中国森林生态系统土壤呼吸温度敏感性空间变异特征及影响因素

土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)是陆地碳循环与气候系统间相互作用的关键参数。尽管已有大量关于不同类型森林Q₁₀季节和年际变化规律的研究, 但是对Q₁₀在区域尺度的空间变异特征及其影响因素仍认识不足, 已有结果缺乏一致结论。该研究通过整合已发表论文, 构建了中国森林生态系统年尺度Q₁₀数据集, 共包含399条记录、5种森林类型(落叶阔叶林(DBF)、落叶针叶林(DNF)、常绿阔叶林(EBF)、常绿针叶林(ENF)、混交林(MF))。分析了不同森林类型Q₁₀的空间变异特征及其与地理、气候和土壤因素的关系。结果显示, 1) Q₁₀介于1.09到6.24之间, 平均值(±标准误差)为2.37 (± 0.04), 且在不同森林类型之间无显著差异; 2)当考虑所有森林类型时, Q₁₀随纬度、海拔、土壤有机碳含量(SOC)和土壤全氮含量(TN)的增加而增大, 随经度、年平均气温(MAT)、平均年降水量(MAP)的增加而减小。气候(MAT、MAP)和土壤(SOC、TN)因素间存在相互作用, 共同解释了33%的Q₁₀空间变异, 其中MAT和SOC是Q₁₀空间变异的主要驱动因素; 3)不同类型森林Q₁₀对气候和土壤因素的响应存在差异。在DNF中Q₁₀随MAP的增加而减小, 而其他类型森林中Q₁₀与MAP无显著相关性; 在EBF、DBF、ENF中Q₁₀随TN的增加而增大, 但Q₁₀对TN的敏感性在EBF中最高, 在ENF中最低。这些结果表明, 尽管Q₁₀有一定的集中分布趋势, 但仍有较大范围的空间变异, 在进行碳收支估算时应注意尺度问题。Q₁₀的主要驱动因素和Q₁₀对环境因素的响应随森林类型而变化, 在气候变化情景下, 不同森林类型间Q₁₀可能发生分异。因此, 未来的碳循环-气候模型还应考虑不同类型森林碳循环关键参数对气候变化的响应差异。     

连续年龄序列桉树人工林凋落物量及养分通量

在福建漳州地区,对连续年龄序列(2、3、4、5、6年生)的尾巨桉(Eucalyptus grandis ×E.urophylla)人工林凋落物量及其养分通量进行了研究.结果表明:不同林龄(2、3、4、5和6年生)的年凋落物总量分别为2796.65、3098.10、4489.13、4200.72和3692.40 kg·hm-2,呈现先期增加,4年生后出现缓慢下降的趋势.各年龄段林分凋落物量均显示出明显的季节动态,其中3、4和6年生林分呈单峰型,前二者出现在6月,后者出现在4月;而2和5年生林分则出现2个峰值,前一个峰值出现在4月,后一峰值出现在6月.在凋落物的组成中,落叶占总凋落物量的84.86%～90.04%,其次分别为碎屑物(5.01%～6.70%)、落枝(2.95%～4.52%)、树皮(2.64%～3.62%)和落果(0.30%～0.55%).凋落物各组分中,主要养分元素含量大小顺序为N>Ca>K>Mg>P.各龄级桉树人工林凋落物中5种元素的年通量的大小顺序表现为:4年生(133.20 kg·hm-2)>5年生(124.98 kg·hm-2)>6年生(97.56 kg·hm-2)>3年生(90.51 kg·hm-2)>2年生(86.01 kg·hm-2).     

苹果密植园与间伐园树冠层内叶片光合潜力比较

通过对成龄苹果密植园和间伐园树冠不同层次和部位叶片光合潜力及辐射通量密度、叶片N含量和比叶重等指标的比较分析,研究了苹果园改造前后辐射能和氮素利用效率差异及其与产量品质的关系.结果表明：间伐显著改善了冠层内的辐射环境,间伐园冠层内的辐射分布明显比密植园均匀,相对辐射通量密度小于30%的无效光区接近0,而密植园冠层内的最低相对辐射通量密度为17%,在相对高度03以下均为无效光区;间伐园内冠层叶片的光合效率显著提高,间伐园树冠中、下部叶片的光合速率比密植园分别提高了78%和102%;叶片的最大羧化速率和最大电子传递速率也有较大幅度的提升.苹果园冠层叶片的光合效率与叶片N含量存在显著的相关关系,而叶片N含量又与辐射通量密度存在显著的相关关系,因此,可根据冠层叶片相对N含量的垂直分布间接和定量地判断叶片的光合效率或相对辐射通量密度的空间分布.     

