天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统水汽通量特征

利用涡度相关技术研究了2013年7月至2014年6月浙江天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统水汽通量变化特征,结合气象要素的观测,进一步分析了净辐射对水汽通量的影响。结果表明:浙江天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统全年水汽通量基本为正值,各月水汽通量日变化趋势基本呈单峰型曲线,7月水汽通量峰值最大（0.115 gm－2s－1）,1月最小（0.029 gm－2s－1）。四季的水汽通量平均日变化中,峰值的大小为夏季＞春季＞秋季＞冬季。生态系统全年蒸散量为721.25 mm, 在相近纬度的不同类型森林生态系统中处于较低水平,全年蒸散量占降雨量的51.46%,各月蒸散量均小于降雨量。生态系统全年净辐射为3 305.65 MJm－2a－1。季节尺度上,对生态系统水汽通量与净辐射进行回归分析,显示四季的相关性都极显著。夏季相关系数（R2）最大,为0.500,其次为春季（0.318）,秋季（0.232）,冬季最低（0.125）。图6表2参28     

大气水汽稳定同位素组成在生态系统水循环中的应用

水汽稳定同位素组成（v）可以为水循环研究提供大量有价值的信息。近年来,稳定同位素红外光谱技术（isotope ratio infrared spectroscopy, IRIS）的发展为获得高时间分辨率的水汽稳定同位素原位测量数据提供了可能。在水汽稳定同位素组成研究取得了巨大进展的同时,适时对v及其在生态系统水循环应用的研究进展进行综述,可以为后续研究提供借鉴和参考。从5个方面对水汽稳定同位素组成的研究进行了详述,分别是:①水汽稳定同位素分析仪的在线校正;②v的变化规律;③氘过量的变化特征;④蒸散发组分的区分;⑤叶片水18O富集的估算。目前水汽稳定同位素的观测站点十分稀少,尽快建立全球的水汽稳定同位素观测网络并进行长时间的连续观测,将大大促进生态系统水循环和生态过程解析及其模拟方面的研究。同时,将稳定同位素在线观测数据和通量观测以及遥感模型结合起来,可以更好地揭示区域乃至全球水循环模式和机理机制。表1参81     

北京山区侧柏林生长旺季蒸散组分δ18O日变化及其定量区分

侧柏是北京山区分布范围较广的典型针叶树种,研究侧柏林生长旺季蒸散过程及蒸散组分变化特征对了解该区陆地生态系统水汽交换、植被耗水需求具有重要意义。本研究利用稳定同位素技术于生长旺季(2016年8月)对侧柏林大气水汽δ18O进行原位连续观测,同时选取4个典型晴天采集枝条和土壤样品并测定样品水中的δ18O。结果表明:日尺度上,利用Craig-Gordon模型计算的土壤蒸发水汽氧同位素组成(δ_E)在4个测定日中均先增大后减小,δ_E>介于-5.968%~-2.689%,最大峰值出现在12:00—14:00,而近地面大气相对湿度(h)先减小后增大,二者关系为δ_E=-0.03h2+4.85h-209.5(R2=0.55,n=32),表明h＞75%时,环境相对湿度越大,同位素分馏效应越明显;基于稳态假设估算的植物蒸腾水汽氧同位素组成(δ_T)和Keeling曲线拟合的侧柏林蒸散水汽氧同位素组成(δ_ET)分别介于-1.210%~-0.951%、-1.599%~-1.004%,日变化趋势复杂,日间变化差异大,但同一观测日内δ_T和δ_ET变化趋势基本一致,表明植物蒸腾非稳态可能对δ_T的估算产生偏离,δ_ET变化主要受δ_T影响;4个测定日中蒸腾量占总蒸散量的比例(F_T)介于90.14%~92.63%,说明研究区侧柏林生态系统生长旺季蒸散发绝大部分来自植物蒸腾。研究结果确定了基于日尺度的生长旺季植被蒸腾对蒸散的贡献率,为研究陆地生态系统水汽交换机制提供了有益参考,为区域森林生态建设和管理提供了科学依据。      

