生态场理论在沙地云杉种群更新中的应用

生态场理论是物理生态学的基本理论,它基于植物分布格局,植物生长模型,植物竞争以及竞争利用的研究,研究森林草原过滤带上沙地云杉种群在更新中产生的生态场的特性,结果表明,沙地云杉种群生态场是半椭圆形特殊的非均匀场,生态场强度随着母树距离的增大而变化,开始时迅速增大,３￣５ｍ处场强达到最大,然后逐渐下降,由于生态场的重叠而使叠加部分的场强明显增大,生态场的作用范围与坡度,坡长等地形因子及树高,冠半径等测     

长白山阔叶红松林CO2通量与温度的关系

应用涡度相关法观测的通量数据和环境因子数据,在生态系统水平上分析了长白山阔叶红松林生长季温度与CO2通量之间的关系.结果表明：（1）在相同的光合有效辐射水平下,净生态系统CO2交换量（NEE）随温度Ta的变化趋势为,在Ta〈20℃范围内,NEE随温度的增加而增加,在Ta=20℃附近有极大值,随温度的继续增加NEE呈下降的趋势,同时NEE还具有明显的季节变化,表现为7月〉6月〉8月〉9月〉5月〉4月〉10月.（2）应用Michaelis-Menten方程计算得出最大光合速率Pmax和生态系统呼吸Re,分析其与温度的关系发现,Pmax随温度的变化呈S型曲线,Re则随着温度的升高而呈指数上升的趋势,曲线为：Re=0.0607 exp（0.0666Tα）,R^2=0.96.夜间生态系统呼吸的Q10为3.15.（3）通过对NEE与环境因子的偏相关分析表明,温度对NEE的偏相关系数在生长季呈现先减小后增大的趋势,说明在生长季初期和末期升高温度比生长季中期对NEE的影响要大.     

长白山阔叶红松林生态系统碳动态及其对气候变化的响应

应用基于干物质生产理论的过程模型（Sim-CYCLE）估算了1982—2003年间长白山阔叶红松林生态系统总第一生产力（GPP）、净第一生产力（NPP）、净生态系统生产力（NEP）及其季节动态变化以及碳储量（WE）、植物碳储量（WP）和土壤碳储量（WS）,并分析了这些指标在当前气候情景和碳平衡情况时的差异及其对未来气候变化情景的响应.结果表明：在当前气候情景下, 长白山阔叶红松林GPP、NPP和NEP分别为14.9、8.7和2.7 Mg C·hm^-2·a^-1,三者分别比实测值减少2.8 Mg C·hm^-2·a^-1、增加1.4 Mg C·hm^-2·a^-1和增加0.2 Mg C·hm^-2·a^-1;长白山阔叶红松林6—8月的NEP占全年总量的90%以上,其中,7月最高（1.23 Mg C·hm^-2·month^-1）;研究区WE、WP和WS分别为550.8、183.8和367.0Mg C·hm^-2,其与实测值均具有较高的一致性.从当前气候情景下到达碳平衡前,长白山阔叶红松林碳储量均有不同程度的增加,GPP和NPP分别为17.7和7.3 Mg C·hm^-2·a^-1,表明研究区碳“汇”的作用随着碳储量的增加逐渐减弱;温度增加2 ℃时,不利于长白山阔叶红松林GPP、NPP和NEP的增长,CO²浓度倍增则可有利地促进三者的增长,CO²浓度倍增、温度增加2 ℃对GPP、NPP和NEP增幅的影响与单纯CO₂浓度倍增的影响相似,气候变化情景对长白山阔叶红松林碳储量的影响规律与对生产力幅度的影响相同,这可能是生态系统生产力影响碳积累所致.     

长白山阔叶红松林二氧化碳湍流交换特征

采用开路式涡度相关技术,研究了长白山阔叶红松林森林-大气界面的CO₂湍流交换特征.结果表明,在近中性大气层结条件下,冠层上方垂直风速和CO₂浓度功率谱在惯性子区基本符合-2/3定律,垂直方向主导湍涡尺度约为40 m.湍流通量贡献区主要在0.01～2 Hz频率范围内,冠层上方低频传输的湍涡贡献了更多的CO₂通量.这说明开路式涡度相关仪器系统可以满足冠层上方湍流通量观测的基本要求.但通过涡度相关法实测获得的森林-大气CO₂通量仍存在夜间低估现象,非湍流过程的增加是涡度相关技术应用的主要制约因素.因此,需要对弱湍流条件下的CO₂通量做相应的修订.     

高浓度CO2对红松(Pinus koraiensis)针叶光合生理参数的影响

以开顶箱内经过6个生长季高浓度CO2处理的原位土壤种植的红松幼树为实验对象,研究了500umolmol-1CO2对针叶光合作用及相应光合参数的影响.实地条件下测定了净光合速率(PN)对光合有效辐射(PAR)及胞间CO2浓度(Ci)的响应曲线,根据光合作用的生化模型,推算出了Rubisco活性或数量限制的最大羧化速率(VCmax)和光饱和条件下由RuBP再生能力限制的最大电子传递速率(Jmzx),以及表观量子产量(AQY)和最大净光合速率(Pmzx)等.5001umolmol-1 CO2使红松针叶的VCmzx降低了4%,Jmzx和Jmzx/VCmzx比分别增加了27%和18%,均与对照差异不显著,所以红松针叶经过6个生长季高浓度C02处理仍未发生光合驯化.在各自生长条件下测定的PN-PAR响应曲线表明,500pumolmol-1CO2使Pmzx增加了94%,AQY增加了21%,Pmzx增长高于AQY和Jmzx的增加比例,说明500umolmol-1CO2使红松针叶对光的利用效率增强.500umolmol-1CO2下的最大气孔导度(gcmzx)和最大蒸腾速率(Emzx)与对照比增加了一倍,与Pmzx增加的幅度接近.500ummol mol-1 CO2下和对照条件下的Ci/C2比均随环境CO2浓度(C2)增加呈非线性下降趋势,在较低Ca处(Ca≤200umol mol-1),500umol mol-1CO2使Ci/Ca比下降了l%-7%,较高Ca处(Ca≥300umol mol-1),500umol mol-1CO2使Ci/Ca比增加了5%-20%.CO2浓度变化会改变Ci/Ca比,由于气孔的调节作用,Ci/Ca比最终还是要维持在一恒定范围,且气孔对较低的CO2浓度更敏感.     