红松阔叶混交林林隙光量子通量密度、气温和空气相对湿度的时空分布格局

以小兴安岭原始红松阔叶混交林林隙为研究对象,通过对林隙内光量子通量密度(PPFD)、气温和空气相对湿度进行连续观测,比较其间的时空分布格局.结果表明：晴天和阴天阔叶红松林林隙的PPFD日最大值均出现在11:00—13:00,晴天林隙内各个时段最大值出现位置不同,日最大值出现在林隙北侧林冠边缘处;而阴天各个时段最大值均处于林隙的中心.林隙内月平均PPFD 为6月最高、9月最低,极差7月最大.林隙内晴天气温的峰值出现在9:00—15:00,而阴天气温峰值在15：00—19：00,均位于林隙中心南8 m.5:00—9:00林隙各点阴天的气温都高于晴天,9:00—19:00则相反.月平均气温为6月最高、9月最低.晴天和阴天空气相对湿度的峰值均出现在5:00—9:00,日最大值在林隙西侧林冠边缘处,且阴天的相对湿度始终大于晴天.月平均相对湿度为7月最高、6月最低.晴天PPFD的异质性大于阴天,而气温和相对湿度的异质性则不明显.生长季内不同月份PPFD、气温和空气相对湿度的最大值所处位置不同.PPFD和气温的月均值在林隙中心及附近变化梯度较大,而相对湿度的月均值则在林隙边缘变化梯度较大.     

城市小型景观水体溶存N2O浓度及排放通量特征

淡水生态系统是大气中N₂O的重要排放源,受到国内外广泛关注。城市小型景观水体作为区域淡水系统的重要组成,具有环境容量小,受人类活动干扰强烈,其N₂O排放特征及影响机制并不清楚。选择重庆大学城8个典型景观水体和2个城市外围的自然水体（对照）作为研究对象,利用顶空法和漂浮箱法对水体溶存N₂O浓度及排放通量进行季节性监测,并通过分析生境特征及水环境特征,探究城市小型景观水体N₂O排放特征及关键影响因素。结果表明：1）小型景观水体TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N、NO₂^--N含量总体偏低但变异性极强（变化范围分别为0.31-1.47 mg/L、0.05-0.79 mg/L、0.03-0.14 mg/L、0.00-0.04 mg/L）,硝态氮是主要的氮形态;景观水体氮丰度远高于外围的自然水体;2）10个小型水体N₂O浓度范围为16.51-158.96 nmol/L,平均为（47.60±21.47） nmol/L,均处于过饱和状态;漂浮箱法实测8个景观水体N₂O排放通量均值为（0.13±0.05）mmol m^-2 d^-1,是对照水体的1.3-5.2倍,高于大部分已有研究结果,是大气N₂O的排放热源;3）景观水体N₂O排放通量与水体各形态氮含量呈显著的正相关关系,较高的N负荷和强烈的氮转化过程是导致景观水体成为N₂O排放热源的主要因子,水体N含量可以作为景观水体N₂O排放强度的有效指示因子;同时水生植物分布对水体N₂O排放影响显著,有植物分布的水域比开敞水域高1.4倍;4）漂浮箱法和边界层模型法对小型景观水体N₂O排放通量的监测结果呈较好的线性关系,但不同季节仍存在着一定差异,需要进一步优化模型估算方法;5）水体N₂O排放通量对温度的季节性变化较为敏感,呈夏季最高,春、秋季次之,冬季最低的季节模式。本研究强调,城市小型景观水体具有较高的N₂O排放速率,在区域氮循环及全球淡水系统温室气体排放清单中具有不可忽视的作用,在未来研究中应得到更多关注。     

