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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 12 期摇 摇 2011 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
基于植被遥感的西南喀斯特退耕还林工程效果评价———以贵州省毕节地区为例
李摇 昊,蔡运龙,陈睿山,等 (3255)
………………………………
……………………………………………………………………………
扩散对破碎化景观上宿主鄄寄生种群动态的影响 苏摇 敏 (3265)…………………………………………………
湿地功能评价的尺度效应———以盐城滨海湿地为例 欧维新,叶丽芳,孙小祥,等 (3270)……………………
模拟氮沉降对杉木幼苗养分平衡的影响 樊后保,廖迎春,刘文飞,等 (3277)……………………………………
中国东部森林样带典型森林水源涵养功能 贺淑霞,李叙勇,莫摇 菲,等 (3285)…………………………………
山西太岳山油松群落对采伐干扰的生态响应 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (3296)……………………………
长期施用有机无机肥对潮土微生物群落的影响 张焕军,郁红艳,丁维新 (3308)………………………………
云南元江干热河谷五种优势植物的内生真菌多样性 何彩梅,魏大巧,李海燕,等 (3315)………………………
塔里木河中游洪水漫溢区荒漠河岸林实生苗更新 赵振勇,张摇 科,卢摇 磊,等 (3322)…………………………
基于 8hm样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换 张毓涛,梁凤超,常顺利,等 (3330)……………
古尔班通古特沙漠土壤酶活性和微生物量氮对模拟氮沉降的响应 周晓兵,张元明,陶摇 冶,等 (3340)………
Pb污染对马蔺生长、体内重金属元素积累以及叶绿体超微结构的影响 原海燕,郭摇 智,黄苏珍 (3350)……
春、秋季节树干温度和液流速度对东北 3 树种树干表面 CO2释放通量的影响
王秀伟,毛子军,孙摇 涛,等 (3358)
…………………………………
……………………………………………………………………………
云南南部和中部地区公路旁紫茎泽兰土壤种子库分布格局 唐樱殷,沈有信 (3368)……………………………
利用半球图像法提取植被冠层结构特征参数 彭焕华,赵传燕,冯兆东,等 (3376)………………………………
黑河上游蝗虫与植被关系的 CCA分析 赵成章,周摇 伟,王科明,等 (3384)……………………………………
额尔古纳河流域秋季浮游植物群落结构特征 庞摇 科,姚锦仙,王摇 昊,等 (3391)………………………………
九龙江河口浮游植物的时空变动及主要影响因素 王摇 雨,林摇 茂,陈兴群,等 (3399)…………………………
东苕溪中下游河岸类型对鱼类多样性的影响 黄亮亮,李建华,邹丽敏,等 (3415)………………………………
基于 RS / GIS公路路域水土流失动态变化的研究———以榆靖高速公路为例
陈爱侠,李摇 敏,苏智先,等 (3424)
……………………………………
……………………………………………………………………………
流域景观结构的城市化影响与生态风险评价 胡和兵,刘红玉,郝敬锋,等 (3432)………………………………
基于景观格局的锦州湾沿海经济开发区生态风险分析 高摇 宾,李小玉,李志刚,等 (3441)……………………
若尔盖高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响 李晋昌,王文丽,胡光印,等 (3451)……………………
施用鸡粪对土壤与小白菜中 Cu和 Zn累积的影响 张摇 妍,罗摇 维,崔骁勇,等 (3460)………………………
基于 GIS的宁夏灌区农田污染源结构特征解析 曹艳春,冯永忠,杨引禄,等 (3468)……………………………
底墒和种植方式对夏大豆光合特性及产量的影响 刘摇 岩,周勋波,陈雨海,等 (3478)…………………………
不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究———以南四湖过水区粮田为例
谭德水,江丽华,张摇 骞,等 (3488)
……………………………
……………………………………………………………………………
丛枝菌根真菌对低温下黄瓜幼苗光合生理和抗氧化酶活性的影响 刘爱荣,陈双臣,刘燕英,等 (3497)………
外源半胱氨酸对铜胁迫下小麦幼苗生长、铜积累量及抗氧化系统的影响 彭向永,宋摇 敏 (3504)……………
专论与综述
水平扫描技术及其在生态学中的应用前景 胡自民,李晶晶,李摇 伟,等 (3512)…………………………………
研究简报
昆仑山北坡 4 种优势灌木的气体交换特征 朱军涛,李向义,张希明,等 (3522)…………………………………
不同比例尺 DEM数据对森林生态类型划分精度的影响 唐立娜,黄聚聪,代力民 (3531)………………………
苏南丘陵区毛竹林冠截留降雨分布格局 贾永正,胡海波,张家洋 (3537)………………………………………
外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落结构和功能的影响 陈法霖,郑摇 华,阳柏苏,等 (3543)………………
深圳地铁碳排放量 谢鸿宇,王习祥,杨木壮,等 (3551)……………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄06
封面图说: 自然奇观红海滩·辽宁省盘锦市———在辽河入海口生长着大片的潮间带植物碱蓬草,举目望去,如霞似火,蔚为壮
观,人们习惯地称之为红海滩。 粗壮的根系加快着海滩土壤的脱盐过程,掉下的茎叶腐质后肥化了土壤,它是大海
的生态屏障。
