城市绿地冠层导度季节变化及其环境调控

冠层导度(canopy conductance,gc)是生态系统对环境响应的敏感性指标,探讨冠层导度对环境因素的响应模式对了解生态系统生产力的变化模式至关重要。城市绿地作为人为设计的复合生态系统,其冠层导度变化规律及其对环境因子的响应亟待明确。基于涡度相关方法,本研究调查了北京奥林匹克森林公园2012-2016年连续5年的冠层导度的季节动态变化及其对空气温度(Ta)、光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)以及土壤含水量(VWC)等环境因子的响应,利用统计回归方法分析了环境因子对冠层导度的影响,最后分析了冠层导度对总生态系统生产力(GEP)的影响。结果表明:2012-2016年的冠层导度依次为3.97、3.28、2.13、3.95和5.07 mm·s^-1,5年平均值为3.69±1.99 mm·s^-1;季节变化表现为从4月开始逐渐升高,在7、8月达到最大值后逐渐降低;在季节尺度上,VWC和Ta是影响冠层导度的主要环境因子,冠层导度随它们的增加而增大;而PAR和VPD对冠层导度的影响存在年际间的差异;5年间,GEP随着冠层导度的升高显著增大;城市绿地中,季节尺度上土壤水分的增加和气温的升高显著增加冠层导度,从而促进GEP。     

辽西农林复合系统中杨树冠层导度特征

利用Granier热扩散式探针法对辽西杨树-玉米复合系统的杨树树干液流进行连续测定,并对环境因子(空气温度、空气湿度、净辐射、风速、土壤温度和土壤湿度)进行同步观测,结合Penman-Monteith方程计算冠层导度值.结果表明:研究区杨树冠层导度日变化呈“单峰型”曲线,季节变化表现为波动式下降趋势;冠层导度随着饱和水汽压差增加呈负对数下降,5-9月,冠层导度对水汽压差变化的敏感性逐渐下降;冠层导度与太阳辐射呈正相关关系;太阳辐射越大,冠层导度曲线下降幅度越大.不同月份,相同环境因子与冠层导度的相关程度不同.从整个生长季来看,与冠层导度相关性最显著的环境因子是饱和水汽压差.     

帽峰山常绿阔叶林辐射通量特征

常绿阔叶林作为南亚热带气候条件下森林的典型代表,在森林辐射研究中扮演着重要的角色.基于广州帽峰山常绿阔叶林1 a的辐射观测数据,分析了其时序变化和分配等规律.结果表明:太阳总辐射(K ↓)、反射辐射(K↑)和净辐射(Rn)通量日变化呈典型的单峰曲线,大气逆辐射(L↓)、森林长波辐射(L↑)呈余弦曲线,长波有效辐射(Ln)呈波浪形.各辐射总量均为雨季大于旱季,Ln除外;帽峰山常绿阔叶林K ↓年总量为4201.22 MJ/m2,Rn、K↑和Ln占其比例分别为63％、11％和26％.Rn通量分配率日变化呈倒“U”型曲线,Ln和K↑呈“U”型曲线.林冠上光合有效辐射(PARa)日平均值旱季小于雨季,林冠下(PARb)则相反;PARa变异系数旱雨季均小于PARb;PARa日变化呈典型的单峰曲线,PARb整体和PARa一致,仅在中午时刻出现微弱双峰.PAR透射率日峰值出现时间范围与K↓基本一致,尤其是在雨季,PAR透射率日平均值雨季大于旱季.帽峰山常绿阔叶林PAR/K↓比率为20％左右.     

