西双版纳人工雨林群落结构及其林下降雨侵蚀力特征

通过与本地典型的橡胶林和季节雨林进行对比,研究了在橡胶林基础上抚育、恢复而来的人工雨林群落结构及林下降雨侵蚀力特征.通过16a的抚育管理,人工雨林Shannon-Wiener多样性指数达到3.652,接近当地季节雨林的一般情况.对6a的降雨侵蚀力计算发现,人工雨林7月林内降雨侵蚀力达962.2 MJ mm hm-2 h-1 a-1,对旷地降雨侵蚀力的削减量是橡胶林的2.08倍.人工雨林初步重现了类似热带自然雨林的群落结构和叶面积指数特征,能够有效对削减降雨侵蚀力,这有利于林内水土保持和进一步的植被恢复.因此,人工雨林的抚育、恢复模式是热带退化山地地区植被恢复与重建的一条较为可行的途径.     

西双版纳地区热带季节雨林与橡胶林林冠水文效应比较研究

季节雨林和橡胶林是西双版纳热带森林系统中可以代表原始林和大面积种植的人工林两种林型,采用水量平衡法,利用对以上两种林分林冠水文各分量1996～2001年的观测结果,初步分析其林冠水文效应,结果表明：一年内,季节雨林林冠截留量660．6mm,树干径流量80．7mm,穿透降雨量,853．2mm,分别占同期降雨总量的41．43％、5．24％、53．74％;橡胶林林冠截留量393．5mm,树干径流量104．1mm,穿透降雨量1096．8mm,分别占同期降雨总量的24．68％、6．68％、67．85％;两种林分森林水文各分量干、雨季差异显著,在研究中还发现,季节雨林中树干径流量随径级的增大而减小,干季出现密林(季节雨林)的穿透降雨量大于疏林(橡胶林)的反常现象;与我国其他地区相比,季节雨林和橡胶林有较大的林冠截留率及干流率。     

西双版纳热带季节雨林集水区基流特征

利用西双版纳热带季节雨林集水区1996--2006年日径流序列资料,计算出逐年基流指数值(BFI);以二水源假设理论为依据,用基流指数值对日径流资料做基流分割,计算出热带季节雨林集水区基流量.结果表明:西双版纳热带季节雨林集水区年基流指数值在0.24～0.45,均值为0.322,年间变化较小;月基流指数值在0.31～0.34,干季大于雨季;径流总量与降雨量年内变化趋势较为一致.本文结果将为热带森林生态水文功能研究和热带区域水资源的规划管理提供基础数据.     

Gash模型在热带季节雨林林冠截留研究中的应用

为了验证Gash林冠截留解析模型在西双版纳热带季节雨林中的适用性,基于2003年的热带季节雨林气候及林冠特征观测数据、采用Gash模型对林冠截留进行了模拟.结果显示,西双版纳热带季节雨林样地年降雨量为1244.4mm,穿透降雨为867.3mm,树干径流为114.4mm,树冠截留量为262,7mm,林内穿透降雨量和林外降雨量之间存在显著的正相关关系;降雨过程中饱和林冠的蒸发强度为0.12mm/h,使林冠饱和的降雨为0.6mm,林冠枝叶部分持水能力为0.41mm,树干持水能力为0.18mm;模型模拟的年林冠截留量为274.9mm,干季为71.7 mm,雨季为203.1 mm;模拟的相对误差年值为4.3%,干季为0.1%,雨季为6.9%,模拟与实测有很好的一致性,显示了Gash模型适用于西双版纳地区热带季节雨林林冠截留计算.     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林土壤呼吸的季节变化

采用挖壕沟法与红外气体分析法,研究了西双版纳热带季节雨林和人工橡胶林内土壤呼吸包括根系呼吸、异养呼吸的干湿季动态变化.结果表明：季节雨林内土壤呼吸和异养呼吸速率均显著大于橡胶林(P＜0.01),但根系呼吸差异不显著;土壤温湿度是呼吸速率变化的主要影响因子,季节雨林和橡胶林内土壤呼吸和异养呼吸速率均为雨季＞干热季＞雾凉季,但季节雨林内根系呼吸为雨季＞雾凉季＞干热季,而橡胶林内为雾凉季＞雨季＞干热季;季节雨林内根系呼吸对土壤呼吸的贡献率(29%)小于橡胶林(42%,P＜0.01),而季节雨林内异养呼吸对土壤呼吸的贡献率为71%、橡胶林为58%;当5 cm土壤温度在12 ℃～32 ℃范围内变化时,季节雨林内土壤呼吸及根系呼吸、异养呼吸的Q₁₀值均大于橡胶林,且异养呼吸的Q₁₀值最大而根系呼吸的Q₁₀值最小.     

