长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用

选择处于全球变化中国东北样带东部典型生态系统的长白山阔叶红松林作为研究区,采用动态气室-CO₂红外分析法测定了森林生态系统不同退化阶段的土壤呼吸作用.结果表明：在生长季,长白山阔叶红松林不同退化阶段的土壤呼吸动态变化呈单峰型曲线,在7-8月达到最大值;不同退化阶段林地土壤呼吸大小顺序为：杨桦林＞蒙古栎林＞阔叶红松林＞硬阔叶林＞裸地.其中,杨桦林和蒙古栎林样地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的1.4和1.3倍,硬阔叶林和裸地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的88%和78%.     

长白山阔叶红松林皆伐迹地土壤呼吸作用

 利用静态箱式法测量长白山阔叶红松(Pinus koraiensis)林伐后13年的皆伐迹地土壤呼吸作用。分析表明，皆伐迹地土壤呼吸作用日变化趋势呈单峰曲线，峰谷值出现时间较林地提前2～4 h，与土壤5 cm深度温度变化趋势基本一致。整个生长季节皆伐迹地土壤呼吸速率约为林地的75%，土壤温度与土壤呼吸作用存在显著的指数关系。在降水量集中的生长季，土壤水分对土壤呼吸作用具有一定的抑制作用，利用温度和水分双因子模型可以较好地解释皆伐迹地土壤呼吸作用的变异。阔叶红松林皆伐后生物量减少和微环境变化是造成土壤呼吸作用强度和动态特征发生变化的重要原因。     

中国东北地区阔叶红松林与兴安落叶松林的碳通量特征及其影响因子比较

北半球中高纬度的森林生态系统在全球碳循环过程中扮演着非常重要的角色。基于中国东北地区阔叶红松林与兴安落叶松林2007年和2008年2a生长季的涡度相关通量资料及气象观测资料,比较分析了两类生态系统的碳通量特征及其环境控制因子。结果表明:研究期间,阔叶红松林与兴安落叶松林都表现为碳吸收,强度分别为199gCm-2(阔叶红松林2a生长季平均值)与49gCm-2(兴安落叶松林2008年生长季);阔叶红松林碳吸收强度在生长季的大部分时段都大于兴安落叶松林。半小时尺度上,两类生态系统的呼吸作用均与10cm土壤温度呈显著的指数相关,兴安落叶松林生态系统呼吸的温度敏感性(Q10=3.44)显著大于阔叶红松林(Q10=1.90);日尺度上,阔叶红松林与兴安落叶松林碳释放/吸收的转变临界温度为10℃左右。研究期间,兴安落叶松林生态系统的水分利用效率高于阔叶红松林生态系统。     

长白山阔叶红松林生态系统的呼吸速率

利用Li-6400便携式CO₂分析系统测定长白山原始阔叶红松林生态系统土壤呼吸、乔灌木的枝干呼吸和叶呼吸; 同步监测森林小气候气象因子;建立土壤、树干、叶与环境因子间的模型.根据阔叶红松林植被群落的特性,估算阔叶红松林生态系统不同组分呼吸速率.结果表明,阔叶红松林生态系统呼吸具有明显的成熟林特征,生态系统总呼吸量为1602.8 g C·m^-2.整个生态系统年平均呼吸速率为（4.37±2.98）μmol·m^-2·s^-1 (24 h平均数).其中,土壤呼吸、枝干和叶呼吸分别占整个森林生态系统呼吸的63%、16%和21%.乔木、灌木和草本叶呼吸速率分别占阔叶红松林生态系统植物呼吸的89.82%、5.57%和4.61%.阔叶红松林生态系统呼吸速率与大气和土壤温度之间呈显著的指数关系.大气和土壤温度能分别反映阔叶红松林生态系统呼吸的87%和95%.     

