全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 22 期摇 摇 2011 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
叶冠尺度野鸭湖湿地植物群落含水量的高光谱估算模型 林摇 川,宫兆宁,赵文吉 (6645)……………………
中国水稻潜在分布及其气候特征 段居琦,周广胜 (6659)…………………………………………………………
大豆异黄酮浸种对盐胁迫大豆幼苗的生理效应 武玉妹,周摇 强, 於丙军 (6669)……………………………
黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳对地下水位变化的生理生态响应与适应
张摇 佩,袁国富,庄摇 伟,等 (6677)
……………………………………
……………………………………………………………………………
高寒退化草地甘肃臭草种群分布格局及其对土壤水分的响应 赵成章,高福元,石福习,等 (6688)……………
基于生态足迹思想的皂市水利枢纽工程生态补偿标准研究 肖建红,陈绍金,于庆东,等 (6696)………………
基于 MODIS黄河三角洲湿地 NPP与 NDVI相关性的时空变化特征 蒋蕊竹,李秀启,朱永安,等 (6708)……
高分辨率影像支持的群落尺度沼泽湿地分类制图 李摇 娜,周德民,赵魁义 (6717)……………………………
土壤食细菌线虫对拟南芥根系生长的影响及机理 成艳红,陈小云,刘满强,等 (6727)…………………………
基于网络 K函数的西双版纳人工林空间格局及动态 杨珏婕,刘世梁,赵清贺,等 (6734)……………………
树轮灰度与树轮密度的对比分析及其对气候要素的响应 张同文,袁玉江,喻树龙,等 (6743)…………………
冀北山地阴坡优势树种的树体分维结构 田摇 超,刘摇 阳,杨新兵,等 (6753)……………………………………
帽峰山常绿阔叶林辐射通量特征 陈摇 进,陈步峰,潘勇军,等 (6766)……………………………………………
不同类型拌种剂对花生及其根际微生物的影响 刘登望,周摇 山,刘升锐,等 (6777)……………………………
一种自优化 RBF神经网络的叶绿素 a浓度时序预测模型 仝玉华,周洪亮,黄浙丰,等 (6788)………………
不同种源麻栎种子和苗木性状地理变异趋势面分析 刘志龙,虞木奎,马摇 跃,等 (6796)………………………
黄土丘陵区植物叶片与细根功能性状关系及其变化 施摇 宇,温仲明,龚时慧 (6805)…………………………
干旱区五种木本植物枝叶水分状况与其抗旱性能 谭永芹,柏新富,朱建军,等 (6815)…………………………
火灾对马尾松林地土壤特性的影响 薛摇 立,陈红跃,杨振意,等 (6824)…………………………………………
江苏省太湖流域产业结构的水环境污染效应 王摇 磊,张摇 磊,段学军,等 (6832)………………………………
高温对两种卡帕藻的酶活性、色素含量与叶绿素荧光的影响 赵素芬,何培民 (6845)…………………………
江苏省典型干旱过程特征 包云轩,孟翠丽,申双和,等 (6853)……………………………………………………
黄土高原半干旱草地地表能量通量及闭合率 岳摇 平,张摇 强,杨金虎,等 (6866)………………………………
光质对烟叶光合特性、类胡萝卜素和表面提取物含量的影响 陈摇 伟,蒋摇 卫,邱雪柏,等 (6877)……………
铜陵铜尾矿废弃地生物土壤结皮中的蓝藻多样性 刘摇 梅,赵秀侠,詹摇 婧,等 (6886)…………………………
圈养马麝刻板行为表达频次及影响因素 孟秀祥,贡保草,薛达元,等 (6896)……………………………………
田湾核电站海域浮游动物生态特征 吴建新,阎斌伦,冯志华,等 (6902)…………………………………………
马鞍列岛多种生境中鱼类群聚的昼夜变化 汪振华,王摇 凯,章守宇 (6912)……………………………………
基于认知水平的非使用价值支付动机研究 钟满秀,许丽忠,杨摇 净 (6926)……………………………………
综述
植物盐胁迫应答蛋白质组学分析 张摇 恒,郑宝江,宋保华,等 (6936)……………………………………………
沉积物氮形态与测定方法研究进展 刘摇 波,周摇 锋,王国祥,等 (6947)…………………………………………
野生鸟类传染性疾病研究进展 刘冬平,肖文发,陆摇 军,等 (6959)………………………………………………
鱼类通过鱼道内水流速度障碍能力的评估方法 石小涛,陈求稳,黄应平,等 (6967)……………………………
专论
IPBES的建立、前景及应对策略 吴摇 军,徐海根,丁摇 晖 (6973)…………………………………………………
研究简报
柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究 陈建文,王孟本,史建伟 (6978)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*344*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄11
封面图说: 滩涂芦苇及野鸭群———中国的海岸湿地,尤其是长江入海口以北的海岸线,多为泥质性海滩,地势宽阔低洼,动植物
资源丰富,生态类型独特,为迁徙的鸟提供了丰富的食物和休息、庇护的良好环境,成为东北亚内陆和环西太平洋鸟
类迁徙的重要中转站和越冬、繁殖地。 一到迁徙季节,成千上万的各种鸟类飞临这里,尤其是雁鸭类数量庞大,十分
