六盘山辽东栎、少脉椴天然次生林夏季蒸散研究

2004年8～9月份,利用热扩散技术,结合微型蒸渗仪和水文学方法,研究了辽东栎、少脉椴次生林蒸散组成及其与林分结构的关系.结果表明,辽东栎和少脉椴树干的液流密度在"相对静止期"内比较稳定和微弱,其值在0.05μl·cm^-2·min^-1以下;在"活跃期"内树干液流密度上升较快,并呈单峰、双峰或多峰曲线,其值在0.25μl·cm^-2·min^-1以下;两树种单株蒸腾量有明显的种间差异,前者晴天和阴雨天单株蒸腾量分别为5.31和2.48 L·d^-1,为后者的2.3倍和3.75倍.林下灰_栒子和黄刺玫蒸腾速率日均值接近,分别为0.331和0.321 g·g^-1·h^-1.次生林日均蒸散量1.4 mm·d^-1,其中蒸腾量0.72 mm·d^-1、土壤蒸发量0.19 mm·d^-1、林冠截留量0.4 mm·d^-1,各占总量的49.6%、13.3%和37.1%.乔、灌木树种组成对次生林蒸腾量影响的表现不同,前者表现为个体蒸腾量的种间差异,而后者取决于单位林地面积上各树种的叶量.乔木层、灌木层和草本层(含土壤层)日均蒸散量分别为0.96、0.30和0.19 mm·d^-1,各占总量的65.8%、20.9%和13.3%,说明乔木层对林分日蒸散量大小起主要作用,灌木层次之,草本和土壤蒸发量的贡献最小.     

大兴安岭火烧迹地不同恢复方式碳储量差异

为了探讨不同恢复方式对大兴安岭重度火烧迹地碳储量的影响,以人工恢复(兴安落叶松、樟子松)和天然恢复的林分为研究对象,采用干烧法对乔木层、灌木层、草本层和枯枝落叶层含碳率进行测定.采用全收获法和平均标准木法获得林分各组分生物量估算森林植被的碳储量,分析不同恢复方式下林分各组分碳储量的分配特征.结果表明： 人工恢复和天然恢复的林分灌木层平均含碳率高于乔木层和草本层.兴安落叶松人工林灌木层平均含碳率为45.8%、枯枝落叶层为45.3%、乔木层为44.4%、草本层为33.6%.樟子松人工林灌木层和乔木层平均含碳率高于50%.天然次生林乔木层、灌木层和枯枝落叶层平均含碳率在42%左右.森林植被层中,生物量贡献率从大到小依次为乔木层、灌木层和草本层.兴安落叶松人工林森林植被层和枯枝落叶层生物量总和为123.90 t·hm^-2,远高于樟子松人工林和天然次生林.火烧后人工恢复23年的兴安落叶松人工林森林植被碳储量为50.97 t·hm^-2,其中,乔木层碳储量为49.87 t·hm^-2,占森林植被层总碳储量的97.8%,草本层所占比重仅为0.02%.人工恢复的林分植被层总碳储量高于天然恢复的林分,火烧迹地在这一时段内采用人工恢复的方式较天然恢复碳汇能力更强.     

外来树种华北落叶松引种对秦岭森林群落的影响

采用样地调查法对比研究了秦岭火地塘林区外来树种华北落叶松人工林与乡土树种华山松人工林及华山松天然次生林群落特征差异.结果表明:华北落叶松人工林群落与华山松天然次生林群落的相似性系数仅为0.11,华山松天然次生林与华山松人工林的物种数量均明显高于华北落叶松人工林(P＜0.01);华山松天然次生林和华山松人工林乔、灌、草层的Margalef指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数均显著高于华北落叶松人工林( P＜0.001),而前两者之间灌木层和草本层的4个多样性指数的差异不显著(P＞0.05);华北落叶松人工林的自然构成系数最低(0.3),华山松天然次生林的自然构成系数最高(5.2),华山松人工林的自然构成系数为3.5,三者存在极显著差异(P＜0.001).说明外来树种华北落叶松引种造成秦岭森林群落物种丰富度、植物多样性和林分自然化程度降低,自然次生演替或乡土树种人工林较外来树种人工林更有利于林下植被的恢复.     

