空分布状况.结果表明：施氮量对水稻株高、穗弯曲度和茎叶夹角有明显影响;群体叶面积的垂直分布呈中部>上部>下部的分布特征,最大分层叶面积指数（LAI）出现在0.60相对高度处.冠层内平均PAR透光率从顶部向下递减,且在冠层上中部递减迅速,下部递减缓慢;平均PAR透光率随施氮量的增加而递减;平均PAR透光率日变化表现为早晚较低,中午较高;平均PAR透光率随向下累积LAI的增加呈指数递减,群体消光系数K的日变化表现为早晚较高,中午较低,灌浆期的K值介于0.35～0.50.水稻冠层内PAR的三维空间分布表现为冠层上中部水平面上PAR透光率高,光斑面积大;下部水平面上PAR透光率低,光斑少;同一冠层高度水平面上的PAR光强呈不均匀分布.株型紧凑的水稻品种,冠层透光率高,透光率日变化大,群体消光系数小.     

沈阳城市森林小气候特征的研究

研究了沈阳城市森林不同生长期小气候温湿日变化特征.结果表明,城市森林不同生长期气温日变化趋势是早晨气温最低、午后气温最高,但受森林生态环境的影响,最高峰比太阳辐射峰值迟滞约2 h.一年四季气温日变幅为森林停止生长期(休眠期)＞生长季前期＞生长季后期＞生长季中期.森林生长季前期、中期、后期土壤温度为白天高于夜间,而停止生长期(休眠期)为夜间高于白天.不同生长期土温日振幅为上层(20 cm)＞中层(40 cm)＞下层(80 cm),而同一层不同生长期的土温日振幅为土层深20 cm时,生长季前期＞生长季后期＞停止生长期(休眠期)＞生长季中期;土层深＞40 cm(80 cm)时,生长季前期＞停止生长期(休眠期)＞生长季后期＞生长季中期.城市森林空气相对湿度日变化与气温和地温日变化则夜间的空气相对湿度高于白天,但不同生长期相对湿度值日变化为生长季中期＞生长季后期＞停止生长期(休眠期)＞生长季前期.     

毛乌素沙地4种植物叶水势变化及其影响因素分析

对毛乌素沙地旱柳( Salix matsudana Koidz.)、小叶杨( Populus simonii Carr.)、北沙柳( Salix psammophila C. Wang et Chang Y. Yang)和沙蒿(Artemisia desertorum Spreng.)4种植物叶水势的月变化和日变化规律以及不同冠层叶水势的差异进行了研究,并分析了4种植物叶水势与气候因子及树干液流速度的相关性。结果表明：在5月份至8月份,旱柳、小叶杨和北沙柳清晨(5：00)的叶水势波动不明显;但3种植物正午(13：00)的叶水势有一定差异,其中旱柳和小叶杨正午的叶水势差异不明显,而北沙柳7月份和8月份的叶水势则明显小于其5月份和6月份;总体上看,各月份3种植物正午的叶水势均明显小于清晨叶水势。供试4种植物的叶水势日变化曲线均以“单峰型”为主,最高值出现在5：00至6：00,最低值出现在12：00至16：00;日间北沙柳的平均叶水势最低,而其他3种植物的平均叶水势差异不明显,5月份和8月份,北沙柳的平均叶水势分别为-11.9和-17.1 MPa,而旱柳、小叶杨和沙蒿的平均叶水势分别为-6.2和-7.1、-7.7和-7.3、-6.8和-8.4 MPa;但夜间4种植物的平均叶水势无明显变化。4种植物日间均表现出树冠下层叶水势高、上层叶水势低的趋势,而夜间则树冠上层和下层的叶水势几乎一致。相关性分析结果表明：4种植物的叶水势与气温、净辐射量以及树干液流速度负相关、与空气相对湿度正相关,其中,不同月份4种植物的叶水势与净辐射量和树干液流速度均极显著相关(P<0.01)。研究结果显示：毛乌素沙地不同植物叶水势的变化因种类、季节、气候条件的不同而异,但总体上看净辐射量是影响4种植物叶水势变化的最主要气象因子。     

