我国亚热带毛竹林CO2通量的变异特征

2010年12月至2011年11月,利用涡度相关技术研究了我国亚热带(浙江)毛竹林生态系统的CO₂通量,分析了毛竹林净生态系统交换量(NEE)、生态系统呼吸量(RE)和生态系统总交换量(GEE)的变化.结果表明: 研究期间,毛竹林各月的NEE均为负值,7月最大,为-99.33 g C·m^-2,11月最小,仅-23.49 g C·m^-2,其变化曲线呈双峰型.各月CO₂通量平均日变化差异明显,9月最大,为-0.60 g CO₂·m^-2·s^-1,1月最小,为-0.30 g CO₂·m^-2·s^-1,且在NEE正负转换的时间点上呈明显的季节变化特征;全年RE呈单峰型变化,夏季最高、冬季最低,夜间RE与土壤温度呈极显著正相关.全年NEE、RE和GEE分别为-668.40、932.55和-1600.95 g C·m^-2·a^-1,NEE占GEE的41.8%.与其他生态系统相比,毛竹林的固碳能力极强.     

我国亚热带毛竹林生长季能量通量过程及闭合度分析

为探讨我国亚热带毛竹林(Phyllostachys edulis)生长季的能量平衡关系,利用开路涡度相关法,对2011年毛竹林生长季的能量通量的变化特征进行了研究,并应用能量平衡比率法和线性回归2种方法,分析了能量闭合的特点。结果表明,我国亚热带毛竹林生长季的净辐射总量为1738.2 MJ m–2,显热通量为354.3 MJ m–2,潜热通量为1146.0 MJ m–2,土壤热通量为58.9 MJ m–2,土壤为热汇,显热通量占净辐射的20.4%,潜热通量占65.9%,土壤热通量占3.4%。毛竹林生长季的能量闭合度为0.89,月平均闭合度为0.91,但仍有11%的能量不闭合。可见,毛竹林生长季以潜热能量散失形式为主,各能量分量均以净辐射变化为基础,且日变化基本呈单峰型曲线。     

安吉毛竹林生态系统水汽通量的变化特征

2012—2014年利用涡度相关技术观测安吉毛竹林生态系统的水汽通量,同时结合降雨量对该生态系统的水分收支数据进行比较,以揭示毛竹林的水分利用能力,进而为其水分管理提供理论指导。结果显示:2012—2014年毛竹林生态系统水汽通量均为正值,表现为较好的水汽源作用,7月份最大,12月最小;各年水汽通量分别为695.96、749.07和656.47 kg·m-2,并表现出明显的季节变化,即夏季最高,春秋季次之,冬季最低。3年中月降雨量与月蒸散量呈显著正相关(r=0.67,P0.05);此外,各年降雨量和蒸散量均主要集中在6—8月。2012—2014年降水总量为2018、1509和1476 mm,5 cm土壤含水量分别为3.173、3.045和3.013 m3·m-3,水分利用效率分别为2.84、2.10和3.37 g·kg-1,且各年蒸散量分别占到全年降雨量的34.49%、49.66%和44.48%,表明毛竹林的径流量较大,水分利用效率较低。饱和水汽压差和环境温度对毛竹林水分利用效率有显著影响,表明水热资源分布的不一致是影响毛竹林水分高效利用的主要原因。因此,经营时要注意调节温度和湿度(即高温高湿或低温低湿),以提高毛竹林的水分利用及其产量,从而避免水资源的浪费。     

安吉毛竹林非生长季CO2通量与其光合响应关系探究

利用涡度相关法和生理生态法(光合)对安吉毛竹林生态系统非生长季(2014.10-2015.4, 无2 月)的CO₂ 通量进行测定, 结果表明, 两种方法具有良好的响应关系, 基于涡度的生态系统净交换量(NEE)和基于光合的生态系统净初级生产力(NEP)日变化均呈单峰型曲线, 受光合有效辐射(PAR)的直接影响, 在午间12:00 前后有最大值, 且两者均表现为秋季最大(10 月最高), 春季次之, 冬季最低。就各月而言, 基于光合测定的NEP 日最大值和月总量均低于涡度相关技术白天的测定值, 但均占到后者的40%和65%以上, 在毛竹光合能力比较强的10、11 和4 月, 所占比例更大。表明在白天, 安吉毛竹林生态系统的NEP 主要取决于毛竹的光合作用。此外, 观测期间, 毛竹林生态系统在的净初级生产力总量为1365.59 gCO₂·m^–2, 吸收的碳约372.44 gC·m^–2, 整体表现为较强的碳汇。     