彩图提供: 段文科先生摇 中国鸟网 http: / / www. birdnet. cn摇 E鄄mail:dwk9911@ 126. com
生 态 学 报 2011,31(12):3330—3339
Acta Ecologica Sinica
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基金项目:新疆维吾尔自治区林业科技专项资金项目; 国家林业局公益性行业科研专项(200804022c,200804006 / rhh鄄06); 天山生态站开放基金
联合资助
收稿日期:2010鄄05鄄15; 摇 摇 修订日期:2010鄄11鄄24
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zyt218@ 163. com
基于 8hm2样地的天山云杉林蒸腾耗水
从单株到林分的转换
张毓涛1,*, 梁凤超2, 常顺利2, 师庆东2, 李摇 翔1, 芦建江1
(1. 新疆林业科学院森林生态研究所, 新疆乌鲁木齐摇 830000;
2. 新疆大学资源与环境科学学院绿洲生态教育部重点实验室, 新疆乌鲁木齐摇 830046)
摘要:为了准确地估算天山北坡中部天山云杉森林的林分蒸腾耗水量,设置了 8hm2固定样地,在每木调查的基础上,通过对 7
株标准木连续晴天液流的观测,得到胸径与液流速率和胸径与边材面积的拟合方程,最终计算得到了林分的蒸腾耗水量,确定
了估算该森林群落蒸腾耗水的最小取样面积,并且讨论了最小取样面积随样地位置的变化。 结果表明:淤在自然生长系,天山
云杉林分最大蒸腾耗水量、平均蒸腾耗水量同种植密度呈 Extrem 函数分布;当种植密度达到 1200 株 / hm2时,林分最大蒸腾耗
水量达到最大,为 77. 27t / hm2d;于对林分蒸腾耗水量的测算存在明显的最小取样面积,最小取样面积随取样点的不同而略有差
异,取样起始点在本 8hm2固定样地的上线和下线处时最小取样面积为 4hm2,取样起始点在本 8hm2固定样地的中部时最小取样
面积为 2. 56hm2,这对于更加精确地估算天山北坡天山云杉森林的蒸腾耗水量提供了理论依据。
关键词:树干液流;林分蒸腾耗水量;尺度转换;天山云杉 (Pinaceae schrenkiana);固定样地
Scaling up for transpiration of Pinaceae schrenkiana stands based on 8hm2
permanent plots in Tianshan Mountains
ZHANG Yutao1,*, LIANG Fengchao2, CHANG Shunli2, SHI Qingdong2, LI Xiang1, LU Jianjiang1
1 Institute of Forest Ecology, Xinjiang Academy of Forestry, Urumqi 830000, China
2 Key Laboratory of Oasis Ecology, College of Resource and Environment Science, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
Abstract: The sap flow velocity (SFV) of 7 individual Pinaceae schrenkiana trees in a fixed plot at the middle region of the
northern slope of Tianshan Mountains were measured in July. Two nonlinearly regression models (quadratic one and power
one) were established to disclose the relationship between diameter at breast height (DBH) and SFV and that between DBH
and sap wood area. According to the two models, we calculated the transpiration of Pinaceae Schrenkiana stands. It is found
that biggest transpiration and mean transpiration of Pinaceae. Schrenkiana stand are closely related to planting density,
which can be fit well in Extrem function. According to the function, we find that the maximal transpiration hit 77. 27t / hm2d
when planting density increases to 1200 / hm2 . In addition, the transpiration of Pinaceae Schrenkiana is positively related to
plot size, with transpiration change slowly when plot size is beyond a threshold value. This finding can be used in
transpiration study in middle region of the northern slope of Tianshan Mountains. The threshold value of plot size is location
dependent as it is 4hm2 in the highest or lowest altitude of researching region, and 2. 56 hm2 in the middle altitude.
