长白山阔叶红松林生长季热量平衡变化特征

根据长白山阔叶红松林2001年5月下旬至10月上旬微气象梯度观测资料和辐射、土壤热通量资料,用波文比-能量平衡方法(BREB方法)计算了森林的显热通量和感热通量,并计算了森林大气和植被体的储热量,分析了阔叶红松林热量平衡各项的日变化和季节变化,结果发现,热量平衡(净辐射)与太阳总辐射呈线性关系;热量平衡各项都与净辐射有相同的日变化特征,为昼正夜负的曲线．各项的绝对值一般表现为净辐射>潜热通量>感热通量>储热变化．受日照时间的影响,6～10月各分量正值的日持续时间逐渐缩短．月平均结果,白天净辐射6月份最大,10月上旬最小,变化于0～527W·m^-2,夜间的净辐射在0～-121W·m^-2．潜热通量白天和夜间分别在0～441、0～-81W·m^-2,感热通量昼夜分别在0～80、0～-26W·m^-2．储热变化则为0～44、0～-26W·m^-2．白天潜热通量占净辐射的比例8～10月逐渐下降,而感热通量和储热变化的比例9～10月明显上升,特别在严霜后2～3d,出现潜热通量比例突减、感热通量比例突增的现象．文中还对通量观测仪器、方法进行了简要分析．     

龙须菜对重金属铜胁迫的生理响应

研究了大型海藻龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)对不同浓度重金属铜(0、25、50、100、250和500 μg·L^-1)胁迫的生理响应.结果表明:当Cu²⁺浓度≥50 μg·L^-1时,龙须菜藻体的相对生长速率显著下降,最大光化学量子产量、最大相对电子传递速率和相对电子传递效率呈相同的变化趋势.随着Cu²⁺浓度的升高,龙须菜藻体最大净光合速率和光饱和点显著降低,而光补偿点显著升高,叶绿素a、类胡萝卜素和藻胆蛋白含量则呈先升高后下降的趋势;当Cu²⁺浓度达到500 μg·L^-1时,叶绿素a、类胡萝卜素和藻胆蛋白含量显著下降.说明龙须菜在低浓度Cu²⁺胁迫下具有一定的抵抗能力,而当Cu²⁺浓度≥50 μg·L^-1时,会对藻体生理活动造成显著的抑制作用.     

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.     

长白山阔叶红松林生长季反射率特征

根据长白山阔叶红松林气象观测塔上太阳总辐射和反射辐射资料 ,计算了 2 0 0 1年 5月 2 2日～10月 14日森林下垫面的每日整点反射率 .结果表明 ,森林的反射率与太阳高度角有关 ,在太阳高度角很小的日出和日落附近反射率较高 ,太阳高度角大于 30°时反射率变化不大 ,反射率的日变化曲线为U形 .森林的反射率与天空状况有关 ,晴天条件下低太阳高度时的反射率高值明显 ,U形曲线突出 ,昙天时曲线两端高值相对较低 ,U形曲线也相对平坦 ,阴天的日变化曲线则没有明显的规律 ,在某范围内波动 .生长季反射率的变化特点为 6月上旬较高 ,6月下旬稍有下降 ,7～ 9月较稳定 ,10月上旬则逐渐下降 ,反映了冠层叶片物候变化特征 .     

东北阔叶红松林能量平衡特征

采用涡度相关法,结合小气候观测,对东北阔叶红松林的能量平衡特征进行了研究。结果表明,森林全年获得的辐射能量为2.3×109J/m2,平均净辐射(Rn)强度为72.1 W/m2,12月最小,平均为5.8W/m2,6月最大,平均为127 W/m2。除了受太阳高度角的支配,Rn对中小尺度天气变化响应显著。非生长季,森林主要能量支出项为感热通量(H),约占Rn的72%,H最大值出现在5月份;生长季,主要能量支出项为潜热通量(LE),约占Rn的60%,LE最大值出现在7月份。全年因蒸散消耗的能量为1.2×109J/m2,占净辐射的52%,森林蒸散的水量为493mm,占降水量的88%。波文比β近似呈U字型变化,其值受森林物候变化影响显著,在非生长季平均值约为3.0,生长季为0.5左右。土壤热通量(G)在非生长季表现为能量平衡方程的收入项,约占有效能量的5.0%;生长季表现为支出项,约占有效能量的4.0%,其变化过程与土壤温度梯度及叶面积指数密切相关。长白山通量观测站能量平衡收支闭合度为86%,不闭合的原因有待于进一步的研究。     

