千烟洲人工林水汽通量特征及其与环境因子的关系

利用涡度相关技术研究了2004年千烟洲人工针叶林生态系统的水汽通量变化特征,结合气象要素的观测,进一步分析了净辐射、温度、水分、热量等环境因子对水汽通量的影响。结果表明:全年各月各时刻的水汽通量大多为正值,夏季大于春秋两季,冬季最小。其中7月份为全年最高,日最大值达到0·149gm-2·s-1;1月份最低,日最高值仅为0·021gm-2·s-1。不同天气条件下(晴天和多云)水汽通量的日变化有明显区别。全年蒸散量为736·1mm,占总降水量(1323·6mm)的55·6%。除7月份和10月份外,各月的蒸散量都要小于降水,尤以3、4月份差别最大,2004年10月出现典型的秋旱,但蒸散量和常年相差不大。水汽通量对净辐射、气温、地温、以及土壤热通量的变化都有很好的响应,两种天气条件下都能达到显著水平,可以用一元二次方程表达其间的关系。逐步回归分析显示晴天和多云时入选的变量不完全相同,晴天主要是净辐射、温度(气温、地温)、水分(饱和水汽压差),多云时包括净辐射、地温、土壤热通量和水分(空气相对湿度、土壤含水量)。可见气象条件在很大程度上制约着水汽通量的变化,而以辐射和地温的影响最大。     

重庆缙云山针阔混交林水汽通量特征及其影响因子

利用涡度相关技术于2019年9月-2020年8月在重庆缙云山针阔混交林生态系统观测了水汽通量和其他环境要素。基于观测数据, 分析了水汽通量特征及其与环境因子的关系。结果表明: (1)针阔混交林生态系统能量闭合率为0.77, 且通量足迹高贡献区域所处方向与风玫瑰图的全年主风方向(东北风向)一致, 累计通量贡献区变异系数比较小, 证明涡度相关技术在研究区适应性较好, 数据可靠。(2)缙云山针阔混交林的全年水汽通量基本为正值, 月平均日变化范围为-0.001-6.623 mmol·m^-2·s^-1, 说明研究区为水汽源。水汽通量月平均日变化和季节变化均为单峰趋势。夏季水汽通量平均值最大(4.620 mmol·m^-2·s^-1), 变化趋势强; 冬季水汽通量值最低(2.077 mmol·m^-2·s^-1), 变化趋势弱。(3)该地区全年蒸散总量(792.40 mm)占降水总量(1 489.18 mm)的53.12%, 夏季的蒸散量(325.53 mm)和降水量(680.52 mm)最高, 分别占到全年蒸散量和降水量的41%和46%。缙云山针阔混交林生态系统站点与其他地区不同生态系统站点对比, 得出全年蒸散量为湿地>森林>农田。(4)净辐射、气温、饱和水汽压差和风速对水汽通量的影响在各季节均显著, 净辐射、气温和饱和水汽压差与水汽通量呈正相关关系, R²最大分别为0.85、0.53和0.60, 风速与水汽通量呈负相关关系, R²为0.61, 均是夏季的相关性最高, 其中净辐射和气温是影响水汽通量的最主要因子。     

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。     

神农架大九湖亚高山泥炭湿地水汽通量特征及其与相关环境因子的关系

以神农架大九湖亚高山泥炭湿地为对象,采用涡度相关技术,通过采集湿地水汽通量的年际数据,并进行数据统计和分析,研究水汽通量特征及其与环境因子的关系。结果显示：（1）大九湖泥炭湿地全年蒸散量占降水量的58.59%,能够满足大九湖生态系统水汽循环的需要。（2）大九湖泥炭湿地的水汽通量全年各月份日均变化大多为正值,即释放水汽,表明该地区总体表现为水汽源;在季节尺度上,水汽通量最大值出现在夏季,夏季水汽通量日均变化幅度最大。（3）净辐射月均变化幅度较大,其中夏季净辐射最大,占全年的34.96%。各季节的净辐射与水汽通量均呈正相关,春季、夏季和秋季的拟合效果（R²）均超过0.7,夏季最高（0.8347）,且高于其他同纬度6个地区。（4）除2018年1月外,各月份水汽通量与气温均呈显著正相关,特别是夏季最显著相关,这与夏季植物蒸腾和水分蒸发旺盛有关。（5）气温和净辐射对水汽通量的影响在各季节均显著,但各季节间有所差异。研究表明净辐射在大九湖泥炭湿地水汽循环中的作用大于气温对水汽通量的影响。     

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.     

