内蒙古大青山华北落叶松人工林乔木层碳密度年增量与气象因子的关系

以内蒙古大青山华北落叶松人工林为研究对象，通过树木年轮法和异速生长方程法，计算华北落叶松人工林生物量、碳密度及其年增量的年际变化，并分析碳密度年增量与气温、降水、湿度等气象因子的关系。研究发现：华北落叶松人工林碳密度随着林龄增加的变化曲线可用逻辑斯谛生长方程拟合，在1979—2016年，碳密度由1.05 t/hm~2增加到76.83 t/hm~2。华北落叶松人工林碳密度年增量存在显著的年际差异，总体上呈波动性的“慢-快-慢”趋势，碳密度年增量最高达到3.72 t hm^-2 a^-1,多年平均为2.05 t hm^-2 a^-1。华北落叶松人工林碳密度年增量与上年6月和当年6—8月的降水量显著正相关，与上年11月降水显著负相关；与上年11—12月、当年2月和12月的温度和大气相对湿度分别呈正、负相关；与上年7月、9月及当年8—9月的温度保持显著或极显著正相关。研究表明，温度、湿度和降水主要通过生长季的长短和土壤可利用水分及冬季的雪害冻害影响华北落叶松人工林的碳汇潜力，在未来该地区升温增湿的气候变化趋势下华北...     

宁夏六盘山三种针叶林初级净生产力年际变化及其气象因子响应

利用年轮生态学方法和生物量经验方程,在宁夏六盘山研究了华山松天然林及华北落叶松和油松人工林等3种针叶林的年初级净生产力(NPP)及其与气象因子间的关系。研究表明:3种针叶林生物量的年际变化均符合逻辑斯蒂方程,林分的现存生物量(t/hm2)为华北落叶松林最大(141.96),华山松林(130.99)次之,油松林最小(123.29)。3种针叶林NPP存在显著的年际差异和种间差异,林分的NPP(t.hm-.2a-1)为华北落叶松林(6.72)>油松林(5.76)>华山松林(2.66);NPP年际变化在华山松林呈现"快速增加-缓慢增加-缓慢减小"的趋势,而华北落叶松林和油松林为快速上升的趋势。3种针叶林的NPP随年降水量的变化行为不同,华山松林极轻微地增大,华北落叶松林和油松林均是先增加后降低;然而在极端干旱年份或极端湿润年份,3种针叶林的NPP都趋向于相同的较低值,其原因可能分别是水分胁迫和低温胁迫。气象因子对林分NPP的影响具明显的"滞后效应"和种间差异。华山松林NPP与上年11月和当年9、11月的降水量显著负相关;油松林NPP与上年9月及当年4月的降水量显著相关;上年和当年9月的降水量均与华北落叶松林NPP显著正相关。上年6月的温度和当年3与6月的月均温及月均最高温能显著影响3种针叶林的NPP,但存在种间差异,其中华山松林NPP与当年与上年生长季各月的温度均呈不同程度的负相关,而油松林和华北落叶松林则多呈不同程度的正相关。     

六盘山南侧华北落叶松人工林蒸腾对土壤水分和潜在蒸散的响应

量化林分蒸腾对大气蒸发需求和土壤供水变化的响应能更好预测林分水分利用和水分循环特征并深化对林水关系的认识。本研究以六盘山南侧的香水河小流域的华北落叶松人工林为研究对象,采用热扩散探针法监测树干液流,同步测定环境因子,分析林分蒸腾对潜在蒸散和土壤体积含水率变化的响应关系。结果表明: 林分蒸腾对土壤体积含水率变化响应的曲线在不同潜在蒸散水平下基本相似,即随土壤体积含水率增大,林分蒸腾先快速后缓慢增大,达到阈值后趋于平稳,该过程可用饱和指数增长函数得到较好的拟合;但土壤水分阈值存在差异,且阈值随潜在蒸散的升高而增大。林分日蒸腾量随潜在蒸散增加的变化遵循抛物线曲线,也存在阈值效应。采用连乘方式耦合了生长季中期林分蒸腾响应土壤体积含水率和潜在蒸散的关系,形成了同时考虑土壤供水能力和大气蒸发潜力影响的林分蒸腾模型,该模型能很好地估测蒸腾的日变化,可为人工林水分调控管理提供指导。     

