生态系统健康研究的一些基本问题探讨

目前有关生态系统健康研究的一些基本问题尚未达成共识。本文分析了健康、系统与生态系统3个与生态系统健康关联的概念,在此基础上,对生态系统健康的概念及其内涵、研究价值、研究的内容框架、研究的合理尺度以及生态系统质量诊断与质量等级评价进行了探讨。指出生态学上的生态系统是系统科学意义上系统的一类,整体性、稳定性和可持续性是生态系统的重要特征,生态系统健康可通过它的充分必要条件给出,即具备良好的整体性,能够维持较高的稳定性,并能实现良好的可持续性。生态系统质量标准分为质量诊断标准和质量等级评价标准,质量诊断是一种是与非的事实判断,而质量等级评价是一种价值判断。生态系统质量等级评价指标可分为限制可比型和非限制可比型两类。生态系统的复杂性决定了生态系统健康研究须借助于系统科学和非线性科学的理论与方法,生态系统病变的滞后性决定了生态系统健康研究必须加强生态系统质量预测与预警,而生态系统健康的跨学科性决定了生态系统健康研究需要生态学、环境学、医学、社会学以及经济学等领域研究人员的广泛合作。     

江西红壤坡地柑橘园生态水文特征及水土保持效益

在江西省水土保持生态科技园对标准柑橘试验小区生态水文特征进行9年的定位观测,设置7个处理,研究柑橘园生态水文特征及水土保持效益.结果表明： 7个处理的平均减流率和减沙率分别为78.5%和77.2%,其中,林下百喜草(Paspalum natatu)带状覆盖、百喜草全园覆盖和水平梯田+梯壁植草减流率较高,分别为94.8%、94.3%和92.5%;柑橘清耕地减流率较低,为33.1%;林下套种黄豆和萝卜减流率居中,为66.0%和77.5%,且横坡耕作优于纵坡耕作.对2009-2010年发生的43场平均降雨量为20.07 mm的雨水柑橘林冠再分配格局进行观测,穿透降〖JP2〗雨量平均为9.15 mm,树干茎流量平均为4.72 mm,林冠截留量平均为620 mm,分别占林外降雨量的44.7%、25.7%和29.6%.随着林外降雨量的增大,林冠层的穿透雨量、茎流量呈递增趋势.当降雨量<10 mm时,树冠截留率与林外降雨之间呈显著的线性负相关;当降雨量>10 mm时,二者之间的相关性不明显.柑橘枯落物的持水率与浸水时间呈对数回归关系,最大持水率达326%.合理的林下植被配置对柑橘果园的水土保持具有重要作用.     

森林生态系统碳循环动态仿真系统的设计

模型方法是森林碳循环研究的有力工具.在Simulink环境下设计开发了通用的森林生态系统碳循环动态仿真系统FORCASS,从仿真系统的模式框架、设计方案和开发过程方面进行综合分析表明,FORCASS具有可行性.该仿真系统具有如下特点：1）将森林生态系统划分为植被碳库、枯落物碳库、土壤碳库和动物碳库4个分室,考虑了众多碳流转移项,具有较高的机理性和解释性;2）仿真系统基于过程,以植被器官生物量碳储量Richards生长方程为驱动项,带入差分方程组进行计算,可操作性高,能够实现林龄变化下的植被净第一性生产力（NPP）、净生态系统生产力（NEP）等多种输出;3）仿真系统基于通用的碳循环模式框架建立,可扩展性能良好.     

多水平贝叶斯模型预测森林土壤全氮

多水平贝叶斯方法阐明了预测中观测值、模型和参数的不确定性,被越来越多的生态学家所使用.应用多水平贝叶斯方法建立了北京八达岭地区森林土壤全氮模型,分析了模型参数及其不确定性,并对该区不同土壤层(A、B、C)全氮含量进行了预测.得到如下结论:(1)该区森林土壤全氮多水平贝叶斯模型为yi～N(β0j[i],k[j]+β1j[i],k[j]xi,σ2y).(2)对模型参数和其曲线不确定性分析表明,该模型能够很好的预测该区土壤全氮含量.(3)模型预测表明:土壤A层,随着海拔的增加,全氮含量递增.土壤B层,随着海拔的升高,植被类型0、1、2、3土壤全氮含量递增,而植被类型4土壤全氮含量出现递减现象.土壤C层,随着海拔的增加,植被类型0土壤全氮含量递增,而植被类型1、2、3、4土壤全氮含量均表现为递减.各植被类型土壤全氮含量都随着土层的深度而减少.     

森林植被对坡面土壤水蚀作用的动力学机理

水力侵蚀是目前世界上分布最广、危害也是最为普遍的一种土壤侵蚀类型。坡面土壤侵蚀主要是由雨滴击溅、坡面径流引起,而森林植被作为陆地上最重要的生态系统以其林冠层、林木茎杆、林地上富集的枯枝落叶层、根系层以及发育疏松而深厚的土壤层截持和蓄储大气降水,发挥着其特有的水文生态功能,从多个角度影响降雨和坡面流的水力特性,在防治土壤侵蚀方面有其不可缺少的意义,然而目前对森林植被防治坡面土壤水蚀机理系统的研究还较少。系统的总结了森林植被各个垂直层次对坡面水蚀作用的动力学机理以及不同学者在此领域所做出的研究成果及此项研究的研究现状,并从以下几个方面指出了林地坡面水蚀作用动力学机理研究中尚存在的问题及发展方向：林冠对降雨重新分配出现林冠截持和干流等现象,降雨雨滴的大小、分布、降落速度和动能等性质发生变化,林冠层通过改变雨滴特性来影响坡面流水力特性,进而改变坡面流对坡面的侵蚀机理;森林植被茎干对径流的分散阻止作用,增大地表径流的阻力系数,茎干绕流现象对坡面土壤侵蚀的作用有正反两方面,林木在一定种植密度内,会使得泥沙起动流速减小,增加坡面侵蚀,因此应合理选择林木的种植密度才能起到减少坡面水蚀的作用;坡面流在枯落物层中流动并穿过枯落物层后下渗进入土壤的过程,类似于水流在多孔介质中的流动,枯落物的物理性质如分解程度、空隙度等的变化,引起水流流动的状态变化复杂,有必要应用渗流理论来深入研究以搞清其流动机理;根系层的存在能逐步改善土壤的内在特性,稳定表土层结构、提高土壤入渗性能使其抗侵蚀能力加强,植物根系层对坡面水蚀作用的研究是一个崭新的领域,需从土力学和植物根系影响土壤力学性质的角度研究土壤的抗侵蚀能力。     

树干自然温度梯度变化对热扩散法测算树干液流速率的影响

为了揭示树干自然温度梯度的变化规律及其对树干液流速率测算结果的影响,于2007年5月至10月利用改进的SF-L型热扩散式树液流测定装置,对北京低山区生长的油松和侧柏的树干自然温度梯度、加热温差和气象、土壤水分因子进行了连日同步监测。结果表明:(1)树干自然温度梯度对加热针温差的影响,侧柏大于油松。(2)树干自然温度梯度对液流速率计算结果的影响具有显著的统计意义(P0.01),平均误差大于30%,误差峰值出现在太阳高度角较小的时候。(3)影响树干自然温度梯度最重要的环境因子是光照强度,其次是空气温度。上述结果说明,树干自然温度梯度对热扩散法测定的液流速率的影响不可忽视,研究树木耗水机制时应予以充分考虑。光照强度和空气温度是影响树干自然温度梯度最重要的两个因子,但其影响机制仍需进一步研究。