气温和降雨量对中国湿地生态系统CO2交换的影响

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统CO₂交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21个典型湿地植被净生态系统CO₂交换(NEE)、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)、NEE的光响应参数以及R_eco的温度响应参数进行整合分析,并探讨了这些指标对温度与降雨的响应.结果表明： 年尺度上,气温和降雨量对NEE(R²=50%,R²=57% )、GPP(R²=60%,R²=50%)和R_eco(R²=44%,R²=50%)均有显著影响(P<0.05).生长季尺度上,NEE (R²=50%)、GPP (R²=36%)和R_eco(R²=19%)与气温呈显著相关(P<0.05);同时NEE(R²=33%)和GPP(R²=25%)也与降雨量呈显著相关(P<0.05),但R_eco与降雨量的相关关系不显著(P>0.05).生长季降雨量与最大光合速率(A_max)之间呈显著相关 (P<0.01),但与表观量子产率(α)、白天生态系统呼吸速率(R_eco,day)无显著相关(P>0.05).生长季气温对α、A_max和R_{eco, day}均无显著影响(P>0.05).生态系统基础呼吸速率(R_ref)与降雨量无显著相关(P>0.05),但是生态系统呼吸的温度敏感系数(Q₁₀)与降雨量呈显著的线性负相关(P<0.05),同时气温对Q₁₀(R²=0.35)、R_ref(R²=0.46)均产生显著影响(P<0.05).     

气温和降雨量对中国湿地生态系统CO2交换的影响

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统CO₂交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21个典型湿地植被净生态系统CO₂交换(NEE)、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)、NEE的光响应参数以及R_eco的温度响应参数进行整合分析,并探讨了这些指标对温度与降雨的响应.结果表明： 年尺度上,气温和降雨量对NEE(R²=50%,R²=57% )、GPP(R²=60%,R²=50%)和R_eco(R²=44%,R²=50%)均有显著影响(P<0.05).生长季尺度上,NEE (R²=50%)、GPP (R²=36%)和R_eco(R²=19%)与气温呈显著相关(P<0.05);同时NEE(R²=33%)和GPP(R²=25%)也与降雨量呈显著相关(P<0.05),但R_eco与降雨量的相关关系不显著(P>0.05).生长季降雨量与最大光合速率(A_max)之间呈显著相关 (P<0.01),但与表观量子产率(α)、白天生态系统呼吸速率(R_eco,day)无显著相关(P>0.05).生长季气温对α、A_max和R_{eco, day}均无显著影响(P>0.05).生态系统基础呼吸速率(R_ref)与降雨量无显著相关(P>0.05),但是生态系统呼吸的温度敏感系数(Q₁₀)与降雨量呈显著的线性负相关(P<0.05),同时气温对Q₁₀(R²=0.35)、R_ref(R²=0.46)均产生显著影响(P<0.05).     

大连4种城市绿化乔木树种夜间液流活动特征

夜间液流有助于树木物质运输及其体内水分的补充(water recharge), 它不仅对植物的生长发育具有重要的生理生态学意义, 而且对大尺度植物蒸腾耗水的估算可能产生重要影响。2008年6月1日至8月31日, 以热扩散探针(thermal dissipation probe, TDP)技术对大连市劳动公园内的雪松(Cedrus deodara)、大叶榉(Zelkova schneideriana)、丝棉木(Euonymus bungeanus)和水杉(Metasequoia glyptostroboides) 4种乔木树种的不同径阶样木树干边材液流进行了测定, 并结合同步土壤水分与小气候观测结果分析了树木夜间(18:00至次日5:00)液流特征。实验结果表明, 树木普遍存在可感夜间液流, 夜间液流总量占观测期液流总量的比例在样木个体间呈现显著差异, 其变化范围为0.44%-75.96%; 观测期雨天夜间液流波动活跃, 显著高于晴天, 其单日夜间液流总量可持平, 甚至高于日间液流。相关分析表明: 水汽压亏缺(vapor pressure deficit, VPD)和风速的变化与夜间蒸腾显著相关, 它们能够较好地解释液流变化(R² > 0.6); 树木夜间液流主要用于夜间蒸腾和自身水分补充, 夜间液流现象主要发生在前半夜, 后半夜液流平稳且极接近0, 夜间液流量与相应的日间流量(R² = 0.356, p = 0.00)及胸径(R²_Spearman > 0.80)显著相关, 说明植物本身的结构和生理特点也是影响树木夜间液流的重要因子。单株样木夜间液流占全天总蒸腾量的比例低于14.4%, 如不考虑夜间液流的影响, 根据日间液流通过尺度扩展推算的森林生态系统年蒸腾量可能偏低。     

