农林复合生态系统与低层大气间的通量研究

根据近年在黄淮海平原大面积农林复合区的观测资料,采用简单的一维模型,讨论了此类复合系统与低层大气之间的热量、动量和水汽通量,比较了不同的结构林网形成的通量差异。结果表明,由于林冠层的摩擦作用,农林复合生态系统上空风速随高度增大较快,动量输送总是向下的。在层结稳定的夜间,其数值较大,而在湍流比较活跃的正午前后,由于垂直风切变减弱,动量输送也相应减小。夜间农林作物冠层的辐射冷却加强,近地层逆温梯度增大,加之作物冠层内部因辐射冷却而造成水汽凝结,冠层上部水汽大于冠层内部,此时热通量和水汽通量均向下。这一现象在白天日出后开始逆转,日出后,地面升温加快,并逐渐形成超绝热梯度,致使热量通量向上。此时农林作物蒸腾加剧,冠层高度范围内水汽含量增大,造成水汽向上输送。文中还讨论了一维模式的缺点,指出了进一步研究生态系统与大气相互作用的重要性.     

不同灌溉条件下杨树人工林蒸腾过程及环境响应

研究不同土壤水分阈值灌溉下毛白杨(Populus tomentosa)生长季蒸腾与环境因子的关系, 对于科学制定毛白杨高效水分管理策略至关重要。该研究以毛白杨人工林为研究对象, 设置不同灌溉处理: 充分灌溉(DF, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-18 kPa时灌溉)、控水灌溉(DC, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-45 kPa时灌溉)和无灌溉(CK, 空白对照)。采用热扩散技术, 对毛白杨生长季树干液流通量进行连续观测, 并同步监测太阳辐射(SR)、空气温度(T_a)、空气湿度(RH)、土壤体积含水率(SWC)和风速(WS)等环境因子。结果显示: 1)不同灌溉处理下毛白杨树干液流通量日变化趋势相似, 呈现单峰型, 并存在显著的夜间液流活动。灌溉处理不会影响树干液流的启动时间, 但会造成树干液流峰值时间出现差异, 充分灌溉会使液流峰值到达时间提前。灌溉会增大毛白杨蒸腾量, 毛白杨的蒸腾量随着土壤水分灌溉阈值的减小而增大。2)毛白杨树干液流密度与SR和空气水汽压亏缺(VPD)存在明显的时滞现象, 树干液流通量变化提前于VPD, 而滞后于SR。不同灌溉处理对时滞现象无显著影响。3) 3个处理下, 蒸腾与VPD、SR及SWC具有显著正相关关系, 与风速具有显著负相关关系, 且对气象因子的响应程度不同。综上所述, 灌溉能够有效调节人工林水分生理对环境因子的适应过程, 但增加灌溉未必会造成蒸腾相应增加。根据林分蒸腾需水和自然降雨的关系, 生长季前期(该研究为4-7月)进行灌溉有利于毛白杨人工林水分生理活动的进行。     

两种木兰科植物的树干液流特征及其与环境因子的关系

了解木兰科植物的水分利用特点对提高其迁地保护的成功率具有重要作用。利用TDP探针(热消散探针)测定2种木兰科植物长蕊木兰(Alcimandra cathcartii)和醉香含笑(Michelia macclurei)的树干液流,分析树干液流与环境因子的关系。结果表明:2树种整树蒸腾的日变化均为单峰格型,但夜间仍有液流发生;在1月长蕊木兰单位断面积液流通量(F'd)日峰值[(25.00±7.35)g·m-2·s-1]明显比醉香含笑高[(6.35±1.46)g·m-2·s-1],在7月和1月长蕊木兰的F'd日平均值(6:00-18:00)也明显高于醉香含笑;2树种日蒸腾耗水量对环境因子的响应随季节变化而异,在干季(10月和1月)2树种对环境因子的响应比雨季(4月和7月)更明显;单位断面积日蒸腾耗水量可以有效区分个体间或种间的耗水差异;长蕊木兰的生理耗水量比醉香含笑大,在迁地保护时应注意长蕊木兰对水分需求较大的生理特征。     

海河流域土壤中磷的库存量与通量研究

本通过对河流域土壤中磷及其形态含量的分析结果,计算出该流域土壤中磷的库存量为６．４２×１０＾１０ｋｇ。并以成土母质,人畜粪,化肥施入量和径流带入量,大气降尘及植物的残留量等因素为对土壤中磷的贡献,同时以径流的带出,大气的飘尘及植物体茎叶等因素为磷的迁出部分,计算出海流域土体中磷的进出量分别为４．２４×１０＾８ｋｇ／ａ和３．６６×１０＾８ｋｇ／ｄ,以此来研究其通量关系。     