池塘内循环流水养殖模式对养殖塘上覆水-沉积物-间隙水磷时空分布特征及释放通量的影响

为了揭示池塘内循环流水养殖模式(Inner-circulation Pond Aquaculture, IPA)上覆水-沉积物-间隙水不同磷形态时空分布特征, 探讨沉积物-水界面磷的释放通量及其主要影响因素, 在IPA一条水槽前后端设置6个采样点, 共设置4条, 同时对常规传统池塘(Usual Pond Aquaculture, UPA)设置5个采样点, 采用SMT(磷形态标准测试程序)法测量沉积物中磷的形态组成, 对上覆水-沉积物-间隙水磷时空分布特征进行了分析, 统计了磷释放通量及主要影响环境因子的关系。结果表明: (1)从整体上, IPA上覆水及间隙水中不同形态磷含量低于UPA, 且IPA水体磷空间分布差异较大, 水槽后端沉积物向上覆水释放, 水槽前端则表现为上覆水向沉积物汇集; (2)在养殖中后期, 空间上, IPA水槽后端沉积物不同磷形态随着距离增加逐渐降低, 且均低于UPA; 时间上, 2种模式TP、IP、OP和Fe/Al-P随着养殖的进行而显著增加, Ca-P呈先降低后增加的趋势; (3)UPA基本表现为沉积物对磷的吸收, 而IPA磷释放通量时空差异较大, 养殖初期, 水槽前端表现对磷的吸收, 水槽后端10 m内则少量释放; 至养殖中后期, 槽后端10 m内表现对磷的大量释放; 而后端20和30 m在养殖初期磷通量较小, 至养殖中期均转变为对磷的吸收, 至养殖末期则转变为对磷的释放; (4)2种模式磷通量和环境因子的关系基本一致, TP、IP释放通量和pH呈显著正相关, 各形态磷释放通量和沉积物Eh呈显著负相关, 其中温度的升高对各沉积物不同形态磷的释放有显著的促进作用。综上所述, IPA沉积物磷组分时空差异较大, 主要集中分布在水槽后端10 m内, 且在养殖中后期向上覆水大量集中释放。研究旨在为IPA改进固体颗粒物拦截方法、提高残饵和粪便的收集效率及养殖水环境调控提供理论依据。     

林下植被和凋落物对寒温带森林生长季土壤CH4通量的影响

为进一步探究林下植被和凋落物管理对我国寒温带森林生长季土壤CH₄通量的影响,采用静态箱-气相色谱法对大兴安岭北部4种林型（白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林）4种处理（自然状态、去除凋落物、去除林下植被以及去除林下植被和凋落物）的土壤CH₄通量排放特征进行观测研究。结果表明：该地区森林生长季土壤均表现为CH₄的汇,4种林型不同处理后土壤CH₄通量表现为单峰变化趋势,吸收峰值出现在7月或8月。自然状态4种林型土壤CH₄平均吸收通量表现为白桦林（-79.23±14.92）μg m^-2 h^-1>山杨林（-64.27±9.60）μg m^-2 h^-1>樟子松林（-62.54±15.48）μg m^-2 h^-1>兴安落叶松林（-48.73±12.26）μg m^-2 h^-1,兴安落叶松土壤CH₄平均吸收通量显著小于其他三种林型（P<0.05）。相比于自然状态,4种林型在去除凋落物后土壤CH₄吸收通量提高了2.12%-12.15%,但变化幅度均没有达到显著水平（P>0.05）。去除林下植被后4种林型CH₄吸收通量提高了0.84%-20.55%,且只有山杨林吸收增加达到显著水平（P<0.05）。同时去除林下植被和凋落物后,对白桦林和樟子松土壤CH₄通量影响不显著（P>0.05）,但对山杨林和兴安落叶松林影响显著（P<0.05）。总之,去除凋落物或林下植被均会提高土壤对CH₄吸收,去除林下植被对土壤CH₄通量的影响要大于去除凋落物的影响,但不同林型不同处理之间还存在差异。     