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。     

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。     

科尔沁温带草甸能量平衡的日季变化特征

利用2011年9月—2012年10月涡度相关数据和气象观测资料,对科尔沁温带草甸能量平衡的日季变化特征进行分析.结果表明:研究区涡度相关系统全年的能量平衡闭合度为0.77,不同时期能量平衡闭合度的大小顺序为:生长季裸土期积雪期.能量平衡各分量日变化均呈单峰曲线形式,净辐射日变化峰值出现在12:00前后,其余分量的峰值出现时间都稍有滞后.净辐射季节变化呈单峰曲线形式,年平均值为5.71 MJ·m-2·d-1.潜热通量季节变化趋势与净辐射相似,年平均值为2.84 MJ·m-2·d-1.感热通量季节变化呈双峰曲线形式,峰值分别出现在4月和9月,年平均值为1.87 MJ·m-2·d-1.土壤热通量的最大值(3.47 MJ·m-2·d-1)出现在4月,9月以后开始转为负值.全年能量平衡各分量收支比例的大小顺序为:潜热通量感热通量土壤热通量,潜热通量、感热通量和土壤热通量分别占净辐射的49.8%、35.8%和3.1%.全年波文比的季节变化近似"U"型,平均值为1.61;生长季数值较小且较为平稳,平均值为0.18;非生长季数值较大且波动较大,平均值为2.39.     

季节性高温和干旱对亚热带毛竹林碳通量的影响

采用涡度相关技术对安吉亚热带毛竹林生态系统碳通量进行连续观测,选取2011和2013年月尺度净生态系统生产力（NEP）、生态系统呼吸（R_e）和总生态系统生产力（GEP）数据,探讨季节性高温、干旱对毛竹林生态系统碳通量的影响.结果表明： 安吉毛竹林年际间NEP有较大差异;2013年7和8月由于水热不同步而造成的高温干旱使其NEP明显下降,相比于2011年同期分别下降了59.9%和80.0%.对2011和2013年月尺度下NEP、R_e和GEP与环境因子进行相关分析发现,R_e和GEP与温度因子均呈显著相关（P<0.05）,但两者对空气和土壤水分的响应方式和程度有所不同,GEP相比于R_e更易受到土壤水分降低的影响,而饱和水汽压差的升高会在一定程度上促进R_e、同时抑制GEP,这是造成2013年7和8月安吉毛竹林NEP降低的根本原因.     

毛竹C4H基因的鉴定及其表达模式分析

为了解毛竹（Phyllostachys edulis）中肉桂酸-4-羟化酶基因（C4H）的分子特征及其表达模式,采用生物信息学方法在毛竹基因组数据库中鉴定出6个C4H成员（PeC4H1~PeC4H6）,基因编码区长度为1 506~1 695 bp,推测编码501~564 aa,均具有保守的血红素结合域、苏氨酸结合槽基序和5个特征性底物识别位点,属于细胞色素P450超家族。系统进化分析表明,6个PeC4Hs可分为2类,分别含有2和4个成员。转录组数据分析表明,PeC4Hs在毛竹26个组织中的表达量存在明显差异,不同高度笋中PeC4Hs的表达差异显著。PeC4Hs启动子序列中含有多种响应逆境胁迫和激素信号的顺式调控元件,PeC4Hs表达受干旱和GA₃的影响,干旱时,仅PeC4H3/4在根中显著上调表达,其余成员均呈下调表达;GA₃处理下叶中PeC4H3/6迅速响应,呈先显著上调后逐渐降低的趋势,根中PeC4H2/5在处理前1 h短暂下调后又显著上调,至8 h时恢复到处理前的表达水平。因此,PeC4Hs可能在毛竹笋的木质化过程和应对非生物胁迫中发挥着重要作用。     

