长白山阔叶红松林CO2通量与温度的关系

应用涡度相关法观测的通量数据和环境因子数据,在生态系统水平上分析了长白山阔叶红松林生长季温度与CO2通量之间的关系.结果表明：（1）在相同的光合有效辐射水平下,净生态系统CO2交换量（NEE）随温度Ta的变化趋势为,在Ta〈20℃范围内,NEE随温度的增加而增加,在Ta=20℃附近有极大值,随温度的继续增加NEE呈下降的趋势,同时NEE还具有明显的季节变化,表现为7月〉6月〉8月〉9月〉5月〉4月〉10月.（2）应用Michaelis-Menten方程计算得出最大光合速率Pmax和生态系统呼吸Re,分析其与温度的关系发现,Pmax随温度的变化呈S型曲线,Re则随着温度的升高而呈指数上升的趋势,曲线为：Re=0.0607 exp（0.0666Tα）,R^2=0.96.夜间生态系统呼吸的Q10为3.15.（3）通过对NEE与环境因子的偏相关分析表明,温度对NEE的偏相关系数在生长季呈现先减小后增大的趋势,说明在生长季初期和末期升高温度比生长季中期对NEE的影响要大.     

长白山几种主要森林群落木本植物细根生物量及其动态

2005年在长白山北坡选择5种垂直植被带典型植物群落类型阔叶红松林、白桦林、山杨林、云冷杉林和岳桦林,利用钻取土芯法对细根分布及细根生物量进行了研究.研究结果表明,不同森林群落细根现存生物量存在一定的差异,其中白桦林最高,月平均细根现存生物量为5.1340 t/hm^2、其次为云冷杉林（5.0530 t/hm^2）、岳桦林（4.9255 t/hm^2）、阔叶红松林（4.4919 t/hm^2）和山杨林（3.9372 t/hm^2）;不同群落细根现存量月动态变化也有较大差异,月均最高最低相差阔叶红松林约为72﹪、白桦林近73﹪、山杨林26﹪、云冷杉林56﹪、岳桦林144﹪.在生长季节内不同群落细根发生和死亡也是不均匀的,春季所有群落都会产生大量的细根,一些群落在初秋（9月份）出现另一个较高的峰值,同时发现每次细根大量发生后,都随之产生大量细根的死亡,生长季末群落死亡细根生物量往往是最高的.调查群落72.9﹪以上的细根集中于土壤表层0～10cm的范围内,不同群落略有差别,在所研究的5种森林群落中,不同月份0～10cm土层中细根生物量几乎都表现出白桦林＞阔叶红松林＞云冷杉林＞岳桦林＞山杨林.     

CO2浓度升高对红松和长白松土壤呼吸作用的影响

以开顶箱法研究了CO₂浓度升高对红松和长白松土壤呼吸作用的影响.结果表明,500 μmol CO₂·mol^-1使红松和长白松土壤呼吸速率明显降低,土壤表面CO₂浓度升高导致CO₂扩散受阻可能是土壤呼吸受到抑制的主要原因.500 μmol CO₂·mol^-1下两树种土壤表面CO₂浓度明显高于对照箱和裸地条件下的CO₂浓度,增加幅度在40～150 μmol·mol^-1之间;对照箱内长白松土壤表面CO₂浓度略高于裸地,差异不显著,红松差异显著500 μmol CO₂·mol^-1下的长白松土壤全氮及总有机碳含量略高于对照组,差异不显著,红松裸地的碳氮含量明显低于500 μmol CO₂·mol^-1 及对照箱内土壤碳氮含量;500 μmol CO₂·mol^-1 及开顶箱的微环境对地下3 cm处土壤温度没有明显影响.     

温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。     

长白山阔叶红松林土壤N2O排放通量的变化特征

采用静态密闭箱 /气相色谱分析方法对长白山阔叶红松林两个样地的N2 O排放通量进行了测定。结果表明 ,凋落物对林地土壤N2 O排放的影响是显著的 ,其对全年N2 O排放的平均贡献率是 36 89%。长白山阔叶红松林土壤是大气N2 O一个重要的源 ,但在极少的天气状况下也能吸收大气中的N2 O ,而起着汇的作用。其排放通量的变化范围是 - 4 1 4 8～ 2 91 84μgN2 O·m-2 ·h-1,平均通量是 6 8 7μgN2 O·m-2 ·h-1,高于其他类型林地的排放通量 ,且变动范围也较其他森林类型大。无凋落物林地土壤N2 O排放通量变化范围是 - 2 3 2 4～ 93 75 μgN2 O·m-2 ·h-1,平均通量为 33 79μgN2 O·m-2 ·h-1。两个样地N2 O排放通量的季节变化特征相似 :夏季N2 O的排放通量最高 ,春季次之 ,秋冬两季较低且趋于平稳。昼夜变化趋势也相似 :N2 O排放通量的最大值都出现在 18∶0 0 ,最小值都出现在 12∶0 0和 14∶0 0。研究还表明 ,林地土壤N2 O的排放通量与地表温度和地下 5cm温度的相关性较好 ,无凋落物的样地N2 O的排放通量仅与地下 5cm温度的相关性较好。     

