收藏本站
《华东师范大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

天童常绿阔叶林植被—大气界面水碳耦合模型与机制研究

彭舜磊  
【摘要】:植被—大气界面是水汽和CO2交换的主要场所,该界面交换的水汽和CO2是陆地生态系统水、碳通量的主要组分,而且两者都受到冠层气孔导度的控制,因此冠层气孔导度成为陆地生态系统水碳耦合的主要节点。而冠层气孔导度对于环境因子响应敏感,对冠层水碳通量控制和调节的生态过程是非线性的,如何连续地模拟冠层的水碳通量是一个备受关注的科学问题。 本论文选择天童常绿阔叶林为研究对象,于2009年6月-2011年3月,对栲树群落的树干液流、气象及水文要素、冠层叶片同位素以及该林区不同演替阶段的叶片碳同位素及水分利用效率进行了监测和研究,从树干液流与叶片碳同位素耦合的角度,建立了冠层水碳耦合模型,阐明了冠层水碳耦合过程。主要研究结果如下: 1 2009年6月—2010年8月,林外总降雨量2316mm,林内穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占总降雨量的81.7%、2.3%和16.0%。穿透雨量与冠层叶面积指数、树冠开放度以及降雨因子具有极显著相关关系(P0.01),树干径流量随树干胸径的增大而增加;林冠截留率与降雨量、降雨持续时间、降雨强度、降雨时间、空气相对湿度均呈极显著负相关(P0.01),而与风速呈极显著正相关(P0.01)。 2天童常绿阔叶林植被演替,明显提高了0~60cm土壤深度的饱和导水率(Ks)。土壤容重、非毛管孔隙度、有机质含量是影响Ks的主要因子。植被演替到灌丛阶段,Ks均值已显著高于草地,演替到中后期阶段,Ks均值提高迅速,演替至顶极森林Ks均值达到最高(3.28mm min-1)。顶极群落栲树林能够抵御10年1遇的暴雨而不产生地表径流,次顶极群落木荷林能够抵御1年1遇的暴雨,而草地、灌丛和马尾松林等处于演替早期阶段的植物群落容易引发暴雨地表径流。 3在栲树群落内,单日(2009年10月6日)单树蒸腾从最小值5.07(g m-2s-1)到最大值84.28(gm-2s-1),相差18倍,树种之间相比,栲树的日平均蒸腾量是木荷的2倍。反映了大小不同的树木个体在群落中对水分利用的差异、贡献和在群落中的功能地位。但是同一胸径级,木荷的树干液流和蒸腾速率较栲树快,因为木荷的气孔比栲树大。胸径较大的树木具有较高的整树蒸腾量,很大程度上归因于它的边材面积大、总液流量高,同时,高大树木在森林中占据空间优势,比其他个体从环境中获得较多的光热资源,这些条件保证了高大树木具有较高的液流量。不同气象环境条件下,栲树和木荷个体树干液流变化差异很大。在晴天,栲树和木荷的树干液流随太阳辐射有规律地变化,日进程曲线很规则,在中雨的天气条件下,栲树和木荷的树干液流值较晴天和多云天气迅速下降,日最大值仅为1.5gm-2s-1;在暴雨的气象条件下(2009年10月1日),栲树和木荷的树干液流降到0~0.5gm-2s-1极低的水平。一年内,栲树和木荷的蒸腾量表现出与季节变化吻合的规律。在11月到次年2月整个冬季,栲树和木荷的树干液流密度和树冠蒸腾量维持在一个很低的水平,3月份之后,树干液流密度开始上升,直到7、8月份,蒸腾量达到最大值,9月份之后开始下降,尤其是10月份以后下降速度非常明显。在诸多环境因子中,光合有效辐射和空气水蒸汽压亏缺是树干液流和蒸腾的主要驱动力。 4用水量平衡方法测得的蒸散与用彭曼公式计算的蒸散比较接近,栲树群落的总蒸散占总降雨量的72.1%,土壤贮水变化值占总降雨量的20.2%,径流量仅占总降雨量的6.7%。在总蒸散中,林冠蒸腾量占总蒸散的81.4%,蒸散以林冠蒸腾为主,栲树冠层的蒸腾量最大值为7.2 mmd-1,出现在8月份,最小值为0.52 mmd-1,出现在2月。光辐射和空气水蒸汽压亏缺是影响冠层蒸腾的重要环境因子。栲树群落作为顶极群落具有巨大的拦蓄降雨和调节径流的作用。 5常绿阔叶林木荷群落内6个常见树种叶片的δ13Cl值的范围在-28.45‰—-32.49‰之间,水分利用效率在3.5~4.7 mmolCO2·mol-1,6个树种水分利用效率的顺序为细叶青冈木荷苦槠栲树石栎米槠。不同演替序列优势树种水分利用效率随演替进展表现出明显的协同变化规律,石栎的水分利用效率呈降低趋势,而栲树和木荷呈升高趋势。但是在后期演替阶段,木荷水分利用效率呈减少趋势,栲树一直在增加,优势种水分利用效率随演替进展的变化验证了天童植被演替序列的合理性。