壮观。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 22 期
2011 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 22
Nov. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:科技部林业公益性行业科研专项(200704005 / wb04);珠江三角洲森林生态系统定位站 CO2 / H2 O 通量系统仪器及设施建设项目
(揖2007铱66 号);华南主要森林优势种群净生产力多尺度长期观测与评价研究项目(200804006)
收稿日期:2011鄄01鄄05; 摇 摇 修订日期:2011鄄09鄄13
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zsjcsdwcbf@ 126. com
陈进,陈步峰,潘勇军,肖以华,史欣.帽峰山常绿阔叶林辐射通量特征.生态学报,2011,31(22):6766鄄6776.
Chen J, Chen B F, Pan Y J, Xiao Y H, Shi X. Characteristics of radiation fluxes of an evergreen broad鄄leaved forest in Maofeng Mountain, Guangzhou,
China. Acta Ecologica Sinica,2011,31(22):6766鄄6776.
帽峰山常绿阔叶林辐射通量特征
陈摇 进,陈步峰*,潘勇军,肖以华,史摇 欣
(中国林业科学研究院热带林业研究所,广州摇 510520)
摘要:常绿阔叶林作为南亚热带气候条件下森林的典型代表,在森林辐射研究中扮演着重要的角色。 基于广州帽峰山常绿阔叶
林 1 a的辐射观测数据,分析了其时序变化和分配等规律。 结果表明:太阳总辐射(K引)、反射辐射(K尹)和净辐射(Rn)通量日
变化呈典型的单峰曲线,大气逆辐射(L引)、森林长波辐射(L尹)呈余弦曲线,长波有效辐射(Ln)呈波浪形。 各辐射总量均为雨
季大于旱季,Ln除外;帽峰山常绿阔叶林 K引年总量为 4201. 22 MJ / m2,Rn、K尹和 Ln占其比例分别为 63% 、11%和 26% 。 Rn通量
分配率日变化呈倒“U冶型曲线,Ln和 K尹呈“U冶型曲线。 林冠上光合有效辐射(PARa)日平均值旱季小于雨季,林冠下(PARb)
则相反;PARa变异系数旱雨季均小于 PARb;PARa日变化呈典型的单峰曲线,PARb整体和 PARa一致,仅在中午时刻出现微弱双
峰。 PAR透射率日峰值出现时间范围与 K引基本一致,尤其是在雨季,PAR透射率日平均值雨季大于旱季。 帽峰山常绿阔叶林
PAR / K引比率为 20%左右。
关键词:辐射平衡;光合有效辐射;分配率;PAR / K引比率
Characteristics of radiation fluxes of an evergreen broad鄄leaved forest in Maofeng
Mountain, Guangzhou, China
CHEN Jin, CHEN Bufeng*, PAN Yongjun, XIAO Yihua, SHI Xin
Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, China
Abstract: Solar radiation is the primary energy source for ecosystems. The energy from net radiation ( Rn ) drives an
ecosystem忆s material cycling and energy flow. Radiation with a wavelength of 0. 4—0. 7 滋m is called photosynthetically
active radiation (PAR) and can be used by plants for photosynthesis. Southern subtropical, evergreen broad鄄leaved forests
play an important and representative role in the study of forest radiation. This study analyzed temporal changes and
distribution of solar radiation components based on radiation observations in Maofeng Mountain Forest Park, Guangzhou in
2010. Results show the diurnal variation in global radiation ( K引), reflected radiation ( K尹) and Rn can all be
represented by typical single鄄peak curves. Atmospheric inverse鄄radiation (L引) and forest long鄄wave radiation (L尹) can
be represented by cosine curves while effective long鄄wave radiation (Ln) can be represented by an undulating curve. Gross
