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本文以长白山暗针叶林为研究对象,探讨了苔藓植物对森林更新的影响。研究内容包括:苔藓植物群落特征与林木更新的关系,苔藓植物体及其浸提液对种子萌发、幼苗生长的影响,苔藓植物浸提液的化学成分分析。主要结果:1)当苔藓层盖度大于40%或厚度大于4cm时,红松、臭冷杉、花楷槭幼苗数量较少;当苔藓层厚度小于4cm时,花楷槭和花楸幼苗数量较多;去除苔藓层后,小种子树种臭冷杉和鱼鳞云杉幼苗数量增多,而大种子树种红松则相反。2)不同种类、数量和活性的苔藓植物体对树木种子萌发和幼苗生长的影响是不同的。活苔藓植物体量多时,塔藓和拟垂枝藓对红皮云杉和落叶松种子发芽率没有显著影响,但不同程度地促进幼苗的生长。而活植物体量少时及杀青后的苔藓植物体,则在不同程度上抑制红皮云杉和落叶松种子萌发及幼苗生长。3)在实验室条件下,塔藓和拟垂枝藓活体浸提液对红皮云杉和落叶松种子发芽率没有显著影响,但在一定浓度下,塔藓浸提液抑制红松种子发芽,拟垂枝藓浸提液则促进其发芽;两种苔藓植物浸提液均抑制红皮云杉和红松幼苗生长,促进落叶松幼苗的生长。在室外条件下,杀青后塔藓的浸提液促进红松幼苗的生长,并且影响土壤的氮、磷含量。4)采用气质联用仪进行分析表明,塔藓浸提液中含有的已知发芽抑制物质要多于拟垂枝藓浸提液。
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在陆地生态系统中,干旱和养分缺乏是制约植被生长和养分吸收的主要逆境因素。从单个植物种到植被群落,水分及养分的有效性控制着生态系统的各个环节。本文以科尔沁半干旱沙质草地植被群落为研究对象,通过两年的田间水(80mm、40mm)、N肥(200 kg•ha-1)和P肥(P2O5)(100 kg•ha-1)添加试验,从植被的生产力、植被群落结构、植物的形态特征、植物的适应特性、植物N、P浓度等方面分析了沙质草地植物的养分限制状况,初步研究了沙质草地水分以及N、P养分供应状况与植物生长的关系。结果表明: N素是该地区植被生长的首要养分限制因子,从单个植物物种(主要指优势种白草和黄蒿)到植被群落均受到土壤中N素的限制作用。N添加下植被地上生物量以及白草和黄蒿地上单株生物量均显著增加,植被的群落结构发生变化,植物N浓度、植物N:P比也显著增加,但是植物P浓度由于植物快速生长的稀释作用而减小。 对群落生产力来说,N添加下植被生物量提高了155%,白草和黄蒿地上单株生物量分别提高了276%,291%。试验处理中200kg•ha-1的施N量并未达最佳施肥量的阈值;单独添加水和添加P在对整个生长季植被地上生物量以及白草和黄蒿地上单株生物量的影响不显著;但是早期的水分处理促进植物茎的生长,使植物茎叶比增大,并使得早期植物N、P浓度相对较小,因而改变了非禾草类植物N、P浓度的季节动态变化;同时添加水和P肥可以促进非禾草类植物对P素的吸收和利用,而同时添加P肥和N肥与单独添加N肥结果相似。 对植被群落结构来说,水肥添加对群落的组成以及不同优势种所占的比例均有不同程度的影响。所有处理中以黄蒿为主的非禾草类植物在群落中均占据着优势地位,而且水添加、N添加以及P添加减小了以白草为主的禾草类植物在群落中的竞争优势,禾草类植物在植被总生物量中所占的比例均有不同程度的下降,其中添加N处理下的影响尤为显著,与对照相比,N添加下禾草类植物所占的比例由40.75%下降到18.95%,下降了21.8%。 生长季内(6~10月),水肥添加下植被地上生物量、单株生物量以及植物N、P浓度、植株含水量、植株茎叶比均呈现显著的季节动态变化。在所有植物中,非禾草类植物生物量的季节动态决定了总植被生物量的季节动态,在N添加下呈递增趋势,而未添加N处理下则呈现增加后减小的变化趋势。植被地上生物量N、P浓度随着时间具有相同的季节动态变化,禾草类植物N、P浓度随时间均呈现下降趋势,而肥料添加下非禾草类植物N、P浓度也呈现显著的下降趋势,但是由于添加水的作用,在水+肥处理下植物N、P浓度则呈现先增大后减小的季节动态变化。植株N、P浓度以及植株相对含水量随着植株的生长均呈下降趋势,而植株茎叶比则呈上升趋势。 