西双版纳热带季节雨林林冠上方湍流谱特征

利用中国陆地生态系统通量观测网络(ChinaFLUX)西双版纳热带森林通量观测站涡度相关方法测定的热带季节雨林林冠上方三维方向风速(u,v,w)以及CO2浓度、H2O浓度、气温等变量的10 Hz观测资料,选取1、4、7和10月4个代表性月份晴好天气,在全天5个不同时段内(8:00-11:30,12:00-15:00,15:30-19:00,19:30-23:30,0:00-7:30)求算了各要素的功率谱和与垂直风速的协谱,探讨了热带季节雨林林冠上方数据的高低频响应问题.结果表明:在热带季节雨林林冠上方,晴好天气且湍流条件良好状况下,6个变量的功率谱点阵曲线斜率在惯性副区内均满足-2/3定律;并且各要素与垂直风速的协谱点阵曲线斜率在惯性副区内满足-4/3定律.说明大尺度运动对物质和能量传输的贡献在高频率和中等强度频率信号范围内的响应能力能够满足观测所需要求,可以认为在复杂地形条件下西双版纳热带季节雨林进行通量测定的采样频率合理,所获得数据可以用来作为实际通量的结果加以使用.     

西双版纳热带季节雨林干热季林冠上小气候特征及CO2通量的观测

热带森林在陆地生态系统中起着重要的作用,但是人们对它在碳循环中的作用却了解不多;近年来,为了对其进行深入研究,热带森林的CO2通量成为了研究的热点。应用微气象法中的开路系统涡度相关法,使用设置在西双版纳一片成熟的热带季节雨林中观测铁塔上的观测仪器所得的干热季7个晴好天气的CO2通量及小气候观测数据,对冠层的CO2通量及小气候特征进行了分析研究。研究结果表明:(1)热带季节雨林林冠上风速及摩擦风速在中午和上半夜较大,而后半夜和上午较小;风向有显著的昼、夜交替特征,昼间多为偏东风(45~135°),而夜间多为偏西风(250~280)°;(2)林冠上方气温和树冠面表温具有显著的日变化特征,树冠表温日变化幅度大于气温,热量由空气传向树冠中,在观测的7d中,气温有着较明显的升高趋势;(3)干热季林冠上湿度变化范围为26.5%~97.2%,饱和水汽压差数值大小介于0.3~30.5 hPa之间;(4)CO2浓度在364.5~408.5m l/m3之间变化,夜间浓度升高,而昼间CO2浓度降低;(5)地下5cm土壤温度与气温一样日变化规律明显,土壤含水量的变化幅度很小,在7d内其变化幅度维持在19.9%~23.3%之间,日变化幅度更小;(6)总体上讲林冠上方显热通量小于潜热通量,上午显热通量和潜热通量的数值基本相同,但是在中午和下午,潜热通量远大于显热通量,充分显示了西双版纳干热季热带雨林森林的热量支出主要是蒸腾耗热;(7)观测期间,生态系统净CO2交换(NEE)在-20.9~17.6μm o l/(m2.s)之间浮动,每天最大净CO2吸收速率在-20.9~-12.9μm o l/(m2.s)范围内。从生态系统净CO2交换的平均日变化看,昼间最大的净CO2吸收速率为-12.4μm o l/(m2.s),夜间最大的净释放速率为6.6μm o l/(m2.s)。净CO2交换的日累积量在-0.0665~0.0448m o l/m2范围内变化,7d的累积量为-0.0140 m o l/m2,表明在西双版纳干热季的7 d观测时间段里,热带季节雨林呈现弱的碳汇效应。     

西双版纳热带季节雨林晴天CO2交换的日变化和季节变化特征

应用2003年11月-2004年10月晴好天气涡度相关通量观测资料,对西双版纳热带季节雨林CO2交换的日变化和季节变化进行分析。结果表明：雾凉季、干热季和雨季的净生态系统CO2交换（NEE）均呈现出单峰型曲线的日变化趋势,昼间其变化规律较强,夜间呈波动状态。昼间NEE（取绝对值）雾凉季和雨季均显著大于干热季;夜间NEE雨季显著大于干热季,而干热季显著大于雾凉季。光合有效辐射是影响NEE日变化的主要因素,但不是造成季节差异的主要因素;饱和水汽压差和气温对NEE的季节差异有较大贡献。另外,应用Michaelis-Menten模型对昼间不同饱和水汽压差和气温下NEE对光合有效辐射的响应进行分析,结果表明：各季节较高饱和水汽压差下的表观最大光合速率（Pmax）、表观暗呼吸速率（Re）比较低饱和水汽压差下的Pmax、Re大,而表观光量子产额（α）则相反。各季节较高气温下的Re比较低气温下的Re大;雾凉季气温的差异对Pmax和α的影响较小;干热季和雨季较高气温下的α较小。     

