平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为Ⅰ.蔓延速率影响因子与预测模型

以东北林业大学帽儿山实验林场蒙古栎次生林下的蒙古栎凋落叶片为材料,根据研究地区同类可燃物的野外条件,在实验室内构建了不同载量、高度和含水率的可燃物床层,进行100次平地无风条件下的点烧试验.结果表明：平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率不超过0.5 m·min^-1;可燃物含水率、床层载量和高度对蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率具有显著影响;含水率对林火蔓延速率的影响与可燃物床层高度、载量等无显著关系,而可燃物床层高度对林火蔓延速率的影响与可燃物床层载量有关.可燃物床层压缩比对蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率影响不大.以可燃物含水率、床层载量和高度为预测因子的林火蔓延速率预测模型能解释83%的林火蔓延速率变差,模型的平均绝对误差为0.04 m·min^-1,平均相对误差不超过17%.     

平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为Ⅱ.火焰长度和驻留时间影响因子分析与预测模型

以帽儿山地区蒙古栎凋落叶的含水率、载量和床层高度为控制变量,模拟野外凋落叶床层状态,进行了100次平地无风条件下的室内点烧试验,分析含水率、载量和床层高度对火焰长度和驻留时间的影响,并建立了多元线性预测模型.结果表明： 含水率与火焰长度呈极显著线性负相关(P<0.01),与驻留时间的线性关系并不显著(P>0.05);载量、床层高度与火焰长度和驻留时间均呈极显著线性正相关(P<0.01).床层高度与含水率、载量的交互作用对火焰长度有显著影响;含水率与载量、床层高度的交互作用对驻留时间有显著影响.火焰长度预测模型的预测效果较好,能解释火焰长度83.3%的变异,平均绝对误差为7.8 cm,平均相对误差为16.2%;驻留时间预测模型的效果略差,仅能解释驻留时间54%的变异,平均绝对误差为9.2 s,平均相对误差为18.6%.     

平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为Ⅲ.火线强度、可燃物消耗和燃烧效率分析及预测模型

以东北地区针阔混交林重要建群种和伴生种蒙古栎为对象,在平地无风条件下进行室内点烧试验,分析含水率、载量和厚度对蒙古栎凋落叶床层火线强度、消耗量和燃烧效率的影响,并对相关模型进行了验证.结果表明: 含水率、载量和床层厚度对蒙古栎凋落叶床层火线强度、消耗量和燃烧效率均有显著影响,并且3个指标之间存在交互作用.在已有模型中,Byram模型需参数调整后方可用于本地凋落叶可燃物,其重新估计的α、β拟合值分别为98.009和1.099,得到的预测值均方根误差为8.676 kW·m^-1,平均相对误差为21.0%, R²为0.745.对Albini提出的燃烧效率模型参数a、b的重新估计值分别为0.069和0.169,得到的预测值均在93.0%以上,绝大多数偏高.Consume模型适用性较强.新建立的火线强度、消耗量和燃烧效率的一般线性模型调整后的R²分别为0.82、0.73和0.53,均方根误差分别为8.266 kW·m^-1、0.081 kg·m^-2和0.203.在低强度地表火中,细小可燃物可能不会被完全消耗,现有一些系统中将凋落叶和细小可燃物按全部消耗处理,将高估碳的释放量.     

广义Rothermel模型预测平地无风条件下红松蒙古栎林地表混合可燃物的火行为

以帽儿山地区红松-蒙古栎林下地表混合可燃物为材料,进行不同含水率、载量和混合比例的室内点烧试验,观测得到蔓延速率、驻留时间、反应强度、火线强度和火焰长度,并与采用表面积加权法和载量加权法的广义Rothermel模型预测值进行比较.结果表明： 广义Rothermel模型对红松 蒙古栎林下地表混合可燃物的林火蔓延速率、反应强度的预测平均绝对误差分别为0.04 m·min^-1、77 kW·m^-2,预测平均相对误差分别为16%、22%;对驻留时间、火线强度和火焰长度的预测偏低,预测平均绝对误差分别为15.5 s、17.3 kW·m^-1和9.7 cm,预测平均相对误差分别为55.5%、48.7%和24%.这些误差可以看成是用该模型预测同类可燃物相应火行为的误差下限.两种加权算法对模型预测精度影响差异不大,当红松可燃物所占比重较小时,表面积加权法得到的蔓延速率和反应强度预测值精度较高,载量加权法得到的火线强度和火焰长度预测值精度较高;当红松可燃物所占比重较大时,结果则相反.     