热带季节雨林林窗辐射特征研究

利用不同季节热带季节雨林林窗、林内及旷地不同波长太阳辐射的实测资料,探讨了热带季节雨林林窗不同波长辐射特征。结果表明,热带季节雨林林窗中央和北侧林冠下的不同波长太阳辐射存在“突跃现象”,中午前后各辐射量值迅速达到最大后又急速下降;林窗内不同波长太阳辐射日总量值均大于林内,却小于旷地;林窗中央和北侧林冠下比较可见,在干热季、雨季和雨季后期,林窗中央的各辐射要素总量值高于北侧林冠下,但雾凉季时受浓雾和太阳高度以及方位的影响,各辐射要素总量值较北侧林冠下低;林窗中央的总辐射日总量在雨季太阳高度角最大时最高,雨季后期和干热季其次,雾凉季时最小;林窗中央和北侧林冠下的红外辐射及可见光在总辐射中所占份额随季节的变化而不同,充分显示了林窗辐射环境的异质性;与旷地和林内相比,林窗内各测点的红外辐射在总辐射中所占份额介于旷地和林内之间．高于旷地却低于林内;而可见光占总辐射的比值情况正好相反．另外,林窗可见光分配率的季节变化都大于红外辐射;热带季节雨林林窗育增加红外辐射、减少可见光的特征．     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林林冠的持水能力

基于2003～2004年的实验室和野外实测数据,采用尺度上推法对西双版纳地区热带季节雨林和橡胶林林冠持水能力进行了研究.结果表明,热带季节雨林林冠持水 能力为0.45～0.79 mm、橡胶林为0.48～0.71 mm,其中林冠木质部分（枝和树皮）的持水能力占较大优势;雾凉季（11月至翌年2月）和干热季（3～4月）的 林冠持水能力高于雨季（5～10月）;林冠各部分达到饱和所需的时间为叶（5 min）＜树皮（2～3 h）＜枝（2.5～4 h）.对两种林分林冠各部分在浸水/风干过程 的分析结果表明,叶易吸水和风干,在历时较短的降雨事件中是林冠截留的主体,在林地中,面积指数较大的枝和树皮吸水和风干较难,在强度大、历时长的降雨事件中可 以较好地发挥截留作用.与橡胶林相比,热带季节雨林林冠持水能力虽较小,但是其多层林冠结构林冠持水能力较强.     

热带季节雨林与人工橡胶林土壤碳氮比较

选取我国西南部西双版纳地区的热带季节雨林和人工橡胶林为对象,比较了2006—2007年两种土地利用方式下凋落物输入、土壤总碳氮含量及活性碳、氮的季节性变化.结果表明:与热带季节雨林相比,橡胶林的地上年凋落物量较低,而地面凋落物残留量较高,反映了橡胶林凋落物分解速率(凋落物消失率常数值,K )较低;橡胶林凋落物和土壤的C/N比值较高,暗示了其林内有机物的可降解性较热带季节雨林弱;橡胶林表层土壤总有机碳、生物活性有机碳和微生物生物量碳含量只有热带季节雨林土壤的60%～70%,硝态氮含量较少,pH 值则比热带季节雨林土壤低1.1.说明热带季节雨林转变为橡胶林后,林内地上凋落物向土壤输入的碳、氮量减少,土壤碳、氮含量和有效性降低,并且土壤呈现酸化倾向.应制定合理的橡胶林土壤管理措施,阻止土壤质量的下降趋势,以维持橡胶林的生产可持续性.     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林土壤呼吸

季节雨林和橡胶(Hevea brasiliensis)林是西双版纳热带森林生态系统中原始林和大面积种植人工林的两种代表类型。热带季节雨林层次结构复杂,多样性丰富,而橡胶林结构简单,乔木层只有橡胶树1种。应用碱吸收法,研究了这两种植被类型土壤呼吸速率、地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的季节变化规律,以及土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的关系。结果表明:1)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率、土壤温度、气温和土壤含水率都有明显的季节变化,而且两种林型的变化趋势基本一致;2)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度和气温之间具有显著的指数相关关系,显著水平达1%,与地下5 cm温度的相关性(r²分别为0.87和0.82)明显高于与气温的相关性(r²分别是0.80和0.72);3)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与土壤含水率具有显著的线性相关(r²分别是0.73和0.63),显著水平达1%;4)橡胶林的土壤呼吸速率明显高于季节雨林,这与两种林型的结构有关;5)季节雨林和橡胶林土壤呼吸的Q₁₀分别为2.16和2.18,比文献报道的热带土壤的Q₁₀(1.96)稍高。     