水分利用效率与生境有关,在山脊特殊生境,云山青冈水分利用效率最高,栲树和木荷较低,在灌丛生境,石栎水分利用效率最高,在水分条件较好的常绿阔叶林生境,栲树和木荷的水分利用效率较高。 6栲树冠层沿8m高度梯度自上而下叶片δ13C范围在-27.57‰到-31.96‰之间,自上而下逐渐降低,存在Martinelli“冠层贫化效应”,下降值为-3.1‰,与Martinelli其提出的温带和热带冠层冠层叶片δ13C下降值-3.6‰非常吻合,为“冠层贫化效应”假说在我国东部亚热带常绿阔叶林区也成立提供了实验依据。栲树冠层WUE的均值范围在3.29到5.25mmolCO2 mol-1之间,水分利用效率WUE表现为冠层顶部中部底部的规律,在时间尺度上,5月份冠层上部的WUE最高,为5.25 mmolCO2 mol-1。在冠层梯度上,净光合速率Pn和Nmass均存在显著差异(p0.01)。冠顶净光合速率显著高于冠下,从1月到7月Pn逐月上升,在7月份冠顶达到最高值15.4μmolCO2m-2s-1,9月份以后,Pn依次下降。Nmass也表现出与Pn相同的变化趋势,1-7月份呈上升趋势,9月份之后显著下降,最大值2.8%也出现在7月份。11月份到次年1月份比较低。在冠层梯度上,δ13C、WUE, Pn和Nmass之间均存在正相关的关系。 7基于sap flow与冠层叶片13C的甄别率值Δ13C,首先建立栲树群落每个冠层梯度水碳耦合模型:然后根据每个冠层梯度的叶面积指数建立冠层整体平均水碳耦合模型:利用Li-6400对冠顶、冠下4 m、冠下6m高度的叶片光合速率进行实测,对模型进行验证,结果表明实测值与预测比较接近,所建模型精度很高(R=0.90,F=46.84,P0.0001),具有可靠性。 把冠层叶片δ13C值、树干液流值以及叶面积指数代入建立的模型,获取得了栲树冠层连续的瞬时平均净光合速率数据。以2010年8月份为例,上午8点之前,处于很低的水平,接近于0,上午8:00之后开始迅速上升,10:00达到最大值,之后开始下降,下午18:00以后,又恢复到0值附近。气温和光合有效辐射与冠层净光合速率也极为相关,可以用对数曲线表示。空气水汽压亏缺与冠层净光合速率呈正线性正相关。当冠层蒸腾量小于200 g m-2s-1时,冠层光合速率随蒸腾速率的增加而增加,当冠层蒸腾量大于200 g m-2s-1时,冠层光合速率随蒸腾速率的增加而减小。 8近60年,天童地区月平均气温、降雨量和月参考蒸散量(ET0)在7、8月份明显增加,年平均气温、降雨量和ET0增加趋势十分显著(P0.001);天童地区常绿阔叶林56年NPP的平均值为12.196t·hm-2·a-1,近60年升高趋势极为显著(P0.0001);未来温度升高2℃,降水量增加20%的情景下,该地区常绿阔叶林的NPP将升高15.9%。未来温度升高2℃,降水量减少20%的情景下,NPP将降低4.9%。未来温度升高2℃,降水量不变的情景下,NPP将增加5.5%;年降雨量、ET0年均值和年平均气温是影响NPP变化的主要因子。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S718.5

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙鹏森,马履一,王小平,翟明普;油松树干液流的时空变异性研究[J];北京林业大学学报;2000年05期
2 李海涛,陈灵芝;应用热脉冲技术对棘皮桦和五角枫树干液流的研究[J];北京林业大学学报;1998年01期
3 杨保,周清波,施雅风;长江下游地区过去300年的气候变化(英文)[J];长江流域资源与环境;2002年04期
4 马长明;袁玉欣;翟明普;;基于物候期的核桃树干液流特征[J];东北林业大学学报;2008年01期
5 桑玉强;刘全军;吴文良;张劲松;孟平;周择福;;毛乌素沙地新疆杨生长季节蒸腾耗水规律[J];东北林业大学学报;2008年09期
6 赵风华;于贵瑞;;陆地生态系统碳—水耦合机制初探[J];地理科学进展;2008年01期
7 孙慧珍,周晓峰,康绍忠;叶斑病对白桦树干液流的影响[J];西北植物学报;2004年05期
8 李广德;贾黎明;富丰珍;席奔野;王烨;;三倍体毛白杨不同方位树干边材液流特性研究[J];西北植物学报;2010年06期
9 于贵瑞,王秋凤,于振良;陆地生态系统水—碳耦合循环与过程管理研究[J];地球科学进展;2004年05期