广义Rothermel模型预测平地无风条件下红松-蒙古栎林地表混合可燃物的火行为

以帽儿山地区红松-蒙古栎林下地表混合可燃物为材料,进行不同含水率、载量和混合比例的室内点烧试验,观测得到蔓延速率、驻留时间、反应强度、火线强度和火焰长度,并与采用表面积加权法和载量加权法的广义Rothermel模型预测值进行比较.结果表明:广义Rothermel模型对红松-蒙古栎林下地表混合可燃物的林火蔓延速率、反应强度的预测平均绝对误差分别为0.04 m·min-1、77 kW·m-2,预测平均相对误差分别为16％、22％;对驻留时间、火线强度和火焰长度的预测偏低,预测平均绝对误差分别为15.5 s、17.3 kW·m-1和9.7 cm,预测平均相对误差分别为55.5％、48.7％和24％.这些误差可以看成是用该模型预测同类可燃物相应火行为的误差下限.两种加权算法对模型预测精度影响差异不大,当红松可燃物所占比重较小时,表面积加权法得到的蔓延速率和反应强度预测值精度较高,载量加权法得到的火线强度和火焰长度预测值精度较高;当红松可燃物所占比重较大时,结果则相反.     

蒙古高原草原火行为的时空格局与影响因子

采用GIS空间分析方法和L3JRC遥感卫星数据,研究了2000-2007年间蒙古高原草原火行为的时空分布规律,比较了中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国草原火行为的差异,分析了植被、气候与人文因素等对草原火行为的影响.结果表明：不同植被类型间的过火率存在极显著差异（P<0.001）,为草甸草原>典型草原>荒漠草原,蒙古人民共和国草原过火率显著高于中国内蒙古自治区(P<0.001),过火频次的分布格局与过火迹地相一致.草原火行为存在明显的年际变化特征,草甸草原(r²=-0.54,P<0.05)和典型草原（r²=-0.61,P<0.05）的年过火率与年降雨量呈负相关关系;草原火集中在降水较少、风速较大的春、秋两季.中国内蒙古自治区的人口密度和载畜密度远高于蒙古人民共和国,而过火率则相反,表明人文因素,尤其是过度放牧是导致中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国火行为差异的主要原因.     

控水与补水条件下连续热浪对闽楠光合特性和生长速率的影响

全球变暖背景下,亚热带地区极端气候热浪事件发生频率持续增加。高频热浪及其伴随的高温和干旱复合胁迫将严重影响植物的光合特性,抑制植物的生长,甚至造成死亡。然而,目前亚热带树木光合特性及生长对高频热浪及复合胁迫的响应仍不明确。以亚热带阔叶树种闽楠苗木为研究对象进行了热浪模拟实验,关注了补水和控水处理不同水分环境下连续热浪对闽楠光合特性及生长速率的影响。结果表明,补水处理下闽楠净光合速率(Pn)在单次热浪影响下显著下降了34%,同时水分利用效率显著(WUE)下降,但蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和叶片水汽压亏缺(Leaf_vpd)显著上升(P<0.05)。表明水分充沛的高温环境中闽楠可通过增加蒸腾耗水加速水分蒸散来调节叶片的温度,增强植株光合特性对热浪的抗性。而控水处理下单次热浪处理组Tr和Gs未显著上升,以及Tr与Leaf_vpd在干湿环境下线性拟合的不同斜率,说明水分胁迫会降低叶片降温的效率,加剧热浪对闽楠光合特性的影响。水分和高温的复合胁迫还延长了闽楠光合特性在热浪后的恢复过程,高温胁迫下闽楠Pn在15 d后恢复至未干扰水平,但复合胁迫...     

