油松水源保护林人工诱导更新与定向恢复机理

以油松水源保护林为对象,进行人工诱导更新与定向恢复机理研究。结果表明,在郁闭林分内油松更新苗密度平均为5 375株.hm-2,更新苗年龄为1~2年,而在人工Gap“效应岛”样地内,更新苗密度平均为17 062.5株.hm-2,其中1~2年、3~4年、5~6年生更新苗分别占73.44%,13.97%和12.59%;生长季光照强度在0、1.5和2.0 m三个不同高度梯度上,在Gap内部的平均值分别为289.0×100、542.0×100和589.0×100 lux,在对照林分内分别为139.0×100、146.0×100和246.0×100lux;从夏季观测到的空气温度平均值日变化分析,在白天Gap内的温度高于郁闭林分内部,温差可差2~3℃,在夜间Gap内的温度低于郁闭林分内,温差可差0.5~1℃;在白天6:00~11:00,人工Gap“效应岛”内空气湿度明显低于郁闭林分内,在其它时间段大致相当;对于同一层次土壤而言,Gap内的土壤温度明显高于郁闭林分内且变化幅度大,在0、10和20 cm三个梯度上Gap与郁闭林分相比土壤温度最大差值分别可达10、5和2℃;0~10、10~20和20~30 cm三个层次平均土壤含水量在Gap内分别为16.9%1、5.1%和12.3%,在郁闭林分内分别为14.6%、12.5%和9.9%。总体上比较二者的光照强度、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分等有显著差异,因此人工Gap“效应岛”的创建是诱导其内部微环境因子变化的基础,也是油松水源保护林定向恢复更新的机理之所在。     

优先流研究现状及发展趋势

优先流是一种常见的土壤水分运动形式,它是土壤水运动机理研究由均质走向非均质领域的标志。但最初却没有真正的定义。综合介绍了目前国际上公认的土壤优先流定义、优先流多种表现形式及其重要特征。系统阐述了优先流的静态（内在）和动态（外在）影响因素、开展研究的基础理论以及实验研究技术,指出开展优先流研究可以有效及充分地解释早期水文学研究所困扰的不符合达西定律及对流一弥散方程等重大问题,但由于优先流运动过程具有非平衡性及区域特点,其自身类型较多,开展优先流研究同时加大了水文过程研究的难度及深度,所以长期以来没有得到充分重视,到目前为止,对于优先流运动机理尚未明确;开展优先流研究判定标准多样,但缺乏系统成形的判定标准;由于土壤本身就是异质性系统,对优先流研究需综合考虑尺度效应;虽然已有多种方法可以有效开展优先流研究,但缺少已获得国际标准认证的适用于具有快速环绕特性的优先流研究需要的现代仪器设备。同时还探讨了优先流研究的发展趋势。     

基于稳定同位素的SPAC水碳拆分及耦合研究进展

土壤-植被-大气连续体(SPAC)是陆地水文学、生态学和全球变化领域的重要研究对象,其水碳循环过程及耦合机制是前沿性问题.稳定同位素技术示踪、整合和指示的特征有助于评估分析生态系统固碳和耗水情况.本文在简述稳定同位素应用原理和技术的基础上,重点阐释了基于稳定同位素光学技术的SPAC系统水碳交换研究进展,包括:在净碳通量中拆分光合与呼吸量,在蒸散通量中拆分蒸腾与蒸发量,以及在系统尺度上的水碳耦合研究.新兴的技术和方法实现了生态系统尺度上长期高频的同位素观测,但在测量精准度、生态系统呼吸拆分、非稳态模型适应性、尺度转换和水碳耦合机制等方面存在挑战.本文探讨了现有主要研究成果、局限性以及未来研究展望,以期对稳定同位素生态学领域的新研究和技术发展有所帮助.     

北京西山侧柏林冠层不同高度处叶片水分利用效率

以北京西山广泛分布的侧柏林为研究对象,综合考虑冠层不同高度处气象因子、大气CO₂浓度以及大气CO₂中碳同位素组成的差异,对其冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率和短期水分利用效率分别进行了测定,以期为区域森林生态系统固碳与耗水研究提供理论依据,为区域森林生态系统经营与维护提供技术支撑.结果表明: 侧柏林冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率随冠层高度的变化规律表现为上层>中层>下层,多种气象因子协同影响气孔运动,使瞬时水分利用效率受气孔限制;侧柏林冠层不同高度处的环境因子、大气CO₂浓度以及大气CO₂的δ13C均存在一定差异,导致了林冠各层叶片的短期水分利用效率的变化.林冠上层叶片通过提高水分利用效率适应环境.     

北京山区侧柏-荆条系统水分来源对降雨事件的响应

分析了北京鹫峰山区侧柏、荆条枝条水及其潜在水分来源的氢氧同位素特征,运用IsoSource模型解析侧柏、荆条系统水分利用来源的季节变化及其对降雨事件的响应.结果表明:旱季初期(4月)研究区0～20 cm土层富集土壤水¹⁸O值,20 cm以下该值则随着土层深度增加逐渐减小,侧柏主要利用前2～3 d降雨补充的0～30 cm层土壤水;旱季末期(6月)侧柏和荆条分别利用当天雨水补充的0～10和10～30 cm层土壤水;雨季(7月)侧柏利用前期降水补给的0～40 cm层土壤水(59.3%)和近期降水(12.5%),荆条则利用近期降雨供给的0～30 cm层土壤水;侧柏的土壤水分来源逐月加深,至生长季末(11月)其主要利用60～80 cm层土壤水(前2～3 d降雨补给),而荆条枝条水δ¹⁸O值远离各水分来源δ¹⁸O值.两物种对水分的竞争压力小,适应本区域气候特征,尤其在应对特大暴雨等极端天气时,植物系统垂直分布的水分来源能够有效分流洪峰,减小暴雨瞬时破坏力.     