华北落叶松冠层平均气孔导度模拟及其对环境因子的响应

冠层气孔导度是生态水文学研究中的一个重要参数,研究其对环境因子的响应,能为建立机理性的森林蒸腾模型提供理论依据.本文利用热扩散探针,于2005年5-9月,测定了六盘山叠叠沟小流域华北落叶松人工林树干液流及其同步的环境因子,计算了林分冠层平均气孔导度(gc)并构建了Jarvis形式的冠层平均气孔导度模型,分析了gc对光合有效辐射(PAR)、空气水汽压亏缺(DVP)和土壤相对有效含水率(REW)的响应.结果表明:该模型能有效地计算gc的日变化特征,计算与观测的gc决定系数R2为0.76 (n=952).gc对各环境因子有不同响应关系,并表现为非线性特征.其中PAR是gc的驱动因子,当PAR＜0.35 mmol·m-2·s-1时驱动作用明显,大于此值则驱动作用变小;DVP是gc的限制因子,随着DVP的增加gc降低;REW=41%是gc对土壤水分响应的一个关键阈值,当REW＞41%时,土壤水分对gc的影响较小,当REW＜41%时,土壤水分则成为gc的限制因子.     

华北山区侧柏冠层气孔导度特征及其对环境因子的响应

冠层气孔导度(g_s)是衡量冠层-大气界面水汽通量的重要生物学常数,研究其特征及对环境因子的响应,能为开展森林冠层水汽交换过程的机理性研究提供理论依据.于2014年利用SF-L热扩散式探针测定了侧柏的树干液流密度(J_s),同步监测光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)、气温(T)等环境因子,计算侧柏的冠层气孔导度特征并分析其对各环境因子的响应.结果表明: 侧柏液流密度的日变化总体呈双峰曲线,生长季高于非生长季,且胸径越大液流密度越大;冠层气孔导度日变化与单位叶面积冠层蒸腾(E_L)趋势相近,均呈双峰曲线,生长季的冠层气孔导度和蒸腾较非生长季略高.侧柏冠层气孔导度与空气温度呈抛物线关系,在10 ℃左右冠层气孔导度达到峰谷;光合有效辐射以400 μmol·m^-2·s^-1为界,小于该阈值两者呈正相关关系,大于该阈值则冠层气孔导度受其影响较小;与饱和水汽压差呈负对数函数关系,随饱和水汽压差增大而逐渐降低.较高的空气温度和光合有效辐射、较低的饱和水汽压差有利于侧柏形成较大的冠层气孔导度,进而促进冠层蒸腾.     

北京山区侧柏林冠层-大气蒸腾导度模拟及环境因子响应

蒸腾导度模型是衡量冠层-大气界面水汽输出的重要阻力模型,研究其特征及对环境因子的响应,为揭示森林冠层-大气界面水汽输出阻力机制提供理论依据。以首都圈森林生态系统定位观测研究站侧柏林为研究对象,采用TDP热探针法测定侧柏林树干液流密度,同步监测光合有效辐射、饱和水汽压差、气温、风速等主要环境因子,分析冠层导度和空气动力学导度的动态变化,构建冠层-大气蒸腾导度模型并模拟,明确冠层-大气蒸腾导度对各环境因子的响应关系。结果表明:蒸腾导度季节变化表现为非生长季与冠层导度趋势一致,生长季与空气动力学导度趋势一致,全年均为单峰趋势。冬季蒸腾导度与冠层导度保持较稳定差值(45 mol m^(-2 )s^-1左右),其他季节蒸腾导度与冠层导度、空气动力学导度的最大差值,均在各季节冠层导度、空气动力学导度的峰值水平。全年日均蒸腾导度冬季最大(86.92 mol m^(-2 )s^-1),其他季节较小且稳定(40—50 mol m^(-2 )s^-1之间)。在非生长季各环境因子对蒸腾导度的影响与对冠层导度的影响基本一致,温度为主要影响因子(r=-0.198),其他环境因子影响较小(r<0.1);在生长季中风速为主要影响因子(r=0.488),光合有效辐射(r=0.228)和饱和水汽压差(r=-0.299)的影响明显升高,温度的影响降低(r=0.114)。蒸腾导度模型较好的模拟了冠层-大气界面侧柏蒸腾不同季节的变化规律,阐明了各环境因子和冠层导度、空气动力学导度对蒸腾导度的影响机制,证实在生长季应重视空气动力学导度对蒸腾的影响。     

