森林冠层湍流结构的特征研究

使用长白山森林冠层上得到的湍流及风、湿、湿梯度资料，对长白山森林冠层的湍流结构作为较为详细的分析。结果表明，冠层内的风速分布遵循指数规律Ｕ（Ｚ）／Ｕ（ｈ）＝ｅｘｐ「ａ１（Ｚ／ｈ－１）」，且ａ１＝２．０５；冠层内的动量交换系数满足指数律；Ｋｍ（Ｚ）／Ｋｍ（ｈ）＝ｅｘｐ「ａ２（Ｚ／ｈ－１）」，且ａ２＝５．２；冠层上Ｚ／ｈ＝１．２３处，σｗ／Ｕ＊，σθ／θ，与稳定度有很好的相关性；冠层上纵向湍流强度ｉｗ     

闽北不同类型毛竹林冠层降水再分配特征

以中亚热带杉木纯林(Ⅰ)和常绿阔叶林(Ⅴ)为对照,对闽北地区竹杉混交林(Ⅱ)、毛竹纯林(Ⅲ)、竹阔混交林(Ⅳ)冠层降水再分配特征进行了研究。结果表明：各林分穿透雨率为462 %～862 %,平均穿透雨率排序由大到小为Ⅰ(770 %)、Ⅲ(750 %)、Ⅳ(737 %)、Ⅱ(703 %)、Ⅴ(677 %);各林分树干茎流量排序由大到小为Ⅳ(692 mm)、Ⅲ(520 mm)、Ⅱ(373 mm)、Ⅴ(230 mm)、Ⅰ(176 mm),树干茎流量随雨量增大而增大,不同类型毛竹林增加的比例大于杉木纯林和阔叶林;各林分产生树干茎流的最小响应雨量排序由小到大为Ⅱ(64 mm)、Ⅳ(69 mm)、Ⅲ(75 mm)、Ⅴ(89 mm)、Ⅰ(104 mm);各林分林冠截留率为141 %～535 %,平均林冠截留率排序由大到小为Ⅴ(313 %)、Ⅱ(282 %)、Ⅳ(235 %)、Ⅲ(229 %)、Ⅰ(223 %)。5种林分穿透雨、树干茎流和林冠截留均与林外降雨量显著正相关（p＜001）,其中穿透雨量和降雨量的关系用模型Y=a+bX拟合较好;林冠截留量和降雨量之间的关系用三次曲线（Y=β0+β1X+β2X2+β3X3）方程较拟合最好。综合分析表明,毛竹纯林对小到中雨的截留能力较好,竹杉、竹阔混交林对大到暴雨的截留能力较好。     

三明市城市冠层山谷风特征研究

利用三明市区9个自动气象站2021年1—12月逐日逐时风向、风速资料,研究三明市城市冠层山谷风特征。结果表明,各站点山谷风日数相差很大,冠层顶部和中上部山谷风日明显多于中下部;城市东西两侧冠层顶部和中上部山谷风环流特征均非常明显;山风和谷风之间的转换时间跨度可达4～5小时;从实测风中剥离系统风后的山谷风变化特征研究更具有科学性和代表性;各站点谷风风速均明显大于山风风速。     

不同土壤肥力水平下毛竹林冠层氮含量分布特征

为实现遥感估算林冠层氮含量以指示土壤肥力丰缺情况,以顺昌县毛竹林为研究对象,测定毛竹林地土壤速效钾、水解氮、有效磷、pH等土壤肥力评价指标及其林冠层氮含量,确定土壤肥力(FQI)值,分析林冠层氮含量与土壤肥力之间的关系,构建林冠层氮含量—土壤肥力的估测模型.结果表明:毛竹林冠层氮含量与其土壤肥力存在正相关关系,其中一元线性、二元线性、指数、对数等模型可反映这种关系,表达二者关系最佳的模型是二次线性模型(FQI=-0.008 6×N~2+0.523 4×N-7.139 1),精度为75.65%.     

