小良试验站三种生态系统能量平衡的研究

１９８１年－１９９０年对混交林,桉树林,裸地三种生态系统进行了连续观测,对其能量平衡问题进行了对比研究,结果表明对太阳辐射的反射率以及混交林的最小,桉树林次之,裸地的最大;裸地的净辐射值是桉树林和混交林第二作用层的１．５７倍,这反映出林冠对太阳辐射进入林内了阻碍;混交林,桉树林和裸地的蒸散耗热分别占净辐射的９５％,５９％和７０％,土壤导热率在不同的林分和不同的季节中有所变化,但其变化的规律不明显,     

九寨沟针阔混交林能量平衡特征

青藏高原及其周边地区的能量交换过程是推动我国及东亚地区天气过程演变与气候变化的重要因素。青藏高原及其周边山谷地区与青藏高原—四川盆地过渡区具有独特的大气边界层热力结构,其能量收支研究不可忽视,但由于长期观测数据的缺失,该地区的能量平衡特征尚未解明。以青藏高原东北边缘向四川盆地陡跌的过渡地带的典型亚高山河谷九寨沟的针阔混交林为研究对象,利用涡度相关系统,对九寨沟典型针阔混交林2014—2015年各能量通量进行了连续观测,分析了该生态系统能量平衡各分量的变化特征,讨论其能量闭合状况。结果表明:能量平衡各分量均与净辐射有相似的日变化、季节变化特征。与萌芽期、生长期、生长后期相比,冻土期各分量峰现时间均延迟2—3 h;而且各项绝对值大小在不同季节占比不同:冻土期和萌芽期显热通量为能量主要支出项;而生长期与生长后期潜热通量占主导地位。九寨沟2014与2015年生长期潜热通量占净辐射比值分别为0.69、0.75,远高于青藏高原其他地区。两年间研究区能量不闭合,能量闭合度分别为0.75,0.71。对于更好地理解高原山区和从高原到盆地的能量循环机理和动力学有着重要意义。     

旱地农田不同耕作系统的能量/碳平衡

摘要：加强农田土壤保持耕作管理,科学认识和调控农田耕作系统能流碳流,提高农业生态系统固碳减排能力,对于减缓农业对全球温室效应的贡献具有重要意义。本研究以北方半湿润偏旱区山西寿阳旱作春玉米土壤保持耕作试验研究为基础,利用田间定位观测数据、辅助能投入参数,土壤呼吸田间原位测定,以及农业生态系统能量/碳平衡分析及碳循环过程模拟方法,综合分析和比较不同耕作（CT传统、RT少耕和NT免耕）系统能量/碳平衡及能-碳关联影响。与CT比较,采用RT和NT措施下工业能耗CO2-C损失降低约4%—12%（相当11—35 kg CO2-C?hm-2?a-1）。在RT和NT系统下耗能系数可降低约6%—10%,能量生产效率可提高约7%—12%。2006—2007年由田间原位测定土壤呼吸CO2-C释放通量估算,在玉米休闲期（尤其是秋耕处理后）,NT条件下土壤呼吸速率一般为最低（NT NT（2005380）>CT（1987375）。不同耕作下的玉米籽粒产量与生育期土壤呼吸通量趋势基本吻合,如2006-2007年玉米产量（kg?hm-2?a-1）平均为,RT（5614268）>NT（5533564）>CT（5487278）。玉米籽粒产量与生育期土壤呼吸通量之间呈密切相关（R2=0.88）。本研究结果得出,RT和NT对农田耕作系统的影响呈碳汇效应,且一般为NT >RT;而CT处理表现为碳源。RT和NT通过增加土壤碳投入是维持和提高土壤有机碳的有效途径。     