长白山红松针阔叶混交林林下光合有效辐射的基本特征

利用长白山红松针阔叶混交林连续3年的光合有效辐射（PAR）观测数据,与林冠上方PAR值相对比,分析了林冠下5个不同水平位置探头的PAR时空特征.结果表明:林木冠层上方的PAR日总量年变化呈双峰甚至多峰趋势,主要受降水和云雾等天气状况的影响;林下PAR日总量年变化表现为非生长季与冠层上方变化趋势一致,在生长季数值较小且趋于稳定.典型晴天时林下5个探头的PAR值在时间和大小分布上有较大差异.在空间变化上,非生长季林下PAR变异系数较小,约为0.15;生长季的变异系数较大,在0.22以上,最高值在8月.生长季典型晴天太阳高度角为38°～48°区间(9：00—10：00和13：00—14：00)时,林下PAR空间变化较大.     

刺槐树冠光合作用的空间异质性

林木冠层是森林与外界环境相互作用最直接的部分,冠层光合作用是研究森林生产力的基础。为了深入了解冠层内部光合作用的差异性,以陕西省永寿县马莲滩流域阳坡和阴坡立地的刺槐林为研究对象,对比分析了光合速率(An)、蒸腾速率(E)、水分利用效率(WUE)、气孔导度(gs)、羧化效率(Vc)、水汽压亏缺(VPD)、气孔限制值(ls)、光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)在树冠不同层次、不同方位,以及不同坡向之间的差异性。结果表明,刺槐树冠不同层次的光合作用差异性显著,大部分光合生理生态指标表现为:上中下。对于阳坡刺槐,VPD、Ta、gs、E是影响不同层次An的主要因子;对于阴坡刺槐,VPD、E、PAR是影响不同层次An的主要因子。光合作用在刺槐树冠的不同方位没有显著差异,大多数光合指标变化很小,E、ls、PAR、Ta是影响不同方位An的主要因子。对于刺槐冠层内部的任何层次或方位,阴坡刺槐具有更高的日均An、E、Vc、VPD、ls,而阳坡刺槐具有更高的日均WUE、gs、PAR、Ta。阳坡刺槐树冠中层西方和阴坡中层东方的日总光合速率值,可以分别代表阳坡和阴坡刺槐整个冠层的日总光合速率。研究认为,在冠层水平模拟和估计森林生产力时,必须考虑冠层光合作用的空间异质性,对于从单木到林分的尺度推演和模型拟合具有重要的意义。     

北京松山天然落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其影响因子

森林生态系统在陆地碳循环过程中发挥着重要作用,关于温带落叶阔叶林生态系统碳平衡过程影响机制的讨论尚未统一。本研究于2019年对北京松山典型落叶阔叶林生态系统的净碳交换量(NEE)及空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、光合有效辐射(PAR)、饱和水气压差(VPD)、土壤含水量(SWC)、降雨量(P)等环境因子进行原位连续监测,分析松山落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其对环境因子的响应。结果表明: 在日尺度上,NEE生长季(5—10月)各月平均日变化均呈“U”字形变化,日间为碳汇,夜间为碳源。其他月份NEE均为正值,变化平缓,表现为碳源。在季节尺度上,NEE呈单峰曲线变化规律,全年NEE为-111 g C·m^-2·a^-1,生态系统呼吸总量(R_e)为555 g C·m^-2·a^-1,总生态系统生产力(GEP)为666 g C·m^-2·a^-1。碳吸收与释放量分别在6月与11月达到最大值。PAR是影响日间净碳交换量(NEE_d)的主导因子,二者关系符合Michaelis-Menten模型,VPD是间接影响NEE_d的主导因子,最适宜日间净碳交换的VPD范围为1～1.5 kPa。土壤温度是影响夜间净碳交换量(NEE_n)的主导因子,SWC是NEE_n的限制因子,SWC过高或过低均会对NEE_n产生抑制,最适值为0.28 m³·m^-3。     