研究区草地各处理下植被以及单个物种植物N:P比都很小,介于2~13之间,N添加下植物N:P比显著增加,应用临界N:P比可诊断土壤中氮素是植物的主要限制因子。随着环境中N、P有效性的波动,不同器官以及不同时间,植物N:P比均表现出不同的动态变化趋势,但植物仍能够维持体内N、P浓度保持相对平衡,植物N、P浓度显著正相关。在植被水平上,除水+P添加外,其他各处理下禾草类植物以及非禾本可植物N、P浓度均呈显著正相关关系,回归线形方程中的斜率a的倒数实际可以上表征植物生长季内的平均N:P比。在物种水平上,各处理下白草植株N、P浓度呈线性相关关系,而黄蒿则没有这个特性,白草具有较强的体内N、P浓度平衡机制。
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土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分,土壤碳库是陆地生态系统最大的碳库。在一定时间内土壤有机碳含量通常代表了植物碳输入和微生物分解之间的相对量的大小。土壤活性有机碳是土壤有机碳的一部分,土壤活性有机碳是土壤有机碳中周转速率最快的。土壤活性有机碳可以用微生物碳和水溶性有机碳等指标进行表征,它们可以较早指示土壤质量的变化。植物通过根系分泌和周转向土壤输入碳,而有关树木细根分解对土壤活性有机碳影响的文献很少。细根是植物凋落物的一部分,在物质循环中起到重要作用。 本文采用实验室培养方法,以桤木(Alnus cremastogyne)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和火力楠(Michelia macclurei)细根为材料研究了不同树种细根、不同添加量细根以及不同培养温度对土壤活性有机碳的影响,以揭示人工林细根对土壤有机碳的影响。 第3章研究结果表明,培养结束后CO2-C累积释放量依次为:火力楠细根处理>桤木细根处理>杉木细根处理,添加细根的处理土壤微生物碳和水溶性有机碳含量均显著高于对照,而土壤全碳含量只在添加火力楠细根处理下显著高于对照,结果表明细根可以在短时间内提高土壤活性有机碳的含量。 第4章研究了不同细根量对土壤活性有机碳的影响,结果表明同一树种细根不同添加量对土壤全碳的影响程度不同,土壤全碳随着细根添加量的增加而显著增加。各树种均以添加2.0g细根处理的土壤微生物碳含量最高。各树种细根不同添加量的处理对土壤水溶性有机体碳的影响均不显著。培养结束时土壤硫酸钾浸提溶解性有机碳含量变化不大,只有杉木细根0.6g处理土壤硫酸钾浸提有机碳含量显著高于0.3g处理,其他处理间差异不显著。 第5章研究了不同温度对土壤活性有机碳的影响,结果表明温度显著影响细根的分解速率,温度对土壤微生物碳没有产生显著影响,而对土壤可溶性有机碳含量的影响达到了显著水平。
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次生林作为中国森林资源的主体,在其形成和演替过程中,时刻受到自然和人为干扰的影响。明确干扰对次生林,特别是对其植物多样性的影响规律和原因,以及多样性对干扰的响应,对人类利用干扰的正面影响为生产实践服务和保护自然生态系统具有重要意义。本文以辽东山区次生林为研究对象,通过野外调查和数据分析,对不同干扰条件下的次生林植物多样性进行了比较研究,以期为该地区次生林的保护和经营提供参考。 主要结论:1)2004~2005年两个生长季共采集和鉴定植物378种,分别隶属于78科、215属;2)该地区次生林具有较高的物种多样性,各次生林类型Shannon-Weiner多样性指数在3.20~3.60之间;3)依据林分距离居民区和一、二级道路的远近将人为干扰划分为三个水平,即低度干扰、中度干扰和高度干扰,基本呈现了受中等水平干扰的林分具有较高的物种多样性和均匀度,且该地区的人为干扰主要对林分的灌木层和草本层产生影响;4)依据林分郁闭度与受害乔木株数百分比将雪/风灾害干扰划分为三个水平,受各水平雪/风灾害干扰的桦木林在近3年后已基本恢复,多样性水平差异不大,植物多样性随干扰强度的增加呈现平缓的增加趋势;5)该地区人为干扰和自然干扰主要的差异表现在发生方式、发生频度、影响对象、发生面积和空间分布等方面,对林分不同层次物种多样性的影响也有所差异。
