水土保持林生长过程及碳密度的动态变化

刺槐是黄土高原主要的水土保持树种之一,对刺槐生长过程与碳密度动态变化的研究,是正确评价黄土高原水土保持林生态服务功能中亟待解决的关键问题.以山西吉县红旗林场马莲滩刺槐水土保持林为研究对象,采用样方(面积400 m2)调查和树干解析法,研究刺槐的生长过程,提出刺槐的树高生长模型、胸径生长模型、生物量与胸径的关系,并在此基础上模拟计算刺槐水土保持林生物量及碳密度的动态变化.结果表明:1)树龄12 a以前为刺槐树高和胸径的快速生长期,树高的平均生长速率可达0.63 m/a,胸径平均生长率为0.53 cm/a,树龄12a时树高可达6.9m、胸径5.19 cm、生物量10.18 t/hm2;2)利用建立的生物量预测模型得出,当树龄达到20 a时,刺槐水土保持林生物量的连年生长量最大,达2.99 t/hm2,树龄35 a时生物量的连年生长量曲线与平均生长量曲线相交,成为成熟林,总生物量达72.79 t/hm2,碳密度为35.52 t/hm2,对树龄35 a以上的刺槐水土保持林应该及时更新与改造.     

半干旱农田生态系统春玉米叶面积及叶生物量模拟的比较研究

采用Modified Logistic模型、Log Normal模型和Modified Gaussian模型,分别对半干旱农田生态系统露地和覆膜春玉米叶面积及叶生物量动态变化进行了模拟研究.结果表明:3种模型均可用于模拟露地和覆膜春玉米全生育期叶面积及叶生物量的动态变化,但模拟效果和精度有所不同,Modified Logistic模型能够很好地模拟露地玉米叶面积及露地和覆膜玉米叶生物量的动态变化,但对覆膜条件下叶面积动态变化的模拟效果较差;Log Normal模型和Modified Gaussian模型能够很好地模拟露地和覆膜条件下春玉米叶面积和叶生物量的动态变化过程,模拟值与实际观察值非常接近,但Log Normal模型因其参数少和参数生物学意义明确,更具适用性.Modified Logistic模型已普遍应用于生物领域,用以描述生物量的增长过程,而Log Normal模型和Modified Gaussian模型是模拟叶面积和叶生物量动态变化的初次尝试,为叶面积和叶生物量的动态变化模拟提供了可选途径.     

深松耕对玉米根茎叶氮磷比及地上生物量的影响

植物器官氮磷比可以揭示植物生长发育过程的营养平衡。深松耕作为黄土高原半干旱区一种较好的农田耕作方法被广泛应用,尽管已被证实深松耕可以提高作物产量和地上生物量,但深松耕是否影响作物器官N/P及从作物器官N/P角度能否解释地上生物量增加的机制尚有待进一步研究。该研究于2016－2018年在黄土高原区设置了不同耕作方法（深松耕、旋耕、翻耕和免耕）和施氮量（基肥200 kg/hm2、基肥200 kg/hm2+拔节期肥100 kg/hm2）的田间裂区试验,研究了不同处理对玉米地上生物量、不同器官（根、茎和叶）中N/P的影响以及其N/P与地上生物量的关系。结果表明：1）相比翻耕、免耕,深松耕能显著提高地上生物量（P<0.05）,2016和2018年地上生物量深松耕比翻耕、免耕分别提高了9.56%、9.29%和4.67%、5.94%;2）相比翻耕、免耕,深松耕和旋耕均能显著降低根、叶的N/P（P<0.05）,深松耕根、叶N/P分别为19.90、17.74,降幅最大;施肥措施及耕作方法与施肥措施的交互作用对根、茎和叶的N/P无显著影响;3）通过结构方程模型分析发现,耕作方法通过影响根和叶N/P,间接影响地上生物量,效应值分别为0.10和0.14,耕作方法对地上生物量无直接显著影响,说明了根和叶的N/P是影响地上生物量的两种重要的间接因素;通过线性混合效应模型分析得出,地上生物量与根、叶N/P呈显著负相关关系,与茎N/P无相关性。研究表明深松耕通过降低玉米根和叶N/P,促进植物氮磷营养平衡的生态策略来提高地上生物量。研究结果对进一步揭示耕作与施肥对玉米生产与农田生态系统氮磷平衡的影响机制具有一定的借鉴意义。     