水稻冠层光截获、光能利用与产量的关系

以两优培九和武香粳14号水稻品种为材料,在不同栽插密度和施氮水平下进行2年田间试验,研究水稻冠层光合有效辐射(PAR)截获率、光能利用率与水稻产量的关系.结果表明:分蘖期至成熟期,各处理水稻冠层平均PAR反射率为3.45％,其中,分蘖期至抽穗期的冠层反射PAR占冠层总PAR损失的10.90％,显著小于抽穗期至成熟期的22.06％.分蘖期至成熟期的冠层PAR转化率随栽插密度的增加而减少,随施氮量的增加而增大;分蘖期至抽穗期的冠层PAR转化率高于抽穗期至成熟期.在分蘖期至成熟期,冠层PAR利用率随栽插密度和施氮量的增加而增大,各处理中两优培九的平均PAR利用率(1.83 g· MJ-1)显著高于武香粳14(1.42 g·MJ-1);武香粳14因生育期较长,分蘖期至成熟期的入射PAR及中、高栽插密度处理的PAR截获量均高于两优培九.水稻不同生长阶段冠层PAR截获率和利用率与产量呈显著正相关,PAR转化率与产量也呈正相关,但相关性不显著.因此,在保持较高PAR截获率的基础上提高冠层PAR转化率,进而提高冠层PAR利用率,有利于水稻高产.     

Seasonal variability in the effect of elevated CO2 on ecosystem leaf area index in a scrub-oak ecosystem

We report effects of elevated atmospheric CO₂ concentration (C_a) on leaf area index (LAI) of a Florida scrub‐oak ecosystem, which had regenerated after fire for between three and five years in open‐top chambers (OTCs) and was yet to reach canopy closure. LAI was measured using four nondestructive methods, calibrated and tested in experiments performed in calibration plots near the OTCs. The four methods were: PAR transmission through the canopy, normalized difference vegetation index (NDVI), hemispherical photography, and allometric relationships between plant stem diameter and plant leaf area. Calibration experiments showed: (1) Leaf area index could be accurately determined from either PAR transmission through the canopy or hemispherical photography. For LAI determined from PAR transmission through the canopy, ecosystem light extinction coefficient (k) varied with season and was best described as a function of PAR transmission through the canopy. (2) A negative exponential function described the relationship between NDVI and LAI; (3) Allometric relationships overestimated LAI. Throughout the two years of this study, LAI was always higher in elevated C_a, rising from, 20% during winter, to 55% during summer. This seasonality was driven by a more rapid development of leaf area during the spring and a relatively greater loss of leaf area during the winter, in elevated C_a. For this scrub‐oak ecosystem prior to canopy closure, increased leaf area was an indirect mechanism by which ecosystem C uptake and canopy N content were increased in elevated C_a. In addition, increased LAI decreased potential reductions in canopy transpiration from decreases in stomatal conductance in elevated C_a. These findings have important implications for biogeochemical cycles of C, N and H₂O in woody ecosystems regenerating from disturbance in elevated C_a.     

高寒草甸植物物种丧失对草原毛虫的影响

植物多样性是调控食物网结构和生态系统功能最重要的生物因素, 植物多样性丧失深刻影响食草动物, 但由于小型食草动物种群数量波动明显、统计随机性较大等困难, 我们对植物多样性丧失如何影响小型食草动物依然知之甚少。基于在青藏高原高寒草甸设置的长期植物物种剔除试验, 本研究于2016-2020年7-8月连续调查了植物物种剔除各处理中草原毛虫(Gynaephora alpherakiif)的数量, 分析了植物物种及功能群丧失对草原毛虫的影响。结果表明, 虽然时空差异及统计随机性是影响草原毛虫数量变化的主要因素, 但植物物种剔除介导的群落差异对草原毛虫数量的影响依然显著: (1)在各观测时段, 优势种线叶嵩草(Kobresia capillifolia)的丧失导致群落中草原毛虫数量显著减少; 禾草类物种丧失也会减少草原毛虫数量, 但其影响仅在8月显著; (2)杂类草物种丧失通过增加群落中禾草物种多度, 可增加草原毛虫数量; 豆科物种丧失使莎草增多, 也会增加草原毛虫数量; (3)各植物功能群部分物种剔除并未显著影响草原毛虫数量。本研究证实了高寒草甸中草原毛虫数量会因优势植物嵩草和禾草的多度减少或禾草物种丧失而显著减少, 但群落总生物量、个体数和物种丰富度、豆科多度以及各功能群植物同比减少, 都对草原毛虫数量没有明显影响。这些结果说明在随机作用主导下, 植物群落中的特定功能群相对多度(而非物种多样性)变化深刻影响草原毛虫适合度, 进而影响生态系功能及服务; 未来生物多样性研究及草地虫害生物防控中应更多考虑统计随机性及植物功能多样性对小型食草动物的影响。     