模拟降雨格局变化对亚热带地区两树种液流特征的影响

在全球变化的影响下, 中国亚热带地区近几十年降水格局发生了急剧变化。这种变化对亚热带常绿阔叶林植物的生长和森林水分平衡的影响尚不清楚。为此, 该研究从植物整树蒸腾角度出发, 通过在天然次生林中进行人工隔除降雨模拟降水格局变化, 研究降水变化对植物水分利用的影响。试验于2012年9月至2014年12月在广东鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站内的常绿阔叶林内进行, 通过林下搭建遮雨棚, 截留干季(10月至次年3月)的降雨, 并在湿季(次年4至9月)等量返还到样地中, 在保证总降水量不变的前提下模拟干季更干、湿季更湿(DD)的降雨格局变化。在此期间对样地内的木荷(Schima superba)与火力楠(Michelia macclurei)树干液流特征进行连续监测。运用独立样本t检验对对照组(AC)两个树种间的平均最大液流通量密度(¯J_S)差异性进行分析, 并将DD处理下两个树种的¯J_S与AC进行对比, 来检验隔除降雨对森林蒸腾的效应。结果表明: 当光合有效辐射(PAR)大于1 100 μmol·m ^-2·s ^-1时, 对照样地火力楠和木荷的¯J_S分别为(49.5 ± 1.7)和(43.6 ± 2.0) mL∙m ^-2∙s ^-1, 且前者表现出对光合有效辐射(PAR)更强的敏感性。截留降雨处理开始后(2012-10), 两个树种DD与AC处理的¯J_S比值(DD:AC)均先减小后增加, 其中木荷的比值从处理前的0.74下降到了第1次截留降雨处理期(2012-10至2013-03)的0.68, 增加到了第2次截留降雨处理期(2013-10至2014-03)的0.93以及第3次截留降雨处理期(2014-10至2014-11)的1.04; 火力楠则从处理前的1.00下降到了第1次截留降雨处理期的0.94, 在第2次截留降雨处理期增长到1.06, 变化幅度小于木荷。此外, 在第3次截留降雨处理期, 木荷在相同的水汽压亏缺及PAR下能够保持更高的¯J_S。这些结果表明, 短期干旱事件会促使森林蒸腾急剧下降, 然而在长期干旱下, 植物会通过提高¯J_S来弥补干旱带来的损失, 而木荷由于具有较大的¯J_S可塑性, 从而使其在干旱条件下维持更高的水分传输速率。     

海河流域土壤中氮的库存量与流通量研究

本文通过对海河流域土壤中氮及其形态含量的研究分析结果,得出该流域土壤中氮的库存量为５．９６×１０￣（１０）ｋｇ。以成土母质、人畜粪、化肥施入量和径流带入量,大气降尘及植物的残留量等作为对土壤中氮的输入因子,同时以径流的带出,大气的扬尘量及植物体茎、叶作为氮的迁出因子,得到海河流域土体中氮的进出量分别为４．０２×１０￣９ｋｇ／ａ和３．４６×１０￣９ｋｇ／ａ,研究了土壤中氮输入与输出的流通关系。     

胡杨液流对地下水埋深变化的响应

以塔里木河流域荒漠河岸林主要建群种胡杨(Populus euphratica)为研究对象, 结合中下游不同断面地下水埋深和胡杨液流变化的监测数据, 分析了胡杨茎干液流与地下水埋深变化的关系, 探讨荒漠环境下天然胡杨生长的合理生态水位。研究表明, 胡杨液流通量密度随地下水埋深即干旱胁迫程度的加大而减小, 两者呈极显著负相关, 相关系数达-0.887; 胡杨液流通量在地下水埋深位于4.5-5 m时出现异常变化, 表明此时胡杨的正常生长受到胁迫, 胡杨通过自身调节降低蒸腾耗水以适应环境; 土壤盐分不是影响塔里木河中下游各断面胡杨液流变化的主要因子; 对植物样地调查结果分析显示, 胡杨盖度、密度和频度均在地下水埋深在4-6 m梯度下开始表现为降低趋势。综合分析认为维系塔里木河中下游天然胡杨正常生长的生态水位为地下水埋深4.5 m以内。