长白山温带混交林林冠下层CO2通量对生态系统碳收支的贡献

作为ChinaFLUX的重要组成部分,从2002年年底开始利用涡度协方差技术在长白山温带混交林林冠上层和下层进行连续通量观测,这为量化林冠下层CO2通量对整个森林生态系统碳收支的贡献提供了一条有效途径.利用2003年林冠上层和林冠下层的观测数据,研究表明林冠下层夜间的CO2通量与5 cm深度的土壤温度存在明显的指数正相关关系.林冠下层的呼吸通量与箱式法观测的土壤呼吸通量之间具有很好的一致性(R2=0.77),二者在全年都与整个森林的光合产物量相耦合,且都在7～8月份达到最大值.林冠下层的呼吸量和土壤呼吸量分别为770 g Cm-2a-1和703 g Cm-2a-1,占整个森林生态系统呼吸年总量的比重高达59.88%和54.69%.林冠下层的光合作用呈双峰型季节变化,两个峰值分别出现在5月中旬和8月下旬.尽管全年林冠下层光合产物量为87 g Cm-2a-1,对整个森林光合产物量的贡献率仅为5.69%,但林冠郁闭度低的4、5月和10月份,林冠下层的光合产物贡献率也分别达到19.99%、21.06%和14.53%.林冠下层净初级生产力的季节动态受该层呼吸作用的季节变异控制,林冠下层在全年都表现为碳源,其净碳排放速率在8月份达到最大.     

盐生荒漠地表水热与二氧化碳通量的季节变化及驱动因素

以古尔班通古特沙漠南缘原始盐生荒漠为对象,利用涡度相关法,对原始盐生荒漠地表水热、二氧化碳通量进行了连续观测,对通量的季节变化、浅层土壤水分条件改变对盐生荒漠植物群落水汽、二氧化碳通量以及水分利用效率的影响进行了系统的分析.结果表明:净辐射通量、潜热通量和二氧化碳通量都具有明显的季节变化趋势,而显热通量的季节变化不明显.在有效能量的分配上,显热通量是有效能量的主要输出项.在降水影响期和非影响期,二氧化碳通量没有明显的变化;而在非降水影响期潜热通量明显降低,表明土壤水分处于亏缺状态,但二氧化碳通量并没有降低的趋势,而与前期保持高度的一致性.以此可以推断,该荒漠盐生植物群落并不以降水为主要水分来源,降水后水汽通量和二氧化碳通量变化的不一致性是该原始盐生荒漠独特植物特征决定的.降水影响期原始盐生荒漠植物群落的水分利用效率低于非影响期,是由于降水后土壤蒸发迅速增加,而植物蒸腾与光合并未随之增加造成的.     

黄土丘陵沟壑区农林草地土壤热量状况及植被生长响应——以燕沟流域为例

利用CoupModel模型模拟了黄土丘陵沟壑区燕沟流域刺槐(Robinia pseudoacacia)林地、辽东栎(Quercus liaotungensis)林地、荒草地、农地等7种土地类型的土壤热量状况,分析了不同植被类型的潜热通量、感热通量、土壤热通量以及植被生长对土壤热量的响应.结果表明,农地潜热通量较小,林地和荒草地潜热通量较大,各地类潜热通量季节变化规律基本一致.潜热通量是黄土丘陵区土壤-植被-大气系统能量的主要支出项,占总净辐射的72.1%～81.4%以上;感热通量变化振幅相对较小,占总净辐射的16.4%～26.4%;土壤热通量仅占总净辐射的1.4%～2.4%,但直接影响土壤温度的变化速度和变化时间.试验地各地类地表温度随季节的变化趋势均呈单峰曲线型.2～7月份0～20cm平均土壤温度随累积土壤热通量的增大而升高,9月到翌年1月份0～20cm平均土壤温度随累积土壤热通量的减小而降低,但累积土壤热通量的变化滞后于土壤温度变化.同一植被类型条件下,阳坡土壤温度年变幅显著高于阴坡.在阴坡,0cm、10cm、20cm深土壤温度年变幅农地＞阴坡荒草地＞阴坡辽东栎林地＞阴坡刺槐林地;在阳坡,阳坡荒草地＞阳坡刺槐林地＞阳坡辽东栎林地.阴坡刺槐林地、阴坡荒草地和农地0～20cm土壤温度达到5℃以上的时间比阳坡刺槐林和阳坡荒草地推迟1周左右,根系开始生长活动的时间也推迟1周左右;而阴坡辽东栎林地则晚于阳坡辽东栎林地5d左右,根系开始生长活动的时间也较阳坡辽东栎林晚5d左右.出叶时间阳坡刺槐林和阳坡荒草地植物比阴坡刺槐林、阴坡荒草地和阳坡辽东栎林的早1周左右,比阴坡辽东栎林早12d左右.