不同时间尺度下华北落叶松人工林冠层蒸腾与环境因子的关系

在半干旱区连续2年监测华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树干液流、气象因子和土壤体积含水量,分析不同时间尺度下人工林冠层蒸腾与环境因子的关系。结果表明：不同时间尺度下,华北落叶松人工林冠层蒸腾的季节变化均呈单峰曲线,即先增大后减小的趋势;2016年、2017年日蒸腾量分别为1.58 mm/d和1.71 mm/d,生长季蒸腾总量分别为241.30 mm和260.97 mm。在日尺度下,气温、太阳辐射强度和饱和水汽压差是影响华北落叶松人工林冠层蒸腾主要环境因子;月尺度下,气温、风速、降水和土壤水分是冠层蒸腾的主要影响因子;冠层蒸腾与降水、大气相对湿度的相关关系由日尺度下的负相关到月尺度的正相关,相关性增强。总体来看,随时间尺度由小到大,气温、风速、大气相对湿度、降水、土壤水分对冠层蒸腾的影响作用增大,而太阳辐射强度、饱和水汽压差的作用减弱;在未来增温增雨趋势下,研究区生长季将延长,华北落叶松人工林冠层蒸腾量可能会加大。     

外来树种日本落叶松和日本花柏对鄂西北森林群落的影响

【目的】研究大面积栽植外来树种日本落叶松和日本花柏对鄂西北森林群落物种多样性的影响,为评价外来树种的入侵风险提供依据。【方法】采用样地调查法对比研究外来树种日本落叶松和日本花柏人工林与当地森林群落特征差异。【结果】日本落叶松人工林样地林下植物种类丰富,样地平均物种数与当地天然林样地物种数相比无显著差异;林下灌木层和草本层多样性指数较高,草本层多样性指数与当地天然林相比无显著差异;林下未发现日本落叶松的更新苗。日本花柏人工林样地平均物种数显著少于当地其他人工林样地;乔木层、灌木层和草本层的4个多样性指数值均小于当地其他人工林样地;在3个样地中出现日本花柏更新苗,更新苗数量达479株·hm~(-2)。【结论】引种栽培日本落叶松不会导致当地森林群落的物种多样性降低,不会引起生物入侵风险;但引种栽培日本花柏会明显降低当地森林群落的物种多样性,对当地森林生态系统的稳定构成一定威胁。     

大兴安岭呼中地区3种林分的群落特征、物种多样性差异及其耦合关系

准确理解天然林林分群落特征及其与物种多样性耦合关系是提升天然林管理、达到多样性保护的关键。选择大兴安岭呼中地区典型落叶松林、杂木林、白桦落叶松林为研究对象,分别对乔木层、灌木层和草本层特征(高度、胸径、冠幅、盖度等)进行调查并计算丰富度指数、多样性指数和均匀度指数,旨在探究林分间差异及其耦合关系变化。结果表明:(1)乔木层的树高、枝下高表现出杂木林落叶松林白桦落叶松(P0.05);落叶松林的胸径比白桦落叶松林和杂木林的高出6%和11%;灌木层的高度、盖度、地径、冠幅和草本层多度、盖度、高度在森林类型间均未表现出显著差异。(2)3个森林类型的乔、灌、草丰富度指数R、Shannon-Wiener指数及Simpson指数均表现出杂木林最大,乔木层和草本层呈相同规律,即杂木林白桦落叶松林落叶松林,而灌木层表现出杂木林落叶松林白桦落叶松林;白桦落叶松林和杂木林的乔木层均匀度Pielou指数和Alatalo指数约为落叶松林的3倍左右,而在灌木层和草本层在森林类型间差异不显著(P0.05)。(3)典范对应分析(CCA)结果表明林分群落特征和生物多样性关系存在明显森林类型间差异。总体表现为灌木特征(冠幅、地径)、草本层特征(盖度、多度和高度)对多样性均有较大影响;白桦落叶松林和杂木林的胸径对多样性影响明显,而落叶松林的乔木高度(树高、枝下高)对多样性影响较大。杂木林随着灌木盖度、草本高度的增加,草本物种多样性降低、乔木多和灌木物种多样性增加;而落叶松林相同的多样性变化多伴随草本高度增加、多度和盖度变小。灌木层物种多样性增加多与乔木和草本物种多样性降低相伴随,在杂木林中同时伴随着乔木胸径和草本的盖度、多度增大、灌木冠幅变小,而白桦落叶松林则伴随灌木冠幅和草本多度盖度的减小。以上结果表明,林分群落特征与物种多样性存在耦合关系,上述解耦合结果为通过维持良好森林结构、多样性保护具有实践意义。     