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本文以石英砂和土壤为培养介质,将AFLP分子标记技术和传统分析方法结合研究了Cu在不同胁迫阶段及胁迫水平对大麦和玉米两种植物种子发芽和幼苗形态、生理及DNA损伤的毒性效应,并在此基础上,比较和分析了两种植物对Cu胁迫的敏感性及不同测试指标对Cu胁迫响应的敏感性,进而筛选对Cu胁迫响应敏感的生物标记物;明确了植物对Cu的吸收能力大小与其对Cu胁迫响应敏感性之间的关系。研究结果如下: 发芽实验和生长实验结果均表明玉米对Cu胁迫相应的敏感性稍高于大麦。 对于发芽试验,两种受试植物根伸长对Cu胁迫响应的敏感度均高于发芽率。 对于幼苗生长实验,两种受试植物在两种培养介质下,根长、根系内可溶性蛋白含量及AFLP图谱变化均对Cu胁迫表现出较高的敏感性,其中AFLP图谱的多态性变化对Cu胁迫响应最为敏感,可用于土壤Cu污染的早期诊断。大麦和玉米幼苗生长对Cu胁迫响应的敏感性高于种子发芽对胁迫的敏感性。 土壤对重金属的毒性效应具有很强的缓冲效应,使得Cu在土壤中的毒性显著变小,土壤中Cu含量与植株体内的Cu含量之间呈现明显的剂量-效应关系;玉米对Cu的吸收利用能力较大麦强,因此对Cu胁迫响应的敏感性稍高于大麦。 AFLP图谱多态性变化对Cu胁迫响应的敏感性高于其他指标,但实现其在污染土壤生态毒理诊断中的应用,还需进一步的实验对其重复性予以证明。 关键词 Cu、生物标记物、DNA损伤、AFLP
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黄河三角洲丹顶鹤生境变化与评价 摘 要 从水禽角度出发,把影响其生境选择的因素划分为水、食物、隐蔽物和干扰四类。用遥感和地理信息系统软件对黄河三角洲地区3期TM数据进行处理,根据生境要素特征,对生境进行分类,获取该地区1986年、1996年和2001年3个时期各生境要素图。把生境要素图进行叠加,最终得到3个时期的黄河三角洲的水禽生境类型图。 通过对各生境要素图的面积、斑块数变化及转移矩阵的分析,可以看出各生境要素的结构发生了明显的变化,对水禽生境而言,总的结果是干扰加重、积水地区面积增多、植物性食物和适宜隐蔽物范围减小,通过对这种变化进行分析得出:人类有意识的活动(干扰)是引起各生境要素发生变化的主要驱动力。生境要素的变化造成黄河三角洲地区水禽生境质量的下降。 再以黄河三角洲生境分布图为基础,运用遥感和地理信息系统软件得出三个时期丹顶鹤(Grus japonensis)生境分布图。选取一系列的景观指数,通过APACK软件进行计算,结合土地利用动态度的概念对黄河三角洲地区从1986—2001年丹顶鹤生境的动态变化进行量化分析。结果表明:适宜丹顶鹤栖息的总生境面积不断减小,该地区的生境破碎化程度也不断升高;相应的适应丹顶鹤栖息的各生境类型的面积除了轻干扰深积水鱼类苇田(人类活动造成)的面积增加外,其余大多呈减少趋势,总的来说丹顶鹤栖息生境质量呈下降趋势。人类活动是黄河三角洲丹顶鹤生境的变化的主要驱动力。 在利用景观连接度模型进行丹顶鹤生境评价的研究中发现:在黄河三角洲内尚有1062.63 km2适宜丹顶鹤生存的生境,占总面积6021.05 km2的17.65%。其中最适生境面积为205.84km2,占总面积的3.42%;适宜生境面积为142.47 km2,占总面积的2.37%;中等适宜面积为420.27 km2,占总面积的6.98%;勉强适宜面积为294.05 km2,占总面积的4.88%;不太适宜面积为2532.07 km2,占总面积的42.05%;不适宜面积为2426.36 km2,占总面积的40.30%。虽然适宜生境面积还很大,但在空间分布上十分零散,除了几个较大的斑块外,尚有许多较小斑块处于孤立状态,这些斑块将无法为丹顶鹤所利用。 黄河三角洲是我国最大的新生湿地生态系统,优越的生境条件使得该区物种丰富,成为许多水禽迁徙的重要中转站、越冬栖息地和繁殖地。本研究对区域生态保护和物种的生境评价研究有重要的理论和实践意义,为确保东亚鸟类迁飞网络的安全提供了科学的依据,这对黄河三角洲湿地生态系统、湿地鸟类及物种多样性的保护都意义重大。