10 何勇,董文杰,季劲均,丹利;基于AVIM的中国陆地生态系统净初级生产力模拟[J];地球科学进展;2005年03期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 孙慧珍;东北东部山区主要树种树干液流动态及与环境因子关系[D];东北林业大学;2002年
2 刘京涛;岷江上游植被蒸散时空格局及其模拟研究[D];中国林业科学研究院;2006年
3 茹桃勤;刺槐无性系水分利用效率和适应性研究[D];北京林业大学;2007年
4 杨建军;基于遥感的新疆潜在蒸散模式研究[D];新疆大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李焕波;黄土高原红富士苹果树干茎流速率的研究[D];西北农林科技大学;2008年
2 殷秀辉;油松树干液流动态研究[D];西北农林科技大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 崔俊芳;张振华;谢恒星;张晓杰;;苹果树干液流与气象因子关系的定量分析[J];山东农业科学;2008年01期
2 王翠玲;曾峰;狄方坤;张继祥;;苹果树水分指标日变化及水分利用效率的研究[J];山东农业科学;2009年04期
3 房震;顾桃红;;安徽省查湾天然常绿阔叶林结构特点[J];安徽林业科技;2011年05期
4 苗婷婷;郝焰平;刘圣清;;林业碳汇问题研究进展概述[J];安徽林业科技;2011年06期
5 汪滢;王健;;植物液流研究进展[J];安徽农学通报(上半月刊);2012年05期
6 罗宁,孙桂英,刘桂华;不同人工林土壤水分涵蓄量的初步研究[J];安徽农业科学;1999年04期
7 周长海;安徽北亚热带森林植被恢复策略研究[J];安徽农业科学;2005年09期
8 张云吉;隆惠敏;谢恒星;崔俊芳;;应用热平衡技术测量龙爪槐液流的试验研究[J];安徽农业科学;2006年17期
9 满明俊;罗剑朝;;陕西省退耕还林工程生态效益评价[J];安徽农业科学;2006年18期
10 洪霞;余卫东;;商丘市植被净第一性生产力对气候变化的响应[J];安徽农业科学;2007年14期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 桑玉强;张劲松;;华北山区核桃液流变化特征及对不同时间尺度ET0的响应[A];经济策论(上)[C];2011年
2 谢军飞;;1990-2010年北京城市园林树木碳储量与固碳量研究[A];2011北京园林绿化与生物多样性保护[C];2011年
3 揣小伟;黄贤金;郑泽庆;王婉晶;;基于陆地生态系统碳储量的江苏省土地利用结构优化[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 张雪艳;徐新良;;1982-2003年蒙古高原NDVI对气候变化的响应研究[A];发挥资源科技优势 保障西部创新发展——中国自然资源学会2011年学术年会论文集(下册)[C];2011年
5 黄艳;蔡敏;;浙江省太阳能资源分布特征及其区划研究[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
6 陶建平;王永健;李宗峰;张炜银;臧润国;;岷江上游大沟流域不同恢复阶段植被枯落物的水源涵养效应[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(1)[C];2009年
7 叶雨静;代力民;周莉;周旺明;;HXL采伐对森林碳储量影响的评价方法比较研究[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
8 谷勇;殷瑶;齐泮伦;吴昊;;森林碳储量研究进展[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
9 谭文雄;梁素莲;;广东省韶关市森林植被碳储量及其分布[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
10 陈红林;何芳;;湖北森林碳汇量初步估算[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵锦梅;不同土地利用方式对高寒地区水土保持生态服务功能的影响研究[D];甘肃农业大学;2010年
2 李瑛;延迟荧光信息处理技术在植物光合及逆境生理检测中的应用[D];大连海事大学;2010年
