土壤有机质对土壤水分保持及其有效性的控制作用

 如何基于常规测定因子评估森林在土壤水分保持方面的生态效益, 并建立森林固碳效益与水文效益的联系等科学问题, 在综合评估森林生态效益方面有着重要意义。该文以南亚热带地区的3种不同演替阶段的森林生态系统(人工恢复的马尾松针叶林(Pinus massoniana coniferous forest, PF)、马尾松针阔叶混交林(mixed Pinus massoniana-broad-leaved forest, PBF)和季风常绿阔叶林(monsoon evergreen broad-leaved forest, MBF))为研究对象, 通过分析其土壤有机质及土壤水分状况在林内及林型间的分布格局差异, 探讨土壤有机质对土壤水分保持的控制作用。结果表明: 由PF至地带性顶级群落MBF的3种林分虽然相距很近且有关环境因子一致, 但0–30 cm土层的土壤含水量差异显著, MBF的最高, PBF其次; 3种林型林内土壤水分分布格局迥异, MBF的土壤水分随土层加深而递减的趋势明显, PBF土壤各层水分较为均一, PF则土壤表层水分含量较低, 与土壤有机质的状况一致。土壤水分特征曲线显示, 0–40 cm土层在相同基质吸力条件下的土壤水分含量: MBF > PBF > PF, MBF的保水性最好。进一步分析发现, 土壤孔隙度对土壤含水量的影响最大, 饱和含水量、土壤有机质次之, 同时, 考虑到土壤孔隙度和土壤饱和含水量对土壤有机质的高度依赖性, 我们认为土壤有机质控制着土壤含水量及其有效性(p = 0.014)。作为常规测定指标的土壤有机质, 不仅是森林固碳效益的关键指标, 而且可用来量度土壤水分保持及其有效性, 可以作为评价森林生态系统服务功能的一个综合指标。     

应用热脉冲系统对桉树人工林树液流通量的研究

应用热脉冲式树液流测定系统和自动气象站 1 999年 9月～ 2 0 0 0年 9月的观测资料 ,探讨了广东省湛江市雷州半岛两个桉树人工林树液流通量 (Sap flux density,SFD)的时空动态及其与环境因子的相关关系。河头和纪家两地桉树林的树液流变化具有明显的昼夜节律性 ,大约从清晨 7:0 0开始萌动 ,1 2 :0 0以后达到峰值 ,夏季连续 4 d中 (2 0 0 0年 6月 1 5日～ 6月 1 8日 )河头 SFD最大值 44.2 1± 4.5 ml/ (cm2 · h) ,纪家 2 9.2± 7.2 ml/ (cm2· h)。此后 ,SFD逐渐减小 ,一直到日落前后降至最低值。树液流在不同的季节具有不同的昼夜节律性变化规律。两地 SF D值的季节波动节律相似 ,湿季时相对较大。但是河头日平均 SFD值 (2 4 36± 1 1 92 .5 ml/ (cm2 · d) )要比纪家 (1 70 3± 82 4 .5 ml/ (cm2 · d) )高 ,这主要是由于两地土壤质地的差异所导致的。在所选时段内 ,SFD的最大值出现在河头的冬季和纪家的夏季 ,这是由于这两天的大气饱和水气压差 ,太阳辐射和土壤有效持水量都比较高的缘故。在空间上 ,从形成层到心材 ,SF D最初有所增加 ,随后持续减小。整个观测期间两地 SFD的极大值均出现在 6月中旬 ,河头为 51 .53ml/ (cm2· h) ,而纪家为 39.85ml/ (cm2 · h) ,显然 ,由于环境条件的限制 ,主要是土     

鼎湖山主要森林生态系统地表CH4通量

利用静态箱-气相色谱法对鼎湖山3种处于演替不同阶段的森林类型-季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林-的地表CH4通量进行了为期一年的原位观测和研究,结果表明:3种林型地表吸收CH4通量按从大到小的顺序为:季风林>混交林>松林,不同林型间的CH4通量差异与森林土壤的性质有密切关系,即土壤容重越小、有机质含量与土壤温度和湿度都没有明显的相关性,但在旱季土壤温度成为控制地表CH4通量的主要因子。     

