东北温带森林20种乔木树种叶片干旱容忍性特征

全球范围内干旱频率和强度的增加严重影响树木生长,甚至导致森林大面积死亡。压力-容积(PV)曲线能够反映树木对干旱的容忍能力,但在局域尺度上尚未确定哪个PV曲线参数具有最优指示性。通过测定东北温带森林20种主要树种(包括16种被子植物和4种裸子植物)的PV曲线性状,包括质壁分离时的相对含水量(RWC_tlp)、失膨点叶水势(TLP)、饱和含水时的叶渗透势(π₀)、细胞弹性模量(ε)、叶水容(C_leaf)及叶结构性状(比叶面积和叶密度),研究局域尺度上叶片耐旱性的最佳指示性状,并分析叶片PV性状与结构性状间的相关性。结果表明: 被子植物的RWC_tlp 显著大于裸子植物,但其C_leaf 显著小于裸子植物,这表明用RWC_tlp和C_leaf可以指示东北温带森林不同功能型树种间耐旱性的大小。在被子植物中,TLP和π₀与叶密度呈显著负相关,且均与比叶面积呈显著正相关;而ε与比叶面积呈显著负相关。然而,裸子植物PV曲线性状与叶结构性状之间呈现与被子植物完全相反的趋势。裸子植物与被子植物树种之间PV曲线性状与叶结构性状关系的差异,可能归因于二者采取不同的干旱响应和适应策略。     

樟子松固沙林林水关系研究进展及对营林实践的指导

中国有着世界上最大面积的人工林, 如何维持人工林的可持续性已成为气候变化背景下需要面对的重大挑战。樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)以其抗旱、抗寒、耐贫瘠等优良特性成为中国北方生态治理中最主要的常绿针叶树种之一, 近70年来发挥了巨大的防风固沙与生态固碳功能。然而, 随着林分的生长与气候变化, 樟子松人工固沙林正经历着越来越严峻的环境胁迫, 部分地区出现了林分“早衰”或死亡的现象, 引起了人们对樟子松固沙林适应与应对气候变化能力的担忧。该文在回溯樟子松基本生物学特征与引种推广历史, 系统总结近年来樟子松林林水关系研究新成果的基础上, 全面分析了樟子松固沙林林水关系存在的主要矛盾, 并提出了基于林水关系相协调的林分经营措施的调整: 由倡导防护功能为主的单一目标向包含林分稳定性、生态固碳功能、可持续发展等多目标平衡方向调整; 由以沙地森林景观培育为主向以良好土壤生境培育为主的方向调整; 由倡导天然更新为主向以人工造林与天然更新相结合的世代更新方向调整。在立足于北方沙地脆弱生境与气候变化客观现实的基础背景下, 应坚持樟子松在固沙林生态系统演化过程中的先锋种与建群种地位, 基于“以水定绿”原则, 采取“隔行带伐+再造林”等方式开展林分密度动态调控, 促进林分向异龄林结构演化, 促进樟子松固沙林生态服务的优质化和生态固碳功能的最大化。     

三维辐射传输模型在森林生态系统研究中的应用与展望

太阳辐射是森林生态系统功能与服务得以维持并发展的基础, 对森林中的辐射传输过程进行建模对于理解森林生态系统过程具有重要意义。近年来, 三维辐射传输模型的迅速发展使得冠层辐射能量分布格局与动态的准确模拟成为可能。为更好地理解三维辐射传输模型以使其更有效地服务于森林生态系统研究, 该文从模型的原理、应用及发展趋势3个角度展开论述。首先简要介绍了辐射度方法、光线追踪法等森林三维辐射传输模型常用的原理及目前代表性的模型, 然后总结了三维辐射传输模型在森林生态系统研究中的应用, 最后对模型未来如何通过提高易用性、增加多模型耦合等方式更好地应用于森林生态系统研究进行了展望。随着森林生态系统大数据的积累与过程模型的不断完善, 三维辐射传输模型将在未来森林生态理论研究与实践中发挥更加重要的作用。     

一种基于数码相机图像和群落冠层结构调查的草地地上生物量估算方法

草地地上生物量是影响其生态系统功能最重要的因素之一, 也是草地生态学研究中不可或缺的监测指标。草地地上生物量监测多采用收割法进行, 但这种破坏性取样方法会对研究区域带来巨大干扰, 尤其是面积较小的长期定位监测或者控制实验研究样地, 从而使得地上生物量监测的频次受到很大限制。因此, 通过获取某些原位易测变量, 建立地上生物量的估算方法具有重要意义。该研究依托内蒙古典型草地刈割控制实验平台, 通过数码照片获取不同土地利用方式下的植被覆盖度, 并对样方内的叶面积指数、植被高度、物种多样性等参数进行了测定, 最后利用一元回归模型、逐步回归模型和随机森林模型对地上生物量进行估算。结果表明, 植被覆盖度、叶面积指数、植被平均高度、植被最大高度和物种丰富度是影响地上生物量的主要驱动因素。通过构建适宜于本地的逐步回归模型, 可以实现草地地上生物量的准确预测。在该研究区域中, 预测模型的决定系数(R²) = 0.91, 均方根误差(RMSE) = 35.60 g·m^-2。该研究提供了一种快速、准确且非破坏性测定草地地上生物量的方法, 可作为传统收割法的有效补充。     