马占相思人工林净二氧化碳交换和碳同位素通量

应用稳定碳同位素技术,对马占相思人工林冠层受光和遮荫叶片的碳同化率(A_net)和叶面积指数(L)进行加权,将叶片水平的¹³C甄别率(Δ_i)扩展至冠层光合甄别率(Δ_canopy),测定光合固定和呼吸释放的碳同位素通量及其净交换通量.结果表明：Δ_canopy的日变化明显,日出前和中午出现较低值(18.47‰和19.87‰),而日落前达到最大(21.21‰);秋季末期(11月)至翌年夏季,Δ_canopy逐步升高,年平均为(20.37±0.29)‰.不同季节自养呼吸(日间叶片呼吸除外)和异养呼吸释放CO₂的碳同位素比率(δ¹³C)平均值分别为(-28.70±0.75)‰和(-26.75±1.3)‰,春季林冠夜间呼吸CO₂的δ¹³C最低(-30.14‰),秋季末期最高(-28.01‰).马占相思林与大气的CO₂碳同位素通量在春季和夏季中午时峰值分别为178.5和217 μmol·m^-2 ·s^-1·‰,日均值分别为638.4 和873.2 μmol·m^-2·s^-1·‰.冠层叶片吸收CO₂的碳同位素通量较呼吸释出CO₂的碳同位素通量高1.6～2.5倍,表明马占相思林日间吸收大量CO₂,降低空气CO₂浓度,具有改善环境的良好生态服务功能.     

甘肃石羊河流域干旱荒漠区花棒蒸腾耗水量

研究了甘肃石羊河流域干旱荒漠区天然生长条件下花棒的蒸腾耗水规律．结果表明：花棒木质部液流速率随探针插入深度的加大呈“高-低”变化趋势;主根直径较小的花棒各位点的平均液流速率上升速度较快,变幅较大;不同主根直径花棒的液流量相差较大,但变化趋势较为一致,即昼夜变幅较大,夜间液流量较小,白天液流量较大,呈多峰曲线;日液流量与蒸发蒸腾量ET0呈线性相关,蒸腾耗水主要在6-9月,占生长季总蒸腾量的79．04％;花棒生长后期日液流量与0—50cm深沙层含水量呈显著相关,与其它层含水量无明显相关性;气象因素对花棒树干液流量影响的大小表现为日均气温〉空气水汽压差〉风速．     

The seasonal daily travel in a group of Sichuan snub-nosed monkey (Pygathrix roxellana) in Shennongjia Nature Reserve,China

The seasonal daily travel of a group of snub-nosed monkey (Pygathrix roxellana) was investigated using the group’s straight-line distance method. The group was followed from dawn to dusk for 30 consecutive days during each season to encompass all aspects of daily travel patterns. The results showed that in Summer and Autumn, the mean daily travel distance (m) was significantly longer than in Winter and Spring. There was no significant difference in the mean daily travel distance between Summer and Autumn or between Winter and Autumn. The mean travel distance (m/hr) during daytime was significantly higher in Summer and Autumn than in Spring, and in Autumn than in Winter. The travel of the group in all seasons had similar patterns. Traveling showed morning and afternoon peaks, with a rest period at the noon in a day. Seasonal food availability, length of daytime, and mean travel distance (m/hr) during daytime might have contributed to the different daily travel distances in different seasons.     

华北低丘山区栓皮栎人工林冠层CO2浓度和δ13C变化及其影响因素

采用离轴积分腔输出光谱技术测定华北低丘山区栓皮栎人工林冠层上缘(11 m)和下部(6 m)大气CO₂浓度和δ¹³C值,在小时尺度上分析冠层CO₂浓度和δ¹³C变化及其影响因素.结果表明： 冠层CO₂浓度呈先高后低再升高的日变化趋势,而δ¹³C值没有明显一致的日变化规律.白天大气不稳定状态出现的频率为70.2%,在光合作用和林内湍流的共同作用下,栓皮栎冠层下部CO₂浓度高于冠层上缘约1.70 μmol·mol^-1,而δ¹³C值低于冠层上缘约0.81‰.晚上大气稳定状态出现的频率为76.2%,湍流弱,冠层叶片呼出的CO₂不易流动,导致冠层下部CO₂浓度高于上缘约1.24 μmol·mol^-1,δ¹³C值低于冠层上缘约0.58‰.白天和晚上冠层上下缘的CO₂浓度差值与δ¹³C差值均呈显著的相关关系.逐步回归分析表明,白天太阳辐射和相对湿度是影响冠层CO₂浓度和δ¹³C值差异的主要环境因子,晚上温度显著影响冠层下部与上缘δ¹³C值的变化,这些环境因子通过增强或减弱光合和呼吸作用来影响冠层大气中CO₂浓度和δ¹³C值的变化.