不同肥料对稻田红壤碳、氮、磷循环相关酶活性的影响

采用中国科学院千烟洲生态站1998年开始的定位试验数据,研究不同肥料(猪粪、秸秆、化肥)对稻田红壤碳、氮、磷养分及相关酶活性[3-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)]的影响.结果表明:施用猪粪(OM)土壤中的βG、NAG和LAP活性显著高于其他处理,比对照(不施任何肥料)分别高1.4、2.6和1.9倍;土壤C/N提高、βG/(NAG+LAP)降低,说明施用猪粪有利于土壤中纤维素的降解和有机碳的积累.施用化肥提高了土壤中βG、NAG和LAP活性,而AP活性比对照低34％;土壤βG/AP和(NAG+LAP)/AP较高,而C/P和N/P较低,说明施用化肥导致稻田红壤无机磷的积累,抑制了土壤中分解磷酸多糖和磷脂的微生物功能.     

季节性干旱对中亚热带人工林显热和潜热通量日变化的影响

植被与大气间的显热和潜热通量的日变化是大气过程和植被生理过程的显著标志。本研究利用ChinaFLUX千烟洲站典型的夏季雨热不同季的季节性干旱的试验条件,探讨了2003年季节性干旱对该生态系统显热和潜热通量日变化变异幅度和峰值时间的影响。研究表明：显热通量的日变化变异幅度年平均值为176 W/m2。潜热通量的日变化变异幅度年平均值为171 W/m2。显热通量到达日变化峰值的时间平均为11:57。全年潜热通量的日变化都在午后达到峰值,平均值为12:33。季节性干旱造成显热通量的日变异幅度明显增大,从144W m-2增加到321 W m-2。而潜热通量的日变异幅度明显降低,从324 W/m2减小到198 W/m2。,显热和潜热通量日变异幅度的相对变化明显增大,从-165 W/m2增加到76 W/m2,气温和饱和水汽压差是影响显热和显热日变异幅度及其相对变化的主要控制因素。干旱胁迫期,深层水对显热通量日变化变异幅度及其与潜热通量日变化变异幅度的相对变化的作用更显著,而潜热通量日变化变异幅度与气象要素关系不显著。季节性干旱造成显热通量日变化的峰值时间和显热和潜热通量日变化峰值时间的相对变化明显向下午偏移,显热通量日变化的峰值从上午11:31到中午12:17,相对变化从1小时到1小时20分钟。季节性干旱对潜热通量日变化峰值时间没有显著的影响。非干旱胁迫期,显热通量日变化峰值时间和显热及潜热通量日变化峰值时间的相对变化均与气温负相关,而干旱胁迫期,则与气温正相关。潜热通量日变化峰值时间与气象要素关系均不显著。该生态系统显热和潜热通量日变化峰值的相对变化主要受降水量的季节分配控制,在干旱胁迫期降水的作用更加明显。潜热和显热通量日变化峰值时间的相对变化总体上都受植被与大气间的耦合程度控制。     

基于模型数据融合的千烟洲亚热带人工林碳水通量模拟

人工林生态系统是我国森林生态系统的重要组成部分,在全球碳平衡中的作用越来越受到重视.利用千烟洲亚热带人工针叶林通量观测站的碳水通量和气象观测数据,通过模型数据融合方法对碳水循环过程模型——SIPNET模型关键参数进行反演,模拟了2004-2009年千烟洲人工林生态系统的碳水通量.结果表明:仅用碳通量观测数据优化模型参数时,净生态系统碳交换量(NEE)模拟效果较好(R2=0.934),而生态系统蒸散(ET)模拟效果较差(R2=0.188);同时用碳水通量观测数据优化时,NEE模拟效果稍差(R2=0.929),但ET模拟效果显著提升(R2=0.824),说明利用碳水通量观测数据同时优化,SIPNET模型才能较好地模拟试验站点碳水通量.在此基础上,开展了人工林生态系统碳通量对降水变化响应的敏感性分析,发现降水量减少对光合作用的影响比对呼吸作用的影响更为强烈,且碳水通量同时参与优化时模型才能较好地模拟碳通量随降水减少而快速降低的趋势,表明如果不能同时利用碳水通量进行参数优化,模型无法正确揭示生态系统碳循环对降水变异的响应.     

