雨雪冰冻灾害对中亚热带人工林的影响——以江西省千烟洲为例

为深入研究2008年初低温雨雪冰冻灾害对我国南方森林生态系统的影响, 实地调查了中国科学院千烟洲红壤丘陵综合开发试验站(简称千烟洲站)人工林受损状况, 并结合气象资料与空间数据进行了分析。在千烟洲站内主要的5种林型中, 受损林分多为湿地松(Pinus elliottii)林, 倒伏区面积为7.72 hm², 占森林面积的6.12%, 地上植被碳储量损失1 462 g·m^-2(范围在655-5 230 g·m^-2之间)。持续低温、阴雨潮湿等气象条件是导致湿地松林受损的直接原因, 特别是2008年2月1日的低温、强降水和大风, 加剧了灾害程度。在吉泰盆地低山丘陵区(海拔60-140 m), 高程与局地地形、气象条件密切相关, 因而对冰雪灾害具有较强的指示作用。丘陵顶部土壤贫瘠、受风影响强烈, 林木易受损倒伏。阳坡的林木易偏冠, 这可能是其受损较为严重的原因之一。湿地松林受损的内因主要有冠型、材质、根系分布、叶片特征和年龄等;此外, 人为割脂也可能是造成湿地松大量倒伏的重要因素。     

亚热带人工针叶林叶绿素荧光参数日变化及其与植被生产力的关系

叶绿素荧光技术能够快速、灵敏、无损地测定植物光合功能对环境变化的响应,已成为当前植物光合能力测定的重要技术手段之一,但是探讨亚热带森林叶绿素荧光参数在不同季节日变化特征受环境因子影响的研究较少,更缺乏与植被生产力关系的研究。以亚热带人工针叶林为研究对象,利用2016年叶绿素荧光测量和涡度相关通量观测数据,分析了不同季节湿地松和马尾松叶片荧光参数实际光化学效率(Photochemical efficiency of PSⅡ,Φ_(PSⅡ))和非光化学淬灭(Non-photochemical quenching,NPQ)的日变化特征,并结合增强回归树等统计方法,定量化环境因子对其影响,最后探讨了荧光参数与总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和光能利用率(Light use efficiency,LUE)的关系。结果表明,Φ_(PSⅡ)日变化总体上呈现"U型",早晚高午间低,而NPQ先升后降,午间达到峰值,与Φ_(PSⅡ)的日变化显著负相关。研究发现,光照是影响亚热带人工针叶林Φ_(PSⅡ)日变化最主要的环境因子,Φ_(PSⅡ)随着光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)的升高而降低,PAR对湿地松和马尾松叶片Φ_(PSⅡ)的相对贡献率分别为83.0%和51.1%。PAR对湿地松叶片NPQ日变化的相对贡献率也最高(77.2%),但马尾松的NPQ主要受叶片温度(Leaf temperature,T_(leaf))的影响(59.6%)。此外,GPP与Φ_(PSⅡ)显著负相关,而与NPQ有显著的正相关关系。LUE随着Φ_(PSⅡ)增长,但存在Φ_(PSⅡ)高而LUE低的情况,LUE与NPQ显著负相关,热耗散的比例越高,光能利用效率也相应降低。     

中亚热带人工针叶林生态系统碳通量拆分差异分析

涡度通量观测可直接获取陆地生态系统与大气之间CO2净交换量(NEE),但深入认识碳循环过程和校验生态系统模型需要不同时间尺度总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Re)等碳通量数据。利用中国陆地生态系统通量观测与研究网络(ChinaFLUX)中亚热带人工针叶林生态系统2003—2009年的涡度通量和气象观测数据,分析了两种NEE拆分方法对不同时间尺度GPP和Re评估的影响,结果表明:(1)两种拆分方法得到的生态系统碳通量组分(GPP和Re)的季节动态变化一致,都在生长季7、8月份达到峰值;(2)非线性回归模型拆分得到的全年Re和GPP相较于光响应曲线模型分别高出2%—28.6%和1.6%—23%,最大高出317.6 gC·m-2·a-1(2006年),逐月最大差值主要发生在8、9月份;(3)不同时间尺度上,两种方法拆分得到的GPP和Re之间差值的环境响应因子不同。在广泛采用非线性回归模型进行拆分时,如果当月光合有效辐射接近到905mol·m-2·月-1,月平均空气饱和水汽压差接近1.18 kPa时,需要考虑使用光响应曲线模型拆分该月通量,结合两种拆分方法以减小全年的误差。     

基于多种遥感植被指数、叶绿素荧光与CO2通量数据的温带针阔混交林物候特征对比分析

植被物候学作为研究植被与环境条件相互作用的科学,在全球气候变化的大背景下已成为国际热点研究领域,其中森林植被在调节全球碳平衡、维护全球气候稳定的过程中有着至关重要的作用。随着遥感技术的发展,多种遥感指数被应用到森林植被物候研究中,其中以MODIS NDVI和EVI应用最为广泛,而叶绿素荧光(SIF)作为植被光合作用的"探针"也被广泛应用于森林植被物候研究中。为了探究3种指数在森林植被物候研究中的差异与特性,本文以长白山温带红松阔叶林通量观测站为研究区域,采用模型拟合结合动态阈值法提取2007—2013森林物候特征参数,并使用通量数据(总初级生产力GPP)进行验证。结果表明:NDVI与EVI、SIF相比,表现为生长季开始时间与结束时间的明显提前和滞后,与GPP数据偏差较大,且夏季生长季峰期曲线形态过宽且平坦,无法较好反映生长季变化特征;EVI相较于NDVI有所改善,整体变化趋势与SIF、GPP基本吻合,但依然存在秋季衰减时间稍迟于SIF与GPP的问题;SIF虽然存在夏季骤降现象,但依然与GPP数据一致性最好,可以较好反映出森林植被季节变化特征。SIF数据与植被光合作用的紧密关联使其在植被物候研究中具有优于植被指数的准确性,并随着遥感平台的增加和反演方法的改善,将会在多尺度、多类型的植被物候监测中发挥更加重要的作用。     

基于植被羰基硫通量估算陆地生态系统总初级生产力研究进展

羰基硫(COS)是大气中的长周期痕量气体，其分子结构、对流层大气混合比的昼夜和季节动态类似于二氧化碳(CO₂)。植物光合作用及其水解过程中，受扩散通路导度和酶活性影响，气孔的COS与CO₂吸收紧密相关，同时，植物自养呼吸并不释放COS。最新研究中，采用植被COS通量直接指示生态系统总初级生产力(GPP)。综述了植被COS通量与光合作用中碳固定过程的关联机制，以及采用涡度相关观测、整合大气COS监测和生态系统过程模型等方法开展植被COS通量与GPP研究的最新进展，探讨了关键生态过程和参数，发现方法存在以下瓶颈：(1)生理过程、尺度效应和解析效应影响了COS与CO₂的叶片相对吸收率，(2)观测与模拟手段有待进一步耦合，(3)全球COS观测密度限制了方法验证，(4)硫循环过程影响了多区域模拟精度。方法发展的前沿领域包括：(1)开展重点地区植被COS通量观测，(2)提高COS卫星柱浓度的覆盖范围，(3)完善生态系统过程模型的COS吸收机理。展望未来研究关注的科学问题是：对于亚热带等尚待开展COS连续观测的区域，采用植被COS通量...