气候过渡区环孔材和散孔材树种的水分利用特征

采用Granier树干液流监测系统, 于2014年6-9月份监测河南信阳鸡公山自然保护区内的枫香(散孔材)和栓皮栎(环孔材)水分利用特征及其对环境因子的响应。结果显示: 在7月份干旱天气和虫灾情况下, 导致环孔材树种叶面积大量减少, 7-9月份期间枫香和栓皮栎的日间平均树干液流密度值分别为33.1 g·m^–2·s^–1和24.8 g·m^–2·s^–1; 而6月份的数值分别为31.6 g·m^–2·s^–1和44.2 g·m^–2·s^–1。枫香和栓皮栎的树干液流密度与大气水汽压亏缺(VPD)呈对数函数关系, 决定系数R²分别为0.38和0.91。液流速率与lnVPD的斜率/ VPD =1下的液流速率, 枫香和栓皮栎分别为0.62和2.87; 此比值受栓皮栎的叶面积和水力导度的影响。枫香的实际蒸腾速率普遍比通过方程计算的预测值低。由于栓皮栎水分利用对环境的较高敏感性, 水分胁迫会导致水分利用下降从而影响生长速率, 进而减缓木材产出的时间。因此在气候变化背景下(极端干旱事件频繁发生), 需要根据不同的林业管理目标合理配置两种木材结构树种。     

不同起源樟子松林水分利用的差异及机制

明确同一树种不同起源林分(天然林与人工引种林)间水分利用特征的差异，对于指导林分的可持续经营具有重要意义。本研究以樟子松这一“三北”工程中重要的造林树种为例，选择2种起源的林分为试验林，利用热扩散技术监测了试验林生长季树干边材液流速率(J_s),分析樟子松水分传输过程及其与环境因子间的关系。结果表明：在整个生长季的典型晴天下，樟子松人工林的日液流速率(J_s-daily)显著高于樟子松天然林，二者J_s-daily平均值分别为132.98和114.86 cm·d^-1,樟子松人工林表现出了更高的水分传输潜力。在樟子松天然林中，大气水分亏缺(VPD)对树木水分利用过程主要表现为驱动效应，而在樟子松人工林中出现了明显的阈值效应，VPD拐点约在1.91 kPa,此时液流速率(J_s-hour)边界函数值接近最大值17.88 cm·h^-1。观测期间，2种起源樟子松林受大气驱动的蒸腾潜力(J_s-hour/VPD)随土壤干旱的加剧而下降，但樟子松人工林对干...     

民勤绿洲二白杨树干液流的径向变化及时滞特征

树木的树干液流是反映树木生理活动动态、估算单株耗水量的重要基础.本文利用热扩散技术,对民勤绿洲二白杨3株(30年生)大树树干边材各4个深度(2、3、5、8 cm)的液流速率(J)进行连续两个生长季(2011、2012)的监测.结果表明: 二白杨边材液流速率最高的位点约在形成层下3 cm深处(J₃),其次依次为2、5和8 cm处(J₂、J₅和J₈),在大气蒸发潜力(ET₀)最强的6月,典型晴天日的J₃可达28.53 g·cm^-2·h-1,分别是J₂、J₅和J₈的1.42、2.74和4.4倍,径向差异明显.在日变化过程中,边材不同深处间液流速率峰值出现的时刻相差在20 min以内,但与太阳总辐射(R_s)、大气水汽压亏缺(VPD)峰值出现的时刻相差较大,在生长旺季(6—8月)的典型晴天,J的峰值滞后R_s峰值的时长(时滞)可达55～88 min,越靠近边材内侧,时滞越长.J峰值提前于VPD峰值的时长达60～96 min,越靠近边材内侧,时滞越短.液流速率的季节变化与ET₀的变化基本一致,随着树木生理活动的逐渐加强,液流传输的主要层次会向边材内部延伸.驱动不同深处液流变化的首要气象因子均为R_s,第二大因子因不同深度有所变化,越靠近内侧,代表水汽状况的因子(VPD)的重要性上升,甚至接近于R_s.
     