内陆河干旱区生态需水分析

根据水分驱动生态演变模型 ,以水分运动和补给条件 ,研究了内陆河平原生态系统的需水结构。生态需水分为过渡带生态需水 ,绿洲生态需水 ;绿洲生态需水又进一步分为天然绿洲生态需水和人工绿洲生态需水。通过流域水分平衡和地面观测资料确定了生态圈层结构的水分需求 ,以及降水与径流对水分需求的补给比例。生态需水的分析计算 ,类似于供需平衡分析。从植物生理角度分析生态需水 ,得到天然植被的总腾发量 Et,作为植被生态需水总量。各典型天然植被的 Et通过实验资料获得。将植被和水面的总生态需水量扣除有效降水补充的部分 ,即为径流性生态需水量 GE。另一方面 ,以流域为单元进行降水和径流统一考虑的水分综合平衡 ,进行生态可利用水量分析。得到生态系统可能实际利用的径流性水资源量 GR。　　将生态需水量 GE与生态系统可能实际利用的水资源量 GR进行平衡分析 ,计算实际生态耗水 ,并分析盐碱地无效耗水。根据 2 0 2 0年生态状态情景分析 ,作出了 2 0 2 0年生态需水与生态系统结构演变的预测     

珠三角城市绿地CO2通量的环境响应特征

城市绿地的净生态系统CO2交换量(NEE)受多种环境因素控制,定量分析NEE的环境响应机制对评估绿地生态系统固碳效益、优化城市绿地布局有重要意义。本文应用2009、2010年位于东莞市植物园内的涡度相关CO2通量定位观测资料,分析了光合有效辐射(PAR)、土壤温度(Ts)、饱和水汽压差(VPD)、降水及周边不同下垫面类型对NEE的影响。结果表明:NEE绝对值随PAR的升高而增加,PAR超过光饱和点(约为1500μmol photons·m-2·s-1)后,NEE绝对值呈回落趋势;生态系统呼吸(Reco)随Ts升高而增加,在温度较低时,Reco对Ts的敏感性较强(10℃时,Lloyd-Taylor方程的Q10=1.8),随着温度升高,敏感性下降(30℃时,Q10=1.43);VPD通过影响植物气孔导度对CO2交换产生作用,相同温度下,随着VPD升高,气孔导度增大,呼吸释放与光合固定的CO2量均增加;降水能增加土壤湿度进而使Reco增大,25℃时,降水后的Reco比降水前增加15.8%;测站东北和西南方的绿地范围较大,当东北和西南部是主要贡献区时,NEE绝对值较大,表明增加城市绿地能有效提高城市固碳效益。     

Large-scale manipulation of plant litter and fertilizer in a managed successional temperate grassland

