大气向下长波辐射参数化模型在长白山地区的适用性

利用中国科学院长白山森林生态系统定位站的近地面气象观测数据,分析评价了目前被广泛使用的8个晴天与8个云天大气长波辐射参数化模型的模拟性能.结果表明:晴天时Satterlund模型最适用,其偏差(BIAS)与均方根误差(RMSE)分别是-23.34和28.55W·m-2;系数校正后,虽然其参数值变化不大,但其模拟效果有很大提高,BIAS与RMSE分别降低为-6.33和18.08 W·m-2;云天时Jacobs模型最准确,BIAS和RMSE只有0.38和29.29W·m-2.对模型中大气发射率的敏感性分析表明,大气发射率对水汽压的变化最敏感,对温度的变化不敏感.应用优选模型(晴天和云天)得到的模拟值与观测值的日变化趋势基本一致,但在云量发生突变的节点上模拟效果不太理想.     

黄土丘陵区表层土壤有机碳沿降水梯度的分布

沿368～591 mm降水量梯度选取7个调查地点、共63个调查样点,在每个样点选择恢复年限相近的林地、草地和农地,调查表层（0～30 cm）土壤有机碳的分布特征,分析气候、土层深度和土地利用类型等因素对土壤有机碳分布的影响.结果表明： 在黄土丘陵区368～591 mm的降水量范围内,表层土壤有机碳含量表现为草地（8.70 g·kg^-1）>林地（7.88 g·kg^-1）>农地（7.73 g·kg^-1）,土壤有机碳密度表现为草地（20.28 kg·m^-2）>农地（19.34 kg·m^-2）>林地（17.14 kg·m^-2）.林地、草地、农地的土壤有机碳含量无显著差异,综合3种土地利用类型的数据分析表明,不同降雨梯度下土壤有机碳含量差异显著（P<0.001）,土壤有机碳含量（r=0.838,P<0.001）与年均降水量间存在显著线性正相关关系;由北向南（以最北端鄂尔多斯为起点）,土壤有机碳含量沿着368～591 mm的年均降水量梯度的递增速率为0.04 g·kg^-1·mm^-1,土壤有机碳密度的递增速率为0.08 kg·m^-2·mm^-1.年均降水量、土壤黏粒含量、林下枯落物蓄积量和农作物根系密度可较好地模拟表层土壤有机碳分布.     

气孔导度模型在北方农牧交错带的适用性评价——以马铃薯和油葵为例

基于北方农牧交错带主要作物马铃薯和油葵的叶片气孔导度、净光合速率和气象因子的平行观测数据,对常用气孔导度模型(Jarvis模型、Ball-Berry模型、Leuning模型和Medlyn模型)进行了适用性评价.结果表明:马铃薯的气孔导度与净光合速率呈现较强的线性关系,而油葵气孔导度与净光合速率的线性关系较弱.对于马铃薯气孔导度,Ball-Berry模型模拟效果最佳,Leuning模型和Medlyn模型次之,Jarvis模型模拟效果最差;各模型的模拟值与观测值的均方根误差(RMSE)分别为0.0331、0.0371、0.0456和0.0794 mol·m^-2·s^-1,归一化均方根误差(NRMSE)分别为26.8%、30.0%、36.9%和64.3%,拟合度(R²)分别为0.96、0.61、0.91和0.88.对于油葵的气孔导度,Jarvis模型模拟效果略好于Ball-Berry模型、Medlyn模型和Leuning模型,其RMSE分别为0.2221、0.2534、0.2547和0.2758 mol·m^-2·s^-1,NRMSE分别为40.3%、46.0%、46.2%和50.1%,R²分别为0.38、0.22、0.23和0.20.气象因子对气孔导度作用的通径分析表明,北方农牧交错带马铃薯和油葵气孔导度日变化主要受饱和水汽压差影响.模型评价结果表明用于油葵的气孔导度模型需要进一步改进.     

基于东北温带落叶阔叶林通量数据的BEPS 模型参数优化

控制其他参数为经验常数,利用迭代方法对主要光合作用参数最大羧化速率(V_{c max}) 及最大电子传递速率(J_max)进行不同数值组合,将得到的多组模拟结果的逐日总初级生产力(GPP)分别与东北帽儿山落叶阔叶林的通量观测数据进行比较,实现对小时步长BEPSHourly模型V_{c max}和J_max的参数优化.结果表明: 对于东北温带落叶阔叶林,当V_{c max}为41.1 μmol·m^-2·s^-1、J_max 为82.8 μmol·m^-2·s^-1时,模拟的2011年逐日GPP与观测数据比较的均方根误差(RMSE)最小,为1.10 g C·m^-2·d^-1,R²最高,为0.95.经过光合作用参数V_{c max}和J_max优化后,BEPSHourly模型能更好地模拟GPP的季节变化.     