Key Words: sap flow; transpiration; scaling up; Pinaceae schrenkiana; permanent plot
对林木蒸腾耗水量进行可靠地估算是森林生态水文学关注的焦点[1],它对研究森林蒸散耗水在森林水
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分循环中的地位、作用以及与之相关的造林、森林水分平衡等问题都至关重要。 从单株树干液流向林分蒸腾
耗水的尺度转换是要估算林分蒸腾耗水行之有效的方法[2鄄4]。 这种尺度转换方法主要取决于植物群落特
征[5鄄6]。 通常情况下,林分蒸腾耗水量可以通过液流与胸径[7],树干基面积[8],边材面积[9鄄11],边材密度[12],叶
面积指数[5, 13鄄14]等植被调查指标作为量来求得。 相比之下,胸径的取得比较容易、准确,应用较广。 为了使植
被调查指标能反映群落特征,通常情况下要做多个样方。 样方的设置情况基本上决定了林分蒸腾耗水的准确
性。 在山地自然植被下,林木的空间分布较为复杂,必须在对地形有详细的了解的基础上设置大量小样方。
此种方法不能很好地解决样方林分蒸腾耗水的代表性。 为此,需要寻求一种能反映当地真实林分蒸腾耗水的
调查方法。
物种数量与取样面积存在一定关系[15鄄18],当样方面积超过最小统计面积时,植物物种数量不再发生变
化[19];因此,在群落调查时,往往需要首先确定最小样方面积。 同样,在计算群落蒸腾耗水量时,是否也应该
存在同样的最小取样面积呢? 如果存在,则最小取样面积内的蒸腾耗水才能反映了该群落蒸腾耗水在观测上
的可靠取样值。
为了验证这种假设,本研究在天山北坡的天山云杉森林中建立了 8hm2的固定样地,通过每木检尺和对不
同径级天山云杉标准木树干液流的观测,计算了天山云杉林的蒸腾耗水;通过分析林分蒸腾耗水对取样尺度
的响应,判定天山云杉林蒸腾耗水量是否存在最小样地面积,为其他后续工作提供依据。
1摇 研究区概况及研究方法
1. 1摇 研究区概况与标准木选择
研究区位于天山北坡中部的乌鲁木齐市水西沟镇羊圈沟天山森林生态系统定位站,地理位置为 E87毅27忆
28. 5义—28忆47. 7义、N43毅24忆48. 3义—26忆17. 9义,海拔 1908—2710m。 研究区年平均气温 2. 0益,历年平均极端高温
是 30. 5益,最低气温是-30. 2益,>0益的无霜期 89. 3d,逸10益积温 1170. 5益,平均年降水量 572. 7mm,年日照
时数大于 1300h,最大积雪深度 65cm。
研究区的土壤类型为山地灰褐色森林土,森林为天山云杉单优群落,林下的草本层平均盖度小于 3% ;虽
然林间空地的草本盖度平均超过 50% ,但是其平均高度小于 15cm。 因此,本文测得的林木蒸腾耗水可近似等
同于该森林的林分耗水。
2009 年 6、7 月,本研究团队在研究区设置了 8hm2的固定样地。 该样地为 200m(南北向上坡) 伊400m(东
西向等高),海拔介于 1958—2188m之间。 由于考虑地形因素,若以东西向为零度,则样地向西北顺时针偏角
149毅。 选定样地坐标原点,使用全站仪,按 20m伊20m的森林调查标准样方逐步划定该 8hm2样地,共计 200 个
20m伊20m的样方。 按 20m伊20m的样方编号顺序,逐步对样地内胸径(1. 3m 处)大于 1cm 的木本植物进行每
木检尺。 在对每木检尺数据进行统计分析的基础上,按株数随径级分布的情况,选择胸径 10cm 的标准木 3
株、胸径 20cm的标准木 2 株、胸径 40cm的标准木 2 株,进行树干液流的观测。 7 株标准木及其所在样方的郁
闭度情况见表 1。
表 1摇 天山云杉样木信息表
Table 1摇 The information of sampling trees of Pinaceae. Schrenkiana
样木标号 Number 胸径 Diameter / cm 树高 Height / m 坡度 Slop / (毅) 所在样方的郁闭度 Crown density
1 8. 68 2. 1 30 0. 4
2 9. 43 2. 76 30 0. 6
3 11. 29 3. 2 30 0. 4
4 22. 24 18 30 0. 6
5 23. 78 18. 5 30 0. 6
6 41. 94 23. 5 30 0. 4
7 45. 05 19. 5 15 0. 6
1333摇 12 期 摇 摇 摇 张毓涛摇 等:基于 8hm2样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换 摇
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1. 2摇 树干液流的观测方法
本研究自 2009 年 6 月 1 日开始观测,至 9 月 20 日观测结束。 应用美国 Dynamax公司生产的插针式茎流
计 Probe12 和热扩散液流探针 TDP (Thermal Dissipation Sap Velocity Probe)对云杉的树干液流进行了观测。
在树干胸径处(距地面 1. 3m高度)南、北两侧各安装 1 个 TDP30cm或 TDP80cm探针。
1. 3摇 数据分析方法
现在,众多学者普遍采用径阶的方法估测林分蒸腾耗水量[20]。 白云岗等[9]将胡杨林木按胸径划分,选择
2 株标准木代表整个径阶;孙龙等[10]将林木的生长状况划分为优势木、中等木和被压木 3 个径级。 王华田
等[11]将林木划分为 5 个径级,利用标准木的生长函数对林分蒸腾耗水进行了计算。 基于径级的计算方法的
成立要满足一个假设:在相同的立地条件下,树木不同径阶的木质部之间液流通量没有较大的差异性[4, 9];组
内树木的分布是均匀的。
在自然生长系,这种假设是很少出现的,从本文对天山云杉液流的观测可以发现,不同胸径的液流通量同
胸径差异性较大(图 1),这同夏桂敏等[21]对花棒的研究结果一致;再者,样地内天山云杉的分布也不是均匀
的(图 4)。 所以,基于径级的计算方法对自然生长系下的林木蒸腾耗水的计算并不合适。 为此,本中对基于
径级的方法做以下改进:对标准木液流速率同胸径和边材面积同胸径进行曲线拟合,找到液流速率、边材面积
随胸径的变化关系,进而求出任意胸径的液流通量和边材面积,最终计算林分蒸腾耗水量。 改进后的计算方
法充分考虑到了树木间的个体差异性,能够较好地计算自然生长系下的林木蒸腾耗水。
通过建立胸径与日平均液流速率和胸径与边材面积拟合方程来计算液流通量。 对标准木一日内的液流
通量取平均得到日平均液流通量,并同胸径进行曲线拟合。 胸径与日平均液流通量的拟合方程 Qs 为:
Qs =a1c2+a2c+a3 (1)
式中,Qs 为平均液流通量(g·cm-2·d-1), c为标准木胸径(cm),a1、a2、a3 为拟合方程的参数。
对样地内的天山云杉按 2cm一个径级,每个径级选择 2—3 株作为标准木,利用生长锥取木心,测量木心
直径(1. 3m)、树皮厚度(1. 3m)和胸径(1. 3m),计算边材面积。 对边材面积和胸径曲线拟合,发现在 4—
45cm的胸径范围内符合幂函数分布。 胸径与边材面积的拟合方程 Sc 为:
Sc = b0cb1 (2)
式中,Sc 为边材面积(cm2), b0、b1 为胸径边材面积的参数, c为标准木胸径(cm)。
在对样地天山云杉每木检尺的基础上,单木的蒸腾耗水量为单木的边材面积与液流速率的乘积,对样地
内每株天山云杉的单木液流进行加和,然后同样地的面积相除得到林分蒸腾耗水量:
Es =移
n
i = 1
SciQsi
S (3)
式中,Es 为林分的日蒸腾耗水量( t / hm2 d),n 为样地内总植株数,Sci为第 i 株天山云杉的边材面积
(cm2); Qsi为第 i株天山云杉的液流通量(g / cm2h),S为样地的总面积(hm2)。
2摇 结果与分析
2. 1摇 单株水平上不同胸径树干液流的差异
本文将标准木南北侧探针所测液流数据求平均,作为该株标准木的树干液流值。 选取连续晴天中的 7 月
14 日(8. 68、9. 43、11. 29、22. 24、23. 78cm),7 月 5 日(41. 94cm),7 月 19 日(45. 05cm)的液流通量数据做图
(图 1)。 表明,自然生长系下的天山云杉不同胸径液流通量差异很大,同一径阶内的液流通量也有差别。
对标准木液流通量取平均,同胸径进行一次、二次、幂函数、指数函数、对数函数拟合,通过了 0. 01 水平上
的著性检验,R2 分别为 0. 916、0. 949、0. 846、0. 845、0. 813。 可见,二次函数的解释程度最高,拟合效果最好
(图 2)。 天山云杉植株个体间随胸径的不同液流差异显著,胸径在 8cm至 45cm时液流通量同胸径呈二次函
数关系。 同理对边材面积同胸径进行曲线拟合。 结果表明,天山云杉的边材面积同胸径呈幂函数关系(图
3)。 本文对天山云杉边材面积调查和标准木的选择胸径均分别在 8cm 至 45cm,所以所得的结论对其他径级
2333 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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图 1摇 标准木液流通量的日变化图
摇 Fig. 1摇 The picture of daily changing of SFV sampling trees of
Pinaceae. Schrenkiana
不一定适合。
2. 2摇 单木液流向大型样地蒸腾耗水的上推
利用公式 2 计算样地的每株天山云杉的边材面积,
以胸径 2cm为一个径级,统计每一径级内的株数和边
材面积的累积值(图 4)。 表明,从 4cm 开始,随胸径的
增大,天山云杉株数逐渐降低,表明天山中部这片林地
还处于生长发展阶段。 边材面积呈单峰值变化,在
22—24cm处达到峰值。
利用公式 1 计算样地内每株天山云杉的液流通量,
以胸径 2cm为一个径级,统计每一径级内的液流累积
值和总液流的累积值(图 5)。 表明,径阶从 32cm 到
38cm 蒸腾耗水量最大,另外在 38cm 和 40cm 处液流达
到峰值。 大样地内蒸腾耗水量随径级累积,呈‘S爷型,具有较好的生态学特性。 大样地内单日晴天蒸腾耗水
量为 30. 61t / hm2。
图 2摇 胸径与液流速率关系
Fig. 2摇 The relations between DBH and sap velocity
图 3摇 胸径与边材面积关系
Fig. 3摇 The relations between DBH and sapwood area
图 4摇 不同径阶株数和边材面积分布图
Fig. 4摇 The distribution number of trees and sapwood area in different diameter classes
由于天山云杉边材面积调查和标准木的选择胸径均分别在 8cm 至 45cm,对于胸径大于 45cm 的天山云
杉边材面积占大样地总面积的 8. 70% ,株数占 0. 85% 。 所以这部分液流的估算值对总体蒸腾耗水量估算的
影响较小。
2. 3摇 大型样地林分蒸腾耗水同植株密度的关系
利用公式 3 和公式 2 分别计算大型样地内的每个 20m伊20m的小样方的林分蒸腾耗水量和边材面积,并
3333摇 12 期 摇 摇 摇 张毓涛摇 等:基于 8hm2样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换 摇
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图 5摇 不同径级液流累积同林分蒸腾耗水累积
Fig. 5摇 The cumulate transpiration in different diameter classes and transpiration of forest
同每个样方的密度做散点图(图 6)。 将密度按 200 株 / hm2为一个组距,统计每一组中的林分蒸腾耗水量和边
材面积的最大值和平均值,为了消除个别较大的值对统计的影响,取一组中数据的前 3 个最大值求平均,不足
3 个值的,对现有值取求平均(图 6)。
图 6摇 天山云杉密度同蒸腾耗水量和边材面积的关系
Fig. 6摇 The relation between density and transpiration, sapwood area
图 6 表明,不同种植密度下林分的蒸腾耗水量不同,同一种植密度下林分的蒸腾耗水量差异也很大;随着
密度的增大,最大边材面积和最大日蒸腾耗水量随着密度的增大,先增大后减小。 当密度达到 1200 株 / hm2
时,边材面积和日蒸腾耗水量的均值和最大值均达到最大,日蒸腾耗水量分别为 47. 88 t / hm2 d,最大值为
77郾 27t / hm2d;边材面积分别为 31. 44,43. 17m2。 当密度超过 1200 株 / hm2时,云杉林的累积边材面积开始下
降,天山云杉林的“自疏冶现象开始表现出来。
最大蒸腾耗水量反映了自然条件下的实际最大耗水能力,对认识和管理天然天山云杉林具有指导意义。
这种最大耗水能力随着密度的增加而发生变化,本文利用 Extreme 函数对其进行了拟合(图 6)。 拟合公式