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科学评估森林土壤CO2释放通量是解决大气碳平衡中“missing carbon”问题的关键。以往,人们对土壤碳过程的研究过多注重在生长季,而对非生长季的碳过程研究很少。 本文以欧亚大陆东北部的典型植被类型—长白山阔叶红松林为研究对象,通过对冬季土壤CO2通量的测定,分析与估算冬季土壤的碳释放量;利用压力脉动模型模拟土壤释放的CO2在雪层中的扩散过程以及由气压波动引起的空气对流运动对穿过雪层的CO2通量的影响。主要结论如下: (1)冬季积雪期,经历几次降雪过程,土壤CO2通量迅速下降,由原来1μmolm-2s-1 量级降至 0.1μmolm-2s-1量级。期间,土壤CO2通量与土壤温度呈极显著的指数相关关系(p<0.01)。进入雪覆盖期后,土壤CO2通量仍呈缓慢下降的趋势,但变化幅度很小,直到积雪开始融化土壤CO2通量才开始缓慢上升。在整个冬季,土壤CO2通量的日变化规律不明显。 (2)雪层表面的气压波动引起的雪层中周期性的空气对流运动,在短时间尺度上能对雪层表面的CO2通量造成显著影响,有时甚至出现负值现象;但是当时间尺度达到小时以上,空气对流运动对通量的直接贡献几乎可以忽略。 (3)风和气压的作用下,雪层表面的CO2通量与“雪-土壤”界面处的CO2通量可能存在差异,即使是小时平均值也是如此;但是随着时间尺度的不断增大,其差异逐渐减小,当时间尺度达到天以上时,差异几乎可以忽略。 (4)利用2004年12月至2005年3月的土壤CO2通量数据,估算冬季阔叶红松林土壤的碳释放量约为22.7 g m-2。
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沙蚕(Nereis diversicolor)是一种栖息于水陆交错带沉积物中、具有重要生态学意义的底栖无脊椎动物。本项研究以水陆交错带典型重金属污染物(Cd、Cu)和石油烃为代表,就其单一与复合污染对沙蚕的生态毒理效应进行研究,从污染生态化学的角度对其毒性机理进行探讨,并找出可用于对潮间带地区重金属和石油烃污染进行生态毒理评价的敏感生物标记物(biomarker),为水生生态系统的水质监测、污染诊断以及环境管理工作提供理论支持。 研究表明,在急性毒性污染暴露过程中,各污染物均可对沙蚕种群产生毒性效应,其毒性大小依次为: Cu>Cd>石油烃;复合污染对沙蚕的联合毒性效应机制十分复杂,可用联合效应广义理论加以解释。 随着时间的延长,Cd、石油烃单一污染暴露导致SOD活性先上升后下降,POD活性未表现出一致的变化趋势,而可溶性蛋白含量下降;Cu单一污染使SOD活性与可溶性蛋白含量先被诱导后抑制,POD活性先是显著下降,而后缓慢上升;Cd、Cu与石油烃的复合污染效应对沙蚕体内SOD、POD活性以及可溶性蛋白含量的影响与其不同浓度组合以及染毒时间有关;初步认为SOD活性可作为敏感的生物标记物来反映水陆交错带地区重金属和石油烃污染状况。 在实验浓度范围内,低浓度石油烃(100μl L-1)与高浓度Cu复合污染会在一定程度上促进Cu在沙蚕体内的蓄积量,而Cd与石油烃复合污染并未诱导Cd在沙蚕体内积累量的增加。研究还发现,沙蚕体型大小对Cu和石油烃在沙蚕体内的积累量没有影响,重要的是沙蚕体内Cd、Cu与石油烃的含量基本能够反映出其生境中重金属与石油烃的污染状况,但在实践应用中需要考虑采样时间、海水温度以及盐度等因素的影响。