浙江天目山老龄森林生态系统CO2通量特征

物种丰富的异龄老龄森林对陆地生态系统动态模型及全球碳收支具有十分重要的意义.目前,我国关于老龄森林碳通量的研究很少,亚热带地区的老龄林更鲜有报道.本研究利用涡度相关技术观测了我国中亚热带地区的浙江天目山一个老龄常绿落叶阔叶混交林生态系统的CO₂通量.以2013年7月到2014年6月的观测数据为依据,分析了此老龄林净生态系统碳交换量(NEE)、生态系统呼吸量(R_e)、生态系统总交换量(GEE)的变化.结果表明: 研究期间,老龄林常绿落叶阔叶混交林生态系统NEE月总量除12、2月为正值外(表现为碳源),其余月份均为负值(表现为碳汇).NEE月总量平均为-61.52 g C·m^-2,各月碳吸收量以6月(-149.40 g C·m^-2)最高,10月次之,呈双峰变化;最大碳源出现在2月(23.45 g C·m^-2).各月NEE平均日变化差异明显,6月的平均通量峰值最大,达到-0.98 mg·m^-2·s^-1,12月最小,为-0.35 mg·m^-2·s^-1;NEE符号改变的时间也呈明显的季节变化特征;全年NEE、R_e、GEE分别为-738.18、931.05、-1669.23 g C·m^-2.与相近纬度相近林型的其他森林生态系统相比,由于其复层结构和多种幼龄更新树木的存在,其测定的固碳量较大.表明我国中亚热带天目山地区的老龄森林生态系统不是处于碳收支稳定状态,而是具有相对较高的固碳能力.     

西双版纳热带季节雨林集水区基流特征

利用西双版纳热带季节雨林集水区1996--2006年日径流序列资料,计算出逐年基流指数值(BFI);以二水源假设理论为依据,用基流指数值对日径流资料做基流分割,计算出热带季节雨林集水区基流量.结果表明:西双版纳热带季节雨林集水区年基流指数值在0.24～0.45,均值为0.322,年间变化较小;月基流指数值在0.31～0.34,干季大于雨季;径流总量与降雨量年内变化趋势较为一致.本文结果将为热带森林生态水文功能研究和热带区域水资源的规划管理提供基础数据.     

西双版纳热带季节雨林的研究

本文以多个样方的资料分析,从群落综合特征上研究了西双版纳热带季节雨林的特点和类型、物种组成、生活型谱、叶级谱等。根据上层标志树种、群落生态外貌特征和生境把西双版纳的热带季节雨林区分为低丘雨林和沟谷雨林二个群系组,各包括若干群系。低丘雨林中面积最大和最有代表性的群系是大药树、龙果林,而沟谷雨林中最有代表性的群系是番龙眼、千果榄仁林。二者相比,低丘雨林的物种多样性要小一些,附生植物相对少一些,小、矮高位芽植物和小叶、落叶树种比例稍高,在生态上向季雨林和热带山地的常绿阔叶林过渡,有更强的地方代表性。沟谷雨林则更接近典型的湿热带雨林。     