长白山阔叶红松林生态系统碳动态及其对气候变化的响应

应用基于干物质生产理论的过程模型（Sim-CYCLE）估算了1982—2003年间长白山阔叶红松林生态系统总第一生产力（GPP）、净第一生产力（NPP）、净生态系统生产力（NEP）及其季节动态变化以及碳储量（WE）、植物碳储量（WP）和土壤碳储量（WS）,并分析了这些指标在当前气候情景和碳平衡情况时的差异及其对未来气候变化情景的响应.结果表明：在当前气候情景下, 长白山阔叶红松林GPP、NPP和NEP分别为14.9、8.7和2.7 Mg C·hm^-2·a^-1,三者分别比实测值减少2.8 Mg C·hm^-2·a^-1、增加1.4 Mg C·hm^-2·a^-1和增加0.2 Mg C·hm^-2·a^-1;长白山阔叶红松林6—8月的NEP占全年总量的90%以上,其中,7月最高（1.23 Mg C·hm^-2·month^-1）;研究区WE、WP和WS分别为550.8、183.8和367.0Mg C·hm^-2,其与实测值均具有较高的一致性.从当前气候情景下到达碳平衡前,长白山阔叶红松林碳储量均有不同程度的增加,GPP和NPP分别为17.7和7.3 Mg C·hm^-2·a^-1,表明研究区碳“汇”的作用随着碳储量的增加逐渐减弱;温度增加2 ℃时,不利于长白山阔叶红松林GPP、NPP和NEP的增长,CO²浓度倍增则可有利地促进三者的增长,CO²浓度倍增、温度增加2 ℃对GPP、NPP和NEP增幅的影响与单纯CO₂浓度倍增的影响相似,气候变化情景对长白山阔叶红松林碳储量的影响规律与对生产力幅度的影响相同,这可能是生态系统生产力影响碳积累所致.     

土壤温度和水分对长白山不同森林类型土壤呼吸的影响

在实验室条件下,将不同含水量的3种森林类型的土柱分别置于0、5、15、25和35℃条件下,进行土壤呼吸测定．结果表明,在0～35℃范围内。土壤呼吸速率与温度呈正相关．在一定含水量范围内(0．21～0．37kg·kg^-1),土壤呼吸随含水量的增加而升高,当含水量超出该范围,土壤呼吸速率则随含水量的变化而降低．土壤温度和水分对土壤呼吸作用存在明显的交互作用．不同森林类型土壤呼吸作用强弱存在显著差异,大小顺序为阔叶红松林>岳桦林>云冷杉暗针叶林．阔叶红松林土壤呼吸作用的最佳条件是土壤温度35℃、含水量0．37kg·kg^-1;云冷杉暗针叶林下的山地棕色针叶林土壤呼吸作用的最佳条件是25℃、0．21kg·kg^-1;岳桦林土壤呼吸作用的最佳条件是35℃、含水量0．37kg·kg^-1。但是．由于长白山阔叶红松林、云冷杉林和岳桦林处在不同的海拔带上,同期不同森林类型土壤温度各不相同,相差4～5℃,所以野外所测的同期山地棕色针叶林土呼吸速率应低于暗棕色森林土呼吸速率,山地生草森林土呼吸速率应高于山地棕色针叶林土的呼吸速率．     

长白山阔叶红松林演替序列水分利用效率特征

水分利用效率是反映植物水分利用的客观指标,对其研究有助于了解陆地生态系统的碳水耦合机制。本研究利用稳定碳同位素技术分析了长白山阔叶红松林演替序列下3种林分(中龄杨桦林、成熟杨桦林、阔叶红松林)中优势树种的水分利用效率。结果表明: 3种林分的水分利用效率在不同演替阶段存在阔叶红松林＞中龄杨桦林＞成熟杨桦林的大小顺序,且同一树种在不同林分中水分利用效率不同,中龄杨桦林中山杨和白桦的水分利用效率高于成熟杨桦林,阔叶红松林中水曲柳的水分利用效率远高于其在中龄杨桦林,阔叶红松林中色木槭和蒙古栎的水分利用效率高于其在成熟杨桦林;优势树种的水分利用效率存在木材类型上的差异,总体呈现环孔材树种＞散孔材树种;阔叶红松林优势树种中,阔叶树种和针叶树种的水分利用效率在生长季呈现两种不同的变化趋势,水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴总体呈现先减小后增加的趋势,而红松呈现先增加后减小的趋势。生长季阔叶红松林的水分利用效率与温度呈显著负相关。不同的水分利用效率是长白山阔叶红松林优势树种适应演替进程、响应气候和环境变化的策略之一。     