华北落叶松人工林蒸散及产流对叶面积指数变化的响应

定量评价林地蒸散和产流等水文过程对冠层叶面积指数(LAI)的响应,对于深入认识森林植被的生态水文过程及其发生机制,实现半干旱区林水综合管理和区域可持续发展是非常必要的。应用集总式生态水文模型BROOK90,模拟分析了不同降水年型(丰水年、平水年、枯水年)下,位于半干旱区的宁夏六盘山叠叠沟小流域内华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林的水文过程对冠层LAI变化的响应关系。结果发现:林分总蒸散量、冠层截留量、蒸腾量与LAI都呈显著的正相关关系(R~20.99,P0.01),而土壤蒸发量、产流量则与LAI均呈显著的负相关关系(R~20.99,P0.01);在不同的降水年型下,各水文过程变量与LAI的关系都可以很好地用指数函数来表达,且都存在着一个LAI阈值。当LAI低于阈值时,各水文过程变量随LAI的变化幅度较大;但高于阈值时,各变量的变化十分缓慢并趋于稳定。在不同降水年型下,各变量LAI阈值之间存在着一定的差异。一般地,丰水年各变量的LAI阈值要大于枯水年,尤其是冠层截留和土壤蒸发。在丰水年,各水文过程变量随LAI增加而变化的速率要比在平水年、枯水年更快,说明在水分充足年份中各变量的波动更多取决于LAI变化,而在水分亏缺的年份中则可能更多地受到水分条件的限制。模拟结果表明,通过减少冠层LAI(如间伐)导致的林分的降低蒸散耗水和增加产流的作用是有限的,这是由于林分蒸散降低的幅度要比LAI降低的幅度小。例如,在平水年,当LAI从4.2变为2.0(减少幅度52.4%)时,林分年蒸散仅从357.2 mm减少至333.9 mm(减少幅度6.5%)。     

基于改进SW模型的千烟洲人工林蒸散组分拆分及其特征

蒸散组分拆分是准确评估陆地生态系统生产力以及估算水分利用效率的重要基础。利用改进后的Shuttleworth-Wallace模型,将蒸散拆分为植被蒸腾、土壤蒸发和冠层截留蒸发,并采用Monte Carlo随机参数化方案对模型参数进行优化。将模型与千烟洲亚热带人工针叶林站点的2011年涡度相关及小气候观测资料结合,对千烟洲人工林蒸散及其组分进行模拟。研究结果表明:半小时尺度上蒸散量模拟值与实测值的一致性在晴天和雨天都较高。半小时尺度上全年蒸散模拟值与实测值的决定系数、均方根误差和平均偏差为0.73、1.55 mmol m~(-2)s~(-1)和0.21 mmol m~(-2)s~(-1)。蒸散是该生态系统水分输出的最主要贡献项,占全年降水的80%。在蒸散中,植被蒸腾约占总蒸散量的85%,可推测2011年千烟洲人工林生态系统有较高的水分利用效率。该生态系统的蒸腾量季节变化明显,主要受饱和水汽压差和气温两种环境因素以及植被的叶面积指数影响且与三者均呈正相关;土壤蒸发约占总蒸散量的5%,季节变化平缓;模拟的冠层截留蒸发量约占总蒸散量的10%,季节变化大,与降水量呈正相关,与暴雨频次呈负相关,说明冠层无法有效截留强降水。该模型参数较少、时间分辨率高且可以有效模拟蒸散及其组分特征,是陆地生态系统水分循环过程研究有力的模型工具。     

