广州市农作物系统与大气的CO2交换

在广泛收集资料和实验分析的基础上,研究了广州市各种农作物系统与大气CO2交换.分析了各种农作物系统净生产力吸收CO2的能力和碳汇功能大小.结果表明:2005年广州市8种农作物系统作物净生产力吸收CO2 4 032 366t·a-1,其土壤CO2排放3981753t·a-1,吸收大于排放,对大气CO2而言,整个农作物系统是一个弱的碳汇;水稻、甘蔗、木薯和果用瓜4种连作或高杆作物系统每年作物净生产力吸收CO2量大于土壤CO2的排放量,系统具有较大的碳汇功能,花生、大豆、花卉和蔬菜4种矮杆作物系统每年作物净生产力吸收CO2量小于土壤CO2的排放量,系统起着碳源作用;果实或经济产量生长在地上部分的作物其单位面积吸收CO2能力比果实(块根)生长在地下的作物大;除花生在生育期间生物量吸收CO2量少于同期土壤排放以外,其余7种作物在生育期间生物量吸收CO2的量大于同期土壤排放,大多数农作物在生育期间具有碳汇功能,在撂荒期才体现碳源作用.     

桃江县毛竹林生态系统碳储量及其空间分布

采用标准地调查和生物量实测方法,研究了湖南省桃江县毛竹林生态系统生物量、碳含量、碳储量及空间分布格局。结果表明,不同年龄毛竹林生态系统总生物量分别为:28.147、30.889 t/hm~2和57.763 t/hm~2,其中竹林层生物量为20.254、25.036、55.685 t/hm~2,各器官生物量均以竹竿最高,占器官生物量的63.0%以上。不同年龄毛竹各器官碳平均含量为0.466—0.483 g C/g;灌木层碳含量为0.474—0.489 g C/g;草本层为0.472—0.490 g C/g;死地被物层为0.213—0.276 g C/g;土壤层有机碳含量为14.790—34.503 g C/g。各年龄毛竹林生态系统总碳储量分别为131.273、139.089 t/hm~2和167.817 t/hm~2,其中植被层碳储量为13.627—28.419 t/hm~2,占系统总碳储量的9.935%—16.935%;死地被物为0.307—0.420 t/hm~2,占0.234%—0.265%;土壤层为117.339—138.978 t/hm~2,占82.815%—89.799%。毛竹林生态系统碳储量分布格局为:土壤层植被层死地被物层。研究结果可为深入研究毛竹林的碳平衡提供基础数据。     

湖南会同杉木人工林林冠截留特征

林冠对降水的截留是森林生态系统水分平衡的一个重要组成部分,在水分循环和水资源管理方面起着非常重要的作用。杉木是我国特有的速生商品材树种,研究杉木人工林各生长阶段的林冠截留,能更好的了解杉木各生长阶段的水循环过程以及涵养水源的能力。以湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站第Ⅲ集水区杉木人工林为研究对象,采用小集水区径流场综合试验法对1983年至2007年杉木人工林幼龄阶段、中龄阶段及近熟阶段3个不同生长阶段的林冠截留进行分析。结果表明:(1)杉木人工林不同生长阶段年均截留率分别为:幼龄阶段26%、中龄阶段27.86%和近熟阶段29.47%,3个阶段的截留率季节变化规律相似,但在降雨量较小的月份,近熟阶段的截留率明显高于幼龄阶段。(2)在雨量级小于1.0 mm时,3个阶段林冠截留率都较高且无明显差别,均在86%以上;在1.0—2.0mm雨量级时,3个阶段截留率与雨量级小于1.0 mm时均大幅降低,但3个阶段截留率物显著差异,幼龄阶段48.1%、中龄阶段48.7%和近熟阶段47.1%;在进入2.0—4.0 mm雨量级时,3个阶段截留率差异较大,幼龄阶段30.5%、中龄阶段38.4%和近熟阶段44.1%,近熟阶段的林冠能截留住更多的降雨;当降雨量大于100 mm时,3个阶段林冠截留率又无明显差异截留率均低于10%。(3)Fan模型对各阶段杉木人工林林冠截留的模拟较为理想。     

不同林龄第2代杉木林枝叶凋落前的养分转移特征

利用会同杉木林25年的定位测定的基础数据,探讨了不同林龄杉木(Cunninghamia lanceolata(lamb) Hook)枝叶凋落前的养分转移特征,为人工林经营管理提供科学依据。结果表明:杉木枝叶凋落前年均养分转移量为3.22—31.89 kg hm~(-2) a~(-1),其中,叶占71.31%—94.41%,枝占5.59%—28.69%。枝的养分转移量随林龄增加而增加。林分20年生以前,叶的养分转移量呈上升趋势,20年生以后,呈下降趋势。枝的养分转移率为20.97%—22.59%,叶是22.98%—26.06%,枝和叶的养分转移率都随林龄增加而增大。各林龄段的枝的养分转移率差异不显著(P0.05),叶的养分转移率除1—7年生与其他林龄段的差异显著(P0.05),其余各林龄段之间差异不显著(P0.05)。转移的元素量中,N和K占83.75%—84.25%,P、Ca、Mg占15.75%—16.25%。N、P、K、Ca、Mg的转移率分别为24.59%—34.53%,36.36%—46.64%,42.86%—51.27%,3.68%—7.35%,3.67%—9.56%。养分转移率主要受枝叶凋落前、后的养分浓度差值与枝叶凋落前的养分浓度控制,与凋落物量无关。养分的转移量不仅受枝叶凋落前、后的养分浓度差值的影响外,更多地取决于凋落物量,而且与杉木生长发育特征有很大的关联。     