3 谭映宇;海洋资源、生态和环境承载力研究及其在渤海湾的应用[D];中国海洋大学;2010年
4 林志成;冀西滇西等地中新生代陆生植物与古大气CO_2浓度重建[D];兰州大学;2010年
5 王海兰;乔木体水分的测试技术及其监测系统的研究[D];北京林业大学;2011年
6 钱一武;北京市门头沟区生态修复综合效益价值评估研究[D];北京林业大学;2011年
7 张秀娟;亚热带常绿叶林光能和水分利用效率研究[D];北京林业大学;2011年
8 吴金友;辽宁省森林植被碳储量动态仿真模型研究[D];北京林业大学;2011年
9 赖力;中国土地利用的碳排放效应研究[D];南京大学;2010年
10 曾和平;金沙江支流龙川江流域河流输沙特征及其对气候和地表覆被变化的响应[D];昆明理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李召宝;冬小麦和夏玉米气孔阻力与冠层阻力监测与估算方法研究[D];华中农业大学;2010年
2 韦居恒;武汉市城市湖泊湿地生态承载力分析研究[D];华中农业大学;2010年
3 张杰;湘北桤木人工林水源涵养功能研究[D];中南林业科技大学;2009年
4 胡孔飞;湘北桤木人工林土壤水分动态及影响因素研究[D];中南林业科技大学;2009年
5 鹿业涛;左江流域植物气候生产力遥感监测方法研究[D];广西师范学院;2010年
6 吴珊珊;合肥环城公园不同群落类型碳贮量特点[D];安徽农业大学;2010年
7 张赟齐;亚热带城乡森林水文化学特点的研究[D];安徽农业大学;2010年
8 徐纯洁;皖东低丘陵麻栎薪炭林水保水文效益研究[D];安徽农业大学;2010年
9 仝磊;西双版纳地区鼠类食物贮藏行为研究[D];郑州大学;2010年
10 赵进红;泰山不同林分水源涵养功能研究[D];山东农业大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王月福,于振文,潘庆民;土壤水分胁迫对耐旱性不同的小麦品种水分利用效率的影响[J];山东农业科学;1998年03期
2 单长卷;土壤干旱对刺槐幼苗水分生理的影响[J];安徽农业科学;2005年10期
3 张云吉;隆惠敏;谢恒星;崔俊芳;;应用热平衡技术测量龙爪槐液流的试验研究[J];安徽农业科学;2006年17期
4 鲁小珍;马尾松、栓皮栎生长盛期树干液流的研究[J];安徽农业大学学报;2001年04期
5 陈仁升,康尔泗,杨建平,张济世,王书功;森林水文生态效应若干争论问题讨论[J];冰川冻土;2002年06期
6 王书功,康尔泗,金博文,王新平;黑河山区草地蒸散发量估算方法研究[J];冰川冻土;2003年05期
7 张小由,龚家栋,周茂先,司建华;应用热脉冲技术对胡杨和柽柳树干液流的研究[J];冰川冻土;2003年05期
8 司建华,冯起,张小由;热脉冲技术在确定胡杨幼树干液流中的应用[J];冰川冻土;2004年04期
9 吴锦奎,丁永建,沈永平,牛丽,王根绪;黑河中游地区湿草地蒸散量试验研究[J];冰川冻土;2005年04期
10 张小由,康尔泗,张智慧,张济世;黑河下游天然胡杨树干液流特征的试验研究[J];冰川冻土;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 哈申格日乐;李吉跃;丁晓纲;周择福;;毛乌素沙地主要造林树种苗木的耗水特性[A];2005年中国科协学术年会26分会场论文集(2)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 赵敏;中国主要森林生态系统碳储量和碳收支评估[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2004年
2 徐军亮;京西山区油松、侧柏单木耗水环境影响因子评价与模拟[D];北京林业大学;2006年
3 王瑞辉;北京主要园林树种耗水性及节水灌溉制度研究[D];北京林业大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙慧珍,周晓峰,康绍忠;应用热技术研究树干液流进展[J];应用生态学报;2004年06期
2 司建华,冯起,张小由;热脉冲技术在确定胡杨幼树干液流中的应用[J];冰川冻土;2004年04期
3 张小由,龚家栋,周茂先,司建华;应用热脉冲技术对胡杨和柽柳树干液流的研究[J];冰川冻土;2003年05期
4 李海涛,陈灵芝;应用热脉冲技术对棘皮桦和五角枫树干液流的研究[J];北京林业大学学报;1998年01期