基于树干液流及涡动相关技术的葡萄冠层蒸腾及蒸散发特征研究

针对西北干旱区绿洲经济作物葡萄树冠层蒸腾及蒸散发特征的相关问题,在甘肃省敦煌市南湖绿洲开展无核白葡萄树液流速率及蒸散发观测试验,采用基于热平衡原理的包裹式茎流计,详细分析了典型生长季7—9月份葡萄树蒸腾耗水规律,使用"单位叶面积上的平均液流速率SF×叶面积指数LAI"的方法,实现了从单株到林分冠层蒸腾的尺度扩展,并通过与涡动相关技术所测蒸散发数据对比,详细研究了葡萄地冠层蒸腾及蒸散发规律。结果表明:典型生长季中葡萄树液流速率日变化为单峰型曲线,日均耗水量从2.76 kg到10 kg不等,胸径越大的葡萄树日均耗水量越大;冠层蒸腾及蒸散发日变化曲线亦为单峰型,白天8:00—12:00与17:00—20:00期间,葡萄冠层蒸腾与蒸散发曲线均比较吻合,该时间段葡萄地蒸散发绝大部分来源于葡萄冠层蒸腾,而12:00—17:00之间由于午后太阳辐射强烈土壤蒸发量增加,葡萄蒸散发大于冠层蒸腾;典型生长季3个月中,葡萄冠层蒸腾量的变化范围在1.88—8.12 mm/d之间,日均冠层蒸腾量为6.12 mm/d,蒸散发在1.74 mm/d至10.78 mm/d之间,日均蒸散发量为7.13 mm/d;日均土壤蒸发量约为1.01 mm/d,只占总蒸散发量的14.2%,日均冠层蒸腾占日均蒸散发的比重达到85.8%,说明该生长阶段冠层蒸散发以作物蒸腾为主。     

环境因子对山西太岳山典型森林类型物种多样性及其功能多样性的影响

该研究采用典型样地法,调查群落内物种分布并测量植物功能性状(叶面积和植株高度),对山西太岳山不同坡位华北落叶松-白桦混交林以及辽东栎次生林物种多样性及其功能多样性进行比较分析,探究环境因子对不同群落层次(乔木、灌木、草本)物种多样性及其功能多样性的影响机制,以及环境因子与群落构建之间的联系,为森林生态系统多样性研究以及经营管理提供理论依据。结果显示:(1)华北落叶松-白桦混交林的物种分布更加均匀,物种多样性和功能多样性(乔木层)均显著高于辽东栎次生林。(2)华北落叶松-白桦混交林乔木层功能均匀度与功能分散指数显著高于辽东栎次生林,但灌木草本层低于辽东栎次生林。(3)不同群落层次的物种多样性与功能多样性均呈正相关关系,影响物种分布和性状分布的环境因子存在差异,物种多样性受多种环境因子的综合影响,而单个环境因子对功能多样性影响较大,环境解释力与林分类型和群落层次相关。(4)乔木层物种多样性主要受土壤pH、冠层结构(MLA、林分开度)以及光照影响,灌木层物种多样性与土壤pH和MLA密切相关,林下总辐射、土壤养分(SOC、STN)、土壤相对含水率是影响草本层物种分布的主要环境因子;冠层结构(MLA、林分开度)是影响乔木层功能多样性最主要的环境因子,土壤pH和坡位分别是华北落叶松-白桦混交林和辽东栎次生林灌木层功能多样性的主要影响因子,影响草本层功能多样性的主要环境因子是土壤相对含水率与LAI。研究表明,在垂直分层的森林生态系统中,不同群落层次竞争的主要环境资源存在差异,乔木层通过改变冠层结构和林内环境限制林下物种分布和性状分布。     