温度和摄食对溪红点鲑幼鱼呼吸代谢的影响

在不同水温［(5.5±0.5) ℃、(8.5±0.5) ℃、(11.5±0.5) ℃、(14.5±0.5) ℃、(17.5±0.) ℃］条件下,分别测定了饱食和空腹状态下溪红点鲑幼鱼的耗氧率和排 氨率,分析了温度和摄食对溪红点鲑幼鱼呼吸代谢的影响.结果表明：饱食后,5个温度梯度组溪红点鲑幼鱼的耗氧率和排氨率均迅速上升,达最大值后缓慢下降,并逐渐恢复到初始水平;饱食状态下,溪红点鲑幼鱼耗氧率（OR）和排氨率（NR）与温度（t）的回归方程分别为OR=-0.0601t⁴+2.5542t³-39.256t²+276.26t-598.75(n=650,R²=1,4.5 ℃4+0.0826t³-1.2318t²+8.6186t-18.838(n=650,R²=1,4.5 ℃0.9738(n=650,R²=0.9974,4.5 ℃1.0896( n=650,R²=0.9977,4.5 ℃相似文献   

半干旱地区城市环境下樟子松蒸腾特征及其对环境因子的响应

作为我国半干旱地区重要的造林绿化树种之一,樟子松在城市林业建设中被广泛使用,研究樟子松在半干旱地区城市环境下的蒸腾耗水及其环境响应对于城市森林建设具有重要的理论意义和应用价值。从2012年8月至10月,以位于内蒙古呼和浩特市树木园内的30年生樟子松为研究对象,按照其径阶分布,选定8株样木,采用热扩散探针法对其树干边材液流进行了连续动态监测,并采用小型自动气象站和土壤水分传感器同步连续测定小气候因子与土壤含水量动态变化。结果表明:在不同天气条件下,樟子松树干液流密度日变化存在差异,晴天时液流密度曲线表现为单峰曲线,且液流密度较大,阴天与雨天液流密度相对较小;液流密度的大小与供试树木胸径无显著相关关系(P0.05);太阳辐射(r=0.731,P0.01)和大气饱和水汽压亏缺(VPD)(r=0.877,P0.01)是影响樟子松蒸腾的主要因子,风速与液流密度极显著相关(P0.01),但相关系数仅为0.518;土壤水分并未显著影响液流密度(r=-0.071,P0.05)。以太阳辐射Ra、VPD作为自变量建立的模型能够分别解释樟子松68%、71%的液流变化。     

间断加热模式下热扩散技术在侧柏树干液流测定中的适用性

为了评估热扩散式探针法中的间断加热模式在侧柏树干液流速率测定中的适用性,提高树木蒸腾耗水测定的准确性,本研究选取侧柏为对象,以整树容器称重法测定值为基准,采用热扩散树干液流测定技术,设置3种不同的加热模式: 60 min/0 min(持续加热模式)、30 min/30 min(30 min加热30 min冷却的间断加热模式)、10 min/50 min(10 min加热50 min冷却的间断加热模式),分析不同加热模式处理下温差的梯度特征。同时构建间断加热模式下Granier校正公式,并进行有效性验证分析其误差大小。结果表明: 间断加热模式计算的液流速率与整树容器称重法测定的蒸腾速率日变化规律一致,且间断加热模式能够迅速升温、降温并趋于稳定。Granier原始公式计算的液流量较小,与称重法相比,降低了61.3%;经拟合后,10 min/50 min校正液流速率公式: F_d=0.0177K^0.9457(R²=0.88),30 min/30 min校正液流速率公式: F_d=0.0378K^1.3146(R²=0.85)。利用新的公式重新计算的侧柏液流速率较称重法测定的蒸腾速率差异较小,且10 min/50 min校正公式计算的液流速率较蒸腾速率的误差更小,降低了5.9%,可以表达出真实的液流速率。在实际应用中,采用10 min/50 min的间断加热模式能够降低自然温差的影响,减少功耗,准确反映侧柏的真实液流速率。     