陕北黄土高原油松人工种群结实与更新

通过野外调查和室内试验,调查了陕北黄土高原半干旱、半湿润地区油松人工种群的结实特性、种子生活力、幼苗更新和生长状况等基本特征,分析影响油松人工种群生殖及更新的因素,确定了油松人工种群的天然更新边界.结果表明八个地区的油松都具有结实能力.对不同地区种子生活力和发芽率测定表明地区间差异不显著.由北向南,随年降水量的增加,油松球果长、宽、单果种子数、种子长、宽、千粒重逐渐增加.有活力种子的数量可以满足天然更新的需要.北部地区,种子落地后不能萌芽成苗,中南部地区种子落地后能萌芽成苗,但只有南部地区幼苗幼树生长良好,林下更新有效.影响油松人工种群更新的环境因素分析表明降水最是最主要限制因素.油松人工种群天然更新分界线应该在年降水量550 mm的等降水线左右.未来油松人工林培育应立足于降雨量大于550 mm的南部湿润半湿润地区,半干旱地区不宜再扩大油松人工林面积.     

黑河上游青海云杉林冠层空隙度的时间变异特征

以祁连山区天涝池流域的青海云杉为研究对象,使用数码相机对林冠进行拍照,获取林分结构在不同太阳位置下的数码照片,利用图像处理方法估算不同图像的空隙度.研究结果表明林下某一固定位置的空隙度随着太阳位置的变化有较大的时间变异.提供了一种将太阳位置因素考虑到空隙度测定中的方法,为生态水文模型的研究提供高精度参数.     

特大冰冻干扰后大明山常绿阔叶林冠层结构空间异质性动态

【目的】揭示大明山常绿阔叶林灾后恢复中冠层结构的空间变化规律及空间异质性动态,为监测灾后受损森林生态系统的恢复能力及灾后管理提供理论依据。【方法】对2008年特大冰冻干扰后大明山常绿阔叶林的林冠结构进行了连续4年的监测,采用半变异函数和Moran’s I指数对其林冠开度(Canopy openness,CO)和叶面积指数(Leaf area index,LAI)进行空间异质性和空间自相关性分析。【结果】冰冻干扰后4年间,大明山常绿阔叶林林冠开度的均值先减小后微弱增加,叶面积指数的均值先增加后微弱减小,2011年林冠开度最小、叶面积指数最大。半变异函数的指数模型和球状模型可较好地描述各年度样地林冠开度和叶面积指数的空间异质性。2011年和2012年林冠开度的空间变异程度大幅增加,结构性因素引起的空间变异大于随机因素;2010年叶面积指数的空间异质性大幅度增加,但随后两年其空间异质性大幅度降低并趋于稳定,空间异质性尺度较小且主要由结构性因素引起。【结论】在灾后恢复的第3~4年间,大明山常绿阔叶林冠层结构已有较大恢复,但恢复程度在空间上的变异极大。随着恢复演替的进行,大明山常绿阔叶林林冠结构在空间上向着越来越不均匀的方向发展,而叶面积指数则逐渐趋于稳定。     

森林冠层上湍流尺度、耗散率和湍流结构参数

利用新型三维超声风速／温度仪，在中国东北长白山原始森林冠层以上观测的湍流资料，计算并分析了森林冠层上的湍涡特征长度尺度、湍流动量和热量耗散率、湍流动量和热量结构参数的特征。结果表明：湍流动量湍涡特征长度尺度与稳定度参数Z／L成正相关；湍流热量特征长度尺度与稳定度参数Z／L在不稳定层结时，成正相关，在稳定层结时近似成负相关；在不稳定和稳定层结大气中，利用湍流谱方法和利用风速垂直分量方差、温度脉动方差和Richardson数计算湍流动量、热量耗散率和湍流动量、热量结构参数有较好的一致性；无量纲湍流结构参数Cv^2z^2/3σω^-2和CT^2z^2/3σT^-2是Richardson数的函数；湍流热力结构参数CT^2与感热通量——↑ω′T′具有较好的线性关系。     

