华南桉树人工林树液流通量及蒸散作用

通过对广东省湛江市雷州半岛桉树(Eucalyptus urophylla S.T.Blake)人工林的树液流通量、环境因子、土壤蒸发、林冠截留和林分特性相关指标一年多的连续观测,以及通过一个理论公式对日蒸散量的计算,得出了如下结论:(1)土壤特性及由此决定的土壤水势对树液流通量,以及树液流通量密度(SFD)与气温的关系有一定影响;(2)林冠层的VPD(空气饱和差)对SFD有显著影响;(3)由测定和计算得来的蒸散量在河头和纪家分别有5.26%和6.14%的偏差,可以认为这两种方法有较好的一致性;(4)河头和纪家的林分蒸腾量占总蒸散量百分比分别为62.2%和51.3%;(5)树种单位叶面积水平上的SFD是评价该树种水分利用的重要指标.     

应用热脉冲系统对桉树人工林树液流通量的研究

应用热脉冲式树液流测定系统和自动气象站 1 999年 9月～ 2 0 0 0年 9月的观测资料 ,探讨了广东省湛江市雷州半岛两个桉树人工林树液流通量 (Sap flux density,SFD)的时空动态及其与环境因子的相关关系。河头和纪家两地桉树林的树液流变化具有明显的昼夜节律性 ,大约从清晨 7:0 0开始萌动 ,1 2 :0 0以后达到峰值 ,夏季连续 4 d中 (2 0 0 0年 6月 1 5日～ 6月 1 8日 )河头 SFD最大值 44.2 1± 4.5 ml/ (cm2 · h) ,纪家 2 9.2± 7.2 ml/ (cm2· h)。此后 ,SFD逐渐减小 ,一直到日落前后降至最低值。树液流在不同的季节具有不同的昼夜节律性变化规律。两地 SF D值的季节波动节律相似 ,湿季时相对较大。但是河头日平均 SFD值 (2 4 36± 1 1 92 .5 ml/ (cm2 · d) )要比纪家 (1 70 3± 82 4 .5 ml/ (cm2 · d) )高 ,这主要是由于两地土壤质地的差异所导致的。在所选时段内 ,SFD的最大值出现在河头的冬季和纪家的夏季 ,这是由于这两天的大气饱和水气压差 ,太阳辐射和土壤有效持水量都比较高的缘故。在空间上 ,从形成层到心材 ,SF D最初有所增加 ,随后持续减小。整个观测期间两地 SFD的极大值均出现在 6月中旬 ,河头为 51 .53ml/ (cm2· h) ,而纪家为 39.85ml/ (cm2 · h) ,显然 ,由于环境条件的限制 ,主要是土     

桉树人工林树液流动密度随边材径向深度的变化

树液流动密度(SFD)随边材径向深度的变化对于准确估测流经边材的树液通量是非常重要的,后者又制约着Heat Pulse的应用精度.但迄今为止,只有很少的研究估计了由于SFD随径向的梯度变化而带来的误差,SFD沿树干径向分布规律的获得往往依靠对少数几棵树的观测资料.基于在广东雷州半岛对两块3～4年生桉树(Eucalyptus urophylla S.T. Blake)人工林1年的Heat Pulse观测,探讨了对来自39株立木大量观测资料的综合处理方法,发现这两个样地(纪家和河头)的林分中SFD随边材径向深度的变化可以用如下回归方程来描述:纪家: y=3.667 5x3-7.295 5x2+3.682 6x+0.567 4 (R2=0.939 1, n=80, P=0.01)河头: y=5.006 2x3-9.116 1x2+4.454 4x+0.463 4 (R2=0.806 9, n=72, P=0.01)式中:y--某一树液感应器所测得的SFD与不同深度的4个感应器所测得的SFD的平均值之比;x-某一树液感应器在边材中的深度与边材厚度之比.从形成层到心材,SFD最初有所增加,随后持续减小,但由于树木年龄很小,最大的SFD只比最小的SFD大0.33～0.36倍.     