基于整树称重法的Granier经验公式对毛白杨树干液流测定的适用性

为了评估Granier经验公式在树干液流测定中的适用性,以毛白杨为对象,利用热扩散式探针法(TDP)测定树木的液流速率,以整树称重法进行同步测定,对比分析Granier经验公式在毛白杨树干液流测定中是否存在误差,并对整树称重法测定的蒸腾速率与热扩散法测定的温差系数K进行幂指数回归拟合,建立校正的Granier公式。结果表明:与整树称重法测定的蒸腾速率相比,通过Granier经验公式计算的液流速率低估了67.7%;建立了毛白杨的Granier校正公式F_d=0.0135K^0.6952(R²=0.77),校正后Granier公式的计算结果与整树称重法测定的蒸腾速率相比仅降低了3.4%,具有较好的一致性。因此,采用Granier经验公式计算毛白杨树干液流速率需进行校正。     

祁连山青海云杉低液流特征及其影响因素

植被蒸腾作为林区生态水文的重要组成部分,是分析林区水分循环及其植被健康生长的基础,对林区保护和科学管理至关重要。本研究于2017—2018年运用热扩散探针对祁连山青海云杉树干液流进行连续监测,探究祁连山青海云杉蒸腾耗水特征,并分析影响云杉生长和蒸腾过程的主控因素。结果表明: 青海云杉树干液流的瞬时变化在晴天呈单峰曲线,在阴天呈多峰或双峰型曲线,在雨天基本无明显规律。青海云杉液流密度与太阳辐射变化趋势一致,晴天液流启动较早,结束较晚,液流历时12～14 h。因该地区海拔较高(2700 m),空气温度较低,饱和水汽压差(VPD)较低,导致液流密度整体偏低,平均为(0.86±0.49) kg·d^-1。在小时尺度上,液流瞬时速率受太阳辐射和VPD的显著影响,而在日尺度下,0～40 cm土层土壤温度和土壤水分含量与液流密度显著相关。云杉液流密度随着太阳辐射、空气温度和VPD的降低而降低,在祁连山高海拔林区,较低的土壤和空气温度以及较低的VPD和太阳辐射是导致该地区青海云杉液流偏低的主要原因。     

液流径向变化对尾巨桉单株日蒸腾量估算的影响

采用Granier热扩散方法(TDP)测定了尾巨桉2个径向深度(0～2和2～4 cm)的液流速率,探讨液流径向变化对树木蒸腾估算产生的影响、不同个体大小的估算误差以及估算误差与光合有效辐射(PAR)和水汽压亏缺(VPD)的关系.结果表明: 尾巨桉的日蒸腾量在单点径向深度0～2 cm条件下估算值最大,两点综合估算值次之,单点径向深度2～4 cm最小,单点径向0～2 cm和径向2～4 cm所得的日蒸腾量分别较两点综合估算值高估了32.9%和低估了58.7%;用单点径向0～2 cm估算蒸腾量时所产生的误差随胸径的递减而减少,胸径为17.7、12.9和9.8 cm的树木产生的估算误差分别为51.7%、33.0%、18.0%,而单点径向2～4 cm所产生的估算误差则没有明显的径级差异;PAR和VPD都与单点径向0～2 cm估算误差有较好的正相关性,相比较VPD而言,PAR与单点径向0～2 cm估算误差的相关性更好.相比传统的仅用单一深度液流速率估算单株蒸腾耗水量的方法,两点估算方法一定程度上提高了日蒸腾量计算的精度,为尾巨桉人工林森林耗水量估算提供了可靠依据.     

