黄土丘陵区辽东栎和刺槐树干液流时滞效应与蒸腾特征的关联性

运用Granier热扩散探针法,于2016年7-9月对半干旱黄土丘陵区天然次生林树种辽东栎和人工林树种刺槐的树干液流进行连续测定,并同步监测气象因子和土壤含水量,用错位相关法分析液流通量密度与空气水汽压亏缺日变化的时滞长度,研究2个树种不同径级个体在不同土壤水分条件下液流通量密度与蒸腾驱动因子之间的时滞效应.结果表明:辽东栎和刺槐液流通量密度的日变化节律与气象因子显著相关,空气水汽压亏缺峰值的出现较辽东栎树干液流通量密度滞后118.2 min,较刺槐树干液流通量密度滞后39.5 min;而光合有效辐射的峰值通常滞后于辽东栎12.4 min,提前于刺槐68.5 min.液流通量密度和空气水汽压亏缺的时滞长度与树种和土壤含水量显著相关,辽东栎、刺槐在土壤含水量较高时段的时滞长度分别大于土壤含水量较低时段32.2和68.2 min.时滞长度与径级的相关性整体上未达到显著水平,但在土壤含水量较低时段小径级刺槐的时滞长度大于大径级21.4 min,差异达到了显著水平.两树种液流通量密度与空气水汽压亏缺之间的时滞效应反映了对蒸腾驱动因子的敏感性,较好的土壤水分条件有利于液流通量密度提早达到峰值,较低土壤水分会导致树干液流对气象环境因子响应的敏感性降低;刺槐树干液流受土壤水分的影响更显著.     

黄土丘陵区辽东栎树干液流特征对边材面积和土壤水分的响应

运用Granier热扩散探针法对半干旱黄土丘陵区不同胸径辽东栎进行树干液流测定,并对太阳辐射、空气温湿度、降水量、土壤水分等环境因子进行同步观测,分析不同土壤水分条件下不同胸径辽东栎的树干液流变化特征及其对环境因子的响应.结果表明:辽东栎液流日变化特征总体上与太阳辐射和空气水汽压亏缺呈相同趋势,但液流峰值出现时间早于两个气象环境因子的峰值时间.同一树木个体在土壤水分条件较高时期的树干液流通量高于土壤水分较低时期.在相同土壤水分条件下,大径级样本液流通量显著高于小径级样本.采用指数饱和曲线函数对液流通量与太阳辐射和空气水汽压亏缺以及两因子的综合指标进行拟合,效果良好,可以反映液流通量对气象环境因子的响应规律.不同胸径辽东栎在不同土壤水分条件下的拟合曲线特征和拟合参数差异表明,在土壤水分较高时段,液流通量可快速上升至饱和值;在土壤水分较低时段,液流通量上升缓慢.小径级样本对土壤水分变化的反应更加剧烈.单位空气水汽压亏缺的日液流通量值(日液流通量与空气水汽压亏缺的比值)在两种土壤水分条件下的比值与边材面积呈线性相关,且小径级样本的斜率高于大径级样本,说明小径级样本对土壤水分的变化较为敏感,在土壤含水量较低时段,大径级样本较厚的导水组织对土壤水分供应不足起到了缓冲作用.     

黄土高原半湿润区刺槐树干液流对人工截留降雨输入及环境因子的响应

随着全球气候变化加剧, 局部地区温度上升和降水量改变将对区域植被的分布与生长产生重要影响。在黄土高原半湿润及半干旱地区植被恢复中, 刺槐(Robinia pseudoacacia)是大面积种植的人工林树种。为探究该树种蒸腾耗水特征对降水量改变及水分条件差异的响应, 于2015年4月起, 在地处黄土高原半湿润区的陕西省永寿县槐平林场, 于35年生刺槐人工林样地中布设了人工截留降雨试验, 减少了47.5%的降雨输入。处理当年生长季内, 截留降雨处理区0-100 cm土层的平均土壤含水量相对于对照区(23.76%)有明显降低(22.59%)。采用Granier热扩散探针对截留降雨处理区和对照区的样树树干液流动态进行连续监测, 并同步监测主要气象环境因子(太阳辐射、空气温度和湿度)和林地土壤含水量, 分析了截留降雨处理区与对照区树干液流通量密度动态特征及其对环境因子的响应。结果表明: 截留降雨输入处理降低了刺槐树干液流通量密度, 截留降雨处理期间典型天气的平均液流通量密度(1.64 mL·m ^-2·s ^-1)不仅低于同组样树在处理前一年同期的水平(2.42 mL·m ^-2·s ^-1), 而且远低于试验期间对照区样树的平均水平(3.38 mL·m ^-2·s ^-1); 同时, 截留降雨处理还降低了刺槐液流通量密度对气象因子变化的敏感性, 截留降雨处理区样树液流通量密度响应空气水汽压亏缺的拟合方程参数值与对照区样树差异显著。分析可知, 降水量水平不仅影响土壤水分状况, 而且影响刺槐对气象环境因子响应的敏感性, 降水量减少导致的土壤含水量整体降低会使得该区域刺槐蒸腾耗水量下降, 显示其对环境因子的适应性, 但最终会导致生产力的大幅度降低。     