辽东山区天然次生林能量平衡和蒸散

基于辽宁冰砬山森林生态系统定位研究站2012年森林内、外微气象观测数据,采用波文比-能量平衡法(BERB)研究了辽东山区天然次生林能量平衡组分及蒸散特征。结果表明,天然次生林全年获得净辐射能量(Rn)为1.63×109J/m2,其中生长季Rn占全年的71%。Rn月均值呈单峰状季节变化;5月份Rn最大,达101.73 W/m2;12月份最小,仅为-2.38 W/m2。Rn在晴朗天气的日变化呈单峰型,峰值出现在12:00前后,Rn在日出后0.5 h至日落前1.5 h为正值,其它时间为负值。潜热通量(LE)、感热通量(H)在晴朗天气呈单峰型日变化规律。LE呈单峰型季节变化,7月份最大。H呈双峰型季节变化,峰值在4月份,次峰值在9月份。波文比(β)近似呈"U"字型季节变化,非生长季β均值为1.50,即H占有效能量的60%,生长季β均值为0.43,即LE占有效能量的70%。生长季土壤热通量(G)为能量支出项,约占有效能量的2.5%,晴朗天气呈单峰型日变化。非生长季G为能量收入项,约占有效能量的6.8%,1月份几乎没有日变化。辽东山区天然次生林全年蒸散(E)总量为541.8 mm,占全年降水总量的70.3%,蒸散耗水是该森林生态系统最主要的水分支出项。     

黄河小浪底人工混交林生长季能量平衡特征

利用涡度相关系统和小气候梯度观测系统,对黄河小浪底人工混交林2012年生长季(5—9月)各能量通量进行了连续观测,分析了该生态系统能量平衡各项的变化特征,讨论了能量闭合状况。结果表明:潜热通量、感热通量和土壤热通量均与净辐射有类似的日变化特征。各项的绝对值大小表现为净辐射潜热通量感热通量土壤热通量。受日照时数的影响,5—9月能量平衡各项正值的日持续时间逐渐缩短。生长季,净辐射、感热通量和土壤热通量在6月份最大,最大值分别为418.5、231.4和12.5 MJ m-2month-1);潜热通量在7月份达到最大,最大值为320.8 MJ m-2month-1)。潜热通量、感热通量和土壤热通量占净辐射的比例分别在0.48—0.62、0.15—0.55、0.02—0.05之间。人工混交林生长季的能量分配主要以潜热通量和感热通量为主,且潜热通量为感热通量的2倍。波文比呈单峰曲线:6月最大,8月最小。黄河小浪底人工混交林生长季全天能量闭合度为79%。其中,白天闭合程度较高(81%),夜晚较低(41%)。本研究站点存在21%的能量不闭合。其原因可能与通量源区面积不匹配、忽略冠层热储存、湍流能的相位差等有关。     

用能量平衡法测定叶子边界层阻力

能量平衡法测定叶子边界层阻力ra的方法以下述几个方面的关系为其理论依据：（1）物体的蒸发速率与它所造成的微环境温度变化的关系;（2）蒸法速率与蒸发表面和环境之间的水汽浓度梯度和ra之间的关系;（3）饮和湿度与温度的关系;（4）包括热传导、热扩散、辐射能吸收和水的汽化耗热在内的叶子能量收支平衡关系。基于这些关系,可以从对一个模拟叶子（湿滤纸）在具体温湿度条件下的实测蒸发速率数据,结合Excel电子表格的使用,快速简便地求算出ra值。     

华北平原玉米田能量平衡、水分利用效率和表面阻力分析

根据华北平玉米田的观测结果,分析了地表／大气能量转化传输特征。结果表明,在作物生育期内,地表能量平衡过程受下垫面特征影响很大。潜热通量是地表／大气热量交换的主要分量;玉米生长的后期有热平流输入,日平均显热通量转为负值。表面阻力在生育期早期和后期较大,而在中期较小,显示了表面阻力对地表覆盖变化和叶片衰老的响应。农田水分利用效率在生长季呈逐渐增长的趋势。     