4333 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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如下:
Ymax =14. 83+59. 02伊exp -exp
x-1086. 26
544.
æ
è
ç
ö
ø
÷
691 -
x-1086. 26
544. 691
æ
è
ç
ö
ø
÷+1 摇 摇 R2 =0. 83 (4)
同理对平均蒸腾耗水量同胸径的拟合公式为:
Yave =15. 16+28. 80伊exp -exp
x-1097. 7
473.
æ
è
ç
ö
ø
÷
031 -
x-1097. 7
473. 031
æ
è
ç
ö
ø
÷+1 摇 摇 R2 =0. 76 (5)
式中,Ymax为最大蒸腾耗水量, Yave为平均蒸腾耗水量,x 为植株密度。 在自然状态下,林分的蒸腾耗水量
只分布在最大耗水量的拟合方程(式 4) 同 x 轴所围成的区域(图 6)。
2. 4摇 林分蒸腾耗水的对取样面积的响应
从大样地的原点为起点,沿 x轴正方向(沿山坡水平)和 y轴正方向(沿山坡向上)上依次扩大,以 20m为
取样尺度,分别统计样方内天山云杉的密度、累积边材面积、累计胸径、林分蒸腾耗水量(图 7)。 表明:天山云
杉的密度、林分蒸腾耗水量、累积胸径和累积边材面积对取样面积具有依赖性,并且随着取样面积扩大,对尺
度变化的反应的灵敏度逐渐降低,同叶万辉等[15]对 琢多样性的研究相似。 如果取样面积增大后,林分蒸腾耗
水量的变化量小于 10% ,就认为林分的蒸腾耗水量不随样地尺度的增大而变化,即达到了最小取样面积(对
种植密度、累积胸径和累积边材面积的操作与此同)。 天山云杉的种植密度、林分蒸腾耗水量、累积胸径和累
积边材面积最小取样面积依次为 1. 44、4、1、1. 96 hm2。
边材面积和胸径作为蒸腾耗水由单株向林分上推的纯量,直接影响了林分蒸腾耗水的变化,是林分蒸腾
耗水出现最小样地面积的主要原因。 林分蒸腾耗水的最小取样面积总是大于累积胸径和累积边材面积的最
小取样面积。 然而,林分蒸腾耗水量最小取样面积约为累积胸径和累积边材面积的 2 倍。 这也说明除了边材
面积,其他因子(如坡度、坡向)对林分的蒸腾耗水也有重要的影响。 总之,只要将调查取样面积扩大到最小
取样面积就能够对林木蒸腾耗水有比较真实的估计。
图 7摇 林分蒸腾耗水量、密度、累积胸径和累计边材面积同样方面积的关系
Fig. 7摇 The relations between transpiration, density, cumulate diameter,cumulate sapwood area and plot area
在样地原点分别沿 x轴、y轴、x轴和 y轴上依次做 20m伊200m、20m伊100m 的样带和矩形样方,统计平均
蒸腾耗水量,见图 8。 表明,样带和样方都存在反映林分蒸腾耗水量的最小取样面积。 只是样带只能代表某
个方向上的林分蒸腾耗水情况,并不能反映区域整体的蒸腾耗水情况,即,20m 宽度的样带不能代表 8hm2样
5333摇 12 期 摇 摇 摇 张毓涛摇 等:基于 8hm2样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换 摇
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方的耗水情况。 沿 x轴方向上,当尺度扩大到 0. 32hm2,平均蒸腾耗水量稳定在 53t·hm-2·d-1。 沿 y 轴方向上
平均蒸腾耗水量减小,在 0. 4hm2仍没有稳定,蒸腾耗水量已经降至 22. 74 t·hm-2·d-1。 水平方向上能够达到稳
定而垂直方向上不能稳定,表明了天山云杉在垂直方向上变异性较大。 即,林分的蒸腾耗水量对水平方向上
具有较好的代表性,能够沿水平方向上进行扩展,而垂直方向则不能扩展。 所以本文固定样地的平均蒸腾耗
水量仅代表固定样地所在海拔范围内的林分蒸腾耗水量。
沿二维方向上的尺度扩展对反映自然生长系下林分蒸腾耗水量效果较好,当取样面积扩大到 4 hm2时,
平均蒸腾耗水量开始稳定在 30. 5 t·hm-2·d-1,已经接近 8hm2样地的林分蒸腾耗水量 30. 6 t·hm-2·d-1。 在大型
固定样方所在的海拔范围内,一定水平区域内(大于 8hm2)的天山云杉林分蒸腾耗水量就是 30. 5 t·hm-2·d-1。
图 8摇 大样地中沿着水平、垂直、水平和垂直方向上平均蒸腾耗水量分布图
Fig. 8摇 The distributing of average transpiration in horizontal, vertical, horizontal and vertical
本文为了验证不同空间取样方式在不同地点上是否也存在上述结论。 二维方向上的空间取样按取样地
点的不同可分为 3 种取样方式,即:沿 x轴单方向和 y轴单方向、沿 x轴双方向和 y轴单方向、沿 x轴双方向和
y轴双方向。 对不同地点平均蒸腾耗水量进行统计,统计结果见(图 9)。 其中调查方式和开始稳定时的最小
取样面积见表 2。
表 2摇 调查方式及最小取样面积信息表
Table 2摇 The information about the way of statistics for plot and the minimum sampling area
统计方式
Way of statistic
样方统计方向
Direction of statistic
统计尺度
Scale of statistic
最小取样面积 / hm2
Minimum sampling area
方式 1 x轴正方向,y轴正方向 x轴方向 20m,y轴方向 20m 2. 56
方式 2 x轴负方向,y轴正方向 x轴方向 20m,y轴方向 20m 3. 24
方式 3 x轴负方向,y轴负方向 x轴方向 20m,y轴方向 20m 3. 24
方式 4 x轴正方向,y轴负方向 x轴方向 20m,y轴方向 20m 4. 00
方式 5 x轴正、负方向,y轴方向 x轴方向 20m,y轴方向 20m 6. 48
方式 6 x轴正、负方向,y轴方向 x轴方向 20m,y轴方向 20m 6. 48
方式 7 x轴正、负方向,y轴正、负方向 x轴方向 20m,y轴方向 20m 2. 56
方式 8 x轴正、负方向,y轴正、负方向 x轴方向 40m,y轴方向 20m 1. 28
随着取样面积的扩大,不同统计方式在不同地点上均存在最小取样面积。 当取样面积逼近到最小取样面