基于Sentinel-2数据的草地植物功能多样性遥感反演及其与生产力的关系

生物多样性与生态系统功能的关系是当前生态学研究的焦点和难点。植物功能多样性是影响生态系统功能的重要指标, 开展植物功能多样性的研究对了解生物多样性与生态系统功能之间的关系有着重要意义。传统的草地植物功能多样性研究多以实地调查为主, 不仅费时费力, 而且由于受到时空的限制, 很难拓展到大尺度的研究中。遥感技术的发展为评估草地功能多样性提供了一种经济、有效的手段。该研究选取内蒙古自治区锡林郭勒盟乌拉盖管理区草甸草原为研究区, 利用Sentinel-2卫星影像和野外实测数据, 选取了波段及植被指数等46个特征变量, 探讨了逐步回归、偏最小二乘法(PLSR)和随机森林(RFR)等3种不同方法对草地植物功能丰富度(FRic)、功能均匀度(FEve)和功能离散度(FDiv)的反演精度, 并基于PLSR反演草地地上生物量, 进一步分析了研究区功能多样性与生产力的关系。研究结果表明: (1)波段B11、优化型土壤调节植被指数(OSAVI)、水波段指数(WBI)对FRic解释度最高; 波段B6、B10、B12、类胡萝卜素反射指数1 (CRI1)、双峰光学指数(D)、归一化差值指数45 (NDI45)等6个特征变量对FEve解释度最高; 波段B5、B9、B10、B11、加权差分植被指数(WDVI)、凸包面积等对FDiv解释度最高; (2)基于十折重复交叉验证, 利用逐步回归估算的FRic和FEve反演精度远高于其他两种回归方法, R²分别为0.52和0.44; 而利用PLSR方法估算的FDiv反演精度最高(R² = 0.61); (3)群落地上生物量反演精度为R² = 0.61; FRic与地上生产力的关系最好(R² = 0.40), 其次为FDiv (R² = 0.28)和FEve (R² = 0.27)。研究发现, 基于Sentinel-2卫星影像能较好地反演草地功能多样性和生产力, 为下一步能在大尺度上进行草地功能多样性估算及其与生产力关系研究提供了参考和依据。     

西双版纳热带季雨林通量分配及能量平衡问题北大核心CSCD

为了探讨我国西双版纳热带季雨林的能量分配和平衡问题,利用涡度相关系统和常规气象仪器的连续监测结果,分析了不同季节的能量通量特征和闭合特点。结果表明,西双版纳热带季雨林全年的净辐射、潜热通量、显热通量、土壤热通量和热储存量分别是4546.07、2453.24、492.22、-10.47和45.93 MJ/m^(2),土壤为热源,潜热年总值占净辐射的54.0%,显热占10.8%,能量以蒸发散为主要的耗损形式。辐射和能量有明显的日变化和季节动态,各能量分量的日变化几乎都呈白天高夜间低的单峰趋势,反照率整体为0.10~0.12,波动不大;波文比季节差异明显,为0~0.8。热带季雨林的全年闭合度为0.67,未考虑热储量时,闭合度为0.51~0.79,考虑热储量为0.53~0.80。可见,在林冠茂密的热带季雨林中,热储量对能量闭合度的贡献不大,忽略热储量并不是导致能量不闭合的主要原因。     

海州湾春季短蛸的栖息分布特征及其与环境因子的关系

近年来,我国近海多种重要渔业资源处于不同程度的衰退状态,而短蛸具有生命周期短、生长迅速的特点,在我国近海经济渔获产量中占重要地位。然而,有关短蛸的栖息分布特征及其与环境因子的关系尚缺乏研究,不利于更好地保护和利用其资源。本研究根据2011年和2013—2017年春季海州湾的渔业资源和环境因子调查数据,采用随机森林模型、人工神经网络模型和广义提升回归模型3种机器学习方法分析了短蛸的栖息分布特征及其与环境因子的关系。结果表明: 随机森林模型的拟合效果和预测能力在3种模型中优势较大,选择该模型进行分析表明,底层水温、水深和底层盐度对短蛸的栖息分布有较大影响。短蛸的相对资源密度随底层水温、水深和底层盐度的增加均呈先上升后下降趋势。根据FVCOM模型模拟的环境数据,应用随机森林模型预测了短蛸在海州湾海域的栖息分布,发现短蛸主要分布在34.5°—35.8° N、119.7°—121° E之间的海域。     