立体栽培条件下光温环境对生菜生长和生理特征影响

以意大利全年耐抽苔生菜为材料,研究温室多层立体栽培条件下各层光温环境对生菜产量和形态、叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:栽培架中层日平均光辐射强度仅相当于上层的36.4%~45.6%,下层仅相当于上层的24.8%~37.3%;晴天10:00—16:00时段光辐射强度相对较高时,各层温度差异明显,中层温度为上层的84.8%,下层为上层的73.2%;最上层生菜地上部鲜质量、叶片数、主茎高度、叶面积均高于中层、下层.对叶绿素荧光参数的分析表明:随着立体栽培中层和下层光照和温度降低,电子传递的量子效率Y(Ⅱ)、表观光合电子传递速率ETR逐渐降低,非调节性能量耗散的量子产量Y(NO)和调节性能量耗散的量子产量Y(NPQ)逐渐升高.本试验的结果表明,温室多层立体栽培模式下生菜的产量和光合能力受光辐射强度和温度的影响显著.     

不同苹果树形的冠层特征与树体茎流分析

对苹果的自由纺锤形、小冠疏层形、高干形和主枝下垂形的冠层特征及树体茎流进行了初步试验分析。结果表明:主枝下垂形的叶面积指数为1.91,比自由纺锤形的和小冠疏层形的小;林隙分数为22.903,开度为27.003,叶倾角为82.440,比其他3种树形的大;树冠截获的光能量和树体日茎流量小于自由纺锤形的和小冠疏层形的,产量和水分利用效率高于其他3种树形。表明主枝下垂形是可以降低水分消耗、提高产量和保证果实品质的冠层结构。     

子午岭马栏林区油松种群结构分析

利用生存分析理论,编制了子午岭马栏林区油松种群的静态生命表,分析了油松的径级结构及其密度变化规律;绘制了存活曲线,累积死亡率曲线,死亡密度曲线,危险率曲线及损失度曲线.结果表明:油松的平均密度随径级的增加而减少,反映了密度与径级之间存在着一种负相关性;油松种群存活曲线的变化趋势更接近DeeveyⅡ型,死亡高峰出现在前期和后期阶段.     