桉树人工林树液流动密度随边材径向深度的变化

树液流动密度 (SFD)随边材径向深度的变化对于准确估测流经边材的树液通量是非常重要的 ,后者又制约着HeatPulse的应用精度。但迄今为止 ,只有很少的研究估计了由于SFD随径向的梯度变化而带来的误差 ,SFD沿树干径向分布规律的获得往往依靠对少数几棵树的观测资料。基于在广东雷州半岛对两块 3～ 4年生桉树 (Euca lyptusurophyllaS .T .Blake)人工林 1年的HeatPulse观测 ,探讨了对来自 39株立木大量观测资料的综合处理方法 ,发现这两个样地 (纪家和河头 )的林分中SFD随边材径向深度的变化可以用如下回归方程来描述 :纪家 :y =3.6 6 75x3 - 7.2 95 5x2 3.6 82 6x 0 .5 6 74 (R2 =0 .9391,n =80 ,P =0 .0 1)河头 :y =5 .0 0 6 2x3 - 9.116 1x2 4.4 5 4 4x 0 .4 6 34(R2 =0 .80 6 9,n =72 ,P =0 .0 1)式中 :y———某一树液感应器所测得的SFD与不同深度的 4个感应器所测得的SFD的平均值之比 ;x—某一树液感应器在边材中的深度与边材厚度之比。从形成层到心材 ,SFD最初有所增加 ,随后持续减小 ,但由于树木年龄很小 ,最大的SFD只比最小的SFD大 0 .33～ 0 .36倍。     

树种多样性和土壤微生物多样性对人工林生产力的影响

林分生产力通常会随着树种多样性增加而增加,但不同营养级生物多样性以及树种和土壤微生物多样性之间的相互作用如何影响生产力目前尚不清楚。以亚热带不同丰富度和树种组成的人工林为研究对象,从物种、功能性状、遗传三个维度的树种多样性以及土壤真菌和细菌系统发育多样性,探究了中国亚热带人工林树种多样性和土壤微生物多样性对林分生产力的影响。研究发现,林分生产力随树种功能多样性(FD)(P<0.001)、比叶面积群落加权均值(CWM-SLA)(P<0.01)、树种系统发育多样性(PD)(P<0.05)和土壤真菌多样性(PDF)(P<0.01)的增加而显著增加,分别解释了林分生产力总变异的12.86%、6.80%、3.67%和3.08%。FD和CWM-SLA可分别通过增加土壤真菌、细菌多样性而间接提高林分生产力。研究结果表明多营养级生物多样性是维持高水平林分生产力的基础,树种多样性和土壤微生物多样性之间的自上而下的级联效应在调节生态系统生产力方面发挥着重要作用。     

基于人体健康的3种城市森林夏季林内紫外线辐射环境特征比较研究

以中波紫外线为主的紫外辐射对人体健康具有多种生物学影响,城市森林能够为居民提供温和的紫外辐射环境。为了解林下紫外线辐射环境特征是否存在树种间差异,对北京市3种常见遮荫树种的夏季林下紫外辐射(UV)强度、林内与林外UV辐射的比值(SR)、UV-B在总UV辐射中占比(UV-B/UV),以及VD合成和红斑效应两种人体作用有效辐射强度(UV_VD、UV_er)进行了测算。结果表明：(1)三种林分林内紫外辐射总量是林外的3%—10%,不同林分的林内UV强度具有显著差异,元宝枫林对UV屏蔽能力最强,其次是栾树林和国槐林;(2)三种林分林冠对不同波长上紫外辐射能量的屏蔽能力具有明显的一致性,林冠对UV-B的屏蔽能力没有在UVA波段强和稳定,林内UV-B/UV普遍高于林外,其中元宝枫林最高,其次为栾树林,国槐林最低;(3)林冠明显改变了日光UV_VD和UV_er两种人体作用光谱曲线的形态,三种林分内的人体作用光谱曲线形态相似,强度上,林内外UV_VD/UV_er值均接近1,不同林分间...     