西双版纳热带季节雨林林冠层温度与大气温度特征

根据2005年西双版纳热带季节雨林群落冠层植物表面温度以及林冠上、林冠下的气温资料,对热带季节雨林冠层温度和冠层气温及其之间的温度差异在不同季节的变化进行了分析。结果表明：热带季节雨林冠层温度除雾凉季夜间稍低于同层大气温度外,其他时间林冠温度皆高于同层大气温度,在雾凉季和干热季,热带季节雨林林冠上气温在大多数时刻高于林冠下气温;在中午前后林冠上气温低于林冠下气温。在平均温度较高的雨季,林冠上气温一直高于林冠下大气的温度;林冠上、林冠下气温之间的差异,显示西双版纳热带季节雨林林冠的生态效应对森林小气候的反馈作用;在雾凉季夜晚,热带季节雨林林冠温度与冠层气温与其他时间不同,雾凉季夜间低温是热带季节雨林能否存在的关键性限制因子。     

模拟降雨对西双版纳热带次生林和橡胶林土壤呼吸的影响

降雨作为一个重要的环境因子,对土壤呼吸具有重要的影响。研究土壤呼吸与降雨的关系,对准确估算大气中的CO2含量具有重要意义。本研究通过人工模拟降雨事件,应用野外原位测定方法,测量了热带次生林和橡胶林土壤呼吸速率、地下5cm土壤温度和土壤含水量的变化,以探究热带两种主要植被类型的土壤呼吸、土壤温度、土壤含水量对旱季单次降雨事件的响应过程与规律。研究发现,在旱季连续一周没有降雨的情况下,人工模拟降雨事件使土壤呼吸在降雨后的2h内被迅速激发,次生林的土壤呼吸最大达到11.15 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近7倍;橡胶林的土壤呼吸最大达到了15.88 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近11倍。随后激发效应迅速降低,尤其是橡胶林,在人工模拟降雨6h后处理与对照间无显著差异。人工模拟降雨前两种林型的土壤含水量与对照相比均无显著性差异,人工模拟降雨后的2d内土壤含水量均显著高于对照;人工模拟降雨前后土壤温度与对照相比均无显著性差异。本研究结果支持了"Birch effect",2种主要热带林型在旱季时期,由于单次降雨事件激发而释放到大气中的CO2是降雨前的数倍。     

西双版纳热带季节雨林水热通量

利用西双版纳热带季节雨林2003和2004年常规气象、生物量以及水热通量观测资料,对该林地两年内各能量分量的数值大小和变化规律、能量分配以及水量平衡特征等进行了分析研究。结果表明,2003和2004年净辐射总量分别为3516.4MJ/(m.2a)和3516.6MJ/(m.2a)。在能量分配过程中潜热通量占优势,2003年和2004年的总量分别是相应年份净辐射总量的46%和44%,显热通量则分别只有12%和11%。2003年和2004年林冠传导率均值分别为10.3mm/s和10.0mm/s,其中干热季期间的林冠传导率明显低于雾凉季和雨季。林冠传导率与叶面积指数和空气饱和水汽压差值之间分别呈极显著的正、负线性相关关系;它基本上不受土壤含水量的影响,只是当长期无雨或雨量很小导致土壤含水量低于0.15m3/m3时,林冠传导率才与土壤含水量间存在极显著的相关关系。西双版纳热带雨林2003和2004年的蒸散量分别是663mm和634mm,受浓雾和林冠传导率的综合影响,该森林生态系统干季蒸散量低于雨季,这是西双版纳热带季节雨林能够在水热极限条件下生存并良好发育的重要原因。     