鼎湖山异龄马尾松针叶长度序列元素分布

 利用植物体元素化学分析结果来诊断环境污染对森林健康影响和监测环境污染程度已成为诸多生态学家和环境学者广为采用的方法之一。该研究选择广东肇庆鼎湖山健康马尾松(Pinus massoniana)前年生针叶和当年生针叶为研究对象, 将相同年龄针叶分为叶尖、 叶中、叶基等长3段, 分析了两种针叶全S、全P、K、Mg、Na、Ca、Al、Mn、Zn、Cu、Fe、Pb、Cr、Cd和Ni15种元素及相应Ca/Al值在叶尖、叶中部、叶基部和叶鞘的分布模式。结果表明: 前年生针叶元素平均值除全S、全P、K和Cd外, 其它元素浓度都高于当年生针叶, Ca/Al 值则是当年生针叶小于前年生针叶, 表明当年生针叶受Al毒大于前年生针叶; 在针叶长度序列不同部位间, 元素分布不均匀, 全S、Na、Ca、Al和Mn在两种针叶长度序列上没有显著性 差异, K、Mg、Zn、Fe、Cr、Cd、Ni和Ca/Al值差异均达显著水平, 而全P、Cu、Cd和Pb仅在前年生针叶不同部位间差异显著; 针叶Al浓度和Ca/Al值都表明马尾松已经处于严重Al毒胁迫下; 两种针叶各部位Fe、Zn和Cu浓度远超出该地区马尾松元素的背景值, 暗示马尾松针叶已受到严重重金属毒害; 马尾松叶鞘Fe、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr含量显著高于针叶其它部位, 表明叶鞘能累积环境重金属, 可以作为马尾松在污染环境下遭受重金属危害指标加以利用, 是一种有广泛应用前景的生物指示物。该研究所采用的技术和方法对环境监测, 尤其是对利用生物化学方法评价环境污染对森林健康影响评价体系的完善和生物监测指标的利用具有指导意义, 可为今后评估相似环境污染地区森林健康和树木正常生长提供参考。     

拟单性木兰不同季节断根和剪枝后蒸腾和光合特性的变化

在2005年春季、夏季和秋季,对10a生拟单性木兰(Parakmeriaomeiensis)进行断根和剪枝处理,模拟移栽,用LICOR-6400测定了植株叶片的蒸腾速率、光合速率等生理指标,探讨这些生理指标对不同季节移栽成活率的影响。结果表明,春季处理后叶片能迅速关闭部分气孔,蒸腾速率和光合速率都减小,两者最低时约为对照的60%,生理机能的减弱有利于维持地上、地下部分的平衡,因而最有利于植株成活。夏季处理后叶片气孔导度显著增加,光合速率和蒸腾速率也随之增大,最高时约为对照的2倍左右,此时,若主要依靠剪枝来降低水分消耗,很难保证水分代谢平衡,移栽成活率低。秋季处理后植株叶片气孔导度高于对照,光合速率和蒸腾速率也增加,但增加幅度相对夏季较小,前期最高约增加40%,此时移栽可以通过适当的剪枝和增加土壤水分含量等措施提高成活率。可见,与水分相关的生理机能的调节机制,决定了移栽后的成活水平,即处理后能迅速调节自身生理机能、减少水分消耗的植株,成活率就高,反之就低。     

模拟酸沉降对鼎湖山季风常绿阔叶林地表径流水化学特征的影响

通过模拟酸沉降实验,研究了旱季期间(10-3月份)鼎湖山季风常绿阔叶林在4种不同pH模拟酸雨处理(对照、pH 4.0、pH 3.5、pH 3.0)下地表径流水化学输出特征.结果显示:(1)地表径流pH随酸处理强度增强呈“U”型变化模式,酸沉降对地表径流pH的影响不显著(P＞0.05),表明模拟酸沉降尚未引起地表水的酸化.(2)地表径流中NO3-、SO24-浓度随酸处理强度增强略有增加;HCO3-浓度的变化模式与地表径流pH类似.酸根离子浓度与地表径流pH相关性分析表明,SO24-、HCO3-有助于提高地表水抗酸化能力而NO3-则有助于促进地表水酸化.(3)地表径流中盐基离子对酸沉降的响应不尽相同.pH 3.0处理显著提高地表径流中Ca2+、Na+浓度;Mg2+浓度具有随酸处理梯度增强而增加的趋势;K+受模拟酸度的影响小.表明强酸(pH3.0)处理将导致土壤Na+、Ca2+、Mg2+盐基离子流失.(4)酸沉降具有诱发土壤可溶性有机碳(DOC)流失的倾向,增加地表水受有机污染的风险.     