西双版纳热带湿性季节雨林生物量及其分配规律研究

 本文采用标准木回归分析法(乔木层、木质藤本)和样方收获法(灌木层、草本层)研究了西双版纳湿性季节雨林生物量及其分配规律。群落总生物量为360.909t·hm-2,其在各层的分配为：乔木层352.563t·hm-2(占群落生物量的97.69％)、灌木层4.737t·hm-2(占1.31％)、木质藤本3.108t·hm-2(占0.86％)、草本层0.501t·hm-2(占0.14％)。群落生物量绝大部分集中于乔木层。乔木层生物量的器官分配为：干241.270t·hm-2(占乔木层生物量的68.43％)、根69.614t·hm-2(占19.75％)、枝37.287t·hm-2(占10.57％)、叶4.392t·hm-2(占1.25％);乔木层生物量的径级分配主要集中于中等径级,胸径在20～80cm间的6个径级,生物量达255.460t·hm-2(占72.46％);生物量在乔木层中垂直分配为：Ⅰ亚层219.365t·hm-2(62.22％)、Ⅱ亚层107.743t·hm-2(30.56％)、Ⅲ亚层25.455t·hm-2(7.22％);生物量大于乔木层生物量0.5％的树种共计26种,其中大于5％的有番龙眼(Pometia tomentosa)(19.67％)、云南玉蕊(Barringtonia macrostachya)(5.44％)、千果榄仁(Terminalia myriocarpa)(5.27％),生物量种类分配反映出优势种明显的特点。乔木层叶面积指数为5.724。     

西双版纳热带季节雨林的生物量及其分配特征

 根据3块1 hm² 样地的调查资料,利用123株样木数据建立以胸径(D)为单变量的生物量预测方程。采用样木回归分析法(乔木层、木质藤本)和样 方收获法(灌木层、草本层), 获取西双版纳热带季节雨林的生物量,并分析了其组成和分配特征。结果表明,西双版纳热带季节雨林的总生物 量为423.908±109.702 Mg•hm^－2(平均值±标准差,n=3) ,其中活体植物生物量占95.28%,粗死木质残体占4.07%,地上凋落物占 0.64%。在 其层次分配方面：乔木层优势明显,占98.09%±0.60%;其次为木质藤本,占0.83%±0.31%;灌木层和草本层生物量均小于木质藤本的生物量; 附生植物最低,仅为0.06%±0.03%。总生物量的器官分配以茎所占比例最高,达68.33%;根、枝、叶的比例分别为18.91%、11.07%和1.65 %。 乔木层生物量的径级分配主要集中于中等径级和最大径级。大树(D＞70 cm)具有较高的生物量,占整个乔木层的43.67%±12.67%。树种分配方 面,生物量排序前10位的树种占乔木层总生物量的63.43%±4.09%,生物量集中分配于少量优势树种。西双版纳热带季节雨林乔木层叶面积指数 为6.39±0.85。西双版纳热带季节雨林乔木层的地上生物量位于世界热带湿润森林的中下范围。     

西双版纳热带季节雨林林冠层温度与大气温度特征

根据2005年西双版纳热带季节雨林群落冠层植物表面温度以及林冠上、林冠下的气温资料,对热带季节雨林冠层温度和冠层气温及其之间的温度差异在不同季节的变化进行了分析。结果表明：热带季节雨林冠层温度除雾凉季夜间稍低于同层大气温度外,其他时间林冠温度皆高于同层大气温度,在雾凉季和干热季,热带季节雨林林冠上气温在大多数时刻高于林冠下气温;在中午前后林冠上气温低于林冠下气温。在平均温度较高的雨季,林冠上气温一直高于林冠下大气的温度;林冠上、林冠下气温之间的差异,显示西双版纳热带季节雨林林冠的生态效应对森林小气候的反馈作用;在雾凉季夜晚,热带季节雨林林冠温度与冠层气温与其他时间不同,雾凉季夜间低温是热带季节雨林能否存在的关键性限制因子。     

西双版纳热带季节雨林土壤氮含量对乔木树种多样性的影响

大气氮沉降或人类活动导致生态系统氮输入增加,可能会提高土壤氮含量水平,促进优势种的生长和减少环境异质性,从而使物种共存的生态位减少,群落物种多样性降低。为研究土壤氮含量的增加对森林群落乔木树种多样性的影响,本研究在西双版纳热带季节雨林随机设置了14个1 ha的样方,对各样方土壤总氮(TN)含量、乔木树种丰富度以及西双版纳热带季节雨林20 ha动态监测样地中各样方乔木树种及建群种望天树(Parashorea chinensis)生物量进行了调查。结果表明:土壤氮含量与乔木树种丰富度具有显著负相关而与群落及建群种望天树生物量具有显著正相关。我们推测其机制可能是:土壤氮含量增加促进了建群种望天树等的生长及群落生物量的积累,减少树种共存的生态位,由于竞争排斥等原因而导致群落树种丰富度降低。因此,减少生态系统人为氮输入,对于保护西双版纳热带季节雨林乔木树种多样性具有重要意义。     