陕西纸房沟流域植被恢复区节肢动物群落种-面积、多度关系

以陕西纸房沟流域为研究单元,于2006-2008年,对该流域恢复区8种林分进行系统调查,运用不同模型分析了各林分节肢动物群落种-面积、多度关系.不同林分节肢动物群落种-面积关系符合S=CA_m,种类数随着面积增加接近一个常数,并得出相应最小调查面积,其大小排序为：自然灌木林＞自然乔木林＞杨树 刺槐混交林＞柠条-沙棘混交林＞柠条林＞沙棘林＞刺槐林＞柳树林,说明林分类型越复杂,需要调查节肢动物群落的最小面积越大.在抽样调查基础上建立了不同林分节肢动物种-多度模型,天然恢复林地节肢动物以对数正态模型(LN)的拟合效果最佳,表明群落中个体数量居中的节肢动物种类较多,稀有种和富有种种类较少,优势种不明显;在混交林和纯林中,节肢动物群落以对数柯西模型(LC)的拟合效果最佳,与天然恢复林相比,其节肢动物群落中稀有种和富有种种类较多,优势种比较突出.     

三种植被恢复树种的冠层气孔导度特征及其对环境因子的敏感性

应用Granier热消散探针,长期监测华南地区荷木、大叶相思和柠檬桉林不同径级样树的树干液流,结合同步观测的气象数据,求算冠层气孔导度(g_c),并分析其对环境因子的响应方式及敏感性.结果表明: 不同季节荷木林日间平均g_c显著高于大叶相思和柠檬桉(P<0.05)（除3月外）.在干季和湿季,g_c与光合有效辐射(PAR)呈现对数正相关关系(P<0.001),湿季g_c对PAR响应比干季更敏感.g_c与水汽压亏缺(VPD)在干湿季均呈现对数负相关关系(P<0.001),同样在湿季表现出更高的敏感性.湿季g_c与VPD的偏相关系数高于干季,VPD对气孔行为的调控作用在湿季更为明显.随着土壤含水量的降低,g_c对VPD的敏感性下降,荷木和柠檬桉林下降的幅度大于大叶相思林,荷木和柠檬桉林下降的幅度相当.通过综合分析g_c对环境因子(PAR和VPD)的敏感性及其对土壤含水量变化的响应规律,发现乡土树种荷木作为植被恢复树种比外来引种的大叶相思和柠檬桉更为适宜.     

江西省大岗山主要森林类型降雨再分配特征

以江西大岗山地区杉木林、常绿阔叶林和毛竹林为研究对象,分析其对降水再分配过程的影响.结果表明: 2012年4-6月,研究区降水量为531.6 mm,以小到中雨为主,单次最大降雨量为61.7 mm.研究期间,毛竹林总穿透雨量最大,常绿阔叶林最小.降水量相同条件下,毛竹林与杉木林的穿透雨量相差不大;降水量较大且相同时,常绿阔叶林的穿透雨量明显小于另外两种林型;穿透雨在林内有明显的空间变异性.杉木林、常绿阔叶林和毛竹林的树干径流率分别为1.4%、8.9%和8.8%.杉木林树干径流与另外两种林型差异极显著(P<0.01).3种林型树干径流量均与前期降水条件有关,毛竹林相关程度最小,杉木林最大.3种林型林冠截留量大小依次为杉木林(30.5%)>阔叶林(25.5%)>毛竹林(19.2%).在该地区常见降雨条件下(小雨),杉木林截留率明显高于另外两种林型.     