带状采伐对毛竹林林下植被物种多样性的影响

成本上升、利润下降严重影响毛竹林经济效益及竹农生产积极性,研究毛竹林新型经营管理技术、方法势在必行。本研究通过控制采伐宽度及采伐面积,观测一年恢复期后江苏宜兴国有林场内五种宽度(3 m、5 m、8 m、12 m、15 m)毛竹林带状样地郁闭状态及林下植被物种多样性特征,分析物种多样性对毛竹林采伐宽度及恢复状态的响应机制,研究表明:(1)研究区毛竹林下物种53科95属110种(灌木计37科64属76种,草本计18科30属34种),以蔷薇科、菊科、大戟科、茜草科、百合科、唇形科、禾本科、马鞭草科等为主。(2)物种丰富度随着毛竹郁闭度增加而降低,且人为采伐对物种丰富度(特别是木本植物)有显著促进作用,以8 m和15 m宽度带状样地物种增加最多。(3)带状采伐促进林下植被物种多样性,但降低了林下植被物种均匀度;8 m和15 m宽度带状样地Shannon-Wiener指数、Simpson指数及Gleason物种丰富度表现优于参考样地毛竹林;五种宽度带状样地林下植被物种均匀度小于参考样地,在相同宽度样地类型中,保留样地比采伐样地物种均匀度高。(4)带状采伐对8 m和15 m宽度采伐样地林下植被生物...     

根系去除改变了毛竹林土壤酶活性对氮磷添加的响应

亚热带是我国氮和磷沉降的热点地区,森林生态系统碳（C）、氮（N）、磷（P）循环对N和P沉降的响应受到广泛关注。根系作为森林土壤碳和养分持续供给的重要来源,其输入变化在N和P沉降下通过影响土壤酶活性进而调控土壤碳和养分循环过程。以毛竹林为研究对象,选择硝酸铵和磷酸二氢钠分别进行N和P添加,共设置4个处理：对照、N添加、P添加和N+P添加,并结合壕沟处理,探究毛竹林土壤C、N、P循环相关酶活性对氮磷添加和根系去除的响应,并分析它们与土壤和细根化学性质之间的关系。结果表明：土壤C、N循环相关酶活性整体上对根系去除的响应比氮磷添加更敏感,这主要是因为根系去除显著降低土壤全氮和铵态氮含量,但短期氮磷添加并未显著改变调控土壤酶活性分异的土壤有机碳、全氮和铵态氮含量。与C、N循环相关酶活性不同,土壤P循环相关酶对根系去除和磷添加处理均呈现负响应,这可能是因为阻断根系P吸收和补充土壤P元素降低了微生物的P开采作用。但研究区土壤微生物仍受到P限制作用,这是因为在P缺乏毛竹林生态系统,根系比微生物具有更强的P吸收利用能力。研究结果强调了不同功能土壤酶活性对土壤养分添加和根系输入变化响应的敏感性差异,为预测低P毛竹林生态系统土壤C和养分循环提供依据。     

基于Hegyi改进模型的毛竹林空间结构和竞争分析

以浙江省天目山国家级自然保护区内少受干扰的毛竹林为研究对象,设置100m×100m的固定标准地,进行连续5a的每竹调查,用全站仪精确测定每竹坐标(X,Y,Z)。提出新的竞争指数——竞争势(CP)。利用CP对2009—2013年毛竹林分竞争动态进行定量分析,并分别研究各年份毛竹林竞争强度与对象竹胸径、年龄之间的动态关系。结果表明:毛竹大小年现象明显,毛竹大年(2010、2012)的林分竞争强度明显大于小年(2009、2011、2013),且大小年之间竞争强度存在显著性差异(P0.01),毛竹大年之间林分竞争强度无显著性差异(P0.05),毛竹小年(2011、2013)之间林分竞争强度无显著性差异(P0.05),2009年毛竹林受雪灾和新竹株数影响,与其它年份林分竞争强度存在显著性差异(P0.01);毛竹林竞争强度随对象竹径阶的增大而减小,且服从幂函数关系;毛竹林竞争强度随对象竹龄级的增大而增大,且服从线性函数关系。CP在Hegyi模型的基础上,增加考虑毛竹生理特性,使对毛竹竞争关系的分析有了进一步拓展,从而更加全面有效地描述毛竹林分的竞争关系,应用CP分析毛竹林竞争动态规律,可为毛竹林经营提供参考依据。     