鼎湖山流域下游浅层地下水动态变化及其机理研究

全球变暖和降水格局的改变将如何影响下垫面水文过程是一个被普遍关注的重大科学问题,然而要阐述其内在联系首先必须排除人类活动及土地格局变化的影响。论文以严格保护下的鼎湖山自然保护区为研究对象(排除人类活动及土地格局变化的影响),以其完整集水区下游区域地下水测井系统测定的地下水位数据为基础,拟阐述全球变暖和降水格局改变对该地区地下水位多年变化动态及趋势的影响机制。结果表明:2000年至2009年10 a间鼎湖山流域下游浅层地下水位由2000年的–2.27 m上升到2009年的–1.81 m,年均极显著(p=0.005)上升0.043 m.a-1;地下水位干湿季差异显著,湿季地下水位显著(p0.001)高于干季,分别为–1.87±0.23 m、–2.25±0.15 m。时间序列上,干季地下水位无显著(p=0.190)变化,湿季(1999-2009年)地下水位呈极显著(p=0.002)上升趋势;日地下水位变异系数CVwt=0.20明显小于日降水量CVp=2.77,日地下水位动态与前40 d的日降水量有关;地下水位的变化不能用同期内降水量变化(p=0.294)解释,分析认为降水格局的变化是导致地下水位上升的基本原因。该研究对评估降水格局改变和全球变暖环境下,地下水资源的变化趋势有重要指示意义。     

鼎湖山针阔叶混交林冠层下方CO2通量及其环境响应

精确估算典型森林生态系统冠层下方CO2通量（Fcb）对验证陆地生态系统碳平衡模型具有重要意义。采用开路涡度相关法对鼎湖山针阔叶混交林Fcb进行定位测定,根据1周年数据分析Fcb及其对环境要素的响应特征,结果表明：（1）白天Fcb呈下降趋势表明地表植被全年具有光合能力,但总体上地表植被和土壤表现为CO2排放源;（2）Van’tHoff方程、Arrhenius方程和Lloyd-Taylor方程均可以较好反映土壤温度（Ts）与Fcb的关系,其中仅Lloyd-Talor方程能够反映温度因子敏感性指标Q10随温度的变异性特征;（3）Lloyd-Talor方程模拟的Fcb完全由Ts控制,而连乘模型由Ts和土壤水分（Ms）控制,可以反映水热条件的综合影响,对Fcb具有更强的拟合能力;（4）在Ms较大时连乘模型对Fcb的估算高于Lloyd-Talor方程,反之在干旱时段连乘模型模拟结果低于Lloyd-Talor方程,表明当存在水分胁迫时,Ms可以成为影响Fcb的主导因子;（5）2003年鼎湖山针阔叶混交林Fcb总量（（787.4±296.8）gCm^-2a^-1）比静态箱-气相色谱法测得的土壤呼吸偏低17%。与箱式法相比,涡度相关法通量测定结果普遍存在偏低估算现象。     

鼎湖山森林地表水水质状况分析

对鼎湖山生物圈保护区内两溪流水源水质状况进行了调查,结果发现：①鼎湖山地表水总体水质较好,符合地面水环境质量标准的I类水源水质标准。区内水体受污染程度低,绝大多数指标均符合饮用水卫生标准。②水体pH值较低,Al含量较高,总有机碳测定表现出整个水体受到一定程度的有机污染。水体中有害金属Mn和Pb含量略高,但都远低于饮用水卫生标准。③对地表水来源过程环节的水化学分析比较表明：大气降水、穿透水、土壤溶液（30cm层和80cm层）和地表水水样的pH值呈现“M”形变化。酸雨和土壤表层酸化是该区地表水pH值偏低的主要原因。地表水和30cm土壤溶液中的Al浓度分别是大气降水的5倍和8倍,地表水中的Al主要来源于酸雨对土壤的淋溶。地表水中的Na主要来源于大气降水。大气降水Pb浓度是地表水的17倍,林冠吸收富集和土壤固定吸附使地表水中的Pb大幅度降低。穿透水和土壤溶液中的Mn、K、Ca、Mg、Sr比大气降水和地表水浓度高,反映了元素被酸雨淋溶、活化和被植物、土壤吸收吸附的过程。从长远看,尽管在森林保存完好的地区,区域环境的恶化及酸雨对地表水水质的影响仍不容忽视。     

鼎湖山地区马尾松年轮元素含量与酸雨的关系

分析了鼎湖山马尾松年轮中几种化学元素含量的历史变化,并探讨了区域酸雨的影响。结果表明,酸雨有可能导致马尾松年轮中N、K和Al的含量在近30a中的上升趋势,和Ca、Mg和Mn明显的下降趋势。马尾松幼年期年轮部分元素含量异常地偏高,可能是幼年期生理机制不完善、对元素的选择性吸收和排斥能力较低所致,因此,以马尾松幼苗为对象进行的模拟酸雨试验结果,在推广至成熟的马尾松林地时可能会出现较大的偏差。