甘肃亚高山云杉人工林生态系统碳、氮储量动态和分配格局

云杉是甘肃亚高山地区重要的造林树种,研究其生态系统碳、氮储量的动态变化和分配格局有利于评价云杉人工造林后的生态恢复效果。以甘南、定西地区不同林龄(包括幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)的云杉人工林为研究对象,共设置16块调查样地。在野外调查、样品采集和分析的基础上,估算了其生态系统的碳、氮储量。结果显示:云杉林乔木不同器官的碳含量相对稳定,氮含量则与器官类型有密切关系;同一土层不同龄级的土壤碳、氮含量无明显差异。从乔木层、灌木层、枯落物层到草本层碳氮含量比值依次减小,土壤层碳氮含量比值最低。该地区云杉人工林生态系统总碳、氮储量分别为257. 75—430.23 t/hm~2和20.50—29.88 t/hm~2。随着林龄的增加,植被层碳、氮储量增加显著,分别从15.5 t/hm~2和0.24 t/hm~2增加到143.51 t/hm~2和1.65 t/hm~2。土壤层(0—100 cm)碳、氮储量分别为242.23—367.79 t/hm~2和20.26—29.58 t/hm~2,在整个生态系统各龄级中所占比例均超过60%和90%。生态系统和土壤层(0—100 cm)碳、氮储量在不同龄级间无显著差异。生态系统中土壤层、乔木层及灌、草、枯落物层的碳储量比例分别为85.72%、13.44%和0.84%,氮储量比例分别为97.60%、2.08%和0.32%。     

黄土丘陵区刺槐、辽东栎林地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征

黄土高原中部的丘陵沟壑区位于半湿润、半干旱气候带,生态环境脆弱,水土流失严重,植被恢复是该地区水土保持与生态重建的重要措施。辽东栎天然次生林和刺槐人工林是该地区典型的森林植被类型。以黄土丘陵森林分布区边缘的两种主要森林类型为对象,通过采集林地不同深度土壤样品,对比分析两种林地土壤中碳、氮、磷含量的计量关系及垂直分布特征,旨在探明该区域土壤化学计量特征及主要影响因素。结果表明:(1)在两种林地类型中,土壤有机碳与全碳含量呈正相关关系,两种林地可用同一曲线进行拟合,说明特定土壤类型在同一区域其有机碳和无机碳相对含量基本稳定。(2)土壤有机碳与全氮比值在10左右,在不同土层深度无明显变化;而土壤全碳与全氮比值则随土壤深度的增加而增加,超过1 m以后呈现饱和曲线的变化趋势。(3)土壤氮磷比随土壤深度的增加呈幂次型降低。     

甘肃省5种典型人工林生态系统固碳现状与潜力

基于野外调查与室内实测数据,结合第八次全国森林资源清查资料,分析了甘肃省5种典型人工林生态系统(刺槐、杨树、油松/华山松、落叶松及云杉林)森林生态系统碳密度、碳储量,并估算了乔木层固碳潜力.结果表明: 5种典型人工林生态系统平均碳密度和总碳储量分别为139.65 t·hm^-2和85.78 Tg,不同人工林类型之间差异较大.不同龄组间碳密度表现为近熟林(250.70 t·hm^-2)最大,其次是成熟林(175.97 t·hm^-2)和中龄林(156.92 t·hm^-2),幼龄林(117.56 t·hm^-2)最低.碳储量表现为幼龄林(45.47 Tg)>中龄林(19.54 Tg)>成熟林(11.84 Tg)>近熟林(8.93 Tg),幼中龄林碳储量占总碳储量的75.9%.5种典型人工林乔木层现实固碳潜力合计为7.27 Tg,刺槐林(2.49 Tg)和杨树林(2.10 Tg)最大;各龄组中,幼龄林现实固碳潜力最大(3.78 Tg),其次是中龄林(2.04 Tg),近熟林最小(0.45 Tg).5种典型人工林乔木层最大固碳潜力达27.55 Tg,表现为刺槐林(9.42 Tg)>落叶松林(6.22 Tg)≈云杉林(6.36 Tg)>杨树林(3.18 Tg)>油松/华山松林(2.37 Tg);其中,幼、中龄林最大固碳潜力分别为18.48和6.89 Tg,占总最大固碳潜力的92%.     