Plant litter may play an important role in herbaceous plant communities by limiting primary production and influencing plant species richness. However, it is not known how the effect of litter interacts with fertilization. We tested for the role of litter and fertilization in a large-scale experiment to investigate effects on diversity and biomass of plant species, growth forms, native vs. non-native groups, and abiotic ecosystem components (e.g., soil moisture, PAR). We manipulated plant litter (removed vs. left in situ) and nutrient availability (NPK-fertilized vs. unfertilized) for 4 years in 314-m² plots, replicated six times, in an old-field grassland. While many of our species-level results supported previously published studies and theory, our plant group results generally did not. Specifically, grass species richness and forb biomass was not affected by either fertilization or plant litter. Moreover, plant litter removal significantly increased non-native plant species richness. Relative to native plant species, all of our experimental manipulations significantly increased both the biomass and the species richness of non-native plant species. Thus, this grassland system was sensitive to management treatments through the facilitation of non-native plant species. We coupled biotic and abiotic components within a nonmetric multidimensional scaling (NMS) analysis to investigate treatment effects, which revealed that specific treatments altered ecosystem development. These results suggest that fertilization and plant litter may have larger impacts on plant communities and on ecosystem properties than previously understood, underscoring the need for larger-scale and longer-term experiments.     

植物功能型及其生态学意义

植物功能型是近年来在全球变化研究中引入的一个新的生态学术语,综 植物功能型概念的由来、划分植物及其生态学意义,用系统生物学的理论与方法理解植物功能型,并指出了植物功能型在全球变化研究中的意义。     

安太堡矿废弃地侵入野生植物及对生态系统的影响

安太堡矿是我国最大、世界上少有的超大型露天煤矿 ,采煤使生态系统遭到严重破坏 ,恢复与重建人工生态系统的同时 ,野生植物相继侵入 ,本文介绍了侵入野生植物组成、资源类型及对人工生态系统的影响 ,说明野生植物对生态系统恢复与重建的必要性     

西北地区草地生态系统生态安全评价初探

草地生态系统是我国西北生态脆弱地区的重要组成部分,开展其生态安全的评价对于西部大开发战略的实施有着重要的指导作用,对维护西部地区的政治稳定、经济可持续发展、军事安全等有着不可估量的价值.通过对西北生态脆弱地区草地生态系统现状的剖析,阐述了开展草地生态系统生态安全评价的意义,确立了草地生态系统生态安全评价的原则,分析影响草地生态系统生态安全的6个主要因子:人类活动、草地生态系统功能、植被群落动态、气候变化、土壤条件、有害生物等.在此基础上,初步构建草地生态安全评价的理论指标体系.     

湿地中的植物入侵及湿地植物的入侵性

湿地享有“自然之肾”之称,但湿地生态系统正在受到严重的破坏,植物入侵已经成为干扰湿地生态系统的重要因素。同时湿地植物具有高度的入侵性,湿地和植物入侵都是现代生态学的研究热点。本文总结分析了湿地容易受到入侵的6种主要原因,包括湿地生境类型多样,分布广泛;湿地位置与植物扩散路线相关性;干扰;富营养化;湿地的脆弱性;外来种缺少天敌等。归纳了21种全球性主要湿地入侵植物种及其生态习性,并对湿地植物具有高度入侵性的共同特点以及解释湿地入侵现象的5种假说:天敌逃避说、宽耐受性假说、有效利用说、杂种优势说和异株克生说等作了综述分析。     

植物功能性状、功能多样性与生态系统功能: 进展与展望

植物功能性状与生态系统功能是生态学研究的一个重要领域和热点问题。开展植物功能性状与生态系统功能的研究不仅有助于人类更好地应对全球变化情景下生物多样性丧失的生态学后果,而且能为生态恢复实践提供理论基础。近二十年来,该领域的研究迅速发展,并取得了一系列的重要研究成果,增强了人们对植物功能性状-生态系统功能关系的认识和理解。本文首先明确了植物功能性状的概念, 评述了近年来植物功能性状-生态系统功能关系领域的重要研究结果, 尤其是植物功能性状多样性-生态系统功能关系研究现状; 提出了未来植物功能性状与生态系统功能关系研究中应加强植物地上和地下性状之间关系及其与生态系统功能、植物功能性状与生态系统多功能性、不同时空尺度上植物功能性状与生态系统功能, 以及全球变化和消费者的影响等方面。