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.     

西双版纳热带季节雨林风时空变化特征初步分析

利用西双版纳热带季节雨林观测铁塔不同高度的风速及风向观测资料,分析了风的年、季节和日变化特征.结果表明,林冠上风速较强,林冠下风速较弱;林内风速的日变化和垂直变化均不明显.30～50 m范围内,风速垂直变化最显著,但年变化不大;50 m以上风速年变化显著,但垂直变化稍小.干热季(3～4月)风速最大,雨季(5～10月)次之,雾凉季(11～翌年2月)最小.昼间风速大于夜间.在昼间,上午风速最小,下午次之,中午最大.受地理位置和地形影响,风向具有明显的日变化特征,主导风向昼间为偏东南风,夜间为偏西风.昼间零平面位移(d) 值上午最大,中午次之下午最小,其年变化幅度呈现下午幅度大,上午和中午幅度小的趋势.粗糙度(Z₀)昼间值呈现下午>中午>上午的趋势,且下午Z₀值显著大于其他两个时段.     

中国东部南北样带典型针叶林土壤酶活性分布格局

选取中国东部南北样带不同气候区(寒温带、温带和亚热带)的针叶林作为研究对象,分析了多酚氧化酶、过氧化物酶、几丁质酶以及β-葡萄糖苷酶活性的变化。结果表明,土壤溶解性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)含量从北到南依次减小,寒温带显著高于亚热带;土壤p H值在3个气候区差异显著,温带最高,亚热带最低。分解木质素的多酚氧化酶和过氧化物酶活性不存在显著性差异;而与氮循环密切相关的几丁质酶活性表现为温带显著高于寒温带和亚热带;与碳循环密切的β-葡萄糖苷酶活性在温带最高,并显著高于亚热带地区。逐步回归分析表明,土壤MBN与p H值影响土壤几丁质酶活性,而土壤β-葡萄糖苷酶活性主要受p H的控制。研究认为,在中国东部南北样带针叶林中,土壤几丁质酶和β-葡萄糖苷酶活性存在显著性差异,而p H与MBN可能是影响土壤酶活性的主要因素。     

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.     

基于模型数据融合的长白山阔叶红松林碳循环模拟

 充分、有效地利用各种陆地生态系统碳观测数据改善陆地生态系统模型, 是当前我国陆地生态系统碳循环研究领域亟待解决的重要问题之一。该研究以2003~2005年长白山阔叶红松林的6组生物计量观测数据和涡度相关技术测定的碳通量数据为基础, 利用马尔可夫链-蒙特卡罗方法对陆地生态系统模型的关键参数(即碳滞留时间)进行了反演, 进而预测了长白山阔叶红松林生态系统碳库、碳通量及其不确定性。反演结果表明, 长白山阔叶红松林叶凋落物和微生物碳的平均滞留时间最短, 为2~6个月; 其次是叶和细根生物量碳, 二者的平均滞留时间为1~2 a; 慢性土壤有机碳的平均滞留时间为8~16 a; 碳在木质生物量和惰性土壤有机质库中的滞留时间最长, 平均滞留时间分别为77~109 a和409~1 879 a。模拟结果显示, 碳库和累积碳通量模拟值的不确定性将随着模拟时间的延长而增大。当气温升高10%和20%时, 长白山阔叶红松林总初级生产力年总量将分别增加6.5%和9.9%, 净生态系统生产力(NEP)年总量的变化取决于土壤温度的变化。若土壤温度保持不变, NEP年总量将分别增加11.4%~21.9%和17.6%~33.1%; 若土壤温度也相应升高10%和20%, NEP年总量的增幅反而下降甚至低于原来的水平。假设气候和植被保持在2003~2005年的状态, 2020年长白山阔叶红松林NEP年总量为(163±12) g C·m^–2·a^–1, 土壤呼吸年总量为(721±14) g C·m^–2·a^–1。马尔可夫链-蒙特卡罗方法是反演模型参数、优化模拟结果和评估模拟结果不确定性的有效方法, 但今后仍需在惰性土壤碳滞留时间的估计、驱动数据和模型结构的不确定性分析、模型数据融合方法方面进行深入研究, 以进一步提高碳循环模拟的准确性。     