安吉毛竹林水汽通量变化特征及其与环境因子的关系

以浙江省安吉县毛竹(Phyllostachys edulis)林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术进行观测,获取2011年毛竹林的水汽通量数据,同时结合常规气象观测数据,分析了水汽通量全年变化。结果表明:毛竹林全年水汽通量基本为正值,月尺度上,水汽通量呈单峰型变化趋势,且各月的最大值均在12:00—14:00出现,呈现一定规律性,7月(0.1116 g m-2s-1)最高,12月(0.0209 g m-2s-1)最低;季节尺度上,夏季最高(0.0873 g m-2s-1),呈现典型单峰型变化趋势,春秋季(均为0.0541 g m-2s-1)次之,变化特征与夏季相似,冬季最低(0.0221 g m-2s-1),曲线变化复杂,波动较大。毛竹林全年蒸散量占全年降水量48.26%。2、4、5、11、12月蒸散量略大于降水量,其余月份蒸散量均小于降水量,6月份降水量与蒸散量差别最大。季节尺度上,对毛竹林水汽通量与净辐射进行回归关系分析,夏季最大,R2为0.6111,秋季为0.5295,春季为0.2605,冬季最小0.0455。通过F检验,水汽通量与净辐射有极显著线性关系。在植物生长期,毛竹林水汽通量随饱和水汽压差的增大而增大,植物发育成熟后,当饱和水汽压差增大到一定程度时,其增大反而抑制了水分的蒸散。     

模拟酸雨对我国亚热带毛竹林土壤呼吸及微生物多样性的影响

酸沉降造成的土壤持续酸化对毛竹林生态系统碳循环具有重要的影响,为量化酸沉降我国亚热带毛竹林土壤的影响,于2016年在浙江省杭州临安天目山国家级自然保护区毛竹林持续开展了2年野外模拟酸雨淋溶土壤实验,设置pH 4.0(T1)和pH 2.0(T2)两个模拟酸雨处理,以pH 5.8天然湖水为对照(CK),分析酸雨作用下土壤CO₂排放及土壤微生物多样性的变化趋势,并明确毛竹林土壤呼吸、土壤微生物及土壤理化性质三者之间的关系。结果表明:土壤呼吸速率在酸雨作用下经过缓冲期后呈现先促进后抑制的变化,作用强度表现为:T2>T1。不同处理的土壤呼吸对温度的敏感性由高到低依次是:T2、CK、T1。PCR-DGGE分析表明,模拟酸雨改变了土壤微生物菌群结构,T2处理抑制了土壤细菌的多样性和丰富度,而T1处理对土壤真菌多样性和丰富度具有促进作用。土壤pH值、有效钾、可溶有机碳、微生物量碳、碱解氮和有效磷对土壤微生物群落结构及土壤呼吸具有显著的影响(P<0.05)。综上所述,模拟酸雨能够显著抑制毛竹林的土壤呼吸,并改变土壤微生物群落结构及多样性,这些结果为进一步研究毛竹林土壤生...     

氮添加对亚热带毛竹林土壤微生物群落结构的影响

氮沉降会影响森林生态系统地上(如植物生产力和组成)和地下特性(如土壤养分循环),进而影响土壤微生物群落结构和功能。本研究以亚热带戴云山毛竹林为对象,设置N0(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N20(20 kg N·hm^-2·a^-1)、N80(80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个施氮水平,进行3年的氮沉降模拟实验。通过测定土壤基本理化性质、腐殖化指数和微生物磷脂脂肪酸等指标,研究氮添加对毛竹林土壤养分、腐殖化指数和微生物群落结构的影响。结果显示,N20显著增加土壤腐殖化指数,降低土壤中碱性阳离子总量(K⁺,Na⁺,Ca²⁺,Mg²⁺)、革兰氏阳性菌(G⁺)、革兰氏阴性菌(G^-)、总磷脂脂肪酸含量和G⁺/G^-。与N20相比,N80处理土壤NO₃^-     