六盘山辽东栎、少脉椴天然次生林夏季蒸散研究

2004年8～9月份,利用热扩散技术,结合微型蒸渗仪和水文学方法,研究了辽东栎、少脉椴次生林蒸散组成及其与林分结构的关系.结果表明,辽东栎和少脉椴树干的液流密度在"相对静止期"内比较稳定和微弱,其值在0.05μl·cm^-2·min^-1以下;在"活跃期"内树干液流密度上升较快,并呈单峰、双峰或多峰曲线,其值在0.25μl·cm^-2·min^-1以下;两树种单株蒸腾量有明显的种间差异,前者晴天和阴雨天单株蒸腾量分别为5.31和2.48 L·d^-1,为后者的2.3倍和3.75倍.林下灰_栒子和黄刺玫蒸腾速率日均值接近,分别为0.331和0.321 g·g^-1·h^-1.次生林日均蒸散量1.4 mm·d^-1,其中蒸腾量0.72 mm·d^-1、土壤蒸发量0.19 mm·d^-1、林冠截留量0.4 mm·d^-1,各占总量的49.6%、13.3%和37.1%.乔、灌木树种组成对次生林蒸腾量影响的表现不同,前者表现为个体蒸腾量的种间差异,而后者取决于单位林地面积上各树种的叶量.乔木层、灌木层和草本层(含土壤层)日均蒸散量分别为0.96、0.30和0.19 mm·d^-1,各占总量的65.8%、20.9%和13.3%,说明乔木层对林分日蒸散量大小起主要作用,灌木层次之,草本和土壤蒸发量的贡献最小.     

地表反照率不同计算方法对干旱区流域蒸散反演结果的影响——以新疆三工河流域为例

地表蒸散是维持地球表面水量平衡和热量平衡的重要环节,SEBAL模型作为一种快速且有效的反演地表蒸散的遥感物理模型方法,在地表蒸散研究中得到广泛应用。地表反照率作为影响地表能量平衡的重要因素,同时也是SEBAL模型的重要输入参数,因此不同的地表反照率计算方法对SEBAL模型的反演结果有重要影响。以新疆三工河流域为研究区,利用Landsat8 OLI/TIRS数据,以应用最为广泛的Smith地表反照率计算法和Liang地表反照率计算法两种方法计算地表反照率,并输入SEBAL模型中反演日蒸散量,比较分析两种地表反照率计算方法对蒸散反演结果的影响,得出以下结论:(1)两种地表反照率计算方法下经SEBAL模型得到的日蒸散量与实测值拟合程度均较高,不同年份下线性拟合决定系数大于0.75,但是使用Smith方法计算出的地表反照率结合SEBAL模型得到的日蒸散量与实测值拟合程度更高;(2)通过RMSE等精度指标比较两种地表反照率计算方法下基于SEBAL模型反演的日蒸散量,结果显示,Smith地表反照率计算方法下反演的日蒸散量精度略高;(3)Smith地表反照率计算方法下最终得到的区域日均蒸散量高于使用Liang地表反照率计算方法最终得到的区域日均蒸散量,夏季差异最大,差异为0.64 mm/d,其他季节差异较小,差异约为0.2 mm/d。(4)进一步比较研究日内两种地表反照率计算方法得到的地表反照率,结果显示,Smith地表反照率计算法得到的地表反照率均值均小于同时期Liang地表反照率计算法得到的地表反照率均值。     

不同优势树种菌根类型差异对土壤胞外酶活性的影响

土壤酶作为微生物代谢指标,在森林生态系统土壤碳和养分循环过程中发挥着重要作用,是土壤质量的重要指标。针对不同优势树种的内生菌根(AM)和外生菌根(ECM)所占比例差异,设置4种菌根类型比例梯度(即林分中ECM树种所占比例为<25%、25%—50%、50%—75%、>75%),分析4种林分中土壤水解酶[β-葡糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)]和过氧化物酶(PER)活性差异,运用方差分析和多重比较分析方法,探究水解酶和氧化酶沿菌根类型梯度的变化规律及原因。结果表明：(1)lnBG和ln(NAG+LAP)与lnAP的回归斜率小于1,且AP远大于BG和NAG+LAP,这表明森林土壤微生物受磷(P)限制更严重,随着林分中ECM优势树种的增加,微生物受碳(C)和P限制的状况得到缓解;(2)土壤有机碳(SOC)随着ECM树种占比的增加而增加,ECM森林比AM森林表现出更高的全氮(TN)和全磷(TP)含量;(3)随着林分中ECM树种占比的增加,BG、AP和NAG+LAP呈逐渐显著增加的趋势(P<0.05);但氧化酶活性...     

