长白山自然保护区总初级生产力时空变化特征及其影响因素

长白山自然保护区是典型的温带原始森林生态系统,其植被总初级生产力(GPP)与地形和气候变化密切相关,开展长白山自然保护区GPP的时空变化特征以及影响因子研究,对于了解植被生长状况和生态环境质量具有重要意义。本研究采用光能利用率模型(VPM)对长白山自然保护区GPP进行估算,并分析坡度、海拔、气温、降水、总辐射对其的影响。结果表明：2000—2020年,长白山自然保护区GPP多年平均值为63～1706 g C·m^-2·a^-1,GPP随海拔的增加而减小。气温是影响长白山自然保护区植被GPP空间分布差异的主要因素,其与GPP之间存在显著正相关性。研究期间,长白山自然保护区年GPP整体呈极显著增加趋势,年均增加值为13 g C·m^-2·a^-1。年GPP增加的区域占总区域的79.9%,且各植物功能型年GPP增加面积的比例存在差异。年降水与长白山自然保护区43.2%区域的GPP呈显著负相关,而年均温和年总辐射分别与长白山自然保护区47.2%和82.4%区域的GPP呈显著正相关。在未来全球气候变暖的背景下,长白山...     

基于MODIS数据的草地生物量估算模型比较

准确估算草地生物量对合理规划区域畜牧业、评估草地植被的生态效益有重要意义.目前,在常用的遥感估算模型中,采用的植被指数和模型函数形式多样.本文根据野外生物量调查结果和MODIS数据,分别采用归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和修正的土壤调节植被指数(MSAVI)建立了内蒙古科尔沁左翼后旗草地地上生物量和地上地下总生物量估测的3种(线性、乘幂和指数)模型,并进行了比较.结果表明:3种模型能够对草地生物量进行较好的模拟,其中指数模型效果最佳;3个植被指数(NDVI,EVI和MSAVI)与草地生物量均有较高的相关性,可用于该草地产量估测,其中MSAVI对地上生物量拟合效果最好(R2=0.900);NDVI和EVI的线性模型对总生物量的模拟明显好于对地上生物量的模拟.     

光合作用调控土壤呼吸研究进展

了解土壤呼吸机理并准确预估土壤呼吸大小是评价全球碳收支的重要基础.以往构建的土壤呼吸预测模型常常忽略光合作用为根源呼吸提供底物这一生理生态过程,因此在预估土壤呼吸机理方面存在缺陷.鉴于此,本文概述了光合作用调控土壤呼吸的机理及其研究进展,介绍了主要的研究方法,并提出当前光合作用对土壤呼吸影响研究中存在的问题及未来该领域的研究重点.     

分布式模型在流域蒸散模拟中的应用与验证

根据四川杂谷脑河流域上游地区1989～2000年气象站常规观测数据,应用分布式模型方法,考虑流域的空间异质性及时空变异性,选择离散单元格尺度为500 m,时间步长为1 d,采用Penman-Monteith公式的改进形式,估算流域多年平均潜在蒸散量的时空分布;结合流域下垫面特点,估算逐日实际蒸散量的时空分布;并将模型模拟的多年平均值与研究区同期水量平衡法计算结果相比,相对误差为+3.47%且时空分布合理.为流域分布式降雨-径流模型提供了可靠的实际蒸散量模拟方法.     

高山峡谷地区森林流域分布式降雨-径流模型的构建与验证

根据岷江上游杂谷脑河流域典型的高山峡谷地区主要水文特点,选择通用性较强的水文过程模式,构建高山峡谷地区森林流域分布式降雨-径流过程模型,避免过多复杂的区域性模型参数率定,保证模型在相似地区的可移植性;并选择杂谷脑水文站上游地区进行降雨-径流过程模拟,得到1999年和2000年模拟时段长度为1000 h的两个径流过程,对模拟与实测的径流过程、累积径流量、洪峰流量与峰现时间等进行比较,其拟合效果较好.该模型结构简单,引入的经验参数较少,可推广应用到其它尺度流域.     