干旱区枸杞树干液流变化特征及其影响因素

树干液流作为植物蒸散作用的水分来源,是植物水分消耗的直观量化监测指标,利用包裹式树干液流监测技术获取干旱区枸杞全生育期树干液流实时数据,分析了不同时间尺度树干液流变化特征及各气象要素对树干液流的影响,为明晰枸杞耗水规律及其影响因素提供了重要的佐证。结果表明:枸杞的树干液流量昼夜差异较大,白天液流量是夜间的10倍左右;晴天液流速率、日累积量及变化幅度均大于阴雨天气,晴天液流速率变化曲线且呈宽峰型,在06:30左右启动较阴天提前30min;夏季树干液流启动时间为6:00比秋季提前1h左右,夏季的峰值123g/h。盛果期液流速率最大10.32g/h,营养生长期最小1.35 g/h;6—8月旺盛生长季,平均日耗水1388.3g/d,5—11月全生育期日均耗水1102.7g/d;树干液流速率与太阳辐射、空气温度均呈极显著正相关关系,与相对湿度呈负相关关系;枸杞树干液流(F)与太阳辐射(S)、温度(T)、相对湿度(H)及饱和水汽压(VPD)符合方程F=41.5+0.167S-0.563H+1.36T-9.67VPD(R~2=0.6547)。     

荷木树干CO_2释放通量与木质部液流和CO_2浓度的关系

采用红外气体分析仪,于2008年10月17-19日连续3个昼夜原位监测了荷木的树干CO_2释放通量、树干温度、木质部液流密度和CO_2浓度.结果表明:树干CO_2释放通量(EA)日变化呈S形曲线,不同径级间差异显著.EA与树干温度呈显著幂函数关系(0.24

Abstract：

By using a Li-820 infra-red CO_2 gas analyzer, an in situ measurement of Schima super-ba stem CO_2 efflux was conducted for three consecutive days from 17 to 19 October 2008. In the meantime, the stem temperature, xylem sap efflux density, and xylem CO_2 concentration were measured. The stem CO_2 efflux had a diurnal variation of "S" pattern, and differed significantly with stem diameter. There was a significant exponential relationship between stem CO_2 efflux and stem temperature (0. 24 < R~2 < 0. 78). The temperature coefficient (b) and regression coeffi-cient (R~2) were higher at nighttime than at daytime, and the Q_(10) value ranged from 2. 01 to 2. 79. The stem CO_2 efflux correlated significantly with the xylem CO_2 concentration, and the best regression curve was cubic (R~2= 0. 48). Excluding the effects of stem temperature, the stem CO_2 efflux showed a significant negative correlation with xylem sap flux density (r =-0.462). Therefore, only using simple temperature function to estimate stem CO_2 efflux would yield a significant error, and xylem sap flux should be taken into consideration in the stem CO_2 emux estimation.     

民勤绿洲荒漠过渡带梭梭树干液流的时滞特征

应用Granier热扩散探针测定民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林的树干液流,将液流与饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)数据分别进行逐行错位分析,探讨树干液流与环境因子之间的时滞效应.结果表明: 梭梭日液流速率呈现明显的季节变化,6月平均液流速率最大,8月平均液流速率最小.生长季(5-9月)梭梭树干液流与光合有效辐射、饱和水汽压差存在明显的时滞,树干液流滞后于PAR 80 min,提前于VPD 114 min,且不同月份的时滞长短存在差异.尽管梭梭树干液流在日尺度上更加依赖于PAR的变化,但在白天,树干液流与饱和水汽压差间有更紧密的关系.梭梭生长季树干液流与VPD或PAR之间的时滞与树形因子(株高、地径、50 cm处直径、枝下高、冠幅)及夜间液流量的相关性均不显著.     