阔叶红松林林冠斑块特征及其与林木更新的关系

调查了长白山北坡海拔740m处阔叶红松林主要树种林冠斑块的特征,及其对林分结构与更新的影响,结果表明,林冠斑块主要由红松,椴树,色木,蒙古栎4个树种组成,其林冠斑块覆盖面积占林地面积的57．1％,占样地内林冠斑块总面积的87％,其中以红松和紫椴林冠为主,小林冠斑块数量多,分布广,大斑块则很少,林冠斑块面积基本在100m^2以上,只有个别的斑块超过100m^2,林冠斑块形状变异较大,呈现不规则的多边形,林冠树种对幼龄个体的分布存在一定的影响,色木槭幼龄个体几乎分布在所有的紫椴和红松林冠斑块内,最大密度出现32m^2的紫椴林冠斑块和28m^2的红松林冠斑块内,紫椴的幼龄个体只集中在少数林冠斑块内。     

基于树干液流及涡动相关技术的葡萄冠层蒸腾及蒸散发特征研究

针对西北干旱区绿洲经济作物葡萄树冠层蒸腾及蒸散发特征的相关问题,在甘肃省敦煌市南湖绿洲开展无核白葡萄树液流速率及蒸散发观测试验,采用基于热平衡原理的包裹式茎流计,详细分析了典型生长季7—9月份葡萄树蒸腾耗水规律,使用"单位叶面积上的平均液流速率SF×叶面积指数LAI"的方法,实现了从单株到林分冠层蒸腾的尺度扩展,并通过与涡动相关技术所测蒸散发数据对比,详细研究了葡萄地冠层蒸腾及蒸散发规律。结果表明:典型生长季中葡萄树液流速率日变化为单峰型曲线,日均耗水量从2.76 kg到10 kg不等,胸径越大的葡萄树日均耗水量越大;冠层蒸腾及蒸散发日变化曲线亦为单峰型,白天8:00—12:00与17:00—20:00期间,葡萄冠层蒸腾与蒸散发曲线均比较吻合,该时间段葡萄地蒸散发绝大部分来源于葡萄冠层蒸腾,而12:00—17:00之间由于午后太阳辐射强烈土壤蒸发量增加,葡萄蒸散发大于冠层蒸腾;典型生长季3个月中,葡萄冠层蒸腾量的变化范围在1.88—8.12 mm/d之间,日均冠层蒸腾量为6.12 mm/d,蒸散发在1.74 mm/d至10.78 mm/d之间,日均蒸散发量为7.13 mm/d;日均土壤蒸发量约为1.01 mm/d,只占总蒸散发量的14.2%,日均冠层蒸腾占日均蒸散发的比重达到85.8%,说明该生长阶段冠层蒸散发以作物蒸腾为主。     

环境和冠层结构对华北落叶松林树干液流的影响

准确量化环境和冠层结构变化对树干液流的影响,对于深入理解变化环境下的树木水分利用机制具有重要意义。在六盘山香水河小流域于2019年6—9月利用热扩散式探针监测了华北落叶松林的树干液流,同步观测林外气象、林内根系层土壤含水量和冠层结构动态,分析树干液流速率与潜在蒸散(PET)、土壤相对可利用水分(REW)和林冠层叶面积指数(LAI)的关系,并量化各因素对树干液流速率的相对贡献。结果表明: 树干液流速率对PET的响应符合二项式函数,对LAI的响应符合线性增长函数,对REW的响应符合趋于饱和的指数增长函数。将树干液流速率与PET、REW和LAI的单因子响应关系以连乘形式耦合得到多因素影响的树干液流模型,具有较好的模拟精度。基于该模型得到,PET是导致不同天气下树干液流速率差异的主导因素,其平均贡献率在晴天(40.3%)、多云(4.3%)和雨天(-26.3%)下有较大不同;PET和LAI是影响树干液流速率月份变化的主导因素,其在各月贡献率范围分别为-23.1%~16.8%和-12.3%~11.0%。本研究构建的多因素影响的树干液流模型可用于评估和预测树干液流速率,亦可用于量化各主导因素影响,将有潜力成为分析变化环境下树木水分利用的有效工具。     