长白山高山苔原季节性雪斑土壤呼吸对温度响应的模拟研究

利用LI-8100土壤呼吸测定系统, 在室内控制温度条件下测定了长白山高山苔原季节性雪斑大白花地榆(Sanguisorba sitchensis (=S. stipulata))群落土壤呼吸对温度的响应过程, 并根据野外连续测定的全年温度, 估算了雪斑群落土壤呼吸的季节变化, 同时模拟气温升高对土壤呼吸的影响。雪斑土壤温度全年大部分时间维持在0 ℃以上, 极端温度变动幅度不超过20 ℃。模拟计算了10 cm深土壤的呼吸强度, 海拔2 036 m处为307.1 g C·m^-2·a^-1, 海拔2 260 m处的呼吸量为270.9 g C·m^-2·a^-1。由于积雪时间长, 冬季呼吸占很大比例, 而且随着海拔的升高比例加大。从海拔2 036 m到2 260 m, 积雪期土壤呼吸分别占全年的42.5% (125.4 g C·m^-2·a^-1)和49.7% (128.7 g C·m^-2·a^-1)。模拟气温升高1 ℃并假设积雪时间减少20天, 冬天的呼吸量减少8%左右, 但全年总呼吸量增加8%左右。升温后, 平均增加的呼吸量为0.25 g C·kg^-1·a^-1 (或22.65 g C·m^-2·a^-1), 冬季呼吸量减少0.118 g C·kg^-1·season^-1 (或10.81 g C·m^-2·season^-1)。     

太阳辐射变化对亚热带人工常绿针叶林总初级生产力影响的模拟分析

太阳辐射是陆地生态系统碳水循环的能量来源。太阳辐射的变化对植被吸收大气CO₂具有重要影响。该文通过辐射观测数据建立散射辐射比例与晴空指数的关系, 结合生态过程模型(BEPS)和通量观测数据, 模拟分析了太阳辐射变化对千烟洲常绿针叶林总初级生产力(GPP)的影响。研究结果表明: 千烟洲森林生态系统的阴叶对年GPP总量的贡献达67%, 太阳辐射变化对阴叶光合作用的影响决定了冠层GPP的变化; 太阳辐射强度和分布的年际差异导致年GPP对太阳辐射变化的响应不同, 2003、2004和2005年太阳辐射分别变化-5.44%、-1.83%和6.26%, 可使千烟洲生态系统当年GPP总量达到最大值; 在季节上, 太阳辐射的增加会导致5-6月GPP上升, 7-9月GPP下降, 使年GPP变化程度降低; 在天尺度上, 晴空指数在0.43时, 太阳辐射变化对GPP的影响最小。     

散射辐射对亚热带人工针叶林光能利用率的影响

地表接受的太阳辐射中散射辐射的改变是影响森林生态系统光能利用率(Light Use Efficiency,LUE)的重要因素。以千烟洲亚热带人工针叶林为研究对象,利用30 min通量和常规气象观测数据,以晴空指数(kt)和地表接受的散射辐射(S_f)占太阳总辐射(S_0)的比值(S_f/S_0)为指标,分析了2003—2012年生长旺季(6—8月)散射辐射变化对千烟洲亚热带人工针叶林光能利用率的影响,并利用改进的光响应曲线模型分析了散射辐射变化对植被光合特性的影响。研究结果表明:2003—2012年生长旺季中,kt在0.6—0.7范围内的LUE比kt在0.4—0.5范围内的LUE平均减少了44.66%;S_f/S_0在70%—85%之间的LUE比S_f/S_0在55%—70%之间的LUE平均提高了22.24%。由此可以看出,与晴朗天空相比,多云及气溶胶增加导致的散射辐射增加可使该生态系统的LUE提高。并且,未受到高温干旱影响的2005、2006、2008、2009、2010及2012年散射辐射下该生态系统的初始量子效率αf比直接辐射下的αr平均增加了0.63 g CO2/mol;而10年间所有年份散射辐射下的光饱和时的潜在最大光合作用速率比直接辐射下平均提高了0.81 mg CO_2m~(-2)s~(-1),说明散射辐射可使该生态系统植被光合能力提高。     