时间序列修订对森林二氧化碳通量的影响

对长白山阔叶红松林2003年生长季的涡动相关实测时间序列进行了去倾修订与超声风速仪倾斜修订,并分析了不同修订方法对森林CO2通量计算值的影响．结果表明,基于未修订时间序列计算得到的森林CO2通量(Fcraw)被高估．线性与非线性去倾对Fcraw的修订量分别为1．6％、1．8％,两者差异很小．平面拟合坐标变换与流线坐标变换对Fcraw的修订量分别为3．7％、4．7％,两者差异较大．对线性去倾后的时间序列分别进行流线坐标变换与平面拟合坐标变换,二者对Fcraw的修订量分别为5．5％与4．6％．建议对时间序列进行线性去倾与平面拟合坐标变换综合修订．     

长白山森林／沼泽生态交错带群落和环境梯度分析

揭示了森林－沼泽过渡带群落的结构、生产力、植物多样性等群落梯度和交错环境梯度的相关规律,并结合交错区环境梯度分析这些群落特征形成机制,为维持、保护与经营管理这一交错带生物资源提供了理论依据。将长白山地区森林和高、中、低位沼泽所形成的三大类型过渡带研究对象,采用样带网格的调查方法,并应用系统软件分析方法建立了经验回归模型,研究了森林／沼泽生态交错带群落的种类组成、群落建群种径级结构与年龄结构、植物多样性、群落生产力及其随生态交错带环境梯度变化趋势。结果表明,森林／沼泽生态交错带群落结构特征、植物多样性、群落生产力均随着交错带环境梯度的变化而呈现有规律的分布格局,沿着沼泽至森林方向的交错区环境梯度,群落建种种发生更替现象;群落种类数目呈现指数递增趋势;群落的径级结构呈现双曲线分布规律性;年龄结构一般呈三次式分布规律;揿样性呈二次式梯增分布趋势;群落生物量均呈现三次函数曲线递增趋势,表现出群落梯度和环境梯度的高度相关性。     

利用树木年轮宽度资料重建长白山地区过去240年秋季气温的变化

分析了长白山地区水曲柳年轮宽度变化与气候要素的关系,重建了该地区过去240年来的秋季平均气温。结果表明,当年秋季平均气温与树轮宽度显著正相关(P<0.01);重建方程为Tavg=6.001+6.316XRES,方差解释量为38.6%,调整后方差解释量为35.8%。该地区近240年来秋季气温波动明显,有8个较寒冷时期和6个较温暖时期,其中,1816、1817、1818年的温度低于总体平均值的差值超过1℃,6个较温暖时期中,1794、1795、1796、1797年的温度高出平均温度的差值超过1℃,其他时段的温度变化均在总体平均值上下1℃范围以内。周期分析结果表明,近240多年以来长白山地区秋季平均气温具有显著(P<0.05)的3～5年及较显著(P<0.1)的8～16年的周期。     

CO2倍增条件下长白赤松幼苗土壤CO2廓线的动态

采用固定在土壤中的气井系统 ,监测土壤剖面的CO2 动态及其与长白赤松 (Pinussylvestrisvar.sylvestriformis(Takenouchi)ChengetC .D .Chu)幼苗根系发展之间的关系。实验研究共设 4种CO2 处理 ,分别是环境CO2 浓度 ,无苗 ;CO2 为 70 0 μmol/mol,无苗 ;环境CO2 浓度 ,有苗 ;CO2 为 70 0 μmol/mol,有苗。通过对土壤剖面CO2 气体的同步采集与分析表明 :土壤CO2 廓线与幼苗根系的生物活性密切相关。在土壤表面及壤土和沙土的边界层中 ,根系分布密集 ,根系的呼吸作用对那两个土层CO2 贡献大 ;随着幼苗的季节生长 ,与环境CO2 浓度比较 ,CO2 倍增将导致土壤剖面上CO2 浓度最大区域由表面向壤土和沙土边界层的转移。本文采用的气井系统提供了一种对土壤无破坏、经济、简单并且能够用于监测幼苗地下过程的廓线研究方法。     

红松幼苗对CO2浓度升高的生理生态反应

研究了用开顶箱控制CO₂浓度在500和700μmol·mol^-1左右时红松幼苗的生理生态反应.结果表明,高浓度CO₂(500、700μmol·mol^-1CO₂)和对照(对照开顶箱、裸地)条件下,红松幼苗的净光合速率与气孔导度之间的变化不同.红松幼苗在500μmol·mol^-1CO₂条件下,RuBPcase活性最高,呈现光合上调反应,日平均净光合速率最大,叶绿素及可溶性糖含量最高;而生长在700μmol·mol^-1CO₂的红松幼苗呈现光合下调反应,光合作用明显低于对照植株,其酶活性及物质含量均最低.