坐标旋转对东北山地森林涡动通量的影响

坐标旋转是复杂地形条件下涡动协方差(EC)通量观测的必要步骤,系统评价不同坐标旋转方法的影响有助于提高EC通量观测的精度.以处于山谷坡面的帽儿山温带落叶阔叶林为例,采用标准主轴法探讨了复杂地形条件下不同倾斜校正方法对感热通量(H)、潜热通量(LE)、CO₂通量(F_c)、能量平衡、摩擦风速(u_*)和垂直速度(w)的影响.结果表明: 与校正前的通量相比,二次旋转(DR)、平面拟合(PF)、垂直速度无偏平面拟合(NBPF)、月尺度平面拟合(MPF)、三次旋转(TR)和月尺度分风向区平面拟合(MSWPF)得到的H变幅依次为+1.5%、+3.8%、+3.1%、+3.3%、-1.3%和-7.1%.对LE来说,NBPF和DR分别升高1.0%和0.4%,PF增加0.671 W·m^-2,MPF降低0.4%,但截距增加0.747 W·m^-2,MSWPF和TR则分别降低4.5%和15.1%.坐标旋转后F_c降幅为6.0%(DR)~12.1%(TR).不同倾斜校正方法中,PF使能量平衡闭合平均提高约2%,TR却降低约6%.从校正后的u_*和w看,TR和NBPF不宜用于风速仪倾斜校正.考虑到EC观测精度和应用,帽儿山站坐标系统应优先选择PF,其次为DR.此结果为复杂地形条件下EC通量观测的风速仪倾斜校正提供参考.     

东北东部5种温带森林的春季土壤呼吸

春季土壤解冻过程是中高纬度地区森林生态系统土壤呼吸(即土壤表面CO2通量,RS)年内变化的一个关键时期,但此期间RS的时间动态规律及其控制机理尚不清楚。以我国东北东部5种温带森林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法测定春季土壤解冻时期RS动态及其相关的环境因子。结果表明:在土壤解冻过程中,RS受林型、解冻时期及其交互作用的显著影响。红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杨桦(Populus davidiana-Betulaplaty phylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林的RS变化范围依次为:10.0196.0mg·m-·2h-1,5.8217.1mg·m-·2h-1,9.7382.1mg·m-·2h-1,15.8-269.0mg·m-·2h-1和35.9262.5mg·m-·2h-1。RS的平均值随着解冻的进程而增大,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。土壤温度极显著地影响RS(R2=0.46-0.77),而土壤含水量对RS的影响则因林型和土壤深度而异。5种林型的土壤呼吸温度系数(Q10)依次为:落叶松林10.9,硬阔叶林7.1,红松林6.5,杨桦林4.3和蒙古栎林2.3。进一步的研究应该集中研究春季自然解冻过程中土壤呼吸的控制机制,尤其是土壤呼吸与土壤微生物种群动态及其活性之间的关系。     

东北东部山区11种温带树种粗木质残体分解与碳氮释放

采用长期定位跟踪实测方法,比较分析了我国东北温带森林4个水热状况不同的立地条件(红松(Pinus koraiensis)人工林、硬阔叶林、蒙古栎(Quercus mongolica)林和林外空旷地)下11个温带树种粗木质残体(CWD)分解初期3年中的碳氮动态及其影响因子。测定树种包括:白桦(Betula platyphylla)、山杨(Populus davidiana)、紫椴(Tilia amurensis)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、蒙古栎、色木槭(Acer mono)、春榆(Ulmus japonica)、红松、黄檗(Phellodendron amurense)、兴安落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)。结果表明:在分解过程中,所有树种CWD的碳浓度没有明显变化(p0.05),但其干重、碳密度、氮浓度和氮密度均随分解进程不同程度地减小,碳氮比(C/N)则增大,而且树种间差异显著(p0.001)。针叶树种的CWD分解速率显著地低于阔叶树种,其中白桦的3年CWD干重损失率(65%)约为兴安落叶松(22%)的3倍。径级大的CWD分解较慢。CWD分解与碳氮释放均与CWD的初始N含量呈正相关,而与初始C/N呈负相关。4个立地条件下CWD的干重和碳氮含量的变化差异不显著,均表现出一致的变化趋势。该研究指出,在分解初期的前3年中,CWD基本上是一个碳源和氮源。     