水肥互作对滴灌玉米氮素吸收、水氮利用效率及产量的影响

优化水、氮供应是实现作物高产与水肥资源高效利用的有效途径.本文研究了田间试验条件下,水(4500、6750、9000 m³·hm^-2)、氮(0、225、330、435、540 kg·hm^-2)互作对高密度(≥105000 株·hm^-2)滴灌玉米干物质积累、氮素吸收及产量的影响.结果表明: 玉米干物质积累与吸氮量均随灌溉和施氮水平的增加明显升高,当施氮量大于435 kg·hm^-2和灌溉量大于9000 m³·hm^-2时则呈减少趋势.完熟期玉米干物质积累对灌水的响应表现为W₆₇₅₀(36359 kg·hm^-2)>W₉₀₀₀(35077 kg·hm^-2)>W₄₅₀₀(33451 kg·hm^-2),施氮对玉米吸氮量的变化表现为N₄₃₅(459.9 kg·hm^-2)>N₅₄₀(458.1 kg·hm^-2)>N₃₃₀(416.3 kg·hm^-2)>N₂₂₅(351.3 kg·hm^-2),N₄₃₅比N₃₃₀、N₂₂₀分别升高9.1%、32.7%,N₅₄₀比N₄₃₅降低0.6%.在施氮量0～435 kg·hm^-2范围内,玉米最大氮素吸收速率随施氮量增加而升高,在施氮量为435 kg·hm^-2时达最大(6.57 kg·hm^-2·d^-1).灌水与施氮均可显著增加玉米产量、穗粒数和穗粒质量,二者有明显的正交互作用,且以氮为主效应.在施氮0～435 kg·hm^-2范围内,氮肥利用率随施氮量的增加而升高,此后反而降低;灌溉水分生产率随施氮量升高而增加,随灌水量增加而明显下降,灌溉定额为4500～6750 m³·hm^-2时,灌溉水分生产率可达2.57～3.80 kg·m^-3.玉米最高产量18072 kg·hm^-2的施氮量为567.0 kg·hm^-2.最佳经济施氮量为427.9～467.7 kg N·hm^-2时,玉米产量在17109～17138 kg·hm^-2,氮素偏生产力和氮肥利用率分别达122 kg N·hm^-2和45.0%.水氮一体化施肥可实现滴灌玉米高产协同水、氮利用效率的共同提高.     

黄土丘陵区微地形对草地植物群落结构组成和功能特征的影响

对黄土丘陵区微地形(阳坡坡上、中、下部,坡顶,阴坡坡上、中、下部)条件下草地植物群落进行群落组成调查和地上、地下生物量测定,分析微地形对草地植物群落结构组成和功能特征的影响.结果表明： 研究区内草地植物群落主要由菊科、禾本科和豆科物种组成.群落地上和地下生物量以及根系年生长量分别为164.12 g·m^-2、1044.87 g·m^-2、731.77 g·m^-2·a^-1.群落地上和地下生物量以及根系年生长量在不同坡向的大小均为：阴坡>阳坡>坡顶.在阴坡,群落生物量和根系年生长量的大小为：坡下部>坡中部>坡上部>坡顶部,阳坡群落生物量在不同坡位的大小顺序与阴坡不同.根系生长主要集中在0～20 cm土层,且从上到下逐渐减小.根系周转率的平均值为0.75 a^-1,在不同微地形条件下不同土层内大小不同.     

二氧化硫在烤烟密集烤房群周围的空间分布

为实现 “节能减排、省工降耗”,同时为建设环境友好型现代烟草农业提供理论依据,以烤烟密集烤房群为监测对象,利用ecom-J2KN烟气分析仪和大气采样器对烤烟烘烤过程中密集烤房烟囱气体成分和烤房群周围空间环境SO₂浓度变化进行研究.结果表明: 烤烟烘烤过程烟囱烟气中CO₂和SO₂均在38 ℃稳温时最大,氮氧化物在42 ℃稳温时最大;SO₂排放浓度范围为1327.60～2218.40 mg·m^-3;通过添加4.0%的固硫剂,平均SO₂排放可减少49.7%.对烤房群下风向SO₂扩散的测算表明,SO₂地面浓度最大值出现在变黄期;水平方向43～80 m范围内,SO₂质量浓度超出0.5 mg·m^-3,其中50 m处的空气中SO₂浓度值最高,为0.57 mg·m^-3;在距离烤房群50 m的垂直方向上,距离地面0.9～1.8 m高处的SO₂质量浓度均超出0.5 mg·m^-3,其中1.6 m高处的SO₂浓度达到最高,为0.65 mg·m^-3;通过添加固硫剂,可使SO₂质量浓度平均降低0.43 mg·m^-3.密集烤房群下风向水平距离120 m范围内属于大气环境防护距离.     