长白山阔叶红松林CO2通量与温度的关系

应用涡度相关法观测的通量数据和环境因子数据,在生态系统水平上分析了长白山阔叶红松林生长季温度与CO2通量之间的关系.结果表明：（1）在相同的光合有效辐射水平下,净生态系统CO2交换量（NEE）随温度Ta的变化趋势为,在Ta〈20℃范围内,NEE随温度的增加而增加,在Ta=20℃附近有极大值,随温度的继续增加NEE呈下降的趋势,同时NEE还具有明显的季节变化,表现为7月〉6月〉8月〉9月〉5月〉4月〉10月.（2）应用Michaelis-Menten方程计算得出最大光合速率Pmax和生态系统呼吸Re,分析其与温度的关系发现,Pmax随温度的变化呈S型曲线,Re则随着温度的升高而呈指数上升的趋势,曲线为：Re=0.0607 exp（0.0666Tα）,R^2=0.96.夜间生态系统呼吸的Q10为3.15.（3）通过对NEE与环境因子的偏相关分析表明,温度对NEE的偏相关系数在生长季呈现先减小后增大的趋势,说明在生长季初期和末期升高温度比生长季中期对NEE的影响要大.     

影响阔叶红松林土壤CO2排放的主要因素

采用静态封闭箱式技术对长白山阔叶红松林土壤CO2 的排放通量进行 1年的观测 ,并通过多元回归分析了土壤CO2 排放速率与 5个环境因子间的关系。结果表明 ,阔叶红松林土壤CO2 排放与表层无凋落物的土壤CO2 排放速率在测定年度内具有相同的季节变化趋势。在不同的月份中 ,以 7月份最高 ,2月份最低 ;在夏季 18∶0 0为土壤日CO2 排放的最高峰 ;土壤CO2 排放速率与 5个环境因子进行多元回归的结果显示 :林地土壤CO2 排放速率与地表温度和地下 2 0cm土壤湿度呈显著正相关。根据气象资料推算 ,阔叶红松林的年凋落物和土壤CO2排放通量分别为 2 80 4 gCO2 ·m-2 ·a-1和 3911gCO2 ·m-2 ·a-1。阔叶红松林凋落物排放CO2年通量占土壤林地CO2 排放总量的 2 8%。     

森林生态系统健康评估Ⅱ.案例实践

结合样地调查和他人对阔叶红松林生态系统相关指标的研究资料数据,利用健康距离(HD)评估法和上文建立的阔叶红松林生态系统健康评估指标体系框架,对不同人为干扰影响的长白山阔叶红松林生态系统进行系统健康的评估实践.结果按顺序依次为20%强度择伐林0.21<50%强度择伐林0.44<白桦中成林0.67<白桦中幼林0.72<红松人工林0.74<人工落叶松林0.77.     

锡林河流域一个放牧羊草群落中碳素平衡的初步估计

 野外调查与历史资料相结合,对内蒙古锡林河流域一个放牧羊草（Leymus chinensis）草原群落的碳素贮量、主要流量和周转速度等进行了估计,在此基础上对放牧情况下该群落的碳素收支进行了概算。结果表明：1）该群落中地上部净初级生产固碳量的两年平均值为78.2 gC·m－2·a－1, 根系碳素输入量的平均值为322.5 gC·m－2·a－1, 碳素输入总量为400.7 gC·m－2·a－1; 2）土壤净呼吸量为343.7 gC·m－2·a－1,家畜采食量为49.7 gC·m－2·a－1,动物（昆虫）采食量为14.7 gC·m－2·a－1,地上立枯阶段的淋溶与光化学分解损失为3.2 gC·m－2·a－1,碳素输出总量为411.3 gC·m－2·a－1; 3）该群落中碳素输出略大于输入,净释放速率为10.6 gC·m－2·a－1,0～30 cm土壤中的碳素周转速率为6.2%,周转时间为16年。     