不同森林恢复方式对我国南方红壤区土壤质量的影响

2008-2009年在我国南方红壤区,研究了3种典型森林恢复方式(自然恢复的天然次生林、人工恢复的本地种马尾松人工林和引进种湿地松人工林)对林地土壤质量的影响.结果表明： 天然次生林的土壤含水量、土壤容重、土壤粒径构成、土壤全碳、全氮、全磷、有机碳、速效氮、速效磷、速效钾含量均优于两种人工林.综合土壤物理性状、化学性状和微生物性状得到土壤质量综合指数.天然次生林土壤的综合质量指数(1.20±0.10)显著高于马尾松人工林(0.59±0.03)和湿地松人工林(0.59±0.06),而两种人工林之间差异不显著.在我国南方红壤区,自然恢复的天然次生林土壤质量优于人工恢复的马尾松林和湿地松林.     

秦岭典型林分土壤活性有机碳及碳储量垂直分布特征

采用野外调查结合室内分析的方法,2013年8月分析了秦岭典型林分锐齿栎(马头滩林区,Ⅰ)、油松(Ⅱ)、华山松(Ⅲ)、松栎混交林(Ⅳ)、云杉(Ⅴ)、锐齿栎(辛家山林区,Ⅵ)土壤剖面上活性有机碳及碳储量的分布规律.结果表明: 研究区各林分土壤的有机碳、微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳含量均随着土层深度的增加而不断减小;在整个土壤剖面(0～60 cm)上,云杉和松栎混交林的土壤有机碳和水溶性碳含量明显高于其余林分,不同林分的土壤有机碳和水溶性碳含量的平均值大小均为Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅵ;各林分不同土层的微生物生物量碳在71.25～710.05 mg·kg^-1,不同林分的土壤微生物生物量碳大小依次为Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅵ;整个土壤剖面上,松栎混交林的土壤易氧化态碳含量降幅最大,不同林分土壤易氧化态碳含量的平均值大小为Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅵ.3种活性有机碳占有机碳的比例在不同林分类型中没有表现出一致的规律性.各林分0～60 cm土层的有机碳储量大小为Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅵ＞Ⅱ.各林分的土壤微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳两两之间均表现为极显著相关,各林分的土壤微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳与土壤有机碳、全氮之间的相关性均表现为显著或极显著水平,与碳氮比、pH、土壤水分、土壤容重的相关关系不显著.     

黄土高原半干旱区柠条(Caragana korshinskii)树干液流动态及其影响因子

应用热脉冲技术在黄土高原神木县六道沟小流域于2006年6月13至25日测定了两种不同密度柠条(Caragana korshinskii)群落的树干液流动态.同时测量了土壤水分、太阳辐射、大气温度、相对湿度、风速、水汽压亏缺和作物参考蒸散等环境因子,并根据植物蒸腾的P-M公式,反推计算冠层导度.结果表明,除风速外,柠条树木液流与太阳辐射、大气温度、相对湿度、水汽压亏缺、作物参考蒸散均显著相关,且可用太阳辐射的线性表达式来估测.不同密度群落的日蒸腾量随叶面积指数增大而增加,叶面积指数为2.3的群落平均日蒸腾为3.83mm d-1m-2,而叶面积指数为1.1的林分平均日蒸腾1.64mm d-1m-2.冠层导度与气象因子关系复杂,当土壤水分不存在亏缺时,冠层导度与太阳辐射、大气温度、作物参考蒸散因子显著相关,与水汽亏缺和相对湿度因子无相关性;当土壤水分存在亏缺时,冠层导度与太阳辐射、大气温度、作物参考蒸散因子无相关关系,而与水汽亏缺和相对湿度因子显著相关.     

两种不同林分截留能力的比较研究

根据林冠对大气降雨截留的实测资料,采取同雨量下取最大值的方法近似确定了两种不同林分的截留能力与雨量的关系并进行了比较。结果表明,林冠枝叶空间分布均匀的人工林分,截留能力随雨量增加较快,不仅对〈３０ｍｍ的中小雨量表现出了较强的截留作用,而且容易满足林冠的饱和截留容量,尽管天然林对〈３０ｍｍ的雨量截留能力相对较弱,但对超过３０ｍｍ的降雨其截留能力大于人工林。林冠饱和截留容量与冠层枝叶量有关,天然林大于