川南地区毛竹和林下植被芒箕细根分解特征

揭示竹林与其林下植被细根单独和混合分解特征,探讨竹林细根与其林下植被细根之间相互影响的潜在机制,为毛竹林林下植被的合理经营管理提供理论参考。采用原位分解袋法研究了四川长宁毛竹(Phyllostachys edulis)与林下植被芒箕(Dicranopteris pedata)细根分解和养分释放过程,试验周期为1年。结果表明(1)毛竹和芒箕细根初始化学组分有着明显差异,碳(C)含量、碳氮比(C/N)和碳磷比(C/P)毛竹显著高于芒箕(P0.05),而氮(N)含量、磷(P)含量和氮磷比(N/P)均芒箕高于毛竹(P0.05)。(2)毛竹和芒箕细根分解系数(k)分别为0.66±0.04和0.42±0.41,毛竹细根分解速率显著高于芒箕;土壤温度与分解速率呈显著正相关,是影响细根分解速率的关键环境因子。(3)毛竹和芒箕细根碳(C)、氮(N)、磷(P)养分释放均表现为净释放,毛竹细根碳(C)释放速率高于芒箕,但细根氮(N)和磷(P)释放率均低于芒箕。(4)混合分解的实测值和期望值对比结果表明毛竹和芒箕细根混合对分解速率和磷(P)元素的释放没有显著影响,但显著促进了碳(C)元素的释放,抑制了分解初期氮(N)元素的释放。毛竹与林下植被芒箕单独细根分解和养分释放特征均表现不同;细根混合分解速率无显著混合效应,但养分释放的混合效应表现出不同阶段性和不同方向(正或负),说明林下植被通过影响细根养分释放而影响竹林生态系统的养分循环。     

扩鞭繁殖毛竹林碳氮贮量的动态变化特征

为探讨不同成林时间扩鞭繁殖毛竹林的碳、氮贮量变化特征,以撂荒地和14年生杉木林为对照,对不同成林时间扩鞭繁殖毛竹林的碳、氮变化动态进行了研究。结果表明,林地的碳、氮贮量均显著高于撂荒地;而14年生杉木林转化为毛竹林后,碳贮量短暂下降后快速上升,成林10年毛竹林的碳贮量达到最大,其后随着“林龄”的增长呈下降的趋势。成林时间超过10年的毛竹林的氮贮量显著高于14年生的杉木林,而成林5年毛竹林的氮贮量低于杉木林。几种类型林分系统的碳、氮贮量均为土壤层>乔木层>凋落物层>林下植被层,且乔木层碳、氮贮量比例越大,土壤层碳氮贮量比例越低。毛竹林凋落物碳、氮贮量高于撂荒地,低于杉木林;但毛竹林凋落物层碳氮贮量随着成林时间的延长而降低,毛竹林较低的凋落物碳氮贮量可能会影响毛竹林的持续固碳能力。因此,平衡乔木层和土壤层的碳氮贮量是森林实现科学经营的关键。     

庐山香果树毛竹混交林空间格局研究

为了解庐山毛竹入侵对香果树的影响,采用Ripley’sK(t)函数分析香果树毛竹混交林群落空间分布格局和种间关联关系。结果表明:香果树幼树在较小的尺度上呈聚集分布,较大尺度上随机分布直至均匀分布;香果树成年树在较小的尺度上呈随机分布,较大尺度上聚集分布;毛竹在所有的研究尺度上为显著聚集分布,且随着尺度的增大,聚集强度增加。毛竹与香果树幼树在较小的尺度上没有明显关联性,在较大的尺度上呈显著负相关;毛竹与香果树成年树在一系列尺度上均表现为显著负相关。根据空间关联性分析结果,应从幼龄起对生长有香果树的森林群落进行必要的管理,伐除毛竹及一些影响较大的其它乔木树种,挖除地下竹鞭,为香果树提供良好的生长环境,进而恢复其种群的天然合理配置。否则,香果树这一珍贵的植物资源在庐山将有灭绝的危险。