氮、磷肥对杉木幼苗生物量及养分分配的影响

采用盆栽试验,研究了不同氮、 磷肥对杉木（Cunninghamia lanceolata）幼苗生物量及养分分配的影响。结果表明,供磷可促进杉木幼苗植株和各器官生物量的增加,并影响叶、 茎、 根生物量的分配比例,氮、 磷处理幼苗叶生物量占全株生物量的45% 以上, 施氮反而降低杉木叶、 茎、 根的生物量; 施氮显著增加根和叶的氮含量,而显著降低根和叶的磷含量,对茎的氮、 磷含量没有明显影响; 施磷显著降低叶、 茎、 根的氮含量,叶、 茎、 根的磷含量随供磷水平的增加而逐渐增加。氮磷配施显著影响叶、 茎、 根的氮、 磷含量和氮、 磷累积量。叶片是主要的氮、 磷养分存储器官。氮（或磷）水平的增加可降低杉木幼苗的磷（或氮）利用效率,提高氮（或磷）的利用效率; 氮、 磷肥显著影响杉木幼苗叶、 茎、 根的N/P比。研究结果说明,氮、 磷肥增加了杉木幼苗各器官生物量和氮、 磷含量,影响了幼苗的养分分配和营养平衡。     

晋西山杨和油松生物量分配格局及异速生长模型研究

山杨和油松是晋西地区重要的建群树种,采用整株收获法分析了山杨和油松各器官生物量以及地上地下生物量分配格局.采用胸径(DBH)、树高(H)、树木因子(D2H)、平均冠幅(CW)和冠长(CL)等变量建立了叶、枝、干、根、地上部分及整株生物量模型,并选取了最优模型.结果表明:(1)山杨的叶、枝、干、根生物量分配比例分别为3.42％,11.23％,64.30％和21.06％,油松的叶、枝、干、根生物量分配比例分别为13.44％,19.86％,47.52％和19.18％;山杨和油松地上生物量和地下生物量比值分别为3.32∶1和3.99∶1.(2)山杨和油松的地上生物量与地下生物量之间呈极显著线性相关(p＜0.001).(3)山杨和油松各器官生物量拟合的最优模型形式均为CAR类型,模型解释量均超过92％.(4)基于树木胸径D的山杨和油松各器官单变量模型可解释量除叶(解释量＞83％)外均达到或超过了90％,树高不宜单独对各器官生物量进行预测.综合考虑模型的可解释量和生产实践中的需要,胸径是预测山杨和油松不同器官生物量的可靠变量.     

湖南马尾松人工林群落细根生物量及时空动态研究

2007年在长沙天际岭国家森林公园,用钻取土芯法,对马尾松森林群落细根生物量进行了研究。结果表明,该森林群落的年均活细根生物量为1.117 4 t/hm2,死细根生物量为0.118 3 t/hm2,活细根和死细根生物量均存在明显的季节变化,活细根生物量变化趋势总体上呈"单峰型",死细根生物量呈不规则波动。活细根和死细根生物量主要分布在0~30 cm土壤层,其活细根生物量占总活细根生物量的70.73%,其死细根生物量占总死细根生物量的71.43%。活细根生物量和死细根生物量与土壤温度呈显著性指数相关,与土壤湿度呈显著性线性相关。     