东北5种温带人工林表层土壤碳氮含量的分异

造林是固碳(C)的有效方法之一,也深刻地影响土壤氮(N)动态,然而不同造林树种对土壤C和N收支的影响及其机制尚不明确.本研究采用同质园试验方法,测定了东北温带水曲柳、胡桃楸、白桦、落叶松和樟子松5个主要造林树种造林后第3年和第11年表层(0～10 cm)土壤有机C(C_soil)、全N含量(N_soil)的变化,以及植被特性和土壤微生物等相关因子,探究了不同树种造林对土壤C、N的影响及驱动因子.结果表明: 试验期间,5个树种纯林的C_soil、N_soil均显著降低,C_soil与N_soil变化量呈显著正相关,并且C_soil减少速率(2.6%·a^-1～4.8%·a^-1)显著高于N_soil减少速率(0.8%·a^-1～2.8%·a^-1).阔叶树种纯林C_soil、N_soil减少量显著小于针叶树种纯林.树种特征、微生物特性共同解释了C_soil变化率的68.5%、N_soil变化率的90.9%,C_soil、N_soil变化率随凋落叶C/N及微生物生物量C/N的增大而减小,但随着细根生物量、微生物生物量C及微生物获取C酶与获取N酶之比的增加而增大;N_soil变化率还随凋落叶产量及微生物代谢熵的增大而减小.这些温带人工林在造林11年后表层土壤C、N含量显著减少,而树种间的不同变化强度主要是由树种特征和土壤微生物特性的差异引起的.     

纬度梯度移栽对兴安落叶松针叶暗呼吸温度敏感性的影响

叶片暗呼吸温度敏感性对研究森林生态系统碳循环及其对气候变化的响应具有重要意义,但其树种内的变异性及季节动态还不清楚.本研究于2018年在同质园内测定了移栽自4个纬度(塔河、松岭、黑河和带岭)的兴安落叶松针叶的暗呼吸温度敏感系数(Q₁₀),旨在探索来自不同气候条件树木的Q₁₀的种内变异性及季节动态.结果表明: 4个移栽地的Q₁₀具有明显的季节动态,其最大值均出现在生长季中期.4个移栽地树木的Q₁₀存在显著差异,其变动范围为(1.48±0.01)～(2.15±0.03),并且在每个生长季阶段中差异的变化格局一致,即来自低纬度高温地区的树木Q₁₀值较大.Q₁₀与针叶氮浓度、可溶性糖浓度、移栽地年均气温和年均降水量间均存在显著正相关关系.综上,Q₁₀在移栽地之间的差异及其季节动态主要由针叶养分含量和树木对移栽原地气候的长期适应引起的,这些因素在森林碳循环对气候变化响应的模型和预测中应该予以考虑.     

春季冻融期兴安落叶松林土壤微生物的时间动态及其影响因子

春季冻融期土壤微生物动态会影响生长季的碳和养分循环.在春季冻融期,每隔3~7d取样一次,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)研究了兴安落叶松林4种土壤基质的微生物群落时间动态.结果表明:1)土壤微生物PLFAs总量、各类群的PLFAs量和相对丰度、革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌(G^+/G^-)、饱和脂肪酸/不饱和脂肪酸(S/NS)和细菌/总真菌(真菌+丛枝菌根真菌)(B/F)均存在显著的取样时间差异;2)在冻融前期土壤总有机碳(TOC)和土壤全氮(TN)是影响土壤微生物的主要因子,在冻融中期土壤湿度和土壤TOC、TN含量是主要影响因子,在冻融后期土壤微生物受到土壤温湿度、土壤TOC、TN含量及土壤碳氮比(C/N)的共同影响;3)土壤微生物PLFAs总量、各类群的PLFAs量和相对丰度(细菌丰度除外)、B/F、G^+/G^-、S/NS在土壤基质间均存在显著差异,土壤TOC、TN和C/N的不同是引起差异的主要环境因素.春季冻融期土壤温湿度和资源有效性是影响土壤微生物群落的主要因子,但影响程度因冻融阶段和微生物类群的不同而存在差异.     

5种温带森林生态系统细根的时间动态及其影响因子

细根(直径≤2 mm)的生长和死亡动态及其影响因子是森林生态系统能量流动和物质循环的重要研究内容,但因受到研究方法的限制而了解甚少.于2010年5-10月采用微根管技术对东北东部山区5种温带森林生态系统的细根生长量(FRP)和死亡量(FRM)进行了动态跟踪测定,并同步测定了土壤温度(Ts)、土壤湿度(Ms)、叶面积指数(LAI)等相关因子.结果表明:不同林型和取样时间的FRP和FRM均差异显著(P＜0.001).杨桦林、硬阔叶林、兴安落叶松林、红松林、蒙古栎林的FRP和FRM分别为:(13.34 ±0.90) μm·cm-2·d-1(平均值±标准误)和(5.02±0.36) μm· cm-2·d-1、(13.04±0.82)μm·cm-2·d-1和(6.85±0.32) μm· cm-2·d-1、(8.74±1.44) μm·cm-2·d-1和(5.05±0.61) μm·cm-2·d-1、(8.02±2.27) μm·cm-2·d-1和(3.88±0.35)μm·em-2·d-1、(7.59±0.82) μm·cm-2·d-1和(3.88±0.61) μm· cm-2·d-1.所有林型生长季期间FRP的时间变化均呈现明显的单峰型,但峰值出现的时间却因林型而异.FRM随生长季的进程而逐渐增加,杨桦林和硬阔叶林FRM在8月初出现峰值,而红松林、兴安落叶松林和蒙古栎林的FRM峰值均出现在生长季末期.Ts、Ms和LAI对FRP和FRM均存在显著的正效应(P＜0.05),3个因子的综合作用对各个林型FRP和FRM变异性的解释率分别达68％和53％以上,表明这些温带森林生态系统细根生长和死亡的时间动态主要受土壤温湿度和叶面积变化的联合影响.     