太岳山油松群落邻体竞争效应的初步研究

以太岳山油松林群落为研究对象,运用邻体干扰指数模型,讨论了辽东栎对油松的干扰指数,并分析了油松相关数据与干扰指数的关系。     

添加无机氮对山西太岳山油松林土壤氮素及温室气体通量的影响

【目的】人类活动频繁引起大气氮沉降加剧,导致陆地生态系统中的氮循环发生了前所未有的变化,进而影响整个陆地生态系统生态环境。笔者通过模拟大气氮沉降,探究森林土壤中氮素含量及温室气体排放速率的响应规律以及氮素对温室气体排放的影响,为提高森林氮素利用率并减缓大气温室效应提供参考。【方法】以山西太岳山暖温带油松林为研究对象,以硝酸铵(NH₄NO₃)为外源无机氮添加对象,设置对照CK(0 g/m²)、N5(5 g/m²)、N10(10 g/m²)、N20(20 g/m²)、N40(40 g/m²)等5个施氮水平,每个施氮水平设置4个重复,共20块样地。于2017年8月采集土壤样品及温室气体样品(采用静态箱法),测定林地土壤中的全氮(TN)、总可溶性氮(TDN)、可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH⁺₄-N)、硝态氮(NO^-₃-N))含量及土壤中温室气体N₂O、CO₂ 和CH₄的排放量,分析氮添加对土壤氮及温室气体排放的影响。【结果】在N5、N10、N20和N40各施氮水平处理下,油松林0～10 cm土壤中NO^-₃-N、TDN、DON的含量增加,与CK相比,含量增幅分别为25.04%～246.4%、13.29%～73.82%、4.54%～70.51%,NH⁺₄-N含量随着施氮量水平的增加而增加,但各处理水平对TN含量无影响。在0～10 cm土壤中,与CK相比,NO^-₃-N和TDN含量在N10、N20、N40处理下显著增加(P <0.05),DON只在N40处理中显著增加(P <0.05),施氮处理对0～10cm土层中的各氮素具有明显的促进作用; 在≥10～20 cm土层中,与CK相比,TN、NH⁺₄-N含量有增长趋势,NO^-₃-N含量在N10、N20、N40处理下显著增加(P <0.05),分别增加了234%、284%、663%,TDN随着施氮量的增加而增加,而DON则随着处理水平的增加而显著减小(P <0.05)。N₂O、CO₂的排放量随着施氮量的增加而增加,并且在N20、N40处理下排放量显著增加(P <0.05); 同时氮添加处理对CH₄的吸收有明显的抑制现象,使CH₄从森林土壤吸收状态转变为排放状态。在相关性分析中,0～10 cm土层及≥10～20 cm土层中NO^-₃-N和DON、N₂O、CO₂呈显著相关(P <0.05),而NH⁺₄-N、TDN与N₂O、CO₂、CH₄呈正相关,但无显著性(P >0.05); 在≥10～20 cm土壤中,DON与N₂O、CO₂、CH₄呈负相关。【结论】在无机氮添加试验中,施氮处理明显增加了土壤中有效氮的含量,尤其是在N20和N40处理水平条件下,对油松林土壤中的有效氮素含量及温室气体排放具有明显的调控作用; 同时,有效氮含量的增加对森林土壤中温室气体的排放有明显的促进作用。因此,模拟氮沉降显著促进了森林土壤氮素循环及温室气体的排放,对生态环境的影响及温室效应的变化具有明显作用。     

落叶松人工林开阔度的主要环境效应

在2004年秋季,用全天照片法测定了辽东山区落叶松人工林4个不同间伐强度的开阔度,并用温湿度自动监测仪观测了4种开阔度不同高度和林外1m处的温度和相对湿度。结果表明：（1）林内外温湿度具有明显的日变化特征,林外的温湿度日变化均比林内大：（2）开阔度小的林分温度随高度的降低而减少。开阔度大的林分则呈脉动性变化,4种不同开阔度的相对湿度均自高向低逐渐增加;（3）开阔度小的林分温度最大值出现在14m,开阔度大的温度最大值出现在1m,林内相对湿度的最大值和最小值均出现在14m。     

枇杷冠层内光分布模拟及光截获分析

为定量分析植物冠层结构对光截获的影响,以枇杷树为研究对象,模拟冠层内光的空间分布以及随时间变化情况. 实地测量获取树木形态结构参数,建立精细的三维虚拟植物模型,运用辐射度算法模拟光在冠层内的传输过程,分析冠层内光分布并以可视化的形式表达. 采用光截获效率分析指标STAR和相对光合有效辐射RPAR,探索冠层内光截获效率空间分布和日变化情况. 结果表明,枇杷冠层内光主要分布在向阳面的外围及中上层区域,背阴面的内膛及中下层区域光截获效率较低.     