基于茎流-蒸渗仪法的荒漠草原带人工灌丛群落蒸散特征

中国西北地区通过大量种植中间锦鸡儿(Caragana liouana)进行生态治理, 在荒漠草原带上形成人工灌丛景观, 改变了生态系统的结构和功能, 影响到地-气水汽循环过程, 研究该人工灌丛群落的蒸散特征, 对揭示其生态水文效应和指导地方生态治理实践具有重要意义。该文以宁夏盐池荒漠草原带上的人工灌丛群落为例, 利用茎流-蒸渗仪法测定了2018年5-8月的灌木蒸腾和丛下蒸散, 并分析了环境因子对人工灌丛群落蒸散的影响。结果表明: (1)茎流-蒸渗仪法所测的群落蒸散与水量平衡法、涡度相关法得到的群落蒸散有较好的一致性, 茎流-蒸渗仪法能适用于荒漠草原带人工灌丛群落蒸散及其组分结构的测定; (2)观测期内晴天的灌木蒸腾速率和丛下蒸散速率日变化趋势相近, 均为单峰曲线, 群落蒸散主要发生在日间, 但灌丛最大蒸腾速率的出现时间比丛下蒸散最大速率的出现时间晚1 h; (3) 5-8月间灌木累积蒸腾为83.6 mm, 日平均蒸腾量为0.7 mm·d^-1, 季节变化呈抛物线状; 同期丛下累积蒸散为182.5 mm, 日平均蒸散量为1.5 mm·d^-1; 丛下蒸散明显大于灌木蒸腾; (4)观测期间人工灌丛群落累积蒸散266.1 mm, 而同期的降水量为222.6 mm, 陆面水分收支处于亏缺状态; (5)净辐射是影响蒸散最主要、最直接的驱动因素, 且能够影响其他因子进而对人工灌丛群落蒸散产生作用。综上, 人工灌丛引发荒漠草原地带陆面水分收支亏缺的现象, 在生态恢复与重建中须引起注意。     

羊草群落的水分利用

羊草(Leymus chinensis (Trin.)Tzvel.)群落的土壤水分具有明显的成层性:0～40 cm是根系集中分布层,受降水和蒸散的直接影响,称为蒸散与降水相互作用层;40～120 cm贮水变化滞后于根系层贮水和群落蒸散的季节变化,称为主要贮水层;120 cm以下称为水分相对稳定/平衡层.1996年属平水年,生长季末土壤水盈余18 mm;1998年属丰水年,在连续强降雨时发生渗漏,生长季末土壤水亏缺15 mm.蒸腾-蒸散比(T/ET)不仅反映群落的繁茂和活力,而且反映植物对环境水资源的利用状况.1998年8月T/E7值较小(0.5),6月达0.7,7月受降水少影响而有所降低(0.6),8月水分利用效率达到最大(0.9),9月降到0.6.水分利用效率(WUE)在良好的水分条件下(1998年),主要受植物自身生长速度的限制,其季节变化与生长大周期吻合.深入分析WUE和T/E的内涵,提出蒸散效率(ETE)的概念,能更好地反映植物对环境水资源利用的状况或程度,具有实际意义.     

Characteristics of evapotranspiration in planted shrub communities in desert steppe zone based on sap flow and lysimeter methods