中国油松林群落特征及生物量的研究

本文根据现有的文献资料,用植物生态学方法系统地分析了中国油松林群落的特征,按不同气候分区探讨了油松林群落的生物量,年净生产量及在不同层次上的分布,比较分析了不同气候区油松林年干物质累和只速率（ＮＰ／Ｂ）。结果表明：３０ａ 左右生的已郁闭的油松林群落生物量为暖温一不部湿润区（Ｃ）（１５１．１３ｔ／ｈｍ＾２）＞亚热带湿润区（Ｄ）（１４５．５９３ｔ／ｈｍ＾２） ＞暖温带南部湿润半湿润区（Ｂ）（１１３．９     

东北阔叶红松林能量平衡特征

采用涡度相关法,结合小气候观测,对东北阔叶红松林的能量平衡特征进行了研究。结果表明,森林全年获得的辐射能量为2.3×109J/m2,平均净辐射(Rn)强度为72.1 W/m2,12月最小,平均为5.8W/m2,6月最大,平均为127 W/m2。除了受太阳高度角的支配,Rn对中小尺度天气变化响应显著。非生长季,森林主要能量支出项为感热通量(H),约占Rn的72%,H最大值出现在5月份;生长季,主要能量支出项为潜热通量(LE),约占Rn的60%,LE最大值出现在7月份。全年因蒸散消耗的能量为1.2×109J/m2,占净辐射的52%,森林蒸散的水量为493mm,占降水量的88%。波文比β近似呈U字型变化,其值受森林物候变化影响显著,在非生长季平均值约为3.0,生长季为0.5左右。土壤热通量(G)在非生长季表现为能量平衡方程的收入项,约占有效能量的5.0%;生长季表现为支出项,约占有效能量的4.0%,其变化过程与土壤温度梯度及叶面积指数密切相关。长白山通量观测站能量平衡收支闭合度为86%,不闭合的原因有待于进一步的研究。     

青藏高原三江源区人工草地能量平衡的变化特征

为揭示建植人工草地对青藏高原三江源区能量平衡的影响,利用涡度相关和微气象系统的观测数据定量分析了该区域人工草地能量收支及其各分量的变化特征。结果表明:太阳总辐射(R_s)和净辐射(R_n)的日最高值分别为33.6和19.1 MJ m~(-2)d~(-1),年累计值分别为6789.4和2773.3 MJ/m~2;全年R_n与R_s的比值(R_n/R_s)为0.41,但生长季的R_n/R_s(0.54)明显高于年均值;显热(H)与潜热(LE)通量呈明显的季节变化,H最低值出现在12月,之后随R_s的增强而增加,但进入生长季后呈下降趋势,7月中旬出现次低值;而LE在冬季维持较低值,3月以后迅速增加,最高值出现在生长旺季的7月。在能量分配上,可利用能量主要消耗于LE和H,年均LE/R_n,H/R_n,G/R_n分别为0.46,0.45和-0.13。但能量分配的季节变化差异明显,波文比(β=H/LE)在冬季、春季、夏季和秋季的平均值分别为3.33、0.68、0.42和1.29。受植被叶面积指数(LAI)等生物因素以及土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)等环境因素的共同影响,冠层导度(g_c)和解耦系数(Ω)的年最大值均出现在夏季,其平均值分别为16.22mm/s和0.70,表明在植被生长盛期LE仍受R_n的控制,其它季节Ω均值低于0.5,说明LE更多的是受VPD调控。本研究说明,虽然三江源区接收的太阳总辐射较强,但R_n/R_s相对较低,生态系统能量平衡中各分项的变化主要受植被、土壤含水量以及净辐射的控制,在退化草地恢复过程中,由于建植人工草地增加了植被覆盖度,进而改变了能量收支过程及能量平衡各分项。     