榕树在西双版纳热带雨林生态系统中的作用

榕树是西双版纳热带雨林中的关键植物类群之一,能够为多种生物提供栖息地和食物,从而维持该地区热带雨林生态系统的物种多样性。一些种类的榕树有绞杀特性,在森林更新演替中能够起到积极的作用;还有些种类的榕树是先锋物种,在植被恢复中起重要作用。但是,近些年对西双版纳的过度开发已经使热带雨林片断化,榕树种群数量大量减少,榕果内的寄生蜂、食榕果动物也受到了不同程度的影响。保护好西双版纳热带雨林中关键植物类群榕树,是保护和恢复热带雨林生态系统的重要措施之一。     

Gash模型在热带季节雨林林冠截留研究中的应用

为了验证Gash林冠截留解析模型在西双版纳热带季节雨林中的适用性,基于2003年的热带季节雨林气候及林冠特征观测数据、采用Gash模型对林冠截留进行了模拟.结果显示,西双版纳热带季节雨林样地年降雨量为1244.4mm,穿透降雨为867.3mm,树干径流为114.4mm,树冠截留量为262,7mm,林内穿透降雨量和林外降雨量之间存在显著的正相关关系;降雨过程中饱和林冠的蒸发强度为0.12mm/h,使林冠饱和的降雨为0.6mm,林冠枝叶部分持水能力为0.41mm,树干持水能力为0.18mm;模型模拟的年林冠截留量为274.9mm,干季为71.7 mm,雨季为203.1 mm;模拟的相对误差年值为4.3%,干季为0.1%,雨季为6.9%,模拟与实测有很好的一致性,显示了Gash模型适用于西双版纳地区热带季节雨林林冠截留计算.     

西双版纳热带季节雨林优势植物热值

为探讨西双版纳热带季节雨林植物热值的变化规律,用SDACM-Ⅲa型量热值仪测定了该群落不同层次37种优势植物不同器官干湿季节的热值。结果表明:西双版纳热带季节雨林各层优势种的平均干质量热值在17.05～20.23kJ.g-1,乔木、层间藤本、灌木、草本干质量热值分别为18.86～20.23、17.97～19.76、17.71～18.83和17.05～17.45kJ.g-1。各层优势种平均干质量热值在干湿季节均表现为:乔木层>层间藤本>灌木层>草本层。所有层次相同各器官平均干质量热值在器官间存在差异,但只有叶与根、枝之间差异显著(P<0.05);不同层次中的同种植物干质量热值在干湿季节差异均不显著(P>0.05);各层优势植物的干质量热值在干湿季节之间差异不显著(P>0.05)。     

西双版纳热带季节雨林粗木质物残体储量及其空间分布

粗木质物残体(CWD)在森林生态系统的物质循环和碳动态中发挥着重要作用,但目前国内对热带地区CWD储量与其空间分布关系上的研究还处于起步阶段。对西双版纳1hm2热带季节雨林样地调查发现,≥10cm的粗木质物残体占森林总凋落物量的68.02%,其中45.72%的CWD处于腐解中后期。由于多数大径级的CWD分布于15°～25°的坡地上,且其饱和持水力随腐解等级的增加而上升,因此,CWD将有助于改善坡地生境下的水肥条件。CWD的分布受风向和本地湿热环境的影响,但掉落指向则更倾向于随机过程。CWD产生和分布上的普遍性有可能对森林生境异质性和生物多样性产生重大影响。     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林林冠的持水能力

基于2003～2004年的实验室和野外实测数据,采用尺度上推法对西双版纳地区热带季节雨林和橡胶林林冠持水能力进行了研究.结果表明,热带季节雨林林冠持水 能力为0.45～0.79 mm、橡胶林为0.48～0.71 mm,其中林冠木质部分（枝和树皮）的持水能力占较大优势;雾凉季（11月至翌年2月）和干热季（3～4月）的 林冠持水能力高于雨季（5～10月）;林冠各部分达到饱和所需的时间为叶（5 min）＜树皮（2～3 h）＜枝（2.5～4 h）.对两种林分林冠各部分在浸水/风干过程 的分析结果表明,叶易吸水和风干,在历时较短的降雨事件中是林冠截留的主体,在林地中,面积指数较大的枝和树皮吸水和风干较难,在强度大、历时长的降雨事件中可 以较好地发挥截留作用.与橡胶林相比,热带季节雨林林冠持水能力虽较小,但是其多层林冠结构林冠持水能力较强.     