中国西北地区通过大量种植中间锦鸡儿(Caragana liouana)进行生态治理, 在荒漠草原带上形成人工灌丛景观, 改变了生态系统的结构和功能, 影响到地-气水汽循环过程, 研究该人工灌丛群落的蒸散特征, 对揭示其生态水文效应和指导地方生态治理实践具有重要意义。该文以宁夏盐池荒漠草原带上的人工灌丛群落为例, 利用茎流-蒸渗仪法测定了2018年5-8月的灌木蒸腾和丛下蒸散, 并分析了环境因子对人工灌丛群落蒸散的影响。结果表明: (1)茎流-蒸渗仪法所测的群落蒸散与水量平衡法、涡度相关法得到的群落蒸散有较好的一致性, 茎流-蒸渗仪法能适用于荒漠草原带人工灌丛群落蒸散及其组分结构的测定; (2)观测期内晴天的灌木蒸腾速率和丛下蒸散速率日变化趋势相近, 均为单峰曲线, 群落蒸散主要发生在日间, 但灌丛最大蒸腾速率的出现时间比丛下蒸散最大速率的出现时间晚1 h; (3) 5-8月间灌木累积蒸腾为83.6 mm, 日平均蒸腾量为0.7 mm·d^-1, 季节变化呈抛物线状; 同期丛下累积蒸散为182.5 mm, 日平均蒸散量为1.5 mm·d^-1; 丛下蒸散明显大于灌木蒸腾; (4)观测期间人工灌丛群落累积蒸散266.1 mm, 而同期的降水量为222.6 mm, 陆面水分收支处于亏缺状态; (5)净辐射是影响蒸散最主要、最直接的驱动因素, 且能够影响其他因子进而对人工灌丛群落蒸散产生作用。综上, 人工灌丛引发荒漠草原地带陆面水分收支亏缺的现象, 在生态恢复与重建中须引起注意。     

栓皮栎人工林树干液流对不同时间尺度气象因子及水面蒸发的响应

于2006-2008年主要生长季节,利用热扩散技术连续测算得到了华北土石山区30年生栓皮栎人工林液流量(SF),并结合同步测定的太阳辐射(Ra)、空气温度(Ta)、饱和水汽压亏缺(VPD)、风速(V)和降雨量(P)等气象因子、水面蒸发(EV0)及叶面积指数(LAI)等因子,分析了栓皮栎液流对不同时间尺度气象因子及水面蒸发的响应规律,探索建立长时间尺度水面蒸发与树干液流之间的关系模型。试验结果表明:(1)在主要生长季(4—9月份)期间,栓皮栎单株液流与同期测定的Ra、Ta、VPD和V等气象因子间均存在着较强的相关性。时间尺度为10min、1h、d、旬、月时,决定系数分别为0.388、0.482、0.539、0.654和0.812。说明随着时间尺度的增加,相关性越强;在不同时间尺度下,影响SF的最主要气象因子均为Ra。月SF与月Ra变化趋势的同步性尤为明显。(2)日尺度和月尺度上EV0与SF之间具有很好的线性关系,决定系数分别为0.578和0.876,比同时期、相等样本数条件下SF与Ra、Ta、VPD、V多元线性拟合的决定系数分别高3.6%和3.9%。(3)2006、2007、2008年生长季节降雨量分别为464.8、393.3mm和315.0mm,栓皮栎单株液流分别为2024.1L、1739.2L和1688.7L,年际间SF变化趋势与降雨量存在一定的一致性。     

树木胸径大小对树干液流变化格局的偏度和时滞效应

通过分析具不同水力结构的马占相思、荷木和粉单竹液流变化格局的偏度和时滞,探讨液流的空间分布特征及对冠层蒸腾的影响。结果表明:荷木的液流格局偏度和时滞随树木胸径的增加呈减小的趋势,但马占相思由于冠层开阔和林分分化程度高而规律不明显,粉单竹液流偏度随胸径减少,由于冠幅较小,接受的光照较均匀,个体间的时滞差异不明显,但时滞值比胸径近似的荷木小。树干水分传输过程中存在液流再分配的现象,边材的导水效率可能是影响时滞的重要原因。冠层蒸腾的空间异质性与树木储存水有关,大树储存水较多,冠层蒸腾的异质性小;小树储存水较少,液流被优先分配到光照充足的东南方位,导致冠层蒸腾较高的异质性。旱季受土壤水分的限制,大树储存水对蒸腾的贡献大于湿季,而小树蒸腾由于受到储水容量的制约,储存水对蒸腾的贡献小于湿季。冠层接受光照的迟或早以及辐射量的大小是引起蒸腾时间变化格局和树干不同方位液流格局差异的重要原因,但液流的横向交换弱化了这种现象,往往是个体间的差异掩盖了方位的差异。湿季较小胸径的树木比偏值(枝下高与胸高处液流偏度的比值)大于旱季,而较大胸径的树木比偏值恰好相反,总体而言,比偏值随着胸径的增加而逐渐下降。