长白山温带混交林林冠下层CO2通量对生态系统碳收支的贡献

作为ChinaFLUX的重要组成部分,从2002年年底开始利用涡度协方差技术在长白山温带混交林林冠上层和下层进行连续通量观测,这为量化林冠下层CO2通量对整个森林生态系统碳收支的贡献提供了一条有效途径.利用2003年林冠上层和林冠下层的观测数据,研究表明林冠下层夜间的CO2通量与5 cm深度的土壤温度存在明显的指数正相关关系.林冠下层的呼吸通量与箱式法观测的土壤呼吸通量之间具有很好的一致性(R2=0.77),二者在全年都与整个森林的光合产物量相耦合,且都在7～8月份达到最大值.林冠下层的呼吸量和土壤呼吸量分别为770 g Cm-2a-1和703 g Cm-2a-1,占整个森林生态系统呼吸年总量的比重高达59.88%和54.69%.林冠下层的光合作用呈双峰型季节变化,两个峰值分别出现在5月中旬和8月下旬.尽管全年林冠下层光合产物量为87 g Cm-2a-1,对整个森林光合产物量的贡献率仅为5.69%,但林冠郁闭度低的4、5月和10月份,林冠下层的光合产物贡献率也分别达到19.99%、21.06%和14.53%.林冠下层净初级生产力的季节动态受该层呼吸作用的季节变异控制,林冠下层在全年都表现为碳源,其净碳排放速率在8月份达到最大.     

长白山四种森林类型凋落物分解动态

2003年5月—2004年9月在长白山自然保护区北坡4个森林类型阔叶红松林、红松云冷杉林、岳桦云冷杉林和岳桦林内,利用凋落物原位减少法对4种森林类型的凋落物分解动态进行了研究。结果表明,凋落物现存量最大的为红松云冷杉林,依次为阔叶红松林、岳桦云冷杉林、岳桦林;凋落物分解速率与时间均呈指数关系,凋落物年分解常数为0.25～0.47,分解95%所需时间为18～39年,其中阔叶红松林凋落物年分解常数最大,依次为岳桦林、红松云冷杉林、岳桦云冷杉林。同一类型森林中,不同植物组分的年分解系数不同,一般是阔叶最大,针叶最小。     

不同放牧率下羊草和芦苇可溶性碳水化合物和氮素含量的变化

在松嫩草原羊草草地上通过小区围栏放牧,对不同放牧率下羊草和芦苇可溶性碳水化合物和氮素含量的变化进行了分析。结果表明,羊草和芦苇在生长季初期茎基部的可溶性碳水化合物含量最低,分别为7．12％和3．95％,随着季节推移逐渐增加;叶片可溶性碳水化合物含量随季节推移的变化不大;羊草返青比芦苇早,从而造成5月份实验开始时两种禾草茎基部和叶片可溶性碳水化合物的差异;一定程度的放牧(本实验条件下为P4和P5小区)有利于牧草可溶性碳水化合物的提高,促进牧草再生氮素含量在生长季初期最大,随季节推移逐渐降低,与其物候期相一致;适当放牧能够刺激根对土壤中氮素的吸收,使其向地上部分转移,提高牧草的营养价值。     

沙地云杉幼苗根表土体中NPK的梯度分布

采用水平根和垂直根两种处理方法对6年生沙地云杉幼苗进行栽培实验,应用分层取样方法对幼苗根表不同距离土体进行取样,并测定不同层次土体中速效N、速效P、速效K的含量。结果表明,在沙地云杉根表不同距离的土体中,速效N、P、K呈现有规律的梯度分布,即在根表近距离土体中营养元素由于根系的吸附作用而含量较高,同时根系生命活动对营养元素的大量消耗又使得营养元素随即出现严重的亏缺区,再向外延伸营养元素含量又逐渐上升而达到土壤本底值,在水平根处理中,由于沙地云杉对N、P、K吸收和利用的强度不同,亏缺区出现的位置不同,速效N和速效K的亏缺区出现在距离根表1cm处;速效P出现在距离根表0．5cm处,在垂直根处理中,速效N、速效P、速效K的梯度变化与水平根处理的相似速效N和速效K亏缺区出现在距离根表大约1cm处,而速效P在根表附近土壤中的含量始终少于根表远处,说明沙地云杉幼苗对速效P的吸收和利用强度大,速效P可能成为沙地云杉生长发育的限制因子。因此,在沙地云杉引种栽培时,应该选择含P丰富的土壤,或者对林地适当施用一些P肥。     

CO2倍增条件下长白赤松幼苗土壤CO2廓线的动态

采用固定在土壤中的气井系统 ,监测土壤剖面的CO2 动态及其与长白赤松 (Pinussylvestrisvar.sylvestriformis(Takenouchi)ChengetC .D .Chu)幼苗根系发展之间的关系。实验研究共设 4种CO2 处理 ,分别是环境CO2 浓度 ,无苗 ;CO2 为 70 0 μmol/mol,无苗 ;环境CO2 浓度 ,有苗 ;CO2 为 70 0 μmol/mol,有苗。通过对土壤剖面CO2 气体的同步采集与分析表明 :土壤CO2 廓线与幼苗根系的生物活性密切相关。在土壤表面及壤土和沙土的边界层中 ,根系分布密集 ,根系的呼吸作用对那两个土层CO2 贡献大 ;随着幼苗的季节生长 ,与环境CO2 浓度比较 ,CO2 倍增将导致土壤剖面上CO2 浓度最大区域由表面向壤土和沙土边界层的转移。本文采用的气井系统提供了一种对土壤无破坏、经济、简单并且能够用于监测幼苗地下过程的廓线研究方法。