东北东部5种温带森林的春季土壤呼吸

春季土壤解冻过程是中高纬度地区森林生态系统土壤呼吸(即土壤表面CO2通量,RS)年内变化的一个关键时期,但此期间RS的时间动态规律及其控制机理尚不清楚。以我国东北东部5种温带森林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法测定春季土壤解冻时期RS动态及其相关的环境因子。结果表明:在土壤解冻过程中,RS受林型、解冻时期及其交互作用的显著影响。红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杨桦(Populus davidiana-Betulaplaty phylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林的RS变化范围依次为:10.0196.0mg·m-·2h-1,5.8217.1mg·m-·2h-1,9.7382.1mg·m-·2h-1,15.8-269.0mg·m-·2h-1和35.9262.5mg·m-·2h-1。RS的平均值随着解冻的进程而增大,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。土壤温度极显著地影响RS(R2=0.46-0.77),而土壤含水量对RS的影响则因林型和土壤深度而异。5种林型的土壤呼吸温度系数(Q10)依次为:落叶松林10.9,硬阔叶林7.1,红松林6.5,杨桦林4.3和蒙古栎林2.3。进一步的研究应该集中研究春季自然解冻过程中土壤呼吸的控制机制,尤其是土壤呼吸与土壤微生物种群动态及其活性之间的关系。     

小兴安岭原始阔叶红松林与枫桦次生林土壤呼吸及其各组分特征的比较研究

原始阔叶红松林是我国温带典型的地带性顶极植被类型,枫桦次生林是其典型的次生林类型之一,对二者土壤呼吸及其各组分特征的研究有助于准确评价该地区的碳平衡。本研究主要测定了2013和2014年2个生长季原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤呼吸（R_S）,并量化了土壤呼吸的各个组分（异养呼吸R_H和自养呼吸R_A）,与此同时测量了土壤10 cm处温度以及土壤含水率。研究结果表明,土壤呼吸及其各组分有着明显的季节变化特性,其大小的变化主要受温度的影响,土壤10 cm处的温度可以解释R_S 64%~70%、R_H 56%~65%、R_A 77%~79%的变异。对于温度的敏感性,原始阔叶红松林土壤呼吸Q₁₀值>枫桦次生林土壤呼吸Q₁₀值,而在单一林型中的比较,R_A Q₁₀值 > R_S Q₁₀值 > R_H Q₁₀值。此外,总体Q₁₀值随着季节有着明显的变化,且随着温度的升高有降低的趋势。原始阔叶红松林和枫桦次生林R_S年平均速率分别为3.92和4.06 μmol·m^-2·s^-1,R_H年平均速率分别为2.97和2.85 μmol·m^-2·s^-1,R_A年平均速率则分别为0.96和1.17 μmol·m^-2·s^-1。原始阔叶红松林土壤呼吸以及土壤土壤自养呼吸要稍低于枫桦次生林,而原始阔叶红松林异养呼吸则高于枫桦次生林异养呼吸,但差异不显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林R_S平均年通量分别为942和971 g C·m^-2·a^-1,R_H年通量分别为709和677 g C·m^-2·a^-1,R_A年通量则分别为215和276 g C·m^-2·a^-1。原始阔叶红松林R_S年通量略高于枫桦次生林R_S年通量,但差异不显著。我们的实验结果表明,小兴安岭地区枫桦次生林正向演替的过程中,植被演替变化对土壤呼吸及各组分的影响并不明显,相较于环境因子温度和湿度要小的多。     

山杨白桦混交次生林与原始阔叶红松林土壤呼吸作用比较

 比较利用静态箱式法测定长白山原始阔叶红松林(Pinus koraiensis)和次生杨桦混交林的土壤呼吸作用表明,两者土壤呼吸作用的日动态均主要受温度影响,次生林土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较原始林提前1～2 h;两者具有明显的季节动态,其中8月土壤呼吸速率最大;在生长季,土壤呼吸速率与土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;生长季(5～9月)次生林土壤释放CO₂量(3 449.4 g·m^－2)约为原始林(2 674.4 g·m^－2)的1.3倍,这可能是由于次生林内具有比原始林较高的温度和较低的土壤含水量,更有利于根系生长代谢和土壤微生物的活动引起的。     