积前,不同取样点林分蒸腾耗水量对取样尺度的反应比较灵敏;当尺度增大到最小取样面积后,林分蒸腾耗水
同取样面积几乎没有关系。 沿 x轴和 y轴方向逐步扩大取样面积时,林分蒸腾耗水量逐渐向 8hm2样地的平
均蒸腾耗水量逼近(图 9)。 不同地点上的最小取样面积差异较大;但在同一地点不同的面积扩展方式下,林
分蒸腾耗水量的最小取样面积相同(图 9)。 本文选取相同面积扩展方式下最小取样面积的最大值作为最可
靠的最小取样面积。 沿 x轴单方向和 y轴单方向上的最小取样面积为 4hm2,沿 x轴双方向和 y轴单方向上的
6333 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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图 9摇 统计方式对最小取样面积的响应
Fig. 9摇 The relation between the minimum sampling area and the way of statistic
最小取样面积为 6. 48hm2,沿 x轴双方向和 y轴双方向的最小取样面积为 2. 56hm2。
3摇 结论与讨论
3. 1摇 结论
(1)阴坡天山云杉胸径小于 45cm时,液流通量同胸径呈二次函数关系;边材面积先增大后减小,在径级
为 28—30cm和 34—38cm达到最大值;
(2)天山云杉林密度同林分最大蒸腾耗水量、平均蒸腾耗水量呈 Extrem 函数分布;随着天山云杉密度的
增大,林分蒸腾耗水量、边材面积先增大后减小;密度为 1200 株 / hm2时,达到最大值,平均蒸腾耗水量 47. 88
t·hm-2·d-1,最大值为 77. 27t·hm-2·d-1;
(3)林分的蒸腾耗水量存在尺度效应;随着尺度的增大,对尺度的响应的灵敏性降低;林分的蒸腾耗水量
存在最小取样面积。 最小取样面积随取样点的不同而略有差异,以样地海拔上线和下线处为起始点时最小取
样面积为 4hm2,以样地中部为起始点时最小取样面积为 2. 56hm2。
3. 2摇 讨论
由以上分析可知,在计算天山天山云杉林蒸腾耗水量时,应该也存在最小取样面积,最小取样面积内的蒸
腾耗水才能反映该群落蒸腾耗水在观测上的可靠取样值。
生态学的格局和过程在不同尺度上会表现出不同的特征。 正是这种变异性增加了跨尺度预测的难
度[22]。 当取样面积(幅度)发生变化时,控制这些格局和过程的约束条件、边界条件或驱动因子可能也随之
发生变化[23]。
单株树木的树干液流变化是由叶片气孔水汽压差所决定的,环境因子起到了重要的影响作用;而林分水
平上的蒸腾耗水量很大程度上取决于群落结构的空间异质性。 影响森林群落空间异质性的因素很多,如:林
木的分布特征(如密度、胸径总截面积 /样方面积、边材总截面积 /样方面积)、地形特征(如坡向、坡度)和区域
小环境条件(如土壤湿度)等,其结果导致森林群落的蒸腾耗水量难以测算准确[24]。 本文从天山北坡天山云
杉森林的群落分布特征角度去研究该问题,研究结果仅能反映当地林分的最小取样面积,而不能完全表征林
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分蒸腾耗水量测算时关于尺度推绎的全部问题。 对尺度上推的研究,地形特征和区域小环境因子是不可忽略
的,如何综合分析它们对林分蒸腾耗水量的影响有待深入研究。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 12 June,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Effect assessment of the project of grain for green in the karst region in Southwestern China: a case study of Bijie Prefecture
LI Hao, CAI Yunlong,CHEN Ruishan, et al (3255)
………
………………………………………………………………………………
The effect of dispersal on the population dynamics of a host鄄parasite system in fragmented landscape SU Min (3265)………………
The effect of spatial scales on wetland functions evaluation: a case study for coastal wetlands in Yancheng, Jiangshu Province
OU Weixin, YE Lifang, SUN Xiaoxiang,et al (3270)
………
………………………………………………………………………………
Effects of simulated nitrogen deposition on nutrient balance of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) seedlings
FAN Houbao, LIAO Yingchun, LIU Wenfei, et al (3277)
……………………
…………………………………………………………………………
The water conservation study of typical forest ecosystems in the forest transect of eastern China
HE Shuxia, LI Xuyong, MO Fei, et al (3285)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
The ecological responses of Pinus tabulaeformis forests in Taiyue Mountains of Shanxi to artificial Harvesting
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke, et al (3296)
…………………………
………………………………………………………………
The influence of the long鄄term application of organic manure and mineral fertilizer on microbial community in calcareous fluvo鄄