苏北不同林龄杨树林土壤活性碳的季节变化

土壤活性有机碳是全球碳循环中的最为活跃的重要组成部分。为阐明苏北沿海杨树人工林土壤活性有机碳季节变化特征及其主要影响因子,选择不同林龄(4、8、12、15、20a)的杨树人工林,研究了0～10、10～25和25～40cm土层水溶性有机碳、微生物生物量碳及土壤温度、湿度等生态因子的季节动态变化。结果表明:不同林龄的杨树林土壤水溶性有机碳和土壤微生物生物量碳总体上表现为春夏季节大于秋冬季节,且均以0～10cm土层变化差异最显著;土壤水溶性有机碳最大值出现在春季,最小值在秋季;土壤微生物生物量碳最大值在夏季,最小值在秋季或冬季。相关关系分析表明,土壤水溶性有机碳含量和微生物生物量碳之间具有显著的相关关系,2种活性碳与土壤温湿度的相关关系不显著。研究表明,土壤活性碳的季节变化不仅受到温湿度季节变化的影响,还受到土壤理化性质、地被特征及其季节变化等因素的综合影响。     

苏北沿海不同土地利用方式土壤水溶性有机碳含量特征

土壤水溶性有机碳(WSOC)是土壤碳循环最活跃的组成部分之一。土地利用方式的改变可能显著影响土壤有机碳的组成和结构,进而影响到大气与土壤间的碳交换。本研究以苏北沿海地区农田、杨农复合经营、杨树纯林以及草地等4种不同土地利用方式土壤为研究对象,采用TOC-VCPN总有机碳仪测定了4种不同土地方式下土壤WSOC含量的变化。分析了土壤WSOC与土壤总有机碳(TOC)、易氧化碳(ROC)及理化性质的相关关系。结果表明:WSOC和TOC、土壤全氮(TN)、ROC呈显著正相关,与碳氮比、pH、土壤容重呈显著负相关;WSOC的含量随土层的加深而减少,与总有机碳的变化特征一致,在各个土层,不同土地利用方式WSOC含量差异不显著;农田和草地的WSOC含量在0～10cm土层与10～25cm土层之间差异显著(P<0.05),杨农复合经营的WSOC含量在10～25cm土层与25～40cm土层之间差异显著(P<0.05),其他3种类型差异不显著。     

苏南丘陵地区栓皮栎次生林与火炬松人工林土壤有效碳

采用重复熏蒸-培养法研究了苏南丘陵地区具有代表性的栓皮栎次生林和火炬松人工林土壤有效碳的变化特征。结果表明:栓皮栎次生林土壤中的有效碳和微生物量碳含量均显著高于火炬松人工林,而火炬松人工林土壤有效碳占总有机碳比率(4.7%)及土壤微生物量碳含量占土壤有效碳比率(54.3%)分别高于栓皮栎次生林(2.9%和40.9%);去除森林凋落物后,2种林分土壤有效碳含量均显著降低;土壤有效碳与土壤微生物量碳以及土壤总有效碳显著相关。重复熏蒸-培养法是估测该地区森林土壤有效碳的一种简单有效的方法。与火炬松人工林相比,天然次生栓皮栎林土壤含有较多的活性有机碳,可能对区域碳平衡产生较大的影响。     

Variation of soil carbon pools in Pinus sylvestris plantations of different ages in north China