林木分化对兴安落叶松异速生长方程和生物量分配的影响

林木因对资源竞争而产生分化,从而影响林木的异速生长方程和生物量分配,但其影响程度还不清楚。采用林木相对直径法将38株兴安落叶松(Larix gmelinii)样木在林分中的分化等级分为优势木、中等木和被压木,量化林木分化对林木异速生长方程和生物量分配的影响。结果显示:生物量组分异速生长方程多以胸径(DBH)为自变量为好,但以枝下高处的树干直径为自变量估测其枝、叶生物量时更精确。在一定的胸径范围内,同一胸径下不同林木分化等级的地下部分各组分生物量没有显著差异(P0.05),但优势木分配更多的生物量给枝和叶,中等木比优势木分配更多的生物量给树干,中等木比被压木分配更多的生物量给地上部分,而且被压木和中等木的树高显著高于优势木。除根茎生物量之外,不同林木分化等级的生物量组分(包括枝、叶、树干和根系)的相对分配比例无显著差异(P0.05),根冠比保持相对稳定。这些结果表明,主要由竞争而引起的林木分化改变了兴安落叶松地上生物量组分的异速生长和分配,但其相对分配格局较为保守。     

四种温带森林土壤氧化亚氮通量及其影响因子

以中国东北东部4种典型森林生态系统(人工红松林、落叶松林、天然次生蒙古栎林和硬阔叶林)为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法,比较其土壤N₂O通量的季节动态及其影响因子.结果表明：在生长季, 4种森林生态系统土壤总体上表现为大气N₂O的排放源, 其N₂O通量大小顺序为：硬阔叶林(21.0±4.9 μg·m^-2·h^-1)> 红松林(17.6±4.6 μg·m^-2·h^-1)>落叶松林(9.8±5.9 μg·m^-2·h^-1)>蒙古栎林(1.6±12.6 μg·m^-2·h^-1).各生态系统的N₂O通量没有明显的季节动态,只在夏初出现排放峰值(蒙古栎林为吸收峰).4种生态系统N₂O通量均与10 cm深土壤含水量呈极显著正相关,与NO₃^--N呈显著负相关;N₂O通量对土壤温度和NH₄⁺-N的响应出现分异：针叶林N₂O 通量与NH₄⁺-N呈显著正相关,而与5 cm深土壤温度呈不相关;阔叶林与针叶林正相反.在较为干旱的2007年,土壤水分是影响4种林型土壤N₂O通量的关键因子.植被类型与环境因子及氮素有效性对N₂O通量的相互作用将是未来研究的重点.     

6种温带森林凋落量年际及年内动态

森林凋落物量及其组分因生态系统结构特征和环境变化而表现出明显的时间动态,从而影响森林生态系统物质循环和生态服务功能。连续6年观测帽儿山地区6种温带森林凋落物量及组份的时间动态、温度和降雨量等气象因子,旨在深入了解该地区森林生态系统的物质循环过程及调控因子。结果表明:6种森林的年落凋落量差异显著,平均值依次为:蒙古栎林(4.60 t/hm~2)﹥杂木林(4.21 t/hm~2)﹥硬阔叶林(4.03 t/hm~2)﹥红松林(3.95 t/hm~2)﹥杨桦林(3.89 t/hm~2)﹥落叶松林(3.85 t/hm~2)。各森林年凋落量的年际变化表现为"升高-降低"交替波动模式,但总体上呈上升趋势。凋落物各组份的年际变化不同,枝凋落量变化较为稳定;叶凋落量与凋落总量一致,升高-降低波动明显;繁殖器官及其他凋落量随林龄增加而增加。各森林凋落物量的年内变化呈单峰曲线波动,最大值出现时间因林型而异。枝凋落量在年内表现为双峰曲线模式波动;叶凋落量年内呈单峰曲线模式波动,并与凋落总量年内动态一致;繁殖器官与其他凋落量年内动态波动平缓,无明显凋落峰值。降雨量显著影响年凋落物量(P0.05),分别解释了凋落总量、叶凋落量90%、87%变化。平均温度、积温和总降雨量显著影响凋落量年内动态,总降雨量的影响作用最为突出。因此,除林分自身的生物学特性外,降雨是影响该温带森林凋落量年内、年际动态的重要因素。