aquic soil ZHANG Huanjun, YU Hongyan, DING Weixin (3308)…………………………………………………………………
Endophytic fungal diversity of five dominant plant species in the dry鄄hot valley of Yuanjiang, Yunnan Province, China
HE Caimei, WEI Daqiao, LI Haiyan, et al (3315)
………………
…………………………………………………………………………………
Seedling recruitment in desert riparian forest following river flooding in the middle reaches of the Tarim River
ZHAO Zhenyong, ZHANG Ke, LU Lei, et al (3322)
………………………
………………………………………………………………………………
Scaling up for transpiration of Pinaceae schrenkiana stands based on 8hm permanent plots in Tianshan Mountains
ZHANG Yutao, LIANG Fengchao, CHANG Shunli, et al (3330)
……………………
…………………………………………………………………
Responses of soil enzyme activities and microbial biomass N to simulated N deposition in Gurbantunggut Desert
ZHOU Xiaobing, ZHANG Yuanming, TAO Ye, et al (3340)
……………………
………………………………………………………………………
Effects of Pb on growth, heavy metals accumulation and chloroplast ultrastructure of Iris lactea var. Chinensis
YUAN Haiyan, GUO Zhi, HUANG Suzhen (3350)
………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of temperature and sap flow velocity on CO2 efflux from stems of three tree species in spring and autumn in Northeast
China WANG Xiuwei, MAO Zijun, SUN Tao, et al (3358)………………………………………………………………………
The soil seed bank of Eupatorium adenophorum along roadsides in the south and middle area of Yunnan, China
TANG Yingyin, SHEN Youxin (3368)
……………………
………………………………………………………………………………………………
Extracting the canopy structure parameters using hemispherical photography method
PENG Huanhua, ZHAO Chuanyan,FENG Zhaodong,et al (3376)
……………………………………………………
…………………………………………………………………
The CCA analysis between grasshopper and plant community in upper reaches of Heihe River
ZHAO Chengzhang, ZHOU Wei, WANG Keming, et al (3384)
…………………………………………
……………………………………………………………………
Community structure characteristics of phytoplankton in argun River Drainage Area in autumn
PANG Ke, YAO Jinxian, WANG Hao, et al (3391)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Spatial and temporal variation of phytoplankton and impacting factors in Jiulongjiang Estuary of Xiamen, China
WANG Yu, LIN Mao, CHEN Xingqun, et al (3399)
………………………
………………………………………………………………………………
Effect of bank type on fish biodiversity in the middle鄄lower reaches of East Tiaoxi River, China
HUANG Liangliang, LI Jianhua, ZOU Limin, et al (3415)
………………………………………
………………………………………………………………………
Study on dynamic changes of soil and water loss along highway based on RS / GIS: an example of Yujing expressway
CHEN Aixia, LI Min, SU Zhixian, et al (3424)
…………………
……………………………………………………………………………………
The urbanization effects on watershed landscape structure and their ecological risk assessment
HU Hebing,LIU Hongyu,HAO Jingfeng,et al (3432)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of ecological risk of coastal economic developing zone in Jinzhou Bay based on landscape pattern