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针对辽河油田锦采污水处理厂稠油废水,利用传统培养方法和PCR-DGGE诊断技术,对稠油废水处理过程中优势微生物种群组成和多样性进行全面系统的研究。结果表明,微生物对稠油废水生物处理的作用为细菌>真菌>放线菌。细菌数量、基因多样性指数与废水中TPH、CODCr均正相关,可以作为稠油废水水质评价的生物指标。 对影响稠油废水生物降解的主要因子进行优化表明,当30℃,pH值7.5,HRT为216h,添加N、P营养盐使N:P比为5.63:1时,CODCr去除率最高,去除后CODCr值满足污水综合排放一级标准(GB8978-1996)。利用GC-MS技术分析降解前后稠油废水中主要有机成分表明,微生物对饱和烃类化合物降解率最高,其次是低分子量芳香烃,而高分子量芳香烃、胶质和沥青质最低。 以稠油为唯一碳源,对筛选出的菌株进行摇瓶实验表明,各菌株对稠油均具有一定的降解能力,其中F0504除油能力最强,56d去除率可达63.3%;动力学方程拟合表明稠油生物降解过程符合一级动力学方程。降解后残油组分分析表明,B0505和F0501对烷烃、B0510、F0505和F0507对芳香烃、B0501和F0504对胶质、沥青质的去除率均较高,去除率都在30c%之间。 经鉴定,优势菌株B0501和B0505分别为液化金杆菌(Aureobaterium liquefaciens)和弗氏丙酸杆菌(Propionibacterium freuclenreichii),主要真菌有青霉(Penicillium)、曲霉(Aspergillus)、木霉(Trichoderma)和交链孢霉(Alternaria)。
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研究景观格局与水文过程关系不仅有利于人们认识水循环的特点,而且对于景观格局-生态过程相互关系理论具有重要的意义。岷江上游的景观格局与水文过程之间关系的研究一直是人们关注的热点。 本文选取岷江上游的镇江关流域和黑水河流域,从景观尺度上分析了两个流域主要土地覆盖类型的景观格局对水量平衡的影响。模拟两个流域1988-2002多年平均降水量和多年平均蒸散量的空间分布,利用ARCGIS8.3求算镇江关流域和黑水河流域主要土地覆盖类型多年平均降水量和多年平均蒸散量,比较两个流域主要土地覆盖类型的水量平衡。同时利用ARCVIEW3.3进行流域提取,得到黑水河流域内不同景观结构的小流域,结合两个流域1988-2002年多年平均降水量和蒸散量空间分布,在GIS空间分析技术支持下,统计得到不同景观结构小流域1988-2002年多年平均径流系数,进而比较岷江上游不同景观结构小流域的水文效应。主要结论如下: 1.镇江关流域有林地1988—2002年的多年平均蒸散量与同期黑水河流域相差不多,镇江关流域有林地蒸散降水比大于黑水河流域,这是两流域有林地海拔、坡度、坡向因素共同作用的结果。 2.两个流域草地水量平衡对景观格局的响应模式与有林地基本一致。 3.由于黑水河流域的耕地分布在干旱河谷里,其蒸散量远远大于降水量,使黑水河流域的耕地水量平衡与镇江关流域完全不同。 4.对于平均海拔相近纯林流域和纯灌流域,其多年平均径流系数主要受流域多年平均降水量、多年平均蒸散量、平均坡度的影响。 5.对于平均海拔、平均坡度相近林草流域和林灌草流域,其多年平均径流系数主要受流域多年平均降水量、多年平均蒸散量、林草面积比的影响。
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土壤水是指由地面向下至地下水面以上土层中的水分,是地球上陆地植物赖以生存的水源。作为联系地表水与地下水的纽带,土壤水在水资源的形成、转化与消耗过程中具有重要作用,与农业、水文、环境等研究领域都有密切的关系。土壤水分运动是土壤物理学、农田生态学等学科的重要基础领域,国际生物圈计划(IGBP)、世界气候研究计划(WCRP)、国际水文计划(IHP)、联合国环境计划(UNEP)、全球水量与能量平衡计划(GEWEX)等都将其作为一项重要的研究内容。长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林是中国东北东部最典型的森林生态系统,对于调解局地径流与气候、维系区域陆地生态平衡有着重要意义。