5 肖以华,陈步峰,陈嘉杰,陈勇,李东文,吴统贵;马占相思树干液流的研究[J];林业科学研究;2005年03期
6 吴永波;薛建辉;;岷江流域冷杉树干液流的动态变化规律[J];南京林业大学学报(自然科学版);2005年06期
7 朱光旭;林瑞余;;环境变化对树干液流的影响[J];亚热带农业研究;2007年03期
8 尚爱军;冯光惠;;热扩散探针(TDP)茎流计在测算树干液流中的应用[J];湖北农业科学;2008年07期
9 李守中;郑怀舟;陈金梅;邹怡静;袁红伟;;环境因子对树干液流的影响[J];安徽农业科学;2008年25期
10 郭成久;王莉;苏芳莉;尚佰晓;韩辉;王政;;辽西樟子松树干液流运动规律[J];东北林业大学学报;2008年07期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 杨磊;周启友;吴世艳;;黄杨树干电位信号特征[A];中国地球物理·2009[C];2009年
2 张振华;蔡焕杰;谢恒星;;树干液流人工神经网络时滞模型研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
3 吉春容;邹陈;李新建;刘立宏;;核桃树干液流特征及其与气象因子的关系[A];第26届中国气象学会年会农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2009年
4 叶兵;管伟;王彦辉;;应用热脉冲技术对小叶杨蒸腾特征的研究[A];发展水土保持科技、实现人与自然和谐——中国水土保持学会第三次全国会员代表大会学术论文集[C];2006年
5 王秀伟;毛子军;赵甍;;树干温度和液流速度对水曲柳、白桦和落叶松树干表面CO_2释放通量的影响[A];中国生态学会2006学术年会论文荟萃[C];2006年
6 李新宇;赖娜娜;孙林;郄怡彬;蔺艳;;北京园林五种乔木蒸腾模拟及其对环境因子的响应比较[A];2008北京奥运园林绿化的理论与实践[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王宇;北京生态涵养带主要树种基于树干液流的耗水规律研究[D];北京林业大学;2010年
2 孙慧珍;东北东部山区主要树种树干液流动态及与环境因子关系[D];东北林业大学;2002年
3 聂立水;油松栓皮栎混交林土壤—植物—大气系统水分特征研究[D];北京林业大学;2005年
4 臧春鑫;中间锦鸡儿水分吸收、蒸腾耗水特征与生态水文效应研究[D];内蒙古大学;2010年
5 刘庆新;热扩散法液流误差校正及其在林分水量平衡中的应用[D];中国林业科学研究院;2012年
6 虞木奎;火炬松林生理生态学特性及可持续经营技术研究[D];南京林业大学;2003年
7 马长明;基于耗水特征的农林复合模式研究[D];北京林业大学;2007年
8 刘晨峰;北京地区杨树人工林能量和水量平衡研究[D];北京林业大学;2007年
9 何常清;岷江上游两种典型森林群落生态水文特征研究[D];南京林业大学;2009年
10 王昭艳;长江滩地抑螺防病林生态系统能量平衡与水汽通量研究[D];中国林业科学研究院;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田璐洋;大叶女贞茎直径变化与树干液流速率变化关系的研究[D];河北农业大学;2011年
2 刘超;生长季大叶女贞树干液流径向分布特征[D];河北农业大学;2011年
3 殷秀辉;油松树干液流动态研究[D];西北农林科技大学;2010年
4 潘恬豪;梨树树干液流的动态研究[D];山西大学;2011年
5 任来阳;重庆酸雨区受害马尾松树干液流密度特征及其环境因子响应[D];山东农业大学;2013年
6 邓铭瑞;山西太岳山油松林木非生长季树干液流速率研究[D];北京林业大学;2011年
7 胡伟;黄土丘陵区山杨树干液流动态分析[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2010年
8 张俊;清耕、覆草措施下枣树树干液流、叶水势规律的研究[D];新疆农业大学;2012年
9 热依兰·尔肯;塔里木河中游胡杨树干液流特征分析[D];新疆大学;2013年
10 曹文强;山西太岳山主要树种树干液流研究[D];北京林业大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026