基于树轮δ13C的北京山区侧柏水分利用效率

树木水分利用效率特征存在地域及树种差异,北京山区作为华北土石山区典型森林生态系统,其主要树种侧柏水分利用效率(WUE)长期变化的研究未见报道.本研究通过测定侧柏树轮稳定碳同位素值(δ¹³C),计算年均水分利用效率(WUE_i),分析其长期变化趋势及对环境条件变化的响应,并结合树轮宽度,探究侧柏WUE_i与净固碳量的关系.结果表明: 1918—2013年期间,北京山区年均气温呈逐渐升高趋势,年降水量波动较大.在此期间,侧柏树轮δ¹³C逐渐减小,WUE_i呈逐渐增大趋势.侧柏WUE_i对气温变化的响应最为敏感,呈显著正相关关系,且WUE_i对气温升高的响应敏感性大于气温降低.侧柏WUE_i与年降水量的相关性不明显,该地区降水量不是影响侧柏WUE_i的主要因素.侧柏去趋势树轮宽度值呈现先上升后下降趋势,近20年下降趋势明显.结合WUE_i与环境因子的相关性分析,认为气温升高导致气孔导度(g_s)降低,蒸腾量减少,同时增加了呼吸损耗,结果导致WUE_i升高,但侧柏净固碳量减少,生长减缓.     

北京山区侧柏人工林内CO2浓度及其δ13C值变化特征和影响因子

本研究采用离轴积分腔输出光谱技术对北京山区侧柏人工林进行了大气CO₂浓度及其δ¹³C值的原位观测,在半小时尺度上对比了林内不同高度处大气CO₂浓度及其δ¹³C值的差异,并探究其对气象因子的响应.结果表明: 林内CO₂浓度自日出后经历先降低后升高的变化趋势,最低值出现在16:00—16:30,浓度为352.5 μmol·mol^-1,最大值出现在5:00左右,达到402.0 μmol·mol^-1,其δ¹³C值变化趋势微弱且较为复杂,呈现出近地层先降低后升高、林冠层先升高后降低的趋势;研究日期内,林内CO₂浓度随高度的升高而降低,林内0、2、5、8、12.5和18 m处的日均值为386.5、369.9、368.2、367.8、367.9和367.9 μmol·mol^-1,δ¹³C值呈现出随高度升高而升高的趋势,林内0、2、5、8、12.5和18 m处的日均值为-16.0‰、-13.7‰、-13.5‰、-13.5‰、-13.1‰和-13.3‰;逐步回归分析表明,温度和湿度是影响林内大气CO₂浓度及δ¹³C值的主要因子,饱和蒸汽压差(VPD)可以影响林内CO₂浓度变化,风速可以影响林冠层CO₂浓度变化,而土壤含水率、电导率和地面净辐射则是影响近地层CO₂浓度及δ¹³C值的环境因子.这些环境因子通过增强或减弱生态系统内光合作用和呼吸作用来影响林内CO₂浓度及其δ¹³C值的变化.     

小流域林草植被控制土壤侵蚀机理研究

从坡面水动力学角度研究了坡面乔木林、草本植物和林地枯落物对坡面径流流速和动能的影响机理.结果表明,坡面径流水头损失与坡面坡度、林木密度、净雨强、坡长等有关,水头损失与林木间距(b)和树木地径(D)间的关系为:E^∝(D/b)^4/3;坡面草本植物在水流作用下易弯曲,增大水流底层的阻力,减小床面的切应力;枯枝落叶使径流速度减小,从而大大降低径流挟沙能力.对甘肃省天水市桥子东沟和桥子西沟两个对比小流域的实测单次降雨、径流、泥沙资料分析可见,在相同降水条件下,已治理小流域内的径流量、产沙量、洪峰流量、最大输沙率等指标均小于未治理小流域,说明林草植被在小流域中的涵养水源、保持水土的作用明显.     

林带内PM_(10)、PM_(2.5)污染特征及其与气象条件的关系

为了研究林带对颗粒物的阻滞作用,2013年5月在北京市北五环南侧奥林匹克森林公园南园生态廊道附近观测不同林带内PM10与PM2.5的浓度变化以及气象因素,分析林带内外的PM10和PM2.5的浓度变化特征,以及气温、相对湿度对其影响。结果表明:PM10与PM2.5的变化规律基本一致,7:00左右最高,17:00左右出现最低值;林带对PM10的阻滞作用明显;林带对PM2.5的阻滞作用比较复杂,榆树林带和混交林带内PM2.5浓度降低,但杨树林带情况完全相反,林带内PM10和PM2.5的浓度随气象因素变化而变化,二者与气温呈负相关,气温升高,大气垂直对流作用加剧,有利于颗粒物扩散,PM10和PM2.5浓度降低;PM10和PM2.5的浓度与相对湿度呈正相关。     

北京山地森林生态系统服务功能及其价值初步研究

从生态系统服务功能的概念入手,根据观测和研究资料,采用替代工程、市场价值等方法,从两个方面评价了北京山地森林生态系统服务功能的价值。结果表明,面积为4056.64km^2的北京山地森林生态系统的生态服务功能价值每年为167.78亿元,其中涵养水源价值搂91.67%亿元,净化水质价值为15.3亿元,保持土壤价值为2806.92万元,固碳制氧价值为2.24亿元,净化环境价值为48.65亿元,游憩价值为9074.98万元,林果品价值为8.73亿元。