基于FORCCHN模型的中国典型森林生态系统碳通量模拟

森林生态系统是陆地碳循环的重要组成部分,其固碳能力显著高于其他陆地生态系统,研究森林生态系统碳通量是认识和理解全球变化对碳循环影响的关键。碳循环模型是研究森林生态系统碳通量有效工具。以长白山温带落叶阔叶林、千烟洲亚热带常绿针叶林、鼎湖山亚热带常绿阔叶林和西双版纳热带雨林等4种中国典型森林生态系统为研究对象,利用涡度相关2003-2012年观测数据,评估FORCCHN模型对生态系统呼吸（ER）,总初级生产力（GPP）,净生态系统生产力（NEP）的模型效果。结果表明：（1） FORCCHN模型能够较好的模拟中国4种典型森林生态系统不同时间尺度的碳通量。落叶阔叶林和常绿针叶林ER和GPP的逐日变化模拟效果较好（ER的相关系数分别为0.94和0.92,GPP的相关系数分别为0.86和0.74）;（2）4种森林生态系统碳通量季节动态模拟值和观测值显著相关（P<0.01）,ER、GPP、NEP的观测值和模拟值的R²分别为0.77-0.93、0.54-0.88和0.15-0.38;模型可以很好地模拟森林生态系统不同季节碳汇（NEP>0）,碳源（NEP<0）的变化规律;（3）4种森林生态系统碳通量模拟值与观测值的年际变化有很好的吻合度,但在数值大小上存在差异,模型高估了常绿阔叶林的ER和GPP,略微低估了其他3种森林生态系统ER和GPP。     

SWAT模型在天山林区林冠截留过程中的改进应用

林冠截留是森林生态水文的重要环节,SWAT （Soil and Water Assessment Tool）模型对其模拟过程还较为粗糙,为了在流域水文模拟中更精细的刻画林冠截留过程从而得到更佳的模拟结果,以SWAT模型为基础,使用半理论林冠截留模型（Gash模型）与SWAT模型进行耦合,以天山林区为研究区对SWAT模型林冠截留模块进行优化改进。通过对改进前后的模拟结果进行对比分析,结果表明：1） SWAT模型和SWAT-Gash模型的R²分别为0.59-0.83和0.65-0.86,NSE值分别为0.58-0.82和0.63-0.85,两种模型PBIAS为7.2%-17.1%,证明SWAT-Gash模型具有更好的适用性;2）相较于出山口径流数据,SWAT模型和SWAT-Gash模型的RMSD值分别为3.49-7.80 m³/s和3.22-4.68 m³/s,SWAT-Gash模型在校准期和验证期的皮尔逊相关系数分别为0.93和0.81,高于SWAT模型的0.91和0.77;3）基于分位数回归（QR）的不确定性分析表明,SWAT模型和SWAT-Gash模型验证期的P因子分别为0.93和0.96,R因子为1.26和1.19,95%不确定性置信区间平均宽度分别为13.50 m³/s和12.86 m³/s;4） SWAT模型与SWAT-Gash模型在验证期的月平均地表径流量分别为6.55 m³/s和8.50 m³/s,表明在该流域内原始SWAT模型会高估林冠截留量。以天山北坡中段林区为例对云杉森林的林冠截留进行精细化模拟,虽然对模型输入数据要求提高,林冠截留数据的收集增加了模型模拟的不确定性,但对本研究区基于物理过程的水文模拟精度提升明显,改进后模型与出山口实测径流数据一致性更强,可以为天山林区小流域水资源管理提供更可靠的依据。     

火烧强度对中亚热带人工造林初期土壤呼吸的影响

在热带和亚热带森林中,火烧是一种清理采伐迹地的有效管理措施。尽管许多研究表明,火烧刺激了土壤的碳排放,但对亚热带火强度对土壤呼吸的影响还缺乏了解。在中亚热带米槠常绿阔叶次生林采伐迹地上,设置高火烧强度（HF）、低火烧强度（LF）炼山造林处理,利用LI-8100对造林初期（2012年3月-2012年12月）土壤呼吸进行测定,同时监测观测期土壤温度、含水量以及降雨量等气象因子,分析不同火烧强度对中亚热带造林初期土壤呼吸及排放量的影响,同时探讨影响土壤呼吸变化的主要因素。结果表明：（1）观测期间不同火烧强度对土壤呼吸的影响呈现出明显的时间变化特征：与对照（CT）相比,土壤呼吸在火烧后2个月以内显著增加（P<0.05）,HF和LF分别增加76.3%和55.3%;在火烧后2-5个月内三种处理间没有显著差异（P>0.05）;但之后,火烧处理土壤呼吸显著低于CT （P<0.05）,HF和LF分别降低40%和32.6%;在观测期间火烧处理没有导致土壤CO₂累计排放量的增加。（2）火烧处理下,仅HF处理中土壤呼吸与土壤温度显著相关（P<0.05）,但拟合决定系数较低。（3）单次降水事件会导致火烧处理下土壤呼吸的增加,而对照无明显增加;但连续性降水事件中,降雨早期促进土壤呼吸,而后期呈现出抑制作用。