北亚热带次生栎林生态系统非生长季 CO2通量特征1）

森林与大气之间CO2通量的观测有助于理解森林生态系统的碳循环及其控制机理,研究非生长季森林与大气间的CO2通量特征,对准确地估算森林生态系统CO2平衡具有重要的意义。以北亚热带次生栎林生态系统为研究对象,采用开路式涡度相关技术,于2011年12月1日至2012年2月29日对其CO2通量特征和环境因子进行连续观测。结果表明：非生长季该生态系统CO2通量具有较明显的日际变化特征,在白天表现为碳吸收, CO2通量在12：30—13：30达到吸收峰值,夜间表现为碳释放,昼夜通量变动范围为-0．37～0．23 mg? m-2?s-1;日平均气温维持在-3．36～11．67℃时,光合有效辐射与该生态系统CO2通量呈直线相关;5 cm处土壤温度与夜间CO2通量呈指数相关,但与土壤含水率之间相关性并不明显。     

海南儋州地区橡胶林生态系统水汽通量变化特征及其对环境因子的响应

运用涡度相关观测技术对海南儋州地区的橡胶人工林（简称橡胶林）进行长期观测,研究了2017-2018年水汽通量变化特征,并结合该地区的梯度系统数据以及气象观测数据,分析了水汽通量对环境因子的响应;同时根据降雨量和蒸散量对该生态系统的水分收支情况进行探讨,以揭示橡胶林生态系统的水分利用能力。结果表明:1）2017-2018年橡胶林生态系统水汽通量为正值,即水汽通过生态系统向大气散发,表现为水汽源;水汽通量日变化曲线为单峰形,在11:00-13:00达到最大值,雨季日间的水汽通量约为旱季的3倍,全年夜间水汽通量保持平稳且接近于0,水汽通量表现出明显的季节变化,雨季（5-10月）最高,旱季（1-4月）次之,11-12月最低;2）2017、2018年度总降雨量分别为1 687.6、2 264.7 mm,蒸散总量为962.24、1 209.29 mm,分别占降雨的57.02%、53.40%;旱季蒸散量约为降雨的2倍,雨季6-10月常出现当月降雨量远大于蒸散的情况,且年蒸散量和降雨量均集中在6-9月;3）影响水汽通量的主要环境因子有净辐射、气温、饱和水汽压差、风速、土壤热通量、土壤含水量等,其中净辐射和大气温度是影响水汽通量的最主要因素,尤其在水分充沛的雨季相关性最高。4）海南儋州橡胶林的蒸散量略高于热带雨林,但其蒸散率属于正常水平,不是导致植胶区缺水的主要因素。     

西天目山的森林土壤和生态平衡问题

根据野外调查和土壤理化分析、差热分析。X射线分析等资料,说明西天目山南坡土壤具明显富铝化特征,硅铝率2左右,粘土矿物以高岭石为主,并含较多三水铝矿,酸性强、活性铝含量较高,土壤剖面呈明显的黄化特征,故统属黄壤类土壤。从山顶到山麓又可续分为山地漂灰黄壤、山地表潜黄壤和山地黄壤等亚类。 从1959和1980年两次相距21年的观察和测定,说明西天目山森林生态系统处于缓慢的动平衡中。森林生物群落主组分生物量的增长,导致森林郁闭度、残落物和土壤蓄水量的增长,自然水不断对土壤进行盐基淋洗和酸化作用,而土壤的变化又反过来影响森林群落的组成和结构。     

大气氮沉降研究进展

随着经济的快速发展,人类活动排放至大气中的氮持续增长,大气氮沉降已成为气候变化、二氧化碳浓度升高、土地利用变化之外的影响陆地生态系统结构和功能的第四大因素。通过大气沉降到生态系统的氮一部分可作为营养源供植物生长,过量的氮则会产生消极作用。文章围绕大气氮沉降的氮素组成及其沉降通量,氮沉降的时空特征,氮沉降对土壤及植物的影响三方面进行了综述,总结了大气氮沉降的不同氮素形态及沉降通量,对比了氮干、湿沉降的时空特征,阐述了大气氮沉降对土壤生态系统及植物生长的影响。从现有的文章来看,我国对各地区大气氮沉降情况的监测越来越多,包括农田、城市、森林等,但关于大气氮沉降的影响研究多与水体、森林、草地等相关,对农田生态系统的影响,例如对土壤微环境、农作物生长及作物产量、农产品质量等的影响研究尚且较少。     