安吉毛竹林碳水通量及水分利用效率的日动态研究

利用涡度相关技术研究了2011 年6-9 月浙江省安吉县山川乡毛竹林碳水通量变化特征, 结合降水、净辐射、饱和水汽压差等气象数据, 分析了毛竹主要生长期内碳水通量耦合关系。结果表明: 毛竹林碳水通量变化白天呈现较高一致性, 变化曲线分别呈“U”型、单峰型。日尺度水分利用效率早晨较低, 正午前后达到最大, 后又下降, 呈现多个小峰的变化趋势; 月尺度9 月曲线波动较复杂, 有多个峰值, 8 月较平缓, 6、7 月份曲线较相似, 大小关系为9 月(8.58 mgCO2g–1H2O)>6 月(6.98 mg CO2g–1H2O)＞7 月(5.34 mg CO2g–1H2O)＞8 月(5.12 mg CO2g–1H2O)。水分利用效率与净辐射显著正相关, 与饱和水汽压差极显著负相关。6-9 月7:00-17:00 净生态系统生产力与水汽通量极显著正相关, 非线性的对数拟合(R2=0.6947)比线性拟合(R2=0.5947)有更好的相关性, 表明亚热带毛竹林碳水的耦合关系会因气候环境的变化而解耦, 原因可能是水热资源具有一定程度上分布不一致的特点, 不利于水资源的高效利用。     

安吉毛竹林生长季CO_2浓度的时空特征

试验采用7层CO2廓线系统对安吉毛竹林生长季(5—10月)CO2浓度进行连续监测,同时结合同步CO2通量和气象资料,分析安吉毛竹林CO2浓度的时空动态和CO2储存通量的变化特征。结果表明:安吉毛竹林生长季CO2浓度表现出明显的日变化、季节变化和垂直梯度。日尺度上,CO2浓度在日出前后达到最大,随后出现一段快速释放过程,午后达到全天最低值;整个生长季尺度上,7月份林间CO2浓度最低(368.1μmol·mol-1),10月份最高(402.6μmol·mol-1);垂直梯度方面,林冠上层CO2垂直梯度明显小于林冠层和林冠下层;林冠层和林冠上层垂直梯度变化趋势较为一致,白天均为正值,呈现为碳汇,夜间为负值,呈现为碳源,林冠下层CO2梯度全天均为负值。利用廓线系统计算毛竹林CO2储存通量,半小时和日尺度上,CO2储存通量分别占净生态系统CO2交换量(NEE)的25.5%和8.9%,而在月尺度上仅占NEE的0.22%。因此,在半小时及日尺度上计算NEE时不可忽略CO2储存通量,而在计算月尺度及更长时间尺度NEE时可以忽略CO2储存通量。     

青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征

利用2003年和2004年涡度相关系统通量观测资料,对青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征及其主要影响因子进行了分析。(1)从净生态系统CO2交换(NEE)日变化特征看,除13:00~19:00时有较小的CO2净释放以外,其余时段NEE均很小;(2)高寒灌丛非生长季月份间NEE差异明显,4月和10月是CO2净释放量较大,1月和12月CO2净释放量较小;(3)相对温带草原(高杆草大草原)草地类型,低温抑制下的青藏高原高寒灌丛生态系统非生长季节日平均CO2释放率较低;(4)高寒灌丛非生长季NEE日变化模式与5 cm土壤温度变化呈显著正相关,土壤温度是影响非生长季节青藏高原高寒灌丛NEE变化的主导气候因子,同时NEE变化还受降水的影响。     