有机物添加对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响

【目的】 探讨添加不同类型有机物对油松林土壤有机碳组分及土壤呼吸的影响,为预测山西太岳山油松林生态系统中土壤的碳收支平衡提供参考。【方法】 采用随机区组设计,以山西太岳山油松林地表的平均自然凋落物量为标准,向油松林地0~20 cm土壤中分别添加生物炭(BC)、玉米秸秆(JG)、辽东栎叶(LD)和油松叶(YS)等4种类型有机物,使用LI-8100 CO₂通量全自动测量系统对有机物添加条件下的土壤呼吸速率进行连续测定,并对各处理的土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)含量进行监测,结合土壤呼吸与土壤有机碳及其组分之间的关系,探讨添加有机物对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响。【结果】 ①向土壤中添加BC显著降低了土壤呼吸速率,添加JG后土壤呼吸速率较CK显著提高了11.67%。,其余处理与CK差异不显著。在2014年7—11月和2015年5—10月,不同添加物处理间土壤呼吸速率从大至小表现为JG>LD >YS>CK。②有机物添加下土壤SOC含量随时间的增加有上升的趋势,在2014年8月,添加JG后显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加BC显著提高了土壤MBC含量,添加LD和YS显著提高了土壤SOC和MBC含量。在2014年10月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加LD显著提高了土壤MBC和ROC含量,添加YS显著提高了土壤SOC、MBC含量。在2015年3月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC和ROC含量,添加LD显著提高了土壤ROC含量。2015年5月,添加JG显著增加了土壤MBC含量。③与对照相比,添加BC后土温10 ℃时的土壤呼吸速率(R₁₀)显著降低了18.01%,添加YS后R₁₀显著增加了30.88%,添加其他有机物对温度敏感性系数(Q₁₀)和R₁₀没有显著影响。④土壤呼吸速率与土壤温度、SOC、MBC、ROC和DOC含量显著正相关。【结论】 添加有机物显著影响土壤碳动态和土壤温湿度,这些都会对土壤CO₂排放产生显著影响,添加JG对土壤有机碳及其碳组分的提高效果最显著,但土壤呼吸速率最高,不利于碳的储存;添加LD可增加土壤活性有机碳含量,短期内可明显改善土壤有机碳库质量;添加BC可在短期内提高土壤微生物生物量碳含量,并显著降低土壤呼吸速率,减少土壤CO₂排放的效果最好。     

鲁山国家森林公园油松、刺槐和侧柏人工林空间结构分析

应用传统林分结构因子配合角尺度、大小比数2个空间结构参数分析了鲁山国家森林公园油松、刺槐和侧柏人工林的空间结构。结果表明,该园油松、刺槐和侧柏人工林的平均角尺度分别为0.484、0.503、0.504,分布方式均为随机分布;平均胸径大小比数分别为0.484、0.498、0.478,林分在大小比数为0~1的株数比例相差不大,说明林分不同径级的林木分布较均匀,林木个体分化程度较大。     

斑块开度对树木结实和交配格局的影响：以城市油松（Pinus tabulaeformis）种群为例

以城市种植油松斑块为例,探讨了斑块开度(作为林冠开度指标)对油松交配格局和结实的影响,发现斑块开度和油松自交率呈显著正相关,并与个体结实量具有一定的相关性.其原因可能是由于斑块开度增大导致自交种子败育率下降,或者是由于孤立木接收外源花粉相对较少.另外,本研究未发现斑块开度对花粉迁入有显著影响.     

间伐强度对油松中龄人工林林下植被多样性的影响

从植物多样性角度探讨了不同间伐强度对人工油松中龄林的影响,分析了林下植被的生物多样性.结果表明:在相似地力条件下,随着间伐强度的增加,林下植被科、属、种的数量增加,植物多样性增加,尤其是草本层多样性指数、丰富度指数、均匀度指数均逐渐上升,层次结构更加明显;间伐强度的增加改变了林下植被的生活型谱,阳生、喜暖植物的比例增加,同时有利于林下植被生物量的增加.对相似立地条件下45年生初植密度为3500株/hm2的油松中龄林选择44%的间伐强度处理,3年后林下植被发育及乔木生长状况较好.     

基于三维模型的枇杷冠层光截获模拟与分析

利用点云数据与L-系统规则结合建模的方法,生成精细与高真实感的枇杷果树模型;利用辐射度模型模拟计算了枇杷冠层截获的光合有效辐射（PAR）,并从受光面积与光合速率的角度对不同冠形的枇杷冠层光截获效率进行了定量化分析。结果表明：植物冠形对于入射光的响应有明显差异;经过比较,枝叶排列较为开阔且均匀的冠形光截获量与光合速率更优,冠层整体日平均直射PAR与散射PAR分别为154.77 umol·m-2·s-1与47.20 umol·m-2·s-1,日最高光合速率为3.97umol·m-2·s-1。模拟结果与实际情况基本一致,合理可信。研究结果可为农业生产管理以及果树形态设计提供了科学依据与参考。