Plantations play an important role in absorbing atmospheric CO₂ and plantation soil can serve as an important carbon (C) sink. However, the stocks and dynamics of soil C in differently aged plantation forests in north China remain uncertain. In this study, we measured soil inorganic carbon (SIC), soil organic carbon (SOC) and total nitrogen content (STN), the light (LF) and heavy fractions (HF) of soil organic matter (SOM) to a depth of 1 m in 3 different ages (10-, 30-, 40-year-old) of Pinus sylvestris var. mongolica (Mongolia pine) plantations in 2011 and 2012. Soil pH, texture and moisture were also measured to explore the causes of SOC dynamics for different stand ages. Our results showed that no significant difference in SIC content was observed at different soil depths. As forest age increases, SIC content as well as the C and N content in SOM, LF and HF initially rose and then decreased, while the LF in SOC initially decreased and then increased. Although the C:N ratio of SOC and HF did not significantly change, the C:N ratio of LF increased with depth. SOC dynamics at different stand ages were significantly correlated with soil moisture and clay content. Soil pH and moisture explained 58.63% of the overall variation of SOC at different depths. Moreover, the SOC increased during the early stage of afforestation, mostly because of the increase in recalcitrant C; however, the decrease of SOC with increasing stand age was also mainly affected by C loss in the recalcitrant C pool.     

胶州湾滨海湿地枯落物分解对土壤活性有机碳含量及其三维荧光特性的影响

通过室内试验模拟胶州湾滨海湿地碱蓬、芦苇、互花米草枯落物的分解过程,测定土壤活性有机碳(可溶性有机碳、微生物生物量碳)含量变化,并利用三维荧光技术对可溶性有机碳(DOC)进行光谱分析.结果表明: 土壤活性有机碳含量呈先增加后降低最终趋于稳定的变化趋势;不同枯落物类型和添加方式对土壤活性有机碳的影响不同,表现为碱蓬＞互花米草＞芦苇,且原状混合＞表面覆盖;光谱分析表明,分解过程各三维荧光光谱的荧光峰数量、荧光中心位置和荧光强度都存在一定差异,添加枯落物后土壤未发现类酪氨酸峰;芳香类蛋白物质占比最高,腐殖质类物质次之.枯落物分解是以微生物分解作用为主导、枯落物性质为本质要素、多重因子综合作用的结果,其对提高土壤活性有机碳含量、增强土壤碳库的稳定性具有促进作用;该过程通过改变DOC的结构和化学组分,提高其在土壤中的迁移转化能力,增强生物可降解性和可利用性,促进微生物内源DOC的产生,加快湿地土壤碳循环.     

秸秆施用及蚯蚓活动对土壤活性有机碳的影响

在连续6年稻麦轮作的小区试验中,研究了施用秸秆(表施或混施)和接种蚯蚓对农田土壤有机碳(SOC)和不同活性有机碳的影响.结果表明：施用秸秆6年后,土壤有机碳含量显著增加,且表施秸秆比混施秸秆更有利于土壤有机碳含量增加,在不同的秸秆施用条件下,接种蚯蚓未对土壤有机碳含量产生显著影响.表施秸秆和混施秸秆均能使土壤活性有机碳含量增加或显著增加,混施秸秆较表施秸秆更有利于热水提取态碳(HWEC)、可矿化碳(PMC)、酸提取态碳(AEC)、易氧化态碳(ROC)、颗粒有机碳(POC)和轻组有机碳(LFOC)含量增加,而可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的变化与秸秆施用方式关系不大.在施用秸秆条件下,接种蚯蚓使不同活性有机碳的响应各异,不同处理中的土壤有机碳活性表现为秸秆混施+蚯蚓>秸秆混施>秸秆表施>秸秆表施+蚯蚓>对照.秸秆的施用方式是影响土壤有机碳与活性有机碳的主要因素,而蚯蚓活动则并非对所有的土壤活性有机碳有显著影响.     