矿业废水污染土壤的稳定硫同位素证据

本研究以受矿业活动酸性废水污染的农田土壤为研究对象,通过监测土壤剖面的p H值和稳定硫同位素组成,来分析工业污染对土壤硫的影响。研究发现:p H值和稳定硫同位素组成之间存在明显的相关性,这将为深入研究矿业活动对土壤环境的影响提供科学依据。     

同位素技术在水环境科学领域的应用研究

水汽稳定氢氧同位素作为水循环中的天然示踪剂,在土壤水、地下水、大气水汽及降水的研究中发挥着重要作用,在水环境污染研究中也成为了一种良好的研究手段,尤其在示踪污染源、探寻地下水来源和径流途径、估测地下水年龄等方面具有准确的指示作用。围绕同位素技术在水环境科学方面的应用研究展开,重点介绍了液态水稳定氢氧同位素的观测分析方法,汇总了大气水汽氢氧同位素的不同收集方法之间的差异及其优缺点,明确了目前同位素技术在水循环研究过程中的应用现状。为了能够使同位素技术最大化的实现科学价值,在今后的研究中应进一步补充完善采集样品的时空尺度,筛选典型样品代表,并着重于大气水汽循环的统一整体展开氢氧稳定同位素研究,获得整体循环过程中水汽同位素的运移规律和蒸散过程。     

氢氧稳定同位素在森林雾水研究中的应用及展望

雾水是森林生态系统中水平降水的重要组成之一,利用灵敏度高且可定量化测定的稳定同位素技术,分析雾水在森林生态系统水循环中的作用,是目前森林水文研究的热点。从林冠截留雾水、森林对雾水的利用情况以及雾水对森林土壤水、地下水的补给等方面进行综述,以期为运用氢氧稳定同位素技术研究多雾山地生态系统和海滨生态系统中的森林生态水文效应提供参考。     

西天目山自然保护区森林土壤发生学特性的研究

1986～1988年,作者对西天目山森林土壤作了详尽的勘查,共挖剖面33个,采土样110个,作理化性质、氧化铁形态和粘粒矿物组成等的分析。结果表明:西天目山森林土壤在温凉湿润的水热条件下,经历着中等强度的脱硅富铝化过程,形成以2∶1型及三水铝石为主的粘粒矿物。残留于局部地区的深度风化的古红土母质,在后续的自然条件(气候、植被)下进行着黑土化、次生黄化或棕黄化过程。有机质在森林植被和水热条件的共同影响下,进行着中等速度的积累与转化,形成以活性腐殖酸为主的土壤腐殖质组成、各种性状都比较好的森林土壤,在维护西天目山良好的森林生态系统中占据着十分重要的地位。     

黄河三角洲刺槐人工林土壤热通量的变化特征

为进一步研究黄河三角洲盐碱地区土壤-植被-大气连续体的作用机理并为热量平衡研究提供基础数据,本试验以黄河三角洲盐碱地区长期生长的刺槐人工林为对象,利用黄河三角洲森林生态系统定位研究站2016年度观测数据,研究了该地区刺槐人工林土壤热通量的变化特征及其与地表净辐射的关系。结果表明:10、20 cm土层土壤热通量日变化基本呈现"S"型变化,且随土壤深度增加振幅减小;两层土壤热通量的月累积总量在3—8月为正值,其它月份为负值;两层的年总土壤热通量分别为-23. 85、-12. 97 MJ/m~2,占地表净辐射(720. 07 MJ/m~2)的比例分别为-3. 31%、-1. 80%,土壤均表现为热源;在日尺度、月尺度水平上,土壤热通量与地表净辐射分别呈极显著和显著正相关;土壤热通量对地表净辐射的反馈存在延时效应,延时5 h的10 cm土层土壤热通量和延时9 h的20 cm土层土壤热通量与地表净辐射相关性最高。本研究得出土壤热通量与地表净辐射关系密切,这对研究土壤-植被-大气连续体中地气能量交换和热量平衡具有重要意义。     