长白山红松针阔混交林与开垦农田土壤呼吸作用比较

利用静态箱式法测定长白山红松(Pinus koraiensis)针阔混交林及其开垦农田的土壤呼吸作用。结果表明,两者土壤呼吸作用的日动态和季节动态均主要受温度影响,农田土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较林地提前,最大值出现在12∶00左右,比林地提前6 h左右,最小值在凌晨5∶00左右,早于林地2~3 h;在生长季,土壤呼吸速率与10 cm土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;农田土壤温度高于林地,但在整个生长季(5~9月)林地土壤释放CO₂量(2 674.4 g·m^-2)约为农田(1 285.3 g·m^-2)的2倍;观测期间,农田土壤呼吸速率占林地的比例范围在23.4%~76.3%之间,说明土壤呼吸作用还受不同土地利用方式下植被类型等的影响。农田和红松针阔混交林土壤呼吸作用的Q₁₀值分别为3.07和2.92,农田土壤呼吸作用的Q₁₀ 值估计可能偏大。森林转变为农田后,环境、生物因子以及土壤养分含量和物理性质发生改变,共同影响土壤呼吸作用的强度和动态特征。     

基于遥感和地面数据的景观尺度生态系统生产力的模拟

描述了一个反映系统碳循环和水循环的景观尺度生态系统生产力过程模型(EPPML)．该模型以遥感图像作为数据源,从中获取影响植被生产力的重要变量——叶面积指数(LAI);主要对景观尺度生态系统的净初级生产力(NPP)和蒸散量的空间分布格局和时间动态进行模拟;用地理信息系统(GIS)手段对空间数据进行处理、分析和显示,从而实现将植物生理生态研究的结果从小尺度向中尺度进行拓展和转换．本研究用EPPML对1995年长白山自然保护区的植被生产力进行了模拟,结果表明,EPPML可以比较准确地模拟该保护区主要植被的NPP．NPP的模拟值年均为0．680kgC·m^-2,变幅为0．105—1．241kgC·m^-2(82.1％),其中阔叶红松林的年NPP最高(1．084kgC·m^-2)．NPP年总量为1．332×10^6tC,以阔叶红松林和云冷杉林最高,分别为0．540×10^6tC和0．428×10^6tC．NPP的季节变化呈明显的单峰型,7月最大(6．13gC·m^2·d^-1)．NPP在夏季积累最多(0．465kgC·m^-2),春季次之,冬季最少。     

小兴安岭5种林型土壤呼吸时空变异

原始阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林、次生白桦林、人工落叶松林是小兴安岭乃至东北地区的重要森林类型。采用红外气体分析法比较测定了这几种森林类型的土壤呼吸及其相关环境因子,分析探讨了这几种森林类型土壤呼吸的时空变异。结果表明:各林型土壤呼吸与5 cm深土壤温度(T5)呈显著的指数相关,并且土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度及其相互作用的回归模型可以解释各林型土壤呼吸约71%的季节变异。生长季平均土壤呼吸速率为次生白桦林(3.59μmolCO.2m-.2s-1)>谷地云冷杉林(3.52μmolCO.2m-.2s-1)>阔叶红松择伐林(3.44μmolCO.2m-.2s-1)>原始阔叶红松林(2.58μmolCO.2m-.2s-1)>人工落叶松林(2.29μmolCO.2m-.2s-1),说明土壤呼吸对原始阔叶红松林人为干扰的响应是不同的。各林型Q10值介于1.84(人工落叶松林)—2.32(次生白桦林)之间。在整个生长季,各林型之间土壤呼吸的变异系数变化幅度为19.74%—37.39%,而各林型内土壤环间其变化幅度为32.13%—60.20%,显著大于样地间的变化幅度14.28%—35.70%(P<0.001),说明土壤呼吸在细微尺度上的差异更大。土壤湿度可以解释各林型(阔叶红松林除外)内部土壤呼吸15.8%—33.5%的空间异质性。