本文以这两种森林土壤为研究对象,在有代表性的样地上分层取原状土,带回实验室测定各层土壤基本物理性质以及土壤水分运动参数,然后以土壤水分运动基本方程为依据,根据实际的土壤层结构建立一维垂向土壤水分运动模型,用以在室内模拟分析长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林内的土壤水分运动过程。主要结论如下: (1)综合土壤容重和各项孔隙度的指标可以得出:暗针叶林地0~100cm整个土层的透水性、通气性和持水能力都是比较协调的,阔叶红松林地除了0~10cm土壤的透水性、通气性和持水能力比较协调以外,其余各层土壤均以毛管孔隙为主,通透性较差。从土壤毛管持水量与饱和含水量的比值以及1m深土层贮水能力的指标来看,这两种森林土壤的供水以及涵蓄水能力的差别较大。 (2)这两种森林类型的土壤在降雨历时和土壤初始含水量相同的情况下,降雨强度越大,初始入渗率越高,达到稳定入渗阶段的时间也越早;在降雨历时和降雨强度相同的情况下,当土壤初始含水量越高时,入渗率降低的速率就越快,趋于稳定入渗阶段的时间越短,稳渗率越低。 (3)当降雨历时和土壤初始含量相同的条件下,在降雨入渗过程中,降雨强度较大时,湿润锋运移速率是先增大后减小,在再分布过程中,降雨强度较大时湿润锋运移速率较小;当降雨历时和降雨强度相同的条件下,在降雨入渗过程中,相对于初始含水量较低的情况来说,初始含水量较高时湿润锋运移速率呈现出“慢-快-慢”的变化过程,在再分布过程中,初始含水量较高时湿润锋运移速率较小。 (4)对入渗条件下的土壤水分运动的数值模拟结果表明,模拟值与实验值之间的拟合效果较好,并且能较好地反映土壤水分运动的基本规律。
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森林作为陆地生态系统的主体,在碳的生物地球化学循环中起着关键的作用,因此对森林生态系统生产力的研究具有重要意义。本文以长白山阔叶红松林为研究对象,在2005年7月~9月对其主要优势种红松、紫椴、蒙古栎、水曲柳的生理生态学参数进行了测定,并利用单叶尺度的光合作用-气孔导度-能量平衡耦合模型,以及冠层尺度的多层模型,对单叶尺度以及冠层尺度的光合作用进行了模拟,主要的结论有: (1)长白山阔叶红松林主要优势树种红松、紫椴、蒙古栎、水曲柳的生理生态学参数:光合有效辐射吸收率a、初始量子效率α、光饱和时的最大净光合作用速率Pmax、最大的Rubisco催化反应速率Vcmax、CO2饱和时的最大净光合作用速率Jmax有着明显且不同的季节变化。7、8月水曲柳的α值最大,分别为0.077、0.064,9月紫椴的最大,为0.051。红松的Vcmax值在7、9月为四个树种中最大的,分别为:49.085、43.072μmol•m-2•s-1,8月为水曲柳最大,为66.041μmol•m-2•s-1。 (2)对优势树种单叶尺度的净光合作用速率An和气孔对CO2的导度gsc进行模拟发现:紫椴、蒙古栎、水曲柳的An、gsc的值在7~9月要大于红松,进入植物生长末期的9月则随着生理活性的下降而迅速下降,而红松则表现较为平稳且略有上升。7月蒙古栎的An、gsc的最大值最大分别为15.055μmol•m-2•s-1、0.400 mol•m-2•s-1;8月水曲柳的最大分别为22.944μmol•m-2•s-1、0.567 mol•m-2•s-1;9月紫椴的最大分别为12.045μmol•m-2•s-1、0.249 mol•m-2•s-1。 (3)通过模拟得到:长白山阔叶红松林冠层2005年8月的净光合作用速率An有着明显的日变化特征, 8月林冠的净光合作用速率最大值可以达到44.880μmol•m-2•s-1,该月白天净光合作用速率的总量可以达到23.580 mol•m-2。通过与观测值比较发现模拟结果能够较好地反映冠层光合作用的特征。