六盘山南坡华北落叶松人工林冠层LAI的坡面尺度效应

叶面积指数(LAI)是评价森林的生长、结构及众多服务功能的重要参数,受坡面上环境条件变化影响而有坡面变化与尺度效应,对此需要深入理解和精细刻画。在六盘山半湿润区香水河小流域选择了33年生华北落叶松人工林的一个斜坡长480.6m、水平长398.2m的东南坡向的典型坡面,在整个坡面上建立了宽30 m的调查样带,均匀分为空间连续的16个样地,在2014年生长季中期测定了林冠层LAI,并分析其坡面变化规律。结果表明:林冠层LAI存在明显的坡面差异,其坡面平均值为3.11,变化在2.66—3.49,变幅为0.83,变异系数为0.09;LAI总体上随着从坡顶向下的坡长增加呈波动性增大趋势,在坡面中部(水平坡长188.45 m时)达到最大,之后稍微减小。森林冠层LAI存在着坡面空间尺度效应,即冠层LAI的顺坡滑动平均值(Y_1)随水平坡长(X,m)增加而逐渐增大,平均每100 m升高0.12,其回归关系式为:Y_1=-2×10~(-8)X~3+8×10~(-6)X~2+5×10~(-4)X+2.6523,(R~2=0.99);各样地LAI与整个坡面平均值的比值(Y_2,小数)随水平坡长(X_1,m)增加呈现为波动性的非线性变化,其回归关系式为:Y_2=-9×10~(-9)X_1~3+2×10~(-6)X_1~2+1×10~(-3)X1+0.829,(R~2=0.78),可基于此式将特定坡位样地的实测LAI推算整个坡面的估计值。造成研究坡面上LAI坡位变化的主要原因是不同坡位(海拔)样地的气温与土壤含水量的差异。     

六盘山南侧不同坡位华北落叶松人工林树干液流特征及其环境影响因子

在环境因子空间差异明显的半湿润地区,开展树干液流动态变化对坡位响应的研究,有利于探讨树干液流从样地到坡面的尺度上推方法,以准确估算坡面/流域尺度的森林蒸腾。在六盘山南侧香水河小流域一个东南坡向的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林坡面,自上而下设立5个不同坡位的样地(P_1、P_2、P_3、P_4、P_5),利用热扩散探针法监测树干液流,同步监测气象、土壤水势等环境因子。结果表明:研究期间日均液流速率(Js,mL·cm~(-2)·min~(-1))存在显著的坡位差异,为P_2(0.0397)P_4(0.0368)P_3(0.0325)P_5(0.0311)P_1(0.0278);J_s与最高气温(Tmax)、太阳辐射强度(SR)、潜在蒸散(PET)、饱和水汽压差(VPD)、土壤水势(Ψ)、土壤水分(VSM)呈显著正相关,与最低气温(T_(min))、空气相对湿度(RH)、降水量(P)呈显著负相关,且相关系数大小存在明显的坡位差异;对边界线的斜率绝对值分析表明,液流速率对环境因子响应程度存在差异,从坡上到坡下,J_s对气温、RH、VPD、PET及!的响应逐渐减小,而对SR、VSM的响应程度则逐渐增大;进一步偏相关分析和回归分析表明,对不同坡位J_s影响较大的主导环境因子均为PET和VPD,Ψ和T_(max)对坡上样地J_s发挥着重要作用,而坡下样地J_s受SR和VSM的影响较大。综合来看,Js的坡位差异是土壤水分和气象条件共同作用的结果,在进行J_s的尺度外推时,土壤水分和气象因子的坡位变化都是要考虑的因素。     

不同时间尺度下华北落叶松人工林冠层蒸腾与环境因子的关系

在半干旱区连续2年监测华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树干液流、气象因子和土壤体积含水量,分析不同时间尺度下人工林冠层蒸腾与环境因子的关系。结果表明：不同时间尺度下,华北落叶松人工林冠层蒸腾的季节变化均呈单峰曲线,即先增大后减小的趋势;2016年、2017年日蒸腾量分别为1.58 mm/d和1.71 mm/d,生长季蒸腾总量分别为241.30 mm和260.97 mm。在日尺度下,气温、太阳辐射强度和饱和水汽压差是影响华北落叶松人工林冠层蒸腾主要环境因子;月尺度下,气温、风速、降水和土壤水分是冠层蒸腾的主要影响因子;冠层蒸腾与降水、大气相对湿度的相关关系由日尺度下的负相关到月尺度的正相关,相关性增强。总体来看,随时间尺度由小到大,气温、风速、大气相对湿度、降水、土壤水分对冠层蒸腾的影响作用增大,而太阳辐射强度、饱和水汽压差的作用减弱;在未来增温增雨趋势下,研究区生长季将延长,华北落叶松人工林冠层蒸腾量可能会加大。     

宁夏六盘山3种针叶林降水利用效率的年际变化及其对气象因子的响应

为揭示我国西北山地温带针叶林降水利用效率(RUE)的年际变化及其对气象因子响应的差异性, 在宁夏六盘山研究了华山松(Pinus armandii)天然林、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)和油松(Pinus tabulaeformis)人工林的RUE及其与气象因子间的关系。结果表明: 3种针叶林RUE及其年际变化存在种间差异。生产力高的林分(两种人工林)具有更高的RUE, 华北落叶松林年平均生产力和RUE分别为6.72 t·hm ^-2·a ^-1和1.12 g·m ^-2·mm ^-1, 是华山松林的2.53倍和2.49倍; 油松林分别为5.76 t·hm ^-2·a ^-1和0.97 g·m ^-2·mm ^-1, 也远高于华山松林。在林龄小于32年时, 3种林分RUE总体表现出随林龄而增加的趋势, 但存在着种间差异, 其中两种人工林增速更快; 华山松林在林龄为32-45年时, RUE呈波动变化, 之后呈下降趋势。RUE的年际变化趋势与林分生产力相似, 即在生产力较高的年份RUE也较高。气象因子对RUE的影响有明显的“滞后效应”和种间差异。RUE受年降水量及其年内分配格局的影响。随年降水量增加, 华山松林RUE逐渐减小, 而华北落叶松和油松林RUE均先升高后降低; 在干旱年份3种针叶林RUE趋向于相近的值(不一定是最大值), 而在湿润年份趋向于相同的最小值; 除受当年春季(4月)或秋季(9-11月)的降水量影响外, 3种针叶林的RUE还受上一年夏秋(8-9月)的降水量影响。3种针叶林的RUE都极显著地受到上年6月、当年3与6月气温的影响; 此外, 华山松林RUE与当年2月气温负相关, 两人工林均受到当年4、5月气温的显著促进作用。     