radiation for each type measured, except for Ln, was greater in the rainy season than in the dry season. Annual gross K引 in
the evergreen broad鄄leaved forest in the Maofeng Mountain Forest Park was 4,201. 22 MJ / m2, of which Rn, K尹 and Ln
accounted for 63% , 11% and 26% of the radiation, respectively. Annual gross downward radiation was 16,374. 08 MJ /
m2, of which L引 and K引 accounted for 74. 34% and 25. 66% of the radiation, respectively. Annual gross upward
radiation was 13,726. 77 MJ / m2, of which L尹 and K尹 accounted for 96. 55% and 3. 45% of the radiation, respectively.
Diurnal variation in the Rn / K引 ratio showed an inverted U鄄shaped curve while the Ln / K引 and K / K引 ratios showed U鄄
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shaped curves. Daily mean PAR above the canopy (PARa) in the dry season was less than in the rainy season, and PAR
under the canopy (PARb) showed an opposite seasonal pattern. The coefficient of variation (CV) for PARa was less than for
PARb in both the dry and rainy seasons. Diurnal variation of PARa showed a typical single鄄peak curve, while the PARb curve
was similar but with a weak double鄄peak appearing at noon. The location of the PAR transmissivity peak mostly coincided
with the peak for K引 especially in the rainy season. Daily mean PAR transmissivity on rainy days was greater than on clear
days, especially in the dry season. Daily mean PAR transmissivity in the rainy season was greater than in the dry season.
PARa and PARb had a significant linear regression relationship on daily scale, but did not on monthly scale. PARa and K引
had a significant linear regression on both daily and monthly scales. The linear regression relationship between PARb and
K引 was only significant on a daily scale. The PAR / K引 ratio of the evergreen broad鄄leaved forest in Maofeng Mountain was
about 20% which was far less than the universal value of 50% . A comparison of K引 and Rn at this site with the forests in
different geographical positions and altitudes such as the tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna, the coniferous and
broad鄄leaved mixed forest in Dinghu Mountain, and the evergreen broad鄄leaved forest in Ailao Mountain, revealed the
evergreen broad鄄leaved forest in Maofeng Mountain had the lowest annual gross K引 and the highest Rn / K引 ratio.