基于数据同化的哈佛森林地区水、碳通量模拟

模型模拟和站点观测是陆地生态系统水、碳循环研究最主要的两种手段,但各有优势和不足,若二者相互结合,则能更准确地反映生态系统水、碳通量的动态变化.数据同化为模型与观测结合提供了一条有效的途径.本文采用哈佛森林环境监测站相关数据,利用集合卡曼滤波同化算法,将实测叶面积指数(LAI)和遥感LAI同化进入Biome BGC模型中,对该地区水、碳通量进行模拟.结果表明：与未同化模拟相比,将1998、1999和2006年实测LAI数据同化后,模型模拟碳通量(NEE)与通量观测NEE的决定系数(R²)平均提升8.4%;蒸散发(ET)的R²平均提升10.6%;NEE的绝对误差和(SAE)和均方根误差(RMSE)平均下降17.7%和21.2%,ET的SAE和RMSE平均下降26.8%和28.3%.将2000-2004年MODIS LAI 产品与模型同化后,NEE、ET模拟值与观测值间的R²分别提升7.8%和4.7%;NEE的SAE和 RMSE分别下降21.9%和26.3%,ET的SAE和 RMSE分别下降24.5%和25.5%.无论实测LAI还是遥感观测LAI,同化进入模型都能不同程度地提高水碳通量的模拟精度.     

基于通量塔观测资料的北美温带植被物候阈值提取方法

通量塔方法可以有效监测植被的季节和物候变化过程.目前,不同物候提取方法间的检验和定量化评估工作还有待加深.本文选取9个北美森林通量塔站的总初级生产力（GPP）和净生态系统生产力（NEP）数据,利用阈值法提取了生长季开始日期（SOS）和结束日期（EOS）,关联生态系统的碳源汇功能,分析了不同阈值标准对物候提取结果的影响.结果显示： 不同阈值标准对落叶阔叶林(DBF)物候提取结果稳定性的影响较常绿针叶林(ENF)小;GPP绝对阈值和相对阈值提取结果间,DBF站点阈值为GPP=2 g C·m^-2·d^-1的物候提取结果与20%最大GPP值(GPP_max)最接近,阈值为GPP=4 g C·m^-2·d^-1物候提取结果介于20% GPP_max和50% GPP_max之间,生态系统碳汇功能开始日期介于GPP=4 g C·m^-2·d^-1和20% GPP_max提取的SOS之间;ENF站点与阈值为GPP=2 g C·m^-2·d^-1和GPP=4 g C·m^-2·d^-1物候提取结果最接近的分别是20% GPP_max和50% GPP_max,生态系统碳汇功能开始日期介于GPP=2 g C·m^-2·d^-1和10% GPP_max提取的SOS之间.     

基于通量塔观测资料的北美温带植被物候阈值提取方法

通量塔方法可以有效监测植被的季节和物候变化过程.目前,不同物候提取方法间的检验和定量化评估工作还有待加深.本文选取9个北美森林通量塔站的总初级生产力（GPP）和净生态系统生产力（NEP）数据,利用阈值法提取了生长季开始日期（SOS）和结束日期（EOS）,关联生态系统的碳源汇功能,分析了不同阈值标准对物候提取结果的影响.结果显示： 不同阈值标准对落叶阔叶林(DBF)物候提取结果稳定性的影响较常绿针叶林(ENF)小;GPP绝对阈值和相对阈值提取结果间,DBF站点阈值为GPP=2 g C·m^-2·d^-1的物候提取结果与20%最大GPP值(GPP_max)最接近,阈值为GPP=4 g C·m^-2·d^-1物候提取结果介于20% GPP_max和50% GPP_max之间,生态系统碳汇功能开始日期介于GPP=4 g C·m^-2·d^-1和20% GPP_max提取的SOS之间;ENF站点与阈值为GPP=2 g C·m^-2·d^-1和GPP=4 g C·m^-2·d^-1物候提取结果最接近的分别是20% GPP_max和50% GPP_max,生态系统碳汇功能开始日期介于GPP=2 g C·m^-2·d^-1和10% GPP_max提取的SOS之间.     