油松鳞叶中细胞核穿壁现象的初步研究

利用薄切片和超薄切片技术对油松衰老鳞叶中细胞核穿壁运动进行了观察研究。首次,细胞核内的染色质逐渐收缩集中,形成染色深的球状体,以后,细胞核逐渐与细胞壁接近。接着紧贴细胞壁的细胞核通过细胞壁上的通道或胞间连丝转移到相邻的细胞内,此外,还发现有多种其它的转移方式存在。研究结果表明细胞核的穿壁运动现象同时存在于连子植物和裸植物中,电镜观察进一步证明细胞壁道在细胞核穿壁之前已形成。     

油松树脂道的发生和发育研究

关于松科植物的树脂道,以往都认为是以裂生方式发生。本文通过对油松各类器官的发育解剖学研究,发现其各类器官中树脂道的结构,发生和发育方式并不完全一致,并对产生这些差异的原因进行了分析和讨论。     

油松茎次生结构中树脂道的结构分布和发育的研究

油松茎的次生结构中树脂道存在于次生维管组织中。其中,次生木质部内具有水平的和垂直的两类树脂道,而次生韧皮部内则仅有水平的树脂道。两类树脂道都由上皮细胞和鞘细胞包围着胞间道构成,其中木质部内的树脂道具有死鞘细胞,而韧皮部中的则都系生活细胞。在心材中,垂直树脂道形成拟侵填体。在次生木质部内,垂直树脂道常分布于早材的外部区域和最初形成的晚材中,它们与水平树脂道连接,腔道贯通,从而形成二维网状结构。垂直树脂道来源于纺锤状原始细胞的衍生细胞,而水平树脂道来源于射线原始细胞,两者都以裂生方式发生。     

利用等位酶对油松无性系种子进行父本分析

利用水平淀粉凝胶电泳8种酶10个位点34个等位基因,对辽宁兴城油松无性系种子园中17个无性系20个单株的200粒种子作了父本分析。无性系雄花量的多少与授粉果率并不成正比;不同无性系对花粉的接受存在一定的选择性,分析试样单株与周围的无性系并没有构成固定的授粉组合,说明授粉期风向等气象因子,无性系的雌雄花器的构造,受精等对受粉的成败都有作用,种子园结实初期自交现象并不明显,在分析试样中只有16＃,17＃,19＃无性系存在自交现象;种子园内花偻的有效传播一般在半径30m范围内,同时,分析了种子园子代的等位酶变异和空间遗传结构,从另一侧面反映出采种母树周围花粉分布比较均匀,并说明散粉期间风向等气象因子对授粉成败影响较大。     

去劣疏伐对油松种子园交配系统及遗传多样性影响的研究

 为了解去劣疏伐对种子园群体交配系统和遗传组成的影响程度,采用水平淀粉凝胶电泳方法,对10个等位酶位点上,分别用混合交配模型(MLT)和Biosys-Ⅰ程序,分析了去劣疏伐前后辽宁兴城油松种子园3个年份群体的交配系统和遗传多样性变化。种子园去劣疏伐前(1993年)种子试样多位点异交率为0.962,而疏伐后2个年份(1996年和2000年)试样的多位点异交率明显减小,分别为0.795和0.801。疏伐后种子园的自交率有升高的趋势,从疏伐前的0.038到疏伐后的0.205和0.199。近交系数也有明显变化,疏伐前为0.141,疏伐后分别为0.341和0.239。去劣疏伐后种子园的每个位点的平均等位基因数(A)和多态位点百分率(P)都有不同程度的降低。本文对影响种子园交配系统和遗传多样性的因素作了探讨。     

油松植物种群自疏规律模型的研究

根据植物生长的密度理论和有关生物学假设,推导出一种新的植物各自疏规律模型,即Ｎ＝ｅｘｐ（ａｌｎ＾２Ｂ＋ｂｌｎＢ＋ｃ）,这里Ｎ和Ｂ分别为种群密度和植物种群平均重量或平均胸高断面积,ａ,ｂ,ｃ为参数。将该模型应用于油松种群密度变化规律研究中,证明该模型能很好地拟合实际的观测资料,并且具有表达式简单等特点,因而,该模型是油松植物种群自疏规律的有效描述。     