亚热带毛竹林土壤磷组分和微生物对施氮的响应

磷(P)是植物和微生物生长的重要营养元素,亚热带地区土壤P有效性较低,且长期高氮(N)沉降可能会造成土壤P有效性进一步降低。本试验开展于戴云山毛竹林,分析了施N 3年对土壤的基本理化性质、P组分、微生物生物量和酸性磷酸单酯酶活性的影响。结果表明: 施N显著增加了土壤NO₃^--N含量,提高了土壤N有效性,但显著降低了易分解态有机磷占全磷的比例,且总有机碳与总有机P的比例>200。土壤微生物生物量碳、微生物生物量磷、酸性磷酸单酯酶活性、微生物生物量碳/微生物生物量磷和微生物生物量氮/微生物生物量磷随施N量的增加而增加。此外,易分解态有机磷占总磷比例与微生物生物量磷呈显著负相关关系。因此,施N加剧了土壤P有效性限制,提高了微生物对P的需求。     

浙北毛竹林地表径流氮磷流失特征

氮、磷在水-土界面会发生复杂的迁移转化作用,了解集水区氮、磷的迁移流失特征,对区域面源污染的治理意义重大。本研究通过在毛竹(Phyllostachys edulis)林地设置径流小区5个(5 m×20 m),于2012年5月—2013年10月定期采集径流水样测试,分析了浙北安吉赋石水库集水区毛竹林地表径流氮、磷的流失特征。结果表明:观测到16次地表径流事件中,各径流小区径流水量差别较大,最大为0.98 m3;其中氮是主要的流失元素,硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)浓度分别在0.039~1.017、0.039~2.547、2.069~5.393和0.020~1.205 mg·L-1,其浓度受降雨量和径流水量影响较大;用二次函数可以较好地拟合氮、磷流失量与径流水量之间的相关关系,由于台风"菲特"的影响,2012年10月12日径流水量达到最大值,平均为0.81 m3,TN和TP的流失量分别为2.300和1.716 g。本研究表明,在植物非生长季和暴雨时期,该集水区毛竹林氮、磷随径流流失风险大,对赋石水库水体富营养化形成潜在压力。     

湿地土壤CO2通量研究进展

近年来 ,全球气候变化研究成为公众和科学界关注的热点之一 ,ＣＯ2 作为一种重要的温室气体 ,其源、汇及通量的研究得到格外重视。土壤作为一个巨大的碳库 (1 394× 10 18ｇＣ[15] ,是大气ＣＯ2 的重要的源或汇 ,其通量 (约 6 8± 4× 10 15ｇＣ·年 - 1)如此巨大 (燃料燃烧每年释放约 5 2× 10 15ｇＣ) [7,2 6 ] ,使得即使轻微的变化也会引起大气中的ＣＯ2 浓度的明显变化。精确测定各生态系统的土壤ＣＯ2 通量及其对全球变化的响应情况是十分重要的。土壤ＣＯ2 通量表现为土壤呼吸 ,这一术语初始的含义为一定时间内单位面积放出ＣＯ2 的…     

带状采伐毛竹林恢复的质量特征研究

以安徽省黄山区毛竹林样地内2018年春笋和新竹为研究对象,以传统择伐林为对照(CK),设置4个梯度的采伐强度,分别为3m采伐带(D1)、6m采伐带(D2)、9m采伐带(D3)和12m采伐带(D4),分析带状采伐后毛竹林主要生产力指标(春笋数量、新竹数量、胸径和生物量等)的差异,探讨不同强度带状采伐方式对毛竹林恢复更新的影响程度,为毛竹林合理带状采伐提供理论依据。结果表明:(1)4种带状采伐处理单位面积发笋数量均大于对照,且随采伐强度增加,单位面积发笋数量呈现增加的趋势;较高采伐强度(9m和12m采伐带)下单位面积退笋数量和退笋率比采伐强度较低处理(3m和6m采伐带)和CK更低;单位面积成竹数量和成竹率以较高采伐强度(9m和12m采伐带)处理下相对较高。(2)4种带状采伐处理的新竹平均胸径均小于对照,较高采伐强度(9m和12m采伐带)下新竹平均胸径显著小于母竹,林地中小径级新竹比例增加,且新竹胸径与采伐带边距呈负相关关系。(3)4种带状采伐处理下单位面积新竹地上生物量均小于对照,表现为CK>D3>D4>D2>D1。研究认为,毛竹林恢复的质量特征对不同强度带状采伐措施存在响应差异,6~9m采伐带的毛竹林恢复能力较强,但毛竹林带状采伐后恢复是一个周期性过程,需要综合考虑不同强度带状采伐措施对新竹质量影响的长期效应。     