GAO Bin, LI Xiaoyu, LI Zhigang, et al (3441)
………………………
……………………………………………………………………………………
Impacts ofland use and cover changes on ecosystem service value in Zoige Plateau
LI Jinchang, WANG Wenli, HU Guangyin, et al (3451)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of chicken manure application on Cu and Zn accumulation in soil and Brassica sinensis L.
ZHANG Yan,LUO Wei,CUI Xiaoyong, et al (3460)
………………………………………
………………………………………………………………………………
GIS analysis of structural characteristics of pollution sources in irrigable farmland in Ningxia China
CAO Yanchun,FENG Yongzhong,YANG Yinlu,et al (3468)
…………………………………
………………………………………………………………………
Effects of pre鄄sowing soil moisture and planting patterns on photosynthetic characteristics and yield of summer soybean
LIU Yan, ZHOU Xunbo, CHEN Yuhai, et al (3478)
………………
………………………………………………………………………………
In situ study on influences of different fertilization patterns on inorganic nitrogen losses through leaching and runoff: a case of
field in Nansi Lake Basin TAN Deshui, JIANG Lihua, ZHANG Qian, et al (3488)……………………………………………
Effects of AM fungi on leaf photosynthetic physiological parameters and antioxidant enzyme activities under low temperature
LIU Airong, CHEN Shuangchen, LIU Yanying, et al (3497)
…………
………………………………………………………………………
Effects of exogenous cysteine on growth, copper accumulation and antioxidative systems in wheat seedlings under Cu stress
PENG Xiangyong, SONG Min (3504)
…………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The horizon scanning technology and its application prospect in Ecology HU Zimin, LI Jingjing, LI Wei, et al (3512)………………
Scientific Note
The gas exchange characteristics of four shrubs on the northern slope of Kunlun Mountain
ZHU Juntao, LI Xiangyi, ZHANG Ximing, et al (3522)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of DEM data at different scales on the accuracy of forest Ecological Classification system
TANG Lina, HUANG Jucong, DAI Limin (3531)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Canopy interception of rainfall by Bamboo plantations growing in the Hill Areas of Southern Jiangsu Province
JIA Yongzheng, HU Haibo, ZHANG Jiayang (3537)
…………………………
………………………………………………………………………………
Effects of exotic species slash pine (Pinus elliottii) litter on the structure and function of the soil microbial community
CHEN Falin, ZHENG Hua, YANG Bosu, et al (3543)
………………
……………………………………………………………………………
The carbon emission analysis of Shenzhen Metro XIE Hongyu, WANG Xixiang, YANG Muzhuang, et al (3551)……………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
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总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 12 期摇 (2011 年 6 月)
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 31摇 No郾 12摇 2011
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