思茅松中幼龄人工林的生物量碳密度及其动态变化

 通过样地实测生物量和采用重铬酸钾法测定植物碳索含量,研究了思茅松中幼龄人工林生物量碳密度的分配特征及随林龄的动态变化规律。结果表明：1)林龄为3-5、6-10、11 -20和21 -30 a思茅松人工林的生物量碳密度分别为（20.15 ±3.09)、(27. 24 ±2.25)、（94. 89 ±9. 90)和147. 58 t/hm2。随林齡增长,乔木层、枯落物层和林分的碳密度显著增加,灌木层和草本层的碳密度有所减少。林分、乔木层和枯落物层的生物量碳密度随林龄的变化用逻辑斯蒂模型可实现良好拟合,而灌木层和草本层拟合效果差。2)林龄为3-5、6-10、11 -20和263思茅松人工林的年均固碳量分别为（4. 92 ±0.63)、（3. 52 ±0.25〉、（6. 44 ±0.30)和5. 68 t/(hm2·a)0乔木层的年均固碳量与林龄存在显著正相关,灌木层和草本层的年均固碳请与林龄存在显著负相关,林分年均固碳量与林龄呈较弱的正相关。乔木层和草本层的年均固碳量与林龄的关系以逻辑斯蒂模型拟合效果较好,灌木层年均固碳量和林龄关系以Gauss模型拟合效果较好,林分的年均固碳量与林龄的拟合效果差。     

圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia）对重金属镉胁迫的响应及镉吸收效果研究

以圆叶决明2228（Chamaecrista rotundifolia）为材料,采用土培法,研究重金属镉对圆叶决明2228保护酶（SOD和POD）、生长（生物量、株高、SPAD值和含水量等）的影响,同时分析圆叶决明对镉的吸收效果。结果表明,重金属镉胁迫下圆叶决明2228保护酶活性均随着镉处理浓度的升高呈先升后降的趋势,其中20mg·kg^-1镉胁迫下SOD酶活性最强,50mg·kg^-1镉胁迫下POD酶活性最强;镉对圆叶决明的生长抑制表现为抑制植物的生长,降低株高和生物量,但与叶绿素相关的SPAD值无显著变化。通过镉含量分析可知,圆叶决明2228吸收的镉量均未超过镉临界指标含量,因此该植物不是镉超富集植物,但生物富集系数大于1,为镉耐性植物。由于圆叶决明生长过程中生物量大,在生长过程中可通过生物量带走部分重金属镉,圆叶决明2228具有修复轻度镉污染土壤的潜能。     

川西平原土壤微生物生物量碳氮磷含量特征及其影响因素分析

本文通过区域调查采样和统计分析,探讨了川西平原土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤微生物生物量氮（MBN）和土壤微生物生物量磷（MBP）含量特征及其对气候、海拔、母质和土地利用等因素的响应,揭示了其关键影响因素,以期为川西平原地区土壤质量管理提供参考。结果表明,不同土壤类型的MBC、MBN和MBP含量表现为冲积土显著高于水稻土、潮土和黄壤（P<0.05）,潮土MBC/MBN显著高于水稻土。气候和海拔的影响为：MBC、MBN和MBP含量随着≥ 0℃积温、≥ 10℃积温、年均温和年均降水量的增加呈指数减少,而随干燥度和海拔增加呈线性增加。不同成土母质中,MBC、MBN和MBP含量均为灰色冲积物显著高于老冲积物。不同土地利用方式下,三者含量为草地显著高于水田和旱地,水田、旱地和林地差异不显著。皮尔森相关分析和冗余分析表明,MBC和MBN均与≥ 0℃积温、年均温呈极显著负相关（P<0.01）,与海拔呈极显著正相关关系,MBP与母质呈现极显著负相关关系。逐步回归分析表明,MBC主要受年均温、干燥度、年均降水量和母质的影响;MBN主要受海拔、干燥度和年均降水量的综合影响;MBP主要受母质、年均温、≥ 10℃积温和年均降水量的调控。因此,川西平原土壤MBC、MBN、MBP能灵敏地反映不同采样点气候的变化,可为该区气候变化下土壤碳、氮、磷的响应预测提供参考。     