苏南丘陵不同林龄杉木林土壤活性有机碳变化特征

对江苏苏南地区不同林龄阶段杉木人工林土壤总有机碳、水溶性有机碳、易氧化碳及其与土壤基本理化性质的关系进行了研究,结果表明:随着林龄增加,土壤总有机碳含量呈现先降低后增加的变化,过熟林阶段最高、中龄林阶段最低,水溶性有机碳与易氧化碳含量总体表现出与总有机碳较为一致的变化特征,二者占总有机碳的比例没有稳定变化.2种活性有机碳之间、活性有机碳与总有机碳、全氮、碳氮比呈显著相关,与全硫、土壤水分、pH、容重相关关系不显著,但在不同林龄阶段的表现有所不同.杉木林土壤有机碳在不同林龄阶段可能对森林碳循环起着不同的作用.     

红壤丘陵景观单元土壤有机碳和微生物生物量碳含量特征

为了探讨我国亚热带红壤丘陵区不同利用方式下土壤有机碳(SOC)和土壤微生物生物量碳(SMB-C)含量的特征,在湖南省桃源县选取典型样区,通过密集取样,分析了红壤丘陵景观单元内水田、旱地、林地、果园4种典型利用方式下表层土壤(0～20 cm)SOC和SMB-C含量.结果表明,典型红壤丘陵景观单元中SOC含量高低的顺序为水田(16.0 g·kg^-1)＞旱地(11.2 g·kg^-1) ＞果园(9.5 g·kg^-1)＞林地(8.4 g·kg^-1),SMB-C含量则为水田(830 mg·kg^-1)＞旱地(361 mg·kg^-1)＞林地(200 mg·kg^-1)＞果园(186 mg·kg^-1),且在不同利用方式下SOC与SMB-C均呈极显著正相关(P＜0.01),说明本研究区内各土地利用类型的土壤SMB-C含量变化可以敏感地指示SOC的动态.研究结果还表明,将我国亚热带红壤丘陵林地开垦为果园或耕地后,表层土壤 SOC含量不可能降低.     

杨树细根碳、氮含量的季节动态及代际差异

研究杨树人工林1～5级根序细根内碳、氮及非结构性碳水化合物含量的季节动态,对比了杨树细根碳氮分配格局的代际差异,以期建立细根生长和功能变化与连作人工林生产力衰退的联系.结果表明： 杨树细根非结构性碳水化合物(NSC)随根序显著增加,而氮含量显著减少.细根中全C和NSC含量与全N存在显著相关性.细根碳氮含量的变化在根序间的解释量占98.2%,而在代际间仅为1.7%.杨树不同根序细根均在生长季具有较高的碳含量和较低的氮含量,且碳、氮及NSC含量在代际间随季节差异显著,但C∶N差异不显著,根序与季节对细根碳氮含量存在显著交互效应.杨树低级细根C∶N约为20∶1,高级根则大于30∶1.细根C∶N在生长季(7和9月)显著低于其他季节,NSC含量在11月最高.连作人工林杨树细根的碳氮分配格局与细根根序具有较强的耦合性,NSC和C∶N在指示细根周转和调控细根季节性生长中具有重要生态学意义.     

城市沿江土地覆被变化对土壤有机碳和轻组有机碳的影响

采用Vario EL III型元素分析仪,2007年7月分析了福州城市沿江3种土地覆被类型（芦苇湿地以及草坪和片林）土壤有机碳（SOC）与轻组有机碳（LFOC）的垂直分布特征.结果表明：3种土地覆被类型SOC和LFOC含量均表现为在土壤表层富集并向下层递减的趋势,且人工绿地在土壤剖面（0～60 cm）不同层次的SOC和LFOC含量均显著高于沿江芦苇湿地,其中,草坪0～20 cm土层的SOC含量显著高于片林;沿江芦苇湿地转为草坪和片林后,其SOC储量分别增加了94.8%和72.0%,LFOC储量分别增加了225%和93%;城市沿江湿地转变为城市人工绿地后,因植物物种、密度以及周期性人工管理等变化,使土壤质量得以改善、SOC和LFOC储量增加,其中LFOC对土地覆被变化的响应较SOC敏感,以表层(0～20 cm)土壤LFOC受到土地利用/覆地变化的影响最大.