湘西南喀斯特地区灌丛生态系统植物和土壤养分特征

以湖南省邵阳县轻度、中度(弃耕地)和重度石漠化的灌丛生态系统为研究对象,采集3种不同石漠化程度的灌丛植物样品以及0～15、15～30、30～45 cm 3个土层土壤,研究土壤、植被养分的分配格局及相互关系.结果表明:土壤有机碳、全N含量在不同土层中差异显著,且其含量均随土层深度增加而减少,而全P、全K、全Ca、全Mg含量在各土层间无显著差异;3种石漠化程度灌丛土壤全N、全P、全Ca、全Mg含量差异显著,且中度石漠化样地土壤有机碳、全N和全P含量相对较高.轻度和重度石漠化土壤各元素含量排序均为有机碳>全K>全Ca>全Mg>全N>全P,而中度石漠化样地土壤各元素含量排序为有机碳>全K>全Ca>全N>全Mg>全P;3种石漠化程度植物各养分含量由高到低依次为Ca>N>K>Mg>P,且植物N、P含量和土壤全N、全P含量均呈显著正相关.土壤养分状况与植物生长密切相关,根据不同石漠化程度土壤养分状况,应该采用封山育林与人工造林相结合以及针对性施肥的方法来治理石漠化.     

不同年龄毛竹林养分分布及生物循环特征

毛竹林是我国重要的森林资源类型,由于片面追求经济效益,许多竹阔混交林被改造为纯林,造成其土壤质量和立地生产力不同程度退化。因此研究毛竹林生产力和营养元素循环特征,对保持毛竹林持续生产力具有重要意义。以湖南桃江县桃花江林场毛竹林作为研究对象,将同一年龄毛竹的株数占据60%以上林地的标准划分各年龄段毛竹林,并研究不同年龄(1年,3年和5年)毛竹林生态系统营养元素含量、积累和分布格局以及生物循环特征。结果表明:竹林层营养元素平均含量均以N和K含量最高,Ca和P较低,各营养元素在毛竹不同器官的含量存在差异且随竹龄变化而变化;因毛竹林年龄不同,死地被物各层次的营养元素含量不同,并且同一年龄毛竹林亦随层次不同而异;土壤层N、P、K元素随着土层深度的增加而递减,Ca则随土层深度增加而增加。竹林层营养元素总积累量为338.31—1104.72 kg/hm~2,死地被物层为37.69—46.94 kg/hm~2,土壤层为56952.67—63783.22 kg/hm~2。不同年龄毛竹林生态系统营养元素年吸收量为237.41—338.3 kg/hm~2,归还量为20.84—86.47 kg/hm~2,存留量为216.57—267.05 kg/hm~2,利用系数为0.27—1.00,循环系数为0.09—0.25,周转时间在6.17—40.33年之间。     

贵阳花溪区石灰土林地土壤重金属含量特征及其污染评价

选取贵阳市花溪区典型石灰土林地土壤作为研究对象,分析了林地石灰岩和土壤中7种重金属(Cu、Zn、Mn、Cd、Ni、Pb、Co)的含量特征,以贵州省土壤背景值和全国石灰(岩)土类背景值为评价标准进行林地土壤重金属污染评价和潜在生态风险评价.结果表明:林地石灰岩以Pb的平均含量(40.21mg·kg-1)最高,Zn的(5.78 mg·kg-1)最低,7种重金属平均含量高低顺序为:Pb＞Ni＞Mn＞Co＞Cu＞Cd＞Zn;林地土壤中以Mn的平均含量(451.16 mg·kg-1以上)最高,Cd的(2.87mg·kg-1以下)最低,7种重金属含量的变异系数在8.57%～63.10%之间,Zn的平均含量明显低于贵州省土壤背景值和全国石灰(岩)土类背景值,Cu、Mn、Cd、Pb、Ni、Co的平均含量高于或接近于贵州省土壤背景值和全国石灰(岩)土类背景值.Cu、Zn、Mn、Ni、Co,Ni与Pb,Cd与Pb,Cd与Co来源相同的可能性较大,而Cd与Cu、Ni,Pb与Mn、Cu、Co的来源不同;石灰土偏碱性,富含Ca、Mg元素,有利于重金属Cd、Pb的累积.单因子污染指数和多因子综合指数(内梅罗指数法)与Hakanson潜在生态危害指数的评价结果一致,林地土壤重金属综合污染指数在3.67以上,达到重污染程度,以Cd的污染指数(4.94以上)最高,污染程度最为严重,其次是Pb(1.82以上),Zn、Mn污染程度最低,林地土壤重金属潜在生态危害指数(RI)为173.75以上,为中度生态危害程度,产生最大生态危害的是Cd,其次是Pb、Ni、Co、Cu,危害程度最小的是Mn、Zn,在相同的成土母岩和人为活动影响下,无林地土壤重金属的综合污染指数和潜在生态危害指数均明显高于有林地.     