海州湾及其邻近海域浮游植物群落结构及其与环境因子的关系

根据2011年春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)和冬季(12月)在海州湾及其邻近海域开展的大面积综合调查数据,对海州湾浮游植物群落的种类组成、优势种、丰度以及多样性的时空变化特征进行研究,并应用典范对应分析(CCA)研究了环境因子对海州湾浮游植物群落结构的影响.本次调查共鉴定出浮游植物113种,隶属于3门44属.其中,硅藻门种类最多,共39属99种,占总种数的87.6%;甲藻门次之,共4属13种,占总种数的11.5%;金藻门仅1属1种.优势种中硅藻门主要以圆筛藻属和角毛藻属为主,甲藻门以角藻属为主,主要优势种为膜状缪氏藻、细弱圆筛藻、浮动弯角藻和派格棍形藻等,优势种组成具有明显的季节演替现象.海州湾各站位浮游植物的丰度为0.08×10⁵～108.48×10⁵ cells·m^-3,年平均丰度为10.71×10⁵ cells·m^-3,其中,秋季最高(29.08×10⁵ cells·m^-3),夏季最低(1.69×10⁵ cells·m^-3).Shannon多样性指数(H)、均匀度指数(J)和丰富度指数(D)均为夏、秋季高,冬、春季低.典范对应分析(CCA)表明,影响海州湾及其邻近海域浮游植物丰度和分布的主要环境因子依次为海水表面温度(SST)、营养盐(NO₃^--N、PO₄^3- P、SiO₃^2- Si)和溶解氧(DO),尤其是一些浮游植物优势种的丰度和分布与上述环境因子密切相关.
     

亚热带天然阔叶林转换为杉木人工林对土壤呼吸的影响

采用静态箱-气相色谱法对浙江省临安市玲珑山风景区天然阔叶林和由天然阔叶林改造的杉木人工林的土壤呼吸进行1年的定位监测.结果表明：天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率均呈现一致的季节性变化规律即夏秋季高、冬春季低;天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率分别为20.0～111.3和4.1～118.6 mg C·m^-2·h^-1;天然阔叶林土壤CO₂年累积排放通量（16.46 t CO₂·hm^-2·a^-1）显著高于杉木人工林（11.99 t CO₂·hm^-2·a^-1）.天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率与土壤含水量均没有显著相关性,而与5 cm处土壤温度呈显著指数相关,Q₁₀值分别为1.44和2.97;天然阔叶林土壤CO₂排放速率与土壤水溶性碳（WSOC）含量无显著相关性,杉木人工林土壤CO₂排放速率与WSOC含量呈显著相关.天然阔叶林转换为杉木人工林显著降低了土壤CO₂排放,提高了土壤呼吸对环境因子的敏感性.
     

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.     

采伐干扰对东北温带次生林土壤CH4通量的影响

2007年6月至2009年10月,采用静态箱/气相色谱法测定了不同采伐干扰(皆伐后农作、皆伐后造林、50%强度采伐、25%强度采伐和对照)条件下,东北地区典型次生林的土壤CH₄通量. 结果表明: 研究样地的土壤均为CH₄的吸收汇.采伐干扰降低了土壤的CH₄吸收能力,不同处理样地土壤的CH₄吸收通量大小依次为:对照(-85.03 μg CH₄·m^-2·h^-1)>50%强度采伐(-80.31 μg CH₄·m^-2·h^-1)>25%强度采伐(-70.97 μg CH₄·m^-2·h^-1)>皆伐后农作(-65.57μg CH₄·m^-2·h^-1)>皆伐后造林(-62.02μg CH₄·m^-2·h^-1).各处理样地土壤CH₄吸收通量的季节动态相似,均表现为生长季吸收值较高,冬季较低.采伐干扰后各处理的土壤温度、土壤湿度、土壤硝态氮和铵态氮含量均增加,而土壤CH₄吸收通量与土壤温度呈显著二次相关,与土壤含水量呈线性负相关.次生林采伐后土壤含水量、土壤铵态氮和硝态氮含量的增加是土壤CH₄吸收通量降低的重要控制因子.     

