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湖南岳阳滩地抑螺防病林生态系统水热、CO_2通量研究

刘文国  
【摘要】: 本论文以湖南岳阳滩地抑螺防病林生态系统为研究对象,从土壤-植被-大气系统的角度出发,在典型调查的基础上,运用涡度相关(Eddy covariance,EC)法、树干液流(Sapflow)法对生态系统水热,CO2通量变化及其与外部环境因子的响应关系进行研究,旨在了解滩地抑螺防病林林生态系统本身及环境因子关系的动态变化过程,计量其水热,CO2通量值;对抑螺防病林生态系统合理经营管理,充分发挥其综合生态效应有重要价值。主要得到以下结论: (1)湖南岳阳抑螺防病林生态系统,同一能量平衡组分在不同的季节具有相似的日均变化过程规律,基本上呈较规则的单峰型,但在不同的季节收入量差异明显。从全年尺度看,净辐射通量共计2630.50MJ/m2,潜热年通量约为2035.40MJ/m2,大约消耗77%的净辐射能,而显热年通量水平为439.71MJ/m2,占净辐射能16.71%,土壤热通量为-4.06MJ/m2,表现为土壤释放热量,植物体储能等部分大约占净辐射能的6.29%。30min的全年能量收支平衡闭合度约为79%,约有21%的能量不知去向,依然存在不闭合现象。 (2)土壤水分具有显著的时空尺度变化特征,结合样地基本情况,在空间垂直方向将土壤划分为水分易变层(0~20 cm)、土壤水分利用层(20~100 cm)和土壤水分相对稳定层(100 cm以下)3个层次。在时间方向上可将测定时期样地抑螺防病林地的土壤水分按其特点和时间顺序划分为:土壤聚水期、退水期和稳水期3个时期。土壤含水量主要受3个典型因素(Vi,Ui)(i=1,2,3)影响,逐步回归分析结果显示不同深度的土壤水分受环境因子的影响有差异,总体来看土壤水分主要受到空气温度、水汽压亏缺、土壤温度、降雨和太阳辐射的影响。随着土壤深度的增大回归方程相关系数平方越来越小,说明外部环境因子对深层次土壤水分的影响越来越弱。 (3)分别从单株尺度和林分尺度对植被蒸腾进行了评估测算。其中在单株尺度上,不同的生长时期,不同的天气条件下,不同的方向和高度,树干液流速率各有差异。晴天杨树液流速率日变化呈现规律的单峰曲线,表现为白天高,夜间低的昼夜节律变化趋势;阴天杨树液流速率日变化呈现无规律性,而且值较低。林分蒸腾量在季节上的变化过程与降雨分布时间紧密相关,日蒸腾量在生长季上呈多峰型分布,峰值多在前期有降雨的情况下出现。 (4)抑螺防病林生态系统2009年各个季节的水汽通量大多都为正值,森林向大气释放水分,且夏季水汽通量值最大,春、秋季次之,冬季最小,全年蒸散量为928.175mm,占全年降水量的53.70%。生长季日蒸散量变化过程显示,日蒸散量在生长季呈多峰型分布,整个生长季蒸散总量达805.17mm,占全年蒸散量的86.75%。不同天气条件下,环境因子对水汽通量的影响是不同的,晴天条件下环境因子与水汽通量的相关度普遍高于阴天天气。逐步回归分析结果显示晴天影响水汽通量的主要是净辐射、水蒸汽压亏缺、风速、5cm土壤温度,而多云天气影响水汽通量的主要是净辐射、风速、5cm土壤温度。 (5)CO2通量的季节变化特征就是夏季活跃,春、秋季次之,冬季最弱,不同季节差异明显。白天CO2通量的变化呈单峰型曲线,日出后,随着太阳辐射的增强,CO2通量由正转负,森林转变为CO2的吸收碳汇,最大值基本出现在正午时分,随着太阳辐射的减弱,在日落前,再次达到碳收支平衡,森林生态系统转变为CO2碳源。夜间,由于没有了植物的光合作用,为持续的呼吸释放过程。不同天气条件下(晴天和阴天)CO2通量的日变化有明显区别,晴天CO2通量值要明显高于多云天气,而且日变化更有规律。生长季NEE日总值为负值,表现为碳汇;非生长季NEE日总值基本为正值,表现为弱的碳源。2009年全年观测的NEE、Re和GEE分别为-890.12 gC/(m2·a), 807.82 gC/(m2·a)和-1697.95 gC/(m2·a)。 (6)抑螺防病林生态系统水分利用效率受多种环境因子的影响。春、夏、秋、冬四个季节,以春季水分利用效率平均值最高,夏季和秋季白天水分利用效率相差不大,冬季最小。


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