山西油松自然类型的划分及其性状的判别分析

从油松（Ｐｉｎｕｓｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍ ｉｓＣａｒｒ．）的形态变异调查入手,提出了划分油松自然类型的主要依据是冠幅大小与树皮厚度。据此,将山西灵空山地区油松划分为窄冠细皮油松和宽冠粗皮油松两种自然类型,并分类型进行了生长测定。采用Ｆｉｓｈｅｒ判别分析,验证了对油松划分两种自然类型是正确的。还可应用判别函数Ｙ＝ ０．０６５３Ｘ１－ ４．０３６９Ｘ２＋ ０．０１２６Ｘ３ 与判据Ｙｃ＝ － ０．３６６８,判别调查地区的油松自然类型。经Ｆ检验判别函数的效果,达到了９０％ 的可靠性,表明采用判别分析划分自然类型是有效的。同时,经生长测定与综合比较使形态变异与生长特性联系起来,既揭示了油松形态变异与速生特性的关系,又肯定了两类型间之差异,证实了窄冠细皮油松确实为优良类型     

分布区西缘油松种群的生长特征

 在青海省互助北山林场和贵德东山林场的油松林内分别设置6个和5个样方,对分布区西缘的天然油松种群的生长特征进行了生态学研究。结果表明,两地的油松种群均为复层异龄结构;树高与胸径的关系揭示东山的油松种群其生长能力仅为北山的一半;种群内个体的树高直径比与个体的大小呈负相关,表明个体生长对被压的生态适应;两地个体的直径生长过程也差异很大,即东山油松的直径生长随年龄的增长呈下降趋势,而北山呈上升趋势或变化很小。上述差异导致两地的生产力差异很大：北山可望获得200t／ha的生物量,而东山仅约为100t/ha,但两地的生物量密度差异不大,为7一11t／ha．m,利用生物量密度与总胸高断面积之间的线性关系,可以建立良好的推算种群地上部生物量的方法。本文还对天然油松的种群密度与平均个体重之间的关系作了讨论。     

油松含树脂细胞组织化学和细胞化学研究

油松茎端的皮层薄壁组织和幼茎木薄壁组织中具含树脂细胞分布,在光学显微镜下观察,硫酸奈尔兰染色的切片,发现树脂滴分布于细胞质中,在电子显微镜下观察狐染色切片,发现树脂滴分布于细胞的线粒体,高尔基体,内质网,核膜和小液泡中,同时也分布于质膜两边。从形态演化分析含树脂细胞在树脂分泌结构中属原始类型,由它演化为树脂道。     

基于GreenLab的油松结构-功能模型

 植物结构-功能模型(Functional-structural models, FSMs)将结构模型与过程模型结合起来, 用以描述环境机制驱动的植物生长, 输出植物的三维结构。GreenLab是一个近年来不断发展着的基于源-汇关系的通用植物结构-功能模型, 它多应用于农作物, 在树木方面的应用还很少。该文以幼龄油松(Pinus tabulaeformis)为研究对象, 首次将GreenLab模型应用到虚拟树木生长的研究中。采用破坏性取样, 实测了9株油松幼树的形态结构、拓扑结构和器官生物量信息, 根据拓扑编码体系组织数据。模型的直接参数是通过实测数据获得的, 隐含参数是利用非线性最小二乘法拟合反求获得的。对模型的假设进行了验证, 并对模型的模拟效果进行了评估, 结果表明: 节间总鲜质量、树木叶总鲜质量、节间鲜质量、节间长度观测值和模型模拟值建立的回归方程的决定系数在0.78~0.91之间, 因此该模型较真实地反映了油松的结构和生长过程。提出的树木结构和生物量测量及编码方法, 可作为针叶树建立结构-功能模型的参照。