亚热带毛竹林生态系统碳通量与土壤呼吸研究

以浙江省安吉县毛竹林(Phyllostachys edulis)生态系统为研究对象,利用开路涡度相关系统和LI-Cor8150自动观测系统,分析2014年毛竹林生态系统碳通量和土壤呼吸速率变化特征及其影响因子。结果表明,毛竹林土壤呼吸速率日变化为单峰曲线,最高值出现在14:00~16:00,最低值出现在06:00;净生态系统交换量(NEE)存在明显日变化特征,变化趋势为"双峰曲线",峰值分别出现在10:00和12:00;而生态系统呼吸(RE)和土壤呼吸速率呈相同的年变化趋势,为"单峰型",夏季高、冬季低,且均对温度变化较敏感。毛竹林土壤呼吸速率和生态系统呼吸量(RE)主要受高于20℃大气温度和5 cm土壤温度影响,与水分相关关系不显著。     

陆地生态系统土壤呼吸研究进展

陆地土壤呼吸是碳从土壤进入大气的主要途径,与全球变化密切相关。土壤呼吸具有明显的季节和日变化动态,其季节动态与温度变化特征密切相关,还与各个地区降水量的变化趋势有关,一年中一般在7～8月份达到最高值,以后逐渐下降,从11月～翌年4月份最低且相对稳定。土壤呼吸的日变化与温度尤其是表层5～20cm地温的日变化相一致,表现为上午明显高于下午,而在早晨和傍晚时较低。不同生态系统的土壤呼吸作用存在很大的差别。一般地,森林土壤>农田土壤>草地。影响土壤呼吸的因素很多,除了土壤的通透性等物理特性和土壤微生物特征外,气温、土温、湿度、大气CO2浓度、土壤无机养分和有机质的含量与组成等都会影响土壤呼吸。大多数情况下,土壤呼吸速率是土壤一定深度地温或土壤含水量的函数。土壤呼吸随CO2浓度的升高而加强。施有机肥、N沉降和灌溉通常会使土壤呼吸增强;而施加矿质肥对土壤呼吸的影响不明显。     

兰州市大气中SO2对植物碳同位素组成的影响

大气中SO2通过降低植物叶片的气孔导度和光合速率影响叶片碳同位素组成（δ13C）,因此可以运用碳同位素技术反映大气SO2的污染情况,为控制城市大气SO2的污染提供理论依据。通过研究兰州市槐树叶片的碳同位素组成（δ13C）来揭示大气中SO2对叶片碳同位素组成的影响。研究结果表明,叶片δ13C值与大气SO2浓度具有显著相关性。     

甘肃小陇山林区不同森林类型土壤水分动态

以小陇山林区栎类阔叶混交林、锐齿栎林、日本落叶松林、油松林及无林地5种森林土壤为研究对象,通过2011年对9个样点土壤水分长期定位观测,研究不同森林类型土壤水分动态变化规律.结果表明:大气降水和蒸散量是引起土壤含水量变化的主要因素,土壤含水量季节性变化趋势十分明显;坡位对林区不同森林类型土壤含水量无显著影响;不同层次土壤含水量差异显著,土层深(H)O≤H＜20 cm的土壤含水量变化较为剧烈,但总体上其含水量大于20 cm≤H＜60 cm的土壤含水量;各个时期阔叶混交林、锐齿栎林土壤平均含水量较高,具有较强水土保持能力和显著水源涵养作用.     