黄土丘陵区混交林中油松和沙棘树干液流对降雨脉冲的响应

以黄土丘陵区油松-沙棘混交林为研究对象,运用热扩散式探针(TDP)于2015年6—10月对油松和沙棘的树干液流密度(F_d)进行连续观测,同步测定了光合有效辐射(PAR)、水汽压亏缺(VPD)和土壤水分(SWC)等环境因子,分析两树种对降雨利用的差异.采用Threshold-delay 模型、多元回归分析和偏相关分析方法,研究两树种F_d对降雨的响应过程,并确定环境因子对F_d的影响.结果表明: 随着降雨量递增,两树种F_d的最大变化量都先上升后降低;其中0～1 mm降雨范围内,油松F_d(-16.3%)和沙棘F_d(-6.3%)都明显降低;1～5 mm降雨范围内,油松F_d(-0.4%)降低而沙棘F_d(9.0%)明显升高.油松和沙棘F_d对降雨响应的最小降雨阈值(R^L)分别为6.4和1.9 mm,滞后时间(τ)为1.96和1.67 d.降雨前油松F_d峰值集中在12:00—12:30(70%),沙棘F_d峰值分别集中在10:30—12:00(48%)和16:00—16:30(30%);降雨后油松F_d峰值集中在11:00—13:00(40%),沙棘F_d峰值分别集中在12:00—13:00(52%)和16:30—17:00(24%).降雨前影响油松和沙棘F_d的环境因子大小顺序为PAR＞VPD;降雨后影响油松F_d的环境因子大小顺序为PAR＞VPD＞0～20 cm SWC(SWC_0～20),影响沙棘F_d的环境因子大小顺序为SWC_0～20＞PAR＞VPD.油松-沙棘混交林对水分利用的稳定性较高.     

岩溶区青冈栎整树蒸腾的季节变化

应用Granier热消散树干液流技术,在裸露岩溶区坡地上对青冈栎样树的树干液流和整树蒸腾过程变化及其驱动因子进行了研究.结果表明:青冈栎树干液流密度与树木胸径大小的关系是随机的,日间液流密度峰值出现在13:30—14:30;日液流密度峰值夏季最大,为56.00 g H₂O·m^-2·s^-1,春季最小,在35.86 g H₂O·m^-2·s^-1.岩溶区单树日蒸腾量随着天气变化起伏较大,单树日蒸腾量与水汽压亏缺和太阳辐射呈显著的幂函数相关关系(R=0.97,P<0.01).平均整树日蒸腾量变化格型为夏季高冬春低,秋季(旱季)随土壤水分的减少由高到低变化.与其他地区的树种相比,即使受旱季的干燥少土双重胁迫,裸露岩溶区坡地上的青冈栎整树日蒸腾量仍然较高,推断在岩溶区旱季青冈栎的水分来源可能很大程度上依赖于富水的表层岩溶带.     

晋西黄土区苹果树边材液流速率对环境驱动的响应

为明确环境因子对树木蒸腾过程的驱动机制,以晋西黄土残塬沟壑区的苹果树(红富士)为对象,利用热扩散式液流技术监测生长季苹果树树干液流的动态变化,并同步监测了气象和土壤水分等环境要素的季节动态.结果表明: 在众多环境因子中,太阳净辐射(R_n)、大气水分亏缺(VPD)与液流速率(J_s)间的相关性最强.在小时或日尺度,环境因子主成分分析中前3个主成分的累积方差贡献率均在86%以上.其中,第一主成分主要包含VPD、R_n等因子,方差贡献率达52%(小时尺度)和63%(日尺度)以上,可归为蒸发需求因子(EDI),是影响该地区果树树干液流的关键综合环境要素集;第二主成分主要包括土壤含水率(SWC)等因子,归为土壤水热供给因子;第三主成分主要包括风速等因子,归为大气水热散失动力因子.在小时或日尺度上,J_s对两种环境因子综合变量(EDI或潜在蒸发散ET₀)的响应都呈显著的指数增长关系,在小时尺度上,基于EDI模拟苹果J_s的指数模型精度更高(R²=0.72),在日尺度上,基于ET₀模拟苹果J_s的指数模型模拟精度更高(R²=0.88).研究结果对于明确苹果树水分传输对环境驱动的响应规律,根据气象要素估算苹果树蒸腾耗水量,并指导果园水分管理均具有重要意义.