鼎湖山针阔叶混交林CO2浓度及通量变化特征

该研究采用珠三角典型森林植被生态系统的鼎湖山南亚热带常绿阔叶林通量观测站2012年CO2通量资料和气象资料,分析了CO2通量、净生态系统CO2交换量及CO2浓度的变化特征,及其与气象因子的关系。结果表明:(1) CO2浓度日变化呈“一峰一谷”变化形态,在夜间或日出前后出现最大值,在午后到达最小值; CO2通量日变化呈“单谷”曲线,在白天中午前后到达最小值(负值),夜间和早晨较高(正值)。(2) CO2通量季节平均值的高低依次为春季夏季冬季秋季,CO2浓度季节平均值的高低次序则为冬季春季秋季夏季,即非生长季高于生长季节,这可能与植物物候的季节变化所引起的CO2源汇强度改变有关。(3) 2012年鼎湖山森林生态系统的CO2年均浓度为664.7 mg·m-3,CO2通量年均值为-0.079 mg·m-2·s-1,NEE为-611 g C·m-2·a-1,表明鼎湖山针阔叶混交林近年来处于快速生长过程中,具有较强的碳汇功能。(4) CO2通量及浓度与气温、饱和水气压差均成显著负相关关系,其中CO2浓度与气温的相关性最高,其次为饱和水汽压差,表明气温和饱和水汽压差是影响CO2浓度和通量的关键气象因子。受人类活动及气候变化的影响,近年来鼎湖山森林生态系统的碳汇功能有所增强。     

泉州湾红树林湿地土壤CO2通量周期性变化特征

福建泉州湾红树林湿地生态系统所处地属正规半日潮,为新近栽植的人工修复林带.采用Li-840便携式土壤二氧化碳分析仪测定主要红树群落土壤CO₂排放通量,研究土壤CO₂通量周期性变化特征.结果表明: 泉州湾红树林处于幼林期,其土壤CO₂通量较小;早、晚潮潮间期,秋茄和桐花树群落土壤CO₂浓度和通量随退潮时间变化趋势基本一致;泉州湾红树林湿地土壤CO₂浓度和通量分别为557.08～2211.50 μmol·mol^-1和-0.21～0.40 μmol·m^-2·s^-1,早、晚潮潮间期和晚、早潮潮间期CO₂通量平均值分别为0.26和-0.01 μmol·m^-2·s^-1;对于同一退潮时刻,早、晚潮潮间期CO₂通量大于晚、早潮潮间期.早、晚潮潮间期CO₂通量与对应的即时CO₂浓度呈“钟”型变化,CO₂通量随CO₂浓度的增加呈先增加后降低的趋势,近似高斯分布,据此可建立该系统土壤CO₂通量与CO₂即时浓度的数学模型.     

青藏高原高寒湿地生态系统CO2通量

依据涡度相关系统连续观测的2005年CO2通量数据,对青藏高原东北隅的高寒湿地生态系统源/汇功能及其部分环境影响因素进行了分析.结果表明,高寒湿地生态系统为明显的碳源,在植物生长季(5～9月份)吸收230.16 gCO2·m-2,非生长季(1～4月份及10～12月份)释放546.18 gCO2·m-2,其中净排放最高在5月份,为181.49 gCO2·m-2,净吸收最高在8月份,为189.69 gCO2·m-2,年释放量为316.02 gCO2·m-2.在平均日变化中,最大吸收值出现在7月份12:00,为(0.45±0.0012) mgCO2·m-2·s-1,最大排放速率出现在8月份0:00,为(0.22±0.0090) mgCO2·m-2·s-1.生长季中6～9月份表现为明显的单峰型日变化,非生长季的变化幅度较小.净生态系统交换量(NEE)和生态系统总初级生产力(GPP)与气温、空气水气饱和亏和地表反射率等环境因素呈现相似的相关性,与地上生物量和群落叶面积指数则为线性负相关,生态系统呼吸(Res)则与上述因子的相关性呈现相反的趋势.     