呼伦贝尔沙地樟子松林净初级生产力对气候变化的响应

以呼伦贝尔沙地樟子松人工林为研究对象，利用树木年轮学和解析木法，推算过去41年樟子松林的生物量和年净初级生产力，并分析年净初级生产力与气温、降水、湿度等气象因子的关系。研究表明：随着林龄的增加，樟子松林生物量变化符合逻辑斯蒂生长方程；樟子松林生物量从1977年的4.83 t/hm²到2017年的167.95 t/hm²。樟子松林净初级生产力年际差异较大，呈先增加后减小、最后趋于稳定的趋势，多年平均净初级生产力为4.08 t hm^-2 a^-1，最高达到6.13 t hm^-2 a^-1，最低为2.63 t hm^-2 a^-1。气候因子与樟子松林净初级生产力关系较为密切，并具有一定的"滞后效应"；樟子松林净初级生产力与上一年8月、12月和当年3月的降水量显著相关；净初级生产力与上一年和当年8-9月的月均湿度极显著正相关；净初级生产力与各月温度均呈不同程度的负相关，尤其是上一年和当年的6-9月温度显著影响着净初级生产力。研究表明，樟子松林净初级生产力受温度和降水的综合影响，净初级生产力与气候因子的关系属于温度敏感型，未来该地区持续升温的条件下樟子松林净初级生产力可能会降低。     

六盘山南侧华北落叶松人工林冠层蒸腾及其影响因子的坡位差异

2014年5—10月,在宁夏六盘山香水河小流域选择了一个东南坡向的典型华北落叶松人工林坡面,设立上、中上、中、中下、下5个坡位的样地(P_1、P_2、P_3、P_4、P_5),利用热扩散探针法监测树干液流,并同步监测气象、土壤水势等环境因子.结果表明:研究期间林分日蒸腾(T_r,mm·d^-1)存在显著的坡位差异,不同坡位T_r为:P_2(0.975)>P_4(0.876)>P_3(0.726)>P_1(0.653)>P_5(0.628).T_r与日最高气温(T_max)、日均太阳辐射强度(SR)、日均饱和水汽压差(VPD)、日潜在蒸散(PET)、日均土壤水势(Ψ)呈显著正相关,与日均大气相对湿度(RH)、日降水量(P)、日最低气温(T_min)呈显著负相关.基于边界线的斜率绝对值分析表明,从坡上到坡下,T_r对日均气温(T)、RH、VPD、PET和Ψ的响应呈现逐渐减小的趋势,而对SR、土壤体积含水量(VSM)的响应程度则逐渐增大.进一步回归分析和偏相关分析表明,VPD、PET和RH对不同坡位T_r的影响均占主导地位,Ψ和T对上坡样地T_r影响较大,而下坡样地T_r受SR、T_min和VSM的影响较大.总体来看,T_r的坡位差异是土壤水分和气象条件共同作用的结果,在利用特定观测样地的液流速率尺度外推计算坡面T_r时,需同时考虑土壤水分和气象因子随坡位的变化.     

呼伦贝尔沙地樟子松人工林乔木层固碳速率及其对气象因子的响应

以呼伦贝尔沙地樟子松人工林为对象,利用树木年轮学方法和解析木法,推算过去41年的樟子松林生物量、碳密度和固碳速率,并分析固碳速率与月均气温、月均最低温、月均最高温、月降水量、月均大气相对湿度等气象因子的关系。结果表明:樟子松林碳密度随着林龄的增加而增加,碳密度从1977年的2.58 t·hm^-2增加到2017年的87.97 t·hm^-2;樟子松林固碳速率的年际差异较大,总体上呈现出先增加后减小,最终趋于稳定的趋势,多年固碳速率为1.37~3.21 t·hm^-2·a^-1,平均为2.13 t·hm^-2·a^-1;樟子松林固碳速率与上一年和当年生长季的降水呈正相关,与非生长季降水呈负相关,特别是与上一年12月和当年3月降水量呈显著相关;与上一年和当年8—9月的月均湿度显著正相关;与上一年及当年生长季的月平均气温、月均最低温和月均最高温呈显著或极显著负相关;樟子松林固碳能力同时受温度和降水的影响,但温度的影响大于降水的影响,在未来该地区气候暖干化的变化趋势下樟子松林固碳潜力可能会降低。