黄土丘陵区刺槐、辽东栎林生态系统碳汇功能特征

保护自然植被和营造人工植被是黄土高原植被恢复的重要措施,为定量阐明该区域典型植被类型的生态服务功能,合理评估不同恢复植被措施的生态效益,选取了两种典型森林生态系统(刺槐人工林和辽东栎天然次生林),基于多年连续调查数据分析了其碳汇功能特征。采用以胸径和树高为基础变量的生物量方程估算了乔木层生物量;采用样方收获法测算了灌木、草本和凋落物现存量;依据两次样地调查的数据(间隔9年)和连续多年凋落物收集的数据,估算了两种森林生态系统的净初级生产力和固碳速率;再结合对两种林地土壤CO_2排放的监测与分析结果进一步估算了两种生态系统的碳汇功能。结果表明:刺槐林的生物量碳密度(67.63 t C/hm~2)略低于辽东栎林(76.85 t C/hm~2),林分内各组分碳密度仅在乔木叶部分差异显著。研究期间刺槐林和辽东栎林的生物量年均增长量分别为15.20,18.21 t/(hm~2·a);植被层年均固碳量分别为7.57,8.91 t C/(hm~2·a)。因刺槐林地的土壤异养呼吸速率低于辽东栎林地,故其碳汇功能相对较高。     

贺兰山东麓不同种植年限酿酒葡萄林生物量分配及估算模型

通过对贺兰山东麓同一立地类型不同种植年限的人工酿酒葡萄林形态指标和生物量的测定,研究了葡萄林生物量随时间的分配格局,同时利用主要构件形态指标与各构件生物量建立了生物量估测模型。结果表明:1)供试林地葡萄树株高(H)、主蔓长(SH)、新梢长(YSH)、分枝数(BN)及茎粗(D)均基本上随林龄增加而逐渐增大。2)葡萄林各构件生物量随林分年龄的增加而增加。3)葡萄树地上部各构件生物量分配表现如下,1~4 a林分为叶生物量>新梢生物量>主蔓生物量,4~12 a林分为主蔓生物量>新梢生物量>叶生物量,2~12 a林分为地上生物量>地下生物量。4)以茎粗与株高结合的D2H作为自变量建立模型,各组分生物量最优估测模型均为幂函数W=a×(D2H)b(其中,W为生物量,D2H为茎粗D2与株高H的乘积,a和b为估测参数):叶生物量与D2H拟合模型为W=12.909×(D2H)0.825 9(R2=0.849 9,P=0.000),主蔓生物量与D2H拟合模型为W=3.963 4×(D2H)1.344 9(R2=0.938 1,P=0.000),新梢生物量与D2H拟合模型为W=6.190 6×(D2H)1.051 7(R2=0.804 7,P=0.000),地上生物量与D2H拟合模型为W=23.017×(D2H)1.076 6(R2=0.938 5,P=0.000),地下生物量与D2H拟合模型为W=27.126×(D2H)0.689(R2=0.892 4,P=0.000)。各预测模型精确度较高。     

聚合物类保水剂对山杏水肥利用效应的影响

研究了不同用量保水剂处理对干旱胁迫下山杏(Armenia casibirica)叶水势、根部氮磷钾及生物量(地上部分生物量、地下部分生物量、总生物量)、根冠比的影响。结果表明,不同处理下叶水势受到不同程度促进,且促进程度随保水剂用量增大而增大。山杏根部氮磷钾含量,因不同处理均有所变化,其中,氮含量变化最显著,随保水剂用量增大而增大。保水剂20g下氮含量是对照的1.66倍,钾含量基本无变化,而磷含量随保水剂用量增大而降低。处理可使山杏总生物量和地上部分生物量增大,而对照组的地下部分生物量和根冠比最大。山杏叶水势和根部氮含量相关性显著。研究结果表明,保水剂和复合肥的混施显著促进了山杏生长,其原因可能是其保水保肥及缓释的作用。     

北京山地不同林分乔木层生物量和生产力研究

以北京山地7种人工纯林为研究对象,利用相对生长法对其乔木层(干、枝、叶、根和整株)生物量和生产力进行了定量研究,并分析了生物量回归关系.结果表明:树干、树枝和整株生物量与树高、胸径呈幂函数关系,树根和树叶生物量与树高、胸径呈二次多项式关系,且R＞0.81;不同树种各器官的生物量有所差异;乔木层平均生物量在29.56～135.09 t/hm2之间,排序为白秆＞油松＞核桃楸＞华山松＞白皮松＞山杨＞侧柏;净生产力范围为2.06～9.44 t/(hm2·a),从大到小依次为核桃楸＞油松＞白杄＞白皮松＞华山松＞山杨＞侧柏.不同林分各器官生物量的积累以树根和树干为主,生产力的积累以树干和树枝为主.     