不同凋落物输入处理对暖温带森林表层土壤有效磷含量的影响

利用河南省国有焦作林场麻栎林1 hm~2森林生态系统定位观测样地,设置加倍凋落物、去除凋落物、去除地表物并挖壕沟和对照(正常凋落物输入)等不同处理方式,连续2 a测定0～10 cm、10～20 cm土壤有效磷含量,计算其变化率、变化速率、环比增长率、同比增长率,分析暖温带森林近地表层土壤有效磷含量受凋落物输入改变的影响程度,为土壤有效磷动态的深入研究提供借鉴,为生态系统响应全球气候变化等研究提供基础。结果表明,土壤有效磷含量具有季节变化,春季与夏初较低、秋季与冬季较高;0～10 cm土层中土壤有效磷含量稍高于10～20 cm层次的,但差异不显著,其相关性可用幂函数表示。0～10 cm层次上,加倍凋落物处理提高了土壤有效磷含量,去除凋落物与去除地表物并挖壕沟处理降低了土壤有效磷含量,但不同处理间的差异性不显著,不同处理间土壤有效磷含量的变化率差异极显著;土壤有效磷含量的变化速率表现出减幅波动,而环比增长率与同比增长率在后期波动较大,但不同处理间均不具有显著性差异;凋落物输入的不同处理与季节变化对0～10 cm层次土壤有效磷含量有显著性影响,而对10～20 cm层次的影响不显著。表明,凋落物输入的不同处理主要影响到0～10 cm层次的土壤有效磷含量,对10～20 cm层次的影响较弱,且季节变化对土壤有效磷含量亦有较大影响。     

干旱区农田土壤呼吸与土壤温湿度的关系

[目的]研究土壤温湿度对土壤呼吸的影响。[方法]利用LI-cor8100土壤呼吸观测系统,连续观测2012年6月18~30日张掖绿洲农田的土壤呼吸速率和土壤温湿度;分析了土壤呼吸速率的日变化规律及土壤呼吸与土壤温湿度之间的关系;评价了现有的土壤呼吸模型。[结果]张掖绿洲农田的土壤呼吸具有明显的日变化规律,该区域土壤呼吸速率与4 cm深度土壤温湿度的相关性最好;土壤呼吸速率与土壤温度之间的相关性要远远好于土壤呼吸速率与土壤水分之间的相关性。[结论]在土壤呼吸模型中,同时考虑土壤温度和土壤水分的土壤呼吸模型的模拟结果要好于只考虑土壤温度或土壤水分的土壤呼吸模型。     

作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO₂浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO₂浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO₂和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO₂浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO₂浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO₂浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO₂浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO₂浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO₂浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO₂浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO₂升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO₂浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。     

基于涡动相关技术的森林生态系统二氧化碳通量研究进展

森林生态系统是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,森林对大气二氧化碳(CO₂)浓度具有重要的调节作用,开展森林生态系统碳循环研究对更好地了解生物地球化学过程和应对全球气候变化具有重要的科学意义和应用价值。涡动协方差/涡动相关技术是目前应用最广泛的森林生态系统CO₂通量观测技术。讨论了基于该技术的森林生态系统CO₂通量研究的部分代表性成果,总结了当前森林生态系统CO₂通量的主要研究成果并对未来研究提出展望。目前,森林生态系统CO₂通量的研究主要集中于:①森林生态系统的碳源/汇估算;② CO₂通量观测源区/足迹的计算;③ CO₂通量动态特征的提取及其环境影响因子;④基于统计模型的森林生态系统物候特征参数的提取;⑤基于机理模型的气候系统对森林生态系统碳循环的影响。主要结论为:森林生态系统是陆地生态系统的重要碳汇,在对森林生态系统进行CO₂通量观测时需对其通量源区的空间代表性进行检验,森林生态系统碳源/汇状态受到树龄、降水和土壤含水量等因素的影响,空气温度是森林生态系统碳循环的重要影响因子。未来森林生态系统CO₂通量研究应该集中于提高通量足迹模型计算精度,讨论不同林分对大气CO₂的贡献强度。结合气候系统模型和生态生理模型建立植物生理过程参数化模型、预测气候变化对森林碳交换的影响。区域-全球尺度森林生态系统CO₂通量研究未来将关注多站点通量,气象数据长时间序列的整合分析,讨论CO₂通量气候态特征与碳源/汇的空间格局,更好地了解全球陆地生态系统碳循环机制。表1参64