长白山阔叶红松林能量平衡和蒸散

利用开路涡动相关系统的连续观测结果,分析了长白山阔叶红松林2008年能量平衡各分量和蒸散量的特征,并对生长季和非生长季能量各分量和蒸散量的差异进行了比较.结果表明:该观测系统能量闭合度为72%,处于国际同类观测的中等水平;能量各分量日、季差异显著,生长季森林生态系统最主要的能量支出项为潜热通量,约占可用能量的66%,非生长季最主要的能量支出项为感热通量,约占可用能量的63%.长白山阔叶红松林2008年蒸散量为484.7 mm,占同期降水量(558.9 mm)的87%,证实森林蒸散耗水是我国北方温带森林最主要的水分支出项.     

积雪对长白山阔叶红松林土壤温度的影响

2004-2007年对长白山阔叶红松林林地进行遮雪试验,观测了有雪、无雪覆盖的森林土壤温度和气温.结果表明:积雪对土壤温度变化有明显的缓冲作用,有雪覆盖减缓了土壤温度的变化; 积雪对浅层（0～20 cm）土壤有较好的保温作用,随雪深的增加,保温作用增大,雪深从10 cm 增至20 cm时保温作用的增幅最大,当雪深超过30 cm时,保温作用的增幅不明显; 融雪期土温经历0 ℃左右的恒温期后缓慢上升,恒温期的持续时间主要由冬季的雪深及其时间分布所决定.     

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.     

长白山阔叶红松林二氧化碳浓度特征

采用红外气体分析仪对长白山阔叶红松林2003年度CO₂浓度特征进行了分层连续监测,并结合同步气象资料进行了分析.结果表明,长白山阔叶红松林CO₂浓度存在明显的日变化、季变化与垂直变化,这些变化与植被生理活动、土壤呼吸及林内湍流交换强度有关.生长季林内全天CO₂浓度最高值出现在凌晨5:00左右的近地面层,最低值出现在午后15:00左右的冠层部位;日出前后,随着逆温层的打破,林下CO₂有一明显的释放过程.观测期间林内O₂平均浓度为377 μmol·mol^-1,月平均最高值出现在1月,为388 μmol·mol^-1,最低值出现在8月,为352 μmol·mol^-1.生长季夜间森林表现为CO₂的排放,日间表现为CO₂的吸收汇;非生长季日间与夜间森林都主要表现为CO₂的排放源,但在午间冠层部位仍有数小时表现为CO₂的吸收过程.     

长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用研究

用密闭静态箱式法观测了长白山阔叶红松林生态系统生长季中的土壤呼吸作用。结果表明, 长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用日动态呈单峰曲线, 在 18∶0 0左右达到最大值。土壤呼吸作用在生长季中的动态呈单峰曲线, 7月最大。 6、7、8、9各月平均土壤呼吸作用分别为 0.2 2、0.32、0.2 3和 0.13gC·m-2 ·h-1。温度升高可以提高土壤呼吸作用强度, 地下 5cm的土壤温度比气温更能准确地反映土壤呼吸作用的动态变化 ;土壤水分含量在一定范围内增加可使土壤呼吸作用强度增加, 但水分过多也会对土壤呼吸产生抑制作用而导致土壤碳排放减少。     

枯落物覆盖对阔叶红松林土壤蒸发的影响

通过对枯落物覆盖下森林土壤蒸发的观测,研究了不同干重及类型的枯落物对土壤蒸发的影响,及其与含水率的关系。结果表明:土壤含水率相同,枯落物覆盖量越大,土壤蒸发量越小;不同类型的枯落物对土壤蒸发的抑制作用不同,在相同干重的枯落物覆盖下,未分解、半分解和分解的枯落物对土壤蒸发的抑制能力依次减弱。土壤蒸发量与枯落物质量呈对数关系。随土壤含水率的降低,土壤蒸发量减少,含水率在41%～38%时,每下降1%,75g、45g、15g枯落物覆盖下的土壤蒸发量依次减少2.38g、1.43g、1.30g,且在土壤含水率下降过程中,覆盖的枯落物分解程度越高,土壤蒸发速率降低越不显著。     

长白山阔叶红松林早春植物的养分吸收与归还

为揭示长白山阔叶红松林中早春植物的养分循环功能,在调查早春植物生长发育规律的基础上,对早春植物养分吸收与归还进行了研究.结果表明:早春植物的生物量为588.744 kg·hm-2,占长白山阔叶红松林总生物量的0.279%;早春植物吸收N、P、K的总量分别是14.916、3.078和7.292 kg·hm-2.顶冰花的腐解率最高,为0.085 g·g-1·d-1,完全分解只需33 d;黑水银莲花的腐解率最低,为0.058 g·g-1·d-1,完全分解需要49 d.可见,早春植物在冬春两季的过渡时期衔接了物质流,并在其他植物的生长期归还了养分,对森林生态系统能流和物流的连续性起到了重要作用.     