拉格朗日逆分析在森林蒸散模拟中的应用

以长白山阔叶红松林为研究对象,根据Raupach提出的LocalizedNearField(LNF)理论为依据,耦合垂直速度标准差σ_w(z)和拉格朗日时间尺度T_L(z),建立林冠内水汽源汇强度和平均浓度廓线之间的关系;利用拉格朗日逆分析法(inverseLagrangiandispersionanalysis,IL)提出了通过林冠水汽浓度梯度计算林冠内的水汽源汇强度进而推算森林蒸散的方法.最终得到的结果与开路涡动相关系统的观测数据比较显示,对于白天水汽累积通量的模拟精度达到87.3%;IL模拟值高于EC实测值,大约高出15%～25%;林冠白天水汽通量远大于夜间,占日水汽总通量的70%以上.6～8月的水汽白天累积总通量高于5月和9月.     

长白山北坡两种类型森林土壤的大孔隙特征

运用亮蓝溶液染色示踪法和图像分析技术,对长白山北坡棕色针叶林土和暗棕色森林土大孔隙特征及分布进行研究,探讨影响2种类型土壤大孔隙形成的因素．结果表明：由水平剖面染色面积随土层深度的变化情况,可间接得出大孔隙在垂直土壤剖面上的变化规律;随着土层深度的增加,2种土壤的染色面积均呈减少趋势;在24h内,棕色针叶林土较暗棕色森林土大孔隙流的运移深度多10～20cm,且其大孔隙流路径多,相同面积上,前者达6条,后者只有1条;大孔隙流的存在可以使水分在土壤中的运移速度增加2～3倍;生物因素是2种土壤大孔隙形成的主要因素,由土壤动物运动形成的大孔隙数量较多,直径多为2～4mm．     

长白山阔叶红松林演替序列植物-凋落物-土壤碳同位素特征

稳定碳同位素组成能精确指示生态系统碳循环过程,可以为深入研究森林演替进程对碳循环过程和固碳潜力的影响提供关键信息.利用稳定碳同位素技术对长白山阔叶红松林演替序列3种林分——中龄杨桦次生林、成熟杨桦次生林、阔叶红松林的叶片、树干、根系、凋落物和土壤δ¹³C值及碳、氮元素含量进行测定.结果表明: 各演替序列优势树种叶片δ¹³C从冠上到冠下均呈降低趋势;树干δ¹³C表现为树皮小于木质部;根系δ¹³C表现为细根小于粗根.阔叶红松林未分解凋落物δ¹³C小于半分解及全分解凋落物,次生林相反;土壤δ¹³C沿深度逐渐增加.总体上,δ¹³C值叶片<凋落物<根系<树干<土壤,说明植物各器官之间有明显的碳同位素分馏效应,且相同器官不同部位之间也存在差异;植物δ¹³C沿演替方向先减小后增加,土壤δ¹³C沿演替方向不断增加,且变化规律可以通过氮元素含量与碳同位素分馏效应的关系解释,说明长白山阔叶红松林演替过程优势树种和碳周转速率的变化影响了碳同位素分馏.     

林冠与大气间二氧化碳交换过程的模拟

以长白山阔叶红松林为研究对象,利用Raupach提出的局地近场理论(localized near field, LNF)耦合垂直风速标准差σ_w（z）和拉格朗日时间尺度T_L （z）,建立林冠内CO₂源汇强度和平均浓度廓线之间的关系.结果表明,拉格朗日模型能准确、稳定地模拟林冠与大气之间CO₂的交换特征.模拟值比涡动相关系统实测值高出约15%,与实测值的相关性为89%,这种差异可能主要来自于输入的浓度廓线的波动以及大气稳定层结造成的涡动相关观测系统误差.在近地面层,由于土壤呼吸作用,整个时间段都为CO₂源.林冠层的CO₂源汇强度变化较为复杂,其日变化经历了源－汇－源的转变过程.林冠与大气间CO₂通量交换明显受大气稳定度影响.     

1959—2006年长白山地区降水序列的多时间尺度分析

基于长白山地区松江、东岗、长白、和龙、临江和天池6个气象站1959—2006年的月均降水量和年降水量数据,采用Morlet小波分析方法,对1959—2006年长白山地区植被生长季(5—9月)降水量、降雪季(11月至次年4月)降水量和年降水量序列进行多尺度特征分析,并运用Daubechies小波系中的db5小波对各降水序列进行不同层次的分解和低频重构,对重构序列进行了趋势识别和分析.结果表明:研究期间,长白山地区植被生长季降水量存在3～6a、10～13a和24～30a的特征周期;降雪季降水量存在1～2a、5～7a和17～20a的特征周期;年降水存在8～10a、16～20a、25～30a的特征周期;研究区年降水量序列呈现整体下降的趋势.