陕北黄土丘陵山地枣树生物量模型

[目的]探索一种在不损伤枣树条件下估算枣树生物量的方法,为研究灌溉施肥与枣树生长关系提供技术支撑。[方法]在大量实际测定调查数据的基础上,用线性和非线性生物量模型分别对枣树枝条、枣吊、叶片及果实的生物量进行建模,以相关系数R2,拟合指数W,标准误SEE,变异系数CV和预估精度p作为模型的精度评价指标,对模型进行了检验,并对两类模型进行了对比分析。[结果]线性模型适用于枝条生物量的预测,R2为0.980~0.984,p介于0.909~0.926;叶片生物量和枣吊生物量的最优模型为非线性模型,R2介于0.880~0.943,p介于0.897~0.976;果实生物量最优模型为二元非线性模型,R2为0.999,p为0.998;枝条、叶片和枣吊的鲜重与干重的比例系数分别为2.085,2.854和2.675;单个枣吊长度和枣吊上的叶片数目呈现出良好的一元线性关系,R2达到0.88。[结论]本研究中使用的枣树生物量模型的模拟精度较高。     

土壤发育指标与气候因子的关系及辽西地区古气候重建

通过对我国现代气候条件下发育的22个土壤剖面发育指标的分析,运用相关性分析方法建立了土壤发育指标与气候因子的关系—转换函数,并将之运用于辽宁朝阳凤凰山古土壤剖面古气候参数重建中,得出71 ～423 ka BP以来的古气候参数值:403 ～423 ka BP期间年均降雨量为523.92 ～574.42 mm,年均温为10.6～11.0℃;311 ～403 ka BP期间年均降雨量为1 184.6 ～1 277.2mm,年均温为15.6～16.6℃;243～311 ka BP期间年均降雨量为517.24 ～669.08 mm,年均温为9.18 ～12.2℃;225 ～243 ka BP期间年均降雨量为1 302.7 mm,年均温为16.5℃;208 ～225 ka BP期间年均降雨量为642.54～731.42 mm,年均温为10.1～11.6℃;176～208 ka BP期间年均降雨量为1 231.4 mm,年均温为16.0℃;148 ～ 176 ka BP期间年均降雨量为640.49 ～682.09 mm,年均温为8.49 ～9.13℃;71 ～148 ka BP期间年均降雨量为1 128.2 ～1 294.0 mm,年均温为16.1 ～16.6℃.辽宁朝阳现今全年平均气温9℃,年均降水量450～ 500 mm,说明该地区42万年以来气候有过多次波动,但总的趋势是由温暖湿润向寒冷干旱演化.     

黄土丘陵区草地表层土壤固碳特征及影响因素

采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析了黄土丘陵区长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)草地表层(0—20cm)土壤有机碳(SOC)及其与地形、土壤、植被等因子的相关性,以期揭示自然恢复过程土壤固碳特征及显著影响因子。结果表明,不同恢复年限长芒草群落土壤表层SOC平均含量14~18a显著增加,年均增加量为0.295g/kg;18~26a增加平缓,年均增加量为0.186g/kg;26~45a略微下降,33,45aSOC平均含量分别低于26a(8.92%,3.18%),差异均不显著。白羊草群落则表现25~40a平缓增加,年均增加量为0.054g/kg,40~45a以上显著增加,40aSOC平均含量低于45a以上29.38%,差异显著(p0.05)。不同土层剖面,SOC含量均表现为土层0—10土层10—20cm。土壤总SOC密度变化趋势与SOC平均含量一致。相关分析表明,长芒草、白羊草群落SOC平均含量随着恢复年限、地上生物量、地下生物量、全氮的增加而增加,随着海拔、容重的增加而减小。随着恢复年限的增加,长芒草、白羊草群落土壤表层SOC存在明显固存效应,海拔、恢复年限、地上生物量、地下生物量、全氮、容重为显著影响因子。     