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系统的自相似性,或尺度不变性,可以定义为系统的几何、统计、动态性质在一个尺度范围内保持相似,是地理学中常见的现象。统计自相似又称简单自相似。统计自相似的系统在不同尺度间的系统参数分布存在幂关系。统计自相似理论是分形理论和标度理论的自然推广。随着水文尺度转换工作的开展,水文自相似性的研究逐渐受到重视。 本文探讨河网结构的统计自相似性,研究了河网统计自相似在不同Horton-Strahler等级河道间关系中以及单级河道与整个河网关系中的表现,并用杂谷脑河流域的数字河网数据进行验证。其结果表明: 1) 河网结构是统计自相似的。根据统计自相似假设得出的关系式能被实际数据验证; 2) 1级河道由于生成机制上的差异,因此与其它等级河道的统计相似性较弱; 3) 弱统计自相似对河网自相似性的描述要优于强统计自相似性,说明传统的Horton定律有改进的必要; 本文的结论揭示了从统计自相似的角度进行水文尺度转换工作的可行性,并为其具体实行提供了理论依据。
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本文对施不同剂量磷稻田土壤有效磷变化进程、淹水培养表面水全磷浓度的动态变化、强淋洗(每天100mm)对土壤中磷垂直迁移、损失的影响及不同土水比和施磷量下土壤中磷向水体释放规律的模拟研究结果表明,土壤Olsen-P浓度在施磷后下降迅速,60天后趋于稳定。随施磷量增加,淹水稻田土壤速效磷递增,土壤速效磷与施磷量呈显著的线性相关关系(y=21.49+0.086x,r=0.999 )。施磷后表面水中全磷迅速上升后又缓慢下降, 120天后,表面水中全磷浓度与施磷量呈的指数曲线关系(y=0.372e0.0022x,r=0.986),利用分段回归(split line)模型预测出导致表面水中磷激增的土壤Olsen-P浓度“突变点”是82.7mg kg-1,达到或超过该值,磷则容易进入表面水并导致流失。对水稻土施磷后立即进行高强度淋洗,结果各种形态的磷淋溶到60cm以下的浓度不超过0.1mg kg-1,折合每公倾损失全磷仅为2.5~2.8 kg,对地下水影响很小。当施磷量高于800kg hm-2时,磷从上层向下移动现象明显。与split-line模型预测出上层土壤可能发生磷的移动和淋溶的土壤Olsen-P阈值为74.1mg kg-1的施磷量接近。土壤浸提液磷浓度受土壤施磷量和土水比共同影响;施磷量对土壤释放磷量影响起主要作用,随施磷量增加,溶液中磷浓度增加。总之,增大施磷量使土壤速效磷超过阈值,会使土壤可溶性磷、田面水全磷迅速增加,加速磷的垂直迁移。
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生态系统服务价值评估已成为生态学研究的一个热点,针对不同区域尺度或生态类型的相关研究案例大量涌现的同时,评估方法和技术也在不断改进。本文即以科尔沁沙地草地生态系统为研究对象,分别采用生物量和生物多样性指数订正草地生态系统服务价值系数,估算了该沙地中西部地区各草地类型的生态服务价值;并以位于科尔沁沙地腹地的翁牛特旗为例,利用STELLA系统模拟出近15年(1985~2000年)草地生态系统服务价值动态变化与其外部驱动因子的关系,根据模型结果分析,提出草地生态系统管理相关建议。 主要结论如下: (1)对以小尺度细划的草地类型,以生物量和生物多样性指数订正的生态系统服务单价均可反映生态服务功能强度的变化。 (2)科尔沁沙地中西部地区的草地生态系统服务价值,经两个指数订正的结果显示,1990~1999年间分别降低了35.85亿元和42.14亿元,降低的原因包括:①草地向耕地等其它土地利用形式转化;②草地系统内部由生态服务高价值流类型向低价值流类型转化。 (3)在STELLA 系统中基于下述逻辑关系构建草地生态系统服务价值的动态模拟过程:人口数量和牲畜数量是草地过度开垦和过度放牧的驱动因素;过度开垦造成草地“农田化”,过度放牧造成草地退化和沙化;前者使草地面积减少,后者使草地生物量锐减;草地生态系统服务价值由草地面积及草地生物量两个因子决定。 (4)2000年翁牛特旗草地生态系统总服务价值为42.91亿元,与1985年相比降低了10.86%,其中,原始草地的总价值为22.10亿元,已退化草地为9.99亿元,已沙化草地为10.82亿元,原始草地对草地生态系统服务价值的贡献最大,对其变化的影响最显著;模型灵敏度分析表明,模型结果对单个不确定参数变化的反映不敏感,而对参数同时变化的反映将随时间推移越来越大。