濕地改造后環(huán)境因子對落葉松的影響

張鳳新+蔡志清

我國的克一河林業(yè)局的境內(nèi)，有占據(jù)面積范圍比較廣的水濕地，人們在多年來一直認為那是不能被開發(fā)和利用的地方。在1975年的時候，此林業(yè)局通過機械整地，改造了大面積的濕地，并且栽種了落葉松。等到了1987年，濕地的造林面積已經(jīng)達到9萬多畝?，F(xiàn)在，落葉松的占地面積成片的增長。為了探討對濕地改造的經(jīng)驗我們進行了深入的調(diào)查，在1 977年栽種的落葉松，這些年來，除了有一些受到病蟲害的樹株外，其他樹木的生長非常旺盛，并且我們的觀測人員對不同深度的土溫和土壤含水量等因子也進行了非常詳細的研究。

在我國的寒溫帶地區(qū)的興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)是本文主要為研究對象，基于大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站的渦動相關(guān)技術(shù)觀測資料，對興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的主要影響因子及其碳交換進行詳細的分析與研究。本文對控制的機制和碳循環(huán)進行了深入分析，為準(zhǔn)確評估其科學(xué)經(jīng)營提供一定的參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

在內(nèi)蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站的興安落葉松原始林試驗區(qū)內(nèi)設(shè)立了通量觀測塔。地理坐標(biāo)為 121°30'～121°31' E、50°49'～50°51'N，海拔 800～1000 m。此地年降水量 450～550 mm，60% 集中在 7～8月。9 月末至次年 5 月初為降雪季，降雪厚度為20～40cm； 全年地表蒸發(fā)量 800～1200 mm。此地屬于寒溫帶的濕潤氣候區(qū)，氣溫的平均值為 -5.4℃ ，冬季平均為9 個月，夏季僅僅只有 1個月，無霜期為 80 d。最低氣溫 -50℃ ，最高氣溫 40℃；此地區(qū)的地貌是低山山地，土壤的顏色為棕色針葉林土，且分布有連續(xù)多年凍土和大面積沼澤濕地。興安落葉森林是植被類型最為主要的一種是興安落葉森林，該區(qū)總面積的79%是其分布區(qū)域。試驗區(qū)內(nèi)，樹高 25～30m，胸徑 26～30cm，蓄積量為 150～200 m3 / hm2。伴生有白樺 、樟子松、黑樺和山楊等，樹種組成多為 8 落 2 白。林下植物眾多，如長芒拂子茅、矮山黧豆 、柴樺、紅花鹿踢草、舞鶴草 、越橘、鈴蘭、杜鵑、杜香、大葉章和泥炭蘚等等。

2 研究方法

本文數(shù)據(jù)的研究分別的選用了通量觀測塔2013年長季的6～8月和2012年非生長季的 12 月，2013年1、2 月份 30 min 的 CO2 通量和光輻射、氣溫、降水量、土壤溫度和土壤含水量等環(huán)境因子進行研究。

2.1CO2 通量觀測

通量觀測塔采用統(tǒng)一的開路渦度相關(guān)系統(tǒng)與觀測技術(shù)進行植被與大氣之間的CO2 、 H2 O 和能量通量的長期連續(xù)觀測。

2.2環(huán)境因子觀測

在通量觀測塔上配備了常規(guī)氣象梯度觀測系統(tǒng)，在通量塔 1. 5、8、18、38、42、50 和 60 m 高度處分別安裝了芬蘭公司生產(chǎn)的和美國公司生產(chǎn)的A100R數(shù)據(jù)采集儀，自動記錄空氣溫、濕度和風(fēng)速；

2.3數(shù)據(jù)處理與分析方法

空氣中各物質(zhì)之間的垂直交換通常是通過空氣的渦旋狀流動來進行的，利用渦動相關(guān)技術(shù)測定森林與大氣間 CO2 交換，通過垂直風(fēng)速與 CO2 濃度脈動值的協(xié)方差計算獲得，是凈生態(tài)系系統(tǒng) CO2 通量。在觀測過程中，針對觀測儀器、大氣穩(wěn)定度影響等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失和異常問題，需要對數(shù)據(jù)進行剔除和插補。剔除降水同期數(shù)據(jù)、閾值剔除、偏離正常數(shù)據(jù)變化范圍的異常值剔除以及低于摩擦風(fēng)速臨界值的剔除等。

3 結(jié)果與分析

3.1主要環(huán)境因子變化特征

本研究中，環(huán)境因子主要包括： 光合有效輻射、氣溫、降水量和土壤溫度、土壤含水率。

3.2CO2 通量日變化特征

根據(jù)CO2通量30min有效觀測數(shù)據(jù)，分析了興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)生長季和非生長季的 CO2 通量日變化特征。在生長季，CO2 通量具有明顯的日變化規(guī)律，日出后，隨著太陽高度角的增大，光照強度的增強及氣溫的升高，植被的光合作用隨之增強。

3.3 CO2 通量與主要環(huán)境因子的關(guān)系

興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植被的生物學(xué)特性決定了CO2通量的變化規(guī)律，同時不同的環(huán)境條件對森林生態(tài)系統(tǒng) CO2 通量也會產(chǎn)生顯著的調(diào)節(jié)作用 。本文探討 CO2 通量與光合有效輻射、空氣溫度、土壤溫度和土壤含水率關(guān)系。光合有效輻射與 CO2 通量光合有效輻射強度直接影響植物光合作用的大小，光合作用關(guān)系到森林生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力，生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力減去生態(tài)系統(tǒng)呼吸等于生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力，生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力與生態(tài)套系統(tǒng)凈生產(chǎn)力生態(tài)系統(tǒng)與純凈生產(chǎn)力與生態(tài)系統(tǒng)CO2通量的大小相等，用生長季和非生長季光合有效輻射日平均值與 CO2 通量值。結(jié)果表明： 光合有效輻射是影響 CO2 通量的直接因素。非生長季，光合有效輻射對 CO2 通量的影響不顯著，相關(guān)關(guān)系分析，決定系數(shù) R2 = 0.0013。

4 結(jié)語

綜合上文所述，土壤溫度和土壤含水率對二氧化碳通量的影響主要體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的呼吸上，根據(jù)環(huán)境因子變化的特征表明，興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的土壤含水率在62%～87%之間，非生長季與生長季分別為67%和84%，土壤的含水率在達到67%的時候，對待二氧化碳的通量就基本上沒有影響了。土壤的溫度對興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的二氧化碳通量引起的主要作用是因為在水分不成為限制因子的情況下而產(chǎn)生的，經(jīng)過研究表明，土壤的溫度和二氧化碳的通量指數(shù)會是相關(guān)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)呼吸作用增強，并且二氧化碳的排放不斷的進行促進的原因是，土壤溫度的升高會對植物和微生物的代謝進行加速。

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