水利工程对河流生态系统服务功能的影响评价方法初探

通过分析水利工程对河流生态系统服务功能的影响,建立了评价指标体系和定量化的评价方法．评价指标体系包括建立评价指标的原则、对河流生态系统服务功能的分类和指标确定等．本文将河流生态系统的服务功能分为四类即供水及与供水量相关的航运和水电功能、生态支持功能、调节控制功能和文化美学功能．依据不同的功能类型,应用以前的研究成果,针对水利工程产生的生态效应如生物多样性的变化和河流净化功能的变化,确定了不同的调度指标,并建立了相应的数量化评价方法,主要包括指效法和BOD-DO模型方法,这些方法特有助于对水利工程的生态环境效应进行深入的分析与评价。     

基于景观尺度过程模型的长白山地表径流量时空变化特征的模拟

运用已建立的景观尺度生态系统生产力过程模型EPPML对长白山自然保护区地表径流量的季节动态和空间分布特征进行了模拟,对其与环境因子间的相互关系进行了分析．模拟结果表明,长白山自然保护区地表径流量的季节进程表现出明显的三峰型,6月和9月出现低谷,8月达最大(2．58mm·d^-1),与土壤含水量的季节变化趋势十分相似．1995年地表径流量的模拟值平均为0．203m·年^-l,空间分布随海拔升高呈现明显增加的趋势,最高为高山流砾滩(0．619m·年^-1),最低为阔叶红松林(0．081m·年^-1)．年地表径流量与叶面积指数(LAI)呈极显著负相关指数关系(R^2＝0．857)．年地表径流量与气温和总辐射呈负相关关系(R^2分别为0．965和0．836),与降水量、相对湿度和风速呈正相关关系(R^2均大于0．950),还与土壤特性密切相关。     

土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳(C)转化为自身生物量C的效率,也称为微生物的生长效率。土壤微生物CUE是生态系统C循环中的重要生理生态学参数,影响着生态系统的C固持、周转、土壤矿化以及温室气体排放等过程。在全球环境变化背景下,认识土壤微生物CUE的变异及其影响机制,对于更好的认识生态系统C循环过程及其对全球变化的响应具有重要意义。概述了CUE的定义及其测定方法,重点综述和分析土壤微生物CUE的变异及影响因素取得的研究进展。基于现有研究的分析得出,土壤微生物CUE通常表示为微生物的生长与吸收的比值,分为基于微生物生长速率、微生物生物量、底物吸收速率和底物浓度变化等方法进行测定。土壤微生物CUE在0.2-0.8的范围内变化,这种变异主要受到来自热力学、生态环境因子、底物养分质量和有效性、化学计量平衡以及微生物群落组成的影响。今后土壤微生物CUE的研究应加强对微量代谢组分的定量分析,生物和环境要素交互影响的调控机理解析,以及微生物动态生理响应过程的碳循环模型优化。     

热带季节雨林林冠上方和林内近地层CO2浓度的时空动态及其成因分析

 为探讨西双版纳独特地方气候背景下,热带季节雨林CO₂浓度的时空变化特征和不同时间尺度上环境因素对森林CO₂浓度时间分布的作用,以及 为研究热带季节雨林的碳通量、净生态系统交换量(Net ecosystem exchange, NEE)等提供支持,我们利用热带季节雨林林冠上方和林内近地层 CO₂浓度连续监测资料,结合同步气象资料进行了统计分析。研究结果表明：在植被生理活动、土壤呼吸以及林内湍流的共同作用下,西双版纳 热带季节雨林CO₂浓度表现出明显的日变化、季节变化和林冠上下差异。在日尺度上,林冠上方的CO₂浓度时间变化曲线为“单峰型”,林内近 地层CO₂浓度时间变化曲线为“双峰型”,造成林内近地层傍晚第二个峰值的主要因子是地形因子作用下形成的局地环流。在季节尺度上,林冠 上方CO₂浓度主要受林冠代谢作用的影响,呈现雨季低、干季高的特点,而林内近地层的CO₂浓度则主要受地表呼吸过程所控制,季节变化趋势 与林冠上方相反。林冠上方CO₂浓度低于林内近地层CO₂浓度,且差异较大;在日尺度上,各月（除12月外）CO₂浓度的最大差值皆大于80 mg·m ^－3,且出现在傍晚;在季节尺度上,最大值为-62.9 mg·m^－3,出现在10月,最小值为-8.4 mg·m^－3,出现在12月。