西双版纳热带森林土壤种子库的季节变化

通过萌发实验法对西双版纳地区的一类热带季节雨林 (番龙眼、千果榄仁 )和 2类次生林(白背桐林、中平树林 )的土壤种子库的季节变化进行了探讨。结果表明 :该地区的土壤种子库动态具有明显的季节性。季节雨林的土壤种子库储量相对稳定 ,土壤上层 ( 0～ 2 cm )的种子储量在雨季末期较大。2类次生林土壤种子库的变化则相反 ,土壤种子库中的种子种类在旱季末期较雨季末期多 ,土壤上层的种子储量在旱季末期较大。各样地均有一些种类只出现在旱季末期或雨季末期。种子在土壤种子库的动态与植物的繁殖物候和所处的环境紧密相关 ,不同种类植物的土壤种子库由于植物本身的生物学特性、传播方式和所处环境的影响而表现出不同的动态模式     

热带季节雨林和人工橡胶林林冠截留雾水的比较研究

利用 4a( 1 999～ 2 0 0 2 )的雾水截留观测资料 ,对西双版纳热带季节雨林和人工橡胶林林冠截留雾水进行了研究。热带季节雨林和人工橡胶林全年由林冠截留的雾水分别达 89.4± 1 3.5 mm和 1 8.6± 2 .5 mm(平均值±标准差 ) (雾季各占 62 .9%± 4.8%和 91 .9%± 6.3% ) ,分别占全年降水量的 4.9%± 1 .7%和1 .1 %± 0 .2 %。年雾水截留量与年降雨量呈负相关关系。月雾水截留量与月均最低气温呈显著的负相关 ,与月均相对湿度、月均 0∶ 0 0～ 1 0∶ 0 0风速呈显著的正相关。热带季节雨林全年 68%± 5 %、人工橡胶林40 %± 4%的有雾天气里可以收集到雾水 (分别为 0 .38± 0 .2 7mm/ d和 0 .2 4± 0 .1 2 mm/ d) ,且日雾水截留量与气温和风速呈显著的相关 ,即 :气温越低、风速越大 ,日雾水截留量越多。对本地区热带季节雨林生态系统的健康生长和维持而言 ,雾及雾水极大的弥补了降雨量的不足 ,雾的这种作用在降雨量少的年份似乎更为重要     

Interannual and seasonal variations of energy and water vapor fluxes above a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna, SW China

The values and variation characteristics of energy components, their relationship with net radiation and the characteristics of water balance in the forest were analyzed, based on the observation data of energy fluxes, meteorological parameters and biomass in a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna from January 2003 to December 2004. The results show that annual net radiation was 3516.4 MJ/(m² · a) and 3516.6 MJ/(m² · a) in 2003 and 2004, respectively, of which 46% and 44% were used in latent heat flux, and 12% and 11% were lost as sensible heat flux. Annual mean canopy surface conductance was 10.3 mm/s and 10.0 mm/s in 2003 and 2004, respectively. Moreover, canopy surface conductance was lower in dry-hot seasons than in fog-cool and rainy seasons. Canopy surface conductance correlated significantly and positively with leaf area index, but negatively with water vapor pressure deficit. In general, canopy surface conductance was not affected directly by soil water content, but highly depended on soil moisture status when soil water content was below 0.15 m³/m³. Annual total evapotranspiration of this forest ecosystem in dry seasons was lower than that in rainy seasons, which was considered as one of the most important reasons that tropical seasonal rain forest could survive and flourish in Xishuangbanna at limit of water and heat.     

Interannual and seasonal variations of energy and water vapor fluxes above a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna, SW China

The values and variation characteristics of energy components, their relationship with net radiation and the characteristics of water balance in the forest were analyzed, based on the observation data of energy fluxes, meteorological parameters and biomass in a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna from January 2003 to December 2004. The results show that annual net radiation was 3516.4 MJ/(m² · a) and 3516.6 MJ/(m² · a) in 2003 and 2004, respectively, of which 46% and 44% were used in latent heat flux, and 12% and 11% were lost as sensible heat flux. Annual mean canopy surface conductance was 10.3 mm/s and 10.0 mm/s in 2003 and 2004, respectively. Moreover, canopy surface conductance was lower in dry-hot seasons than in fog-cool and rainy seasons. Canopy surface conductance correlated significantly and positively with leaf area index, but negatively with water vapor pressure deficit. In general, canopy surface conductance was not affected directly by soil water content, but highly depended on soil moisture status when soil water content was below 0.15 m³/m³. Annual total evapotranspiration of this forest ecosystem in dry seasons was lower than that in rainy seasons, which was considered as one of the most important reasons that tropical seasonal rain forest could survive and flourish in Xishuangbanna at limit of water and heat.