湖南会同连作杉木林凋落物量20年动态特征

在湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站试验基地的第Ⅲ集水区,对连作杉木林的凋落物量进行连续20a的定位观测,研究凋落物的组成特征、季节和长期动态变化格局.结果表明:连作杉木林从第8年起开始收集到凋落物,第8～20年间,凋落物量总体呈上升趋势,年平均生物量为(1109.86±117.27)kg·hm-2.凋落物中针叶、小枝、落果和碎屑所占比例分别为63.75%,25.87%,5.11%和2.19%.会同杉木人工林有明显的季节性凋落节律,1月至6月份,凋落物量总体上呈现上升趋势,从6月份至12月份总体上呈下降趋势,凋落物量的峰值出现在6月份,11月份则全年最低.凋落物与林龄呈显著的二次曲线相关,模拟凋落物量与林龄的关系,得到二次曲线方程关系:y=-10.06x2+361.1x-1747,R2=0.920, p<0.001.凋落物中的小枝、针叶、落果与林龄呈显著二次曲线方程关系(p<0.05),而碎屑与林龄的相关性不显著.     

连栽第1和第2代杉木人工林养分循环的比较

森林生态系统的养分循环是生态系统的重要功能过程之一,直接影响着森林的生产力,很大程度上影响和制约着林地的肥力水平,而且人工林连栽地力衰退和生产力下降现象普遍存在,寻求杉木林连栽两代杉木人工林养分循环差异与连栽林分生产力下降的关系,无疑具有重要的现实意义。利用30多年连续定位的测定数据,分析了连栽第1、2代杉木人工林在物质生产养分利用有效性、生物地球化学循环、地球化学循环的差异。结果表明,杉木速生阶段,第2代林每生产1 t干物质需要的养分比第1代林多1.58-3.29 kg,干材生长阶段,第2代林每生产1t所需养分比第1代林多4.23-5.92kg;速生阶段生物地球化学循环的养分利用系数第2代林比第1代林分下降19.7%-22.8%,养分循环系数下降12.8%-15.6%,干材生长阶段养分利用系数比第1代林分下降35.3%-36.2%,养分循环系数下降23.2%-27.0%,养分周转利用的生物地球化学循环功能第2代林比第1代林差;由干材生长进入成熟阶段的生长期内,伴随水文学过程的养分地球化学循环中,第2代杉木人工林生态系统的养分积累的地球化学循环的能力下降,养分流失率是第1代林的2倍左右,养分的积累率还不到第1代林的60%,对森林地力的维持和林木生长都是不利的。从生态系统水平上定位研究,定量分析了杉木连栽两代人工林养分循环功能过程,研究成果为我国南方人工林持续经营措施的制定提供了理论指导和科学依据。     

中国典型森林生态系统乔木层群落物种多样性的空间分布格局及其影响因素

物种多样性地理分布格局及其成因是生物地理学和宏观生态学研究的核心问题之一,基于中国13个典型森林生态系统乔木层群落植物的调查数据,分析物种多样性随经纬度的变化规律,探讨物种多样性空间分布格局的影响因素。结果表明:(1) 13个典型森林生态系统的4个物种多样性指数均随经纬度上升而下降,其中物种丰富度变化更为显著,而Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数随经度上升变化不显著;(2)相关性分析结果显示,物种多样性指数与植物特性、能量和水分因子的单因素相关关系并不一致。其中,物种丰富度、Shannon-Wiener指数和Simpson指数与年均温、最冷月均温、温度年较差和潜在蒸散量的相关性最显著(P0.01),Pielou指数与年均温、最冷月均温、实际蒸散量、潜在蒸散量和郁闭度有显著相关关系(P0.05);(3)方差分解结果表明,能量和水分的共同作用对物种多样性指数空间分布格局的解释率最高,达到15%—42%;植物特性、能量和水分因子三者共同作用对物种多样性指数空间分布格局解释率次之,为14%—27%;植物特性与能量因子或水分因子两者之间的共同作用以及植物特性和水分因子独立作用对物种多样性指数空间分布格局的解释率较小,其中能量因子对物种多样性指数空间分布格局的单独解释率高于植物特性或水分因子。研究表明能量和水分共同作用是影响大尺度森林乔木层物种多样性空间分布格局形成的主要因素,但植物特性的差异对物种多样性空间分布格局影响也不可忽视。