UV-B增强下施硅对水稻抽穗期生理特性日变化的影响

通过盆栽试验,研究了UV-B增强下施硅对水稻抽穗期光合和蒸腾生理相关参数日变化的影响.光辐射设对照(自然光,A)和UV-B辐射增强(比自然光增加20%,E)2个水平;硅肥设4个水平,即Si₀(不施硅,0 kg SiO₂·hm^-2)、Si₁(硅酸钠,100 kg SiO₂·hm^-2)、Si₂(硅酸钠,200 kg SiO₂·hm^-2)和Si₃(钢渣硅肥,200 kg SiO₂·hm^-2).结果表明: 不施硅条件下(Si₀),UV-B增强处理的净光合速率(P_n)、胞间二氧化碳浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)和水分利用效率(WUE)的日均值比对照(A)分别下降了11.3%、5.5%、10.4%、20.3%和6.3%,施硅条件下(Si₁、Si₂和Si₃)上述参数则分别下降了3.8%～5.5%、0.7%～4.8%、4.0%～8.7%、
7.4%～20.2%和0.7%～5.9%,说明UV-B增强降低了水稻P_n、C_i、T_r、g_s和WUE,而施硅能缓解UV-B增强引起的抑制效应.UV-B增强下施硅处理(Si₁、Si₂和Si₃)的P_n、C_i、g_s和WUE的日均值比不施硅对照(E+Si₀)分别提高了16.9%～28.0%、3.5%～14.3%、16.8%～38.7%、29.0%～51.2%,T_r降低了1.9%～10.8%,说明施硅通过显著提高水稻P_n、C_i、g_s和WUE,降低T_r,以缓解UV-B增强引起的抑制效应.不同施硅处理对UV-B增强的缓解效应存在明显差异,表现为Si₃ >S/a#₂>Si₁>Si₀.表明在水稻生产中,施用钢渣硅肥不仅能实现废弃物再利用,而且可有效缓解UV-B增强对水稻光合和蒸腾生理的抑制作用.     

光照条件对‘寒富’苹果叶片结构和光合特性的影响

以‘寒富’苹果为试材,利用光学显微镜技术和气体交换等方法,研究了光照条件对盆栽和田间条件下‘寒富’苹果叶片结构和光合特性的影响.结果表明： 同种栽培方式下,与全光照条件相比,遮阴环境下‘寒富’苹果叶片的栅栏组织、海绵组织以及叶片总厚度均降低,其中,栅栏组织分别降低34.5%(盆栽)和25.0%(大田),叶片总厚度分别降低27.1%(盆栽)和18.3%(大田);遮阴环境下大田‘寒富’苹果叶片的光补偿点(LCP)最低,为(30.8±1.3） μmol·m^-2·s^-1,全光照比遮阴环境下叶片饱和光强分别高22.7%(盆栽)和48.2%(大田);盆栽不同光照环境下叶片对强光的适应能力不同,突然转入强光下,达到最大光合速率15.4 μmol·m^-2·s^-1(盆栽全光照)和12.7 μmol·m^-2·s^-1(盆栽遮阴)的光合启动时间不同,分别为23和33 min.表明长期遮阴影响‘寒富’苹果叶片质量及光合能力.     

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.     

旱砂田补灌水氮互作对西瓜产量、品质及水氮利用的影响

为了探明旱砂田西瓜在有限补灌条件下的最佳水氮耦合形式,采用完全随机裂区设计,研究不同补灌量(W: 0、35、70、105 m³·hm^-2)和施氮量(N: 0、120、200 kg·hm^-2)处理对旱砂田西瓜生长、产量、品质以及水氮利用率的影响.结果表明: 西瓜叶片的光合速率、水分利用效率、产量和氮肥利用率均随着补灌量的增加而增加;西瓜氮肥偏生产力和氮肥利用率均随施氮量的增加而降低;施氮量在0～120 kg·hm^-2时,西瓜叶片的光合速率和品质指标随施氮量的增加而增加,超过120 kg·hm^-2时不再显著增加,甚至有下降趋势;水氮耦合对西瓜产量和水氮利用效率的互作效应显著,其中灌水的增产效应大于氮肥,以W₇₀N₂₀₀和W₁₀₅N_120处理的西瓜产量最高,较对照分别增产42.4%和40.4%,水分利用效率随水氮组合水平的提高而增加,W₇₀和W₁₀₅水平下的所有施氮处理均在26 kg·m^-3以上, W₁₀₅N₁₂₀处理的西瓜氮肥偏生产力和氮肥利用率最高.综合考虑各因素,在本试验条件下,砂田西瓜生育期补灌量105 m³·hm^-2、施氮量120 kg·hm^-2处理为产量和效益兼优的最佳水氮组合.