模拟降雨减少对刺槐人工林土壤养分和微生物群落的影响

降雨是黄土高原地区土壤水分的最主要来源。为探明降雨减少对黄土高原半湿润区土壤养分和土壤微生物群落的影响，以刺槐人工林为研究对象，通过搭设透光遮雨板将部分穿透雨导流至样地外，实施了4年减少总降雨输入约47%的处理，测定了在不同降雨条件下林地的土壤养分含量、土壤微生物多样性及群落结构特征，分析了土壤养分和土壤微生物对降雨减少的响应。结果表明：减雨处理4年后(1)处理样地土壤有机碳、全氮、全磷含量均低于对照样地，全氮含量差异达到显著水平(P<0.05)。(2)对照样地生长季和非生长季土壤微生物多样性差异不显著，减雨处理样地非生长季的细菌均匀度显著低于处理样地生长季和对照样地非生长季(P<0.05);降雨减少对细菌和真菌的群落结构有显著影响(P<0.05),降雨减少显著降低了酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度，提高了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度(P<0.05)。(3)土壤有机碳、全氮含量与部分细菌相对丰度显著相关，土壤...     

黄土高原半干旱区侧柏(Platycladus orientalis)树干液流动态

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4～10月对黄土高原安塞县侧柏人工林树干液流速率进行了连续测定,并对周围气象、土壤水分等多个环境因子进行了同步测定.结果表明:侧柏在不同月份晴天树干液流速率变化具有明显的昼夜节律性,呈单峰曲线;且各月液流速率日均值受土壤供水水平限制总体上呈下降趋势,即4月份最大,为0.00135 cm · s-1;10月份最小为0.00011cm · s-1;树干液流速率与光合有效辐射、大气温度、水汽压差呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度:光合有效辐射＞水汽压差＞大气温度＞相对湿度,并可用线性表达式来估算;侧柏边材面积和地径呈幂指数关系,并以此结合密度估算出样地侧柏人工林的边材面积为4.65m2,最终估算出侧柏人工林生长季总耗水量为1159.6 t · hm-2.     

未来气候变化对沙枣适宜分布区的影响预测

气候变化显著影响全球植物物种的地理分布,了解未来气候变化对我国造林树种适宜分布区的影响,及时采取应对措施,对提高造林的成效具有至关重要的作用.选取在荒漠化防治和退化土地修复中起重要作用的优良树种沙枣为研究对象,利用MaxEnt和GIS工具,基于182个来自标本馆、出版文献的记录和13个来自BIOCLIM、Holdridge生命地带、Kira指数的气候因子,预测其气候适宜区在未来气候情景下的变化.结果表明: 未来(2070s)4种气候情景对沙枣适宜区的影响存在差异,在低浓度温室气体排放情景(RCP 2.6)下适宜区面积将缩减,缩减的区域主要位于西北当前适宜分布区的边缘;而中等偏低浓度温室气体排放情景(RCP 4.5)、中等偏高浓度温室气体排放情景(RCP 6.0)和高浓度温室气体排放情景(RCP 8.5)下,均有不同程度的扩张,扩张的区域主要位于西北暖温带干旱地区和东北部中温带半湿润地区;在RCP 8.5情景下,北部中温带干旱区和半干旱地区以及南方北亚热带湿润地区也有较明显的扩张.未来适宜区分布范围的地理质心将以6～19 km·(10 a)^-1的速度移动,海拔质心将以3～20 m·(10 a)^-1的速度向更低区域移动.沙枣稳定适宜区约占当前适宜区分布范围的83%～98%,当前的气候适宜区总体稳定.     

降雨减少对刺槐树干液流特征的影响

在全球气候变化背景下,区域降水格局正在发生改变,对森林生态系统生产力和水文过程将产生重要影响。为揭示降雨量减少对树木蒸腾耗水特征及其响应环境因子的影响,本研究以黄土高原半湿润区主要造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)为对象,在减雨样地林分行间布设人工减雨板减少约47%的降雨输入,采用Granier型热扩散探针测定树干液流动态,并同步监测太阳辐射、空气温度、相对湿度、降雨事件和土壤含水量等环境因子,分析了树干液流对减雨处理及季节性土壤水分变化的响应特征。结果表明：减雨处理显著降低了刺槐液流通量密度标准化值,处理第3年标准化液流通量密度显著低于对照样地;减雨样地刺槐标准化液流日变化峰值时间早于对照样地,表明减雨样地刺槐较早实施了气孔调节,改变了其与气象因子的时滞时间;标准化液流通量密度响应蒸腾驱动因子的拟合方程参数值在样地间呈极显著差异,显示减雨样地刺槐响应气象因子的敏感性有所降低。降雨量的改变不仅影响林地土壤水分状况,还会对刺槐蒸腾耗水及其对环境因子的响应产生影响。