几种沙生灌木生物量及其在不同器官分配与土壤理化特征相关性

灌木群落的生物量及其在不同器官分配与土壤理化特征之间关系复杂。以毛乌素沙地柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、油蒿(Artemisia ordosica)、杨柴(Hedysarum fruticosum)灌木群落为研究对象,分析了不同灌木的生物量分配与土壤理化特征的相关性。结果表明:供试的3种灌木整株生物量与各器官生物量均为:柠条锦鸡儿>油蒿>杨柴,且达到了显著性差异(P<0.05)。3种灌木各器官生物量及分配比例为:茎>根>叶。其中,柠条锦鸡儿的生物量在茎、根、叶的分配比例分别为62%、25%、13%;油蒿的分配比例分别为53%、30%、17%;杨柴分别是55%、35%、10%。3种灌木群落土壤有机质含量均表现为随土层加深而递减的垂直变化特征。相关性分析表明,3种灌木整株生物量与土壤有机质含量呈极显著正相关性(r=0.920**,P<0.01),与土壤全氮、速效氮含量呈显著正相关性,相关系数分别为r=0.762*(P<0.05)和r=0.789*(P<0.05),而与土壤全磷和速效磷含量的关系不显著。3种灌木整株生物量及其在不同器官分配特征与荒漠生境有关,它们与干旱、半干旱环境长期相互作用产生了不同的生存策略,茎的木质化程度、叶构型、根系分布情况会影响各器官的异速生长,进而影响了生物量的分配特征。在荒漠生态系统中,灌木林生产力受群落类型和土壤养分的共同制约。     

杨树工业用材生物量的研究

杨树是山东省主要造林树种之一,确定最佳采伐周期、造林密度、混交方式,是提高生物量的关键技术.经多年定位观测试验得出杨树造林密度为2 m×2 m,采伐周期为5 a生物量最高;杨树生物量结构为树头占23%～26%,树干占50%～52%,树根占22%～26%;树根生物量约有80%～90%分布在0～40 cm土层内.杨树不同密度单株生物量和单位面积生物量不同,密度增大,单株生物量减少,单位面积生物量增加.生物量结构和生物量估测模式的研究,为深入研究杨树栽培技术、木材加工业等提供相关参数.本试验选取了5年生杨树不同部位生物量的估测模型.     

细胞分裂素调控的玉米旱后复水补偿性生长机制研究

通过检测植物生长激素研究了苗期玉米的旱后复水补偿性生长机制。结果表明:干旱胁迫导致玉米苗具有较低的地上部分和整株生物量,但复水12 d后旱后复水玉米苗的地上部分和整株生物量已与充分供水玉米苗之间没有了显著差别。地上生物量指数和总生物量指数,是用来评价玉米苗复水后的地上部分生物量和总生物量相对于它们自身复水前变化的指标,复水后旱后复水玉米苗呈现较高的地上生物量指数和总生物量指数。通过检测叶片和伤流液中的玉米素和玉米素核苷（Z+ZR）含量,发现旱后复水玉米苗的叶Z+ZR含量与地上生物量指数和总生物量指数联系密切,且其叶Z+ZR含量受根系的直接调控。总之,根系诱导的叶片细胞分裂素是影响玉米苗旱后复水补偿性生长的关键因素。     

扁穗牛鞭草生长状况及其对土壤养分的影响

通过对扁穗牛鞭草在不施肥条件下的生物量、生长因子以及对土壤pH值、有机质、全量元素、水解N、有效P和速效K等测定,了解生长状况及其对土壤养分的影响。结果表明：随着时间增加,生物量显著降低,年均下降50．41％。株高和茎粗表现不同程度的下降,茎长有升有降。而密度增加,年均上升13．74％。土壤pH略有下降,表层土壤有机质、全量元素、水解N、有效P和速效K均表现不同程度的降低,其中水解N、有效P和速效K等土壤有效养分降幅明显,年均分别下降26．73％,23．71％和7．31％,引起地力衰退,供肥力降低,导致生产力下降。