长白山阔叶红松林生态系统的呼吸速率

利用Li-6400便携式CO₂分析系统测定长白山原始阔叶红松林生态系统土壤呼吸、乔灌木的枝干呼吸和叶呼吸; 同步监测森林小气候气象因子;建立土壤、树干、叶与环境因子间的模型.根据阔叶红松林植被群落的特性,估算阔叶红松林生态系统不同组分呼吸速率.结果表明,阔叶红松林生态系统呼吸具有明显的成熟林特征,生态系统总呼吸量为1602.8 g C·m^-2.整个生态系统年平均呼吸速率为（4.37±2.98）μmol·m^-2·s^-1 (24 h平均数).其中,土壤呼吸、枝干和叶呼吸分别占整个森林生态系统呼吸的63%、16%和21%.乔木、灌木和草本叶呼吸速率分别占阔叶红松林生态系统植物呼吸的89.82%、5.57%和4.61%.阔叶红松林生态系统呼吸速率与大气和土壤温度之间呈显著的指数关系.大气和土壤温度能分别反映阔叶红松林生态系统呼吸的87%和95%.     

长白山红松针阔叶混交林林冠层叶面积指数模拟分析

根据长白山原始红松针阔叶混交林光合有效辐射的连续3年自动观测结果,结合便携式叶面积仪的季节观测,建立了以林冠上下光合有效辐射估算森林冠层叶面积指数的半经验公式.结果表明,该方法可以很好地反映叶面积的季节动态. 通过3年叶面积指数的季节动态比较发现,该森林冠层叶面积的起始生长日期随气温稳定通过0 ℃的日期延迟而延迟,整个生长季的叶面积动态可划分成上升期、相对稳定期和下降期,每个阶段都与大于0 ℃的积温存在较好的相关关系,分别用Logistic曲线和线性方程表达. 并对叶面积的观测和估算方法中存在的问题进行了讨论.     

长白山阔叶红松林5种主要树种水分利用效率与叶片养分特征

以长白山阔叶红松林中5种优势树种(红松、水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴)为研究对象,利用稳定碳同位素技术分析了植物的水分利用效率(WUE),测定了叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)3种营养元素的含量用以分析植物对养分的利用特征,并综合分析了植物WUE与叶片养分含量之间的关系.结果 表明:冠层不同位置微气象因子的差异导致WU...     

长白山阔叶红松林近22年的气候动态

长白山阔叶红松林作为典型的温带森林生态系统。其长期的气候动态状况对研究全球变化具有重要的意义。本文采用中国科学院长白山森林生态系统定位站气象观测场1982～2003年的地面常规气象观测资料,对长白山阔叶红松林的光能因子（包括年日照时数、年日照百分率）、热量因子（包括年平均气温、1月、7月月平均气温、年极端最高、最低气温、年积温）、水分因子（包括年总降水量、年最大雪深、相对湿度、年总蒸发量）、以及年平均风速与风向等气候因子进行了分析,从而得出这些因子22年的平均值及其动态变化趋势,进而为相关领域的研究提供基础资料。     

阔叶红松林森林资源可持续利用方案

天保工程实施后,为了促进次生林向原始阔叶红松林恢复,不采红松只采伐阔叶树种的经营方式在长白山地区被广泛应用,部分林区陷入可采伐资源匮乏的困境。为了探究阔叶红松林森林资源可持续利用方案,针对红松(蓄积)比例不同的阔叶红松林次生林,利用林木材积生长方程与保留系数模型,模拟了预设经营方案下林分总蓄积量与可采蓄积量动态变化。研究结果表明,在禁止采伐红松的经营方式下,红松(蓄积)比例较高的次生林将无法达到森林资源可持续利用的目标,次生林的经营方案需要根据林分中红松(蓄积)比例不同而区别制定:对于红松蓄积低于40%的次生林,推荐不采伐红松、20%采伐强度、40a周期的经营方案;对于红松蓄积高于40%的次生林,推荐可以采伐红松、20%采伐强度、30a周期的经营方案。另外,可采蓄积量的恢复期比总蓄积量的恢复期更长,以可采蓄积恢复期作为评价指标,确定采伐周期,更有利于森林资源的可持续利用。