热带季节雨林和人工橡胶林林冠截留雾水的比较研究

利用 4a( 1 999～ 2 0 0 2 )的雾水截留观测资料 ,对西双版纳热带季节雨林和人工橡胶林林冠截留雾水进行了研究。热带季节雨林和人工橡胶林全年由林冠截留的雾水分别达 89.4± 1 3.5 mm和 1 8.6± 2 .5 mm(平均值±标准差 ) (雾季各占 62 .9%± 4.8%和 91 .9%± 6.3% ) ,分别占全年降水量的 4.9%± 1 .7%和1 .1 %± 0 .2 %。年雾水截留量与年降雨量呈负相关关系。月雾水截留量与月均最低气温呈显著的负相关 ,与月均相对湿度、月均 0∶ 0 0～ 1 0∶ 0 0风速呈显著的正相关。热带季节雨林全年 68%± 5 %、人工橡胶林40 %± 4%的有雾天气里可以收集到雾水 (分别为 0 .38± 0 .2 7mm/ d和 0 .2 4± 0 .1 2 mm/ d) ,且日雾水截留量与气温和风速呈显著的相关 ,即 :气温越低、风速越大 ,日雾水截留量越多。对本地区热带季节雨林生态系统的健康生长和维持而言 ,雾及雾水极大的弥补了降雨量的不足 ,雾的这种作用在降雨量少的年份似乎更为重要     

西双版纳地区热带季节雨林与橡胶林林冠水文效应比较研究

季节雨林和橡胶林是西双版纳热带森林系统中可以代表原始林和大面积种植的人工林两种林型,采用水量平衡法,利用对以上两种林分林冠水文各分量1996～2001年的观测结果,初步分析其林冠水文效应,结果表明：一年内,季节雨林林冠截留量660．6mm,树干径流量80．7mm,穿透降雨量,853．2mm,分别占同期降雨总量的41．43％、5．24％、53．74％;橡胶林林冠截留量393．5mm,树干径流量104．1mm,穿透降雨量1096．8mm,分别占同期降雨总量的24．68％、6．68％、67．85％;两种林分森林水文各分量干、雨季差异显著,在研究中还发现,季节雨林中树干径流量随径级的增大而减小,干季出现密林(季节雨林)的穿透降雨量大于疏林(橡胶林)的反常现象;与我国其他地区相比,季节雨林和橡胶林有较大的林冠截留率及干流率。     

Buttress trees in a 20-hectare tropical dipterocarp rainforest in Xishuangbanna,SW China

Aims Buttresses are prevalent and are important to many ecological processes in tropical rainforests but are overlooked in many rainforest studies. Based on a buttress survey in a 20-hectare plot, this study aims to answer the following questions: (I) Is buttress forming a fixed species characteristic? (ii) Is there any phylogenetic signal for buttress forming across a broad taxonomic scale? (iii) Is buttress forming an inherent feature or simply induced by environmental factors, and how is this relevant to the size of the tree?Methods We surveyed buttresses for all 95940 trees with diameter at breast height (DBH) ≥10mm in a 20-ha tropical dipterocarp rainforest in Xishuangbanna, SW China. The occurrence of buttresses was compared across different taxa and across different tree-size classes. A phylogenetic analysis was conducted among buttressed and non-buttressed species in order to understand the evolutionary background of buttress formation.Important findings This preliminary study showed that buttress trees are very abundant (making up 32% of trees with ≥100mm DBH) in this 20-ha tropical rainforest situated at the northern edge of the tropics. Fifty-one percent of the 468 tree species in the plot had stems that produced buttresses. Large trees were more likely to develop buttresses than smaller ones. We found that although buttress formation is not a fixed species characteristic, there is a strong phylogenetic signal for buttress formation in larger species.