西双版纳地区稻田CO2排放通量

采用静态暗箱-气相色谱法对云南西双版纳地区单季稻田CO2排放及氮肥、水热因子对CO2排放的影响进行田间原位观测研究.试验设3个氮肥水平处理:N0(0 kg N hm-2)、N150(150 kg N hm-2)和N300(300 kg N hm-2).结果表明,受一天温度变化的影响,西双版纳地区稻田生态系统呼吸日变化为单峰型,其最大值出现在11:00～13:00之间,最小值出现在凌晨.稻田土壤呼吸呈明显的季节变化趋势,土壤呼吸平均速率为水稻收获后休闲季节>种植前休闲季节>水稻生长季节,差异达到1%显著水平.不同季节影响土壤呼吸的环境因子不同.土壤水分含量低于34%时,土壤呼吸速率与土壤含水量呈正相关,达5%显著水平;地面淹水时,土壤呼吸速率与淹水深度呈1%极显著负相关;水分含量高于38%时,土壤呼吸速率与温度呈极显著指数相关.长期考虑(整个生长季节),氮肥的施用对稻田土壤呼吸和生态系统呼吸无影响;N300处理抑制植株呼吸作用,单位生物量呼吸速率下降.氮肥的施用对土壤呼吸有短期影响,氮肥用量增加,土壤呼吸速率增加.计算得出N0、N150和N300处理年土壤呼吸量分别为6.27、6.31 t C hm-2 a-1和5.89 t C hm-2 a-1;年净固定大气中CO2-C分别为1.41、2.22 t C hm-2 a-1和1 11 t C hm-2 a-1,表明西双版纳稻田生态系统是碳汇.     

古田山亚热带常绿阔叶林树皮厚度的变异特征

树皮是木本植物茎干最外层结构,具有保护茎干、养分储存与运输等重要作用。因此,树皮厚度是一项非常重要的功能性状,其变异不仅影响树皮的各种生态功能,还能影响群落构建与物种共存。然而,以往对树皮厚度的研究集中于火灾易发生态系统,对火灾不易发生的亚热带常绿阔叶林的研究仍较缺乏。测量了古田山国家级自然保护区亚热带常绿阔叶林内树种的树皮厚度,并检验了总树皮厚度、内树皮厚度与外树皮厚度在各分类群间以及功能群间的差异。结果发现：1）39个树种807个个体的总树皮厚度、内树皮厚度与外树皮厚度均值分别为1.90 mm、1.38 mm和0.54 mm。漆树科（Anacardiaceae）、杨梅科（Myricaceae）以及亚热带常绿阔叶林代表类群壳斗科（Fagaceae）、山茶科（Theaceae）的树皮厚度较大。短柄枹（Quercus serrata）、木荷（Schima superba）、小叶青冈（Cyclobalanopsis myrsinifolia）等树种的树皮厚度较大。2）种间、科间的各树皮厚度差异均显著。不同功能类群间,乔木类群的各树皮厚度均较灌木类群大,常绿类群的各树皮厚度均较落叶类群大（内树皮厚度除外）。本次研究结果表明,相对于火灾易发生态系统中的树皮厚度,古田山亚热带常绿阔叶林群落内的树皮厚度相对较薄,表明这些森林树种对当地湿润气候的适应性。同时,树皮厚度在各种分类水平与功能群水平间的显著变异,反映了群落内不同生态策略的共存。     

农田生态系统CO2通量的转换计算

通过冬小麦单叶CO2通量与冠层CO2通量的同步测定,发展不同日期净光合速率（Pn)和冠层CO2通量（Fco2)变化趋势相同,但峰值出现的时间不一致。CO2浓度差与Fco2日变化趋势相反,CO2浓度差最小时FCO2达到最大值;空气动力学法计算的FCO2与采用积分法计算的冠层CO2通量（Ac)呈明显的倒“U”字型日变化趋势,而Ac日变化过程波动性小;采用积分法模拟的日同化量与空气动力学法计算日同化量有时相差很小,但有时误差大,由于模拟冠层通量Ac值只考虑了光强的变化,而实际上,温度,风速,土壤湿度等变化均对冠层CO2通量产生影响。