江西千烟洲地区散射辐射的模拟与验证

散射辐射的准确估算对于评价其对陆地生态系统碳交换的影响具有重要意义.基于我国中亚热带江西千烟洲气象观测场2012年3月1日—2013年2月28日散射辐射实际观测数据对目前常用的5个散射辐射分解模型（Reindl-1、Reindl-2、Reindl-3、Boland、BRL）的模拟结果进行验证.结果表明： 在30 min尺度上,虽然5个模型在总体上都可以较好地模拟该地区的散射辐射,但模型模拟效果随着晴空指数（k_t）的升高而显著降低.特别是当k_t>0.75时,各模型已无法模拟该地区散射辐射.从散射辐射季节变化的模拟来看,5个模型能够很好地模拟大多数月份的散射辐射.5个模型年尺度散射辐射模拟值与观测值的相对偏差最高为7.1%（BRL）,最低为0.04%（Reindl-1）,平均为3.6%.在全年辐射最强、温度最高和降水偏少的夏季,5个模型的模拟值均出现了过高估计.以7月为例,散射辐射被高估14.5%～28.2%,平均高估21.2%.这可能与高k_t条件下散射辐射的估算方法有关,这种不确定性需要在模型应用中做进一步深入评价.根据验证结果并考虑模拟精度和输入变量的易获取性,5个模型的模拟效果依次为BRL>Reindl-3>Reindl-2>Reindl-1>Boland.     

青藏高原冬小麦冠层几何结构、光截获及其对光合潜能的影响

在西藏拉萨测量了藏冬系列３个冬小麦品种的冠层几何结构及冠层地光合有效辐射（ＰＡＲ）的反射率,透过率和截获率,通过实测和理论计算。结果表明,高原地区冬小麦叶片比平原地区的更趋于直立,具有比平原地区低的消光系数,能够容纳较大的绿叶面积和有效穗数,当冠层的ＰＡＲ的截获率趋于饱和时,高原地区麦田可容纳的最大绿叶面积可达８．６,是平原地区的１．４倍左右,开花到成熟期间的叶日积（ＬＡＤ）大约可达平原地区的２倍     

中国油松林净第一性生产力及其对气候变化的响应

本文利用中国油松林的净第一性生产力资料对周广胜和张新时所建立的自然植被的净第一性生产力模型进行了检验。利用该模型的结果将我国油松林分为高产、亚高产、中产和低产四个区,并研究了气候变化对我国油松林净第一性生产力的可能影响,结果表明：气温增加,降水也同时增加,有利于油松林生长,高产和亚高产区扩大,中产和低产区减小;气温增加,而降水同时减少,则将降低油松林生产力,高产区、亚高产区减小,中产区及低产区增大．     

凋落物和林下植被对杉木林土壤碳氮水解酶活性的影响机制

凋落物和林下植被在森林生态系统土壤碳、氮循环过程中发挥重要作用,目前关于亚热带杉木人工林凋落物和林下植被对土壤碳氮水解酶活性影响机制还不清楚。在亚热带杉木人工林设立去除凋落物+去除林下植被(LR+UR)、去除凋落物+保留林下植被(LR+U)、凋落物加倍+保留林下植被(LD+U)、凋落物加倍+割倒林下植被归还(LD+UC)处理。通过研究各处理对土壤环境因子(土壤温度(ST)、土壤含水量(SWC)、土壤酸度(p H)、硝态氮(NO_3~--N)、氨态氮(NH_4~+-N)、溶解性有机碳(DOC))和土壤碳氮水解酶(β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG))活性的影响,揭示凋落物和林下植被对杉木林土壤碳氮水解酶活性影响机制。结果表明:(1)通过比较LR+U和LD+U处理发现,短期内添加凋落物有增加土壤p H、NH+4-N含量和提高βG、NAG活性的趋势,但未达到显著水平(P0.05);(2)LR+UR与LR+U处理间的比较发现,去除林下植被有降低SWC、p H、NH+4-N含量、NAG活性的趋势,并显著降低了土壤DOC含量和βG活性(P0.05);(3)将LR+UR分别与LD+U、LD+UC处理进行比较表明,添加凋落物同时保留林下植被显著增加了SWC、p H、DOC和NH+4-N含量,并增强了βG和NAG活性(P0.05),而且林下植被割倒归还比林下植被正常生长更有利于土壤βG、NAG活性的提高和SWC、DOC含量的增加,但是对ST和NO-3-N含量没有显著影响(P0.05);(4)土壤水解酶活性与SWC、DOC表现为极显著正相关关系(P0.01)。总之,凋落物和林下植被影响碳氮水解酶活性的机制,主要是通过调节SWC、增加DOC含量,影响βG、NAG活性;βG、NAG活性增强也会加快土壤有机质(SOM)分解,增加土壤DOC含量。