Key Words: radiation balance; photosynthetically active radiation; distribution rate; PAR / K引 ratio
生态系统的能量输入主要来自太阳辐射[1],辐射平衡(又称净辐射)是维持生态系统生命代谢与物质循
环、能量流动的主要动力[1鄄2]。 光合有效辐射是太阳总辐射中波长范围为 0. 4—0. 7 滋m植物能用来进行光合
作用的那部分辐射,其准确的测定对净生产力和碳循环模型建立等方面显得非常重要[3鄄4]。 国内外关于不同
森林类型太阳辐射传输与分配[5鄄7]、辐射平衡与能量平衡[8鄄10]等方面的研究有很多,另外关于光合有效辐射的
研究亦不少[3鄄4,11鄄14]。 纵观这些研究发现,以往由于观测技术的限制,不少研究都缺乏长期连续系统的观测。
此外,用仪器设备同步测出不同传播方向和不同波长辐射通量的研究比较少[15鄄19],在此前提下国内对南亚热
带森林的研究则仅见于云南哀牢山[16]和广东鼎湖山[17]。 帽峰山常绿阔叶林是南亚热带气候条件下森林的
典型代表,本研究利用四分量净辐射仪和光合有效辐射仪同步长期连续观测,分析了辐射通量时序变化及相
互关系等规律,以期为南亚热带森林生态系统能量状况资料库提供更翔实的数据。
1摇 研究地概况与研究方法
1. 1摇 研究地概况
研究区域位于广州帽峰山森林公园(23毅16忆—23毅19忆 N、113毅22忆—113毅29忆 E),距广州市中心 23 km,以低
山为主,最高处海拔 535 m。 帽峰山原生植被为南亚热带季风常绿阔叶林,经过多次破坏及近 20 a 的天然更
新和人工更新,现在的植被为人工群落和天然次生群落的混合体,属于以华润楠(Machilus chinensis)、锥
(Castanopsis chinensis)、黄樟(Cinnamomum porrectum)、黧蒴锥(Castanopsis fissa)等优势种或建群种的次生性
季风常绿阔叶林。 土壤类型以赤红壤为主,有机质质量分数高,较肥沃。 帽峰山年平均气温 21. 0 益,最冷月
平均气温 13. 3 益,最热月平均气温 28. 4 益,年大气降水约 1700 mm,多集中于 4—9 月份,年平均相对湿度
76% 。 气象梯度观测塔(23毅17忆722义 N、113毅27忆918义 E)海拔 333 m,位于东南坡,坡度 18 毅,所处群落优势种与
帽峰山季风常绿阔叶林整体优势种一致,乔木平均胸径 18. 4 cm,平均树高 18. 1 m(周边 0. 6 hm2样地)。
1. 2摇 研究方法
1. 2. 1摇 辐射通量测定
气象观测设施安装于 36 m 高观测塔上(冠层高度约 18 m),地上部分共 7 层,净辐射仪( CNR鄄 1,
KIPP&ZONEN, Holland)安装在第 5 层(高度 25 m),朝向正南,枝臂长度为 1. 5 m,该仪器上下各有一组(长短
波长各 1 个)辐射观测探头,分别测定下行短波辐射(Downward short鄄wave radiation, K引)、上行短波辐射
(Upward short鄄wave radiation, K尹)、下行长波辐射(Downward long鄄wave radiation, L引)和上行长波辐射
(Upward long鄄wave radiation, L尹),其测量光谱范围短波为 305—2800 nm、长波为 5000—50000 nm。 光合有
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效辐射仪(LI190SB, Campbell, USA)安装于第 4 层(高度 21 m)和第 1 层(高度 3 m),分别测定林冠上与林冠
下光合有效辐射(Photosynthetically active radiation, PAR),记为 PARa和 PARb。
用采集器(CR鄄1000, Campbell, USA)进行数据记录,输出数据均为经仪器处理过的半小时平均值(下文
中若未作特别说明均指 0. 5h辐射通量平均值)。 本文使用数据日期范围为 2010 年 1 月 1 日至 2010 年 12 月
31 日,共 365 d。 其中,2010 年 1 月 1 日至 2010 年 5 月 23 日期间由于供电问题小部分数据缺失,利用帽峰山
地面常规气象站数据进行数据插补。
1. 2. 2摇 辐射通量相关计算
对于森林来说,森林的辐射平衡可分为林冠层辐射平衡和林地辐射平衡,二者之和为森林辐射平衡[2]。
本文将二者看作一个整体,考虑整个森林生态系统,则由边界层辐射传输理论可知,净辐射(Net radiation,
Rn)是森林生态系统收入辐射能和支出辐射能的差值,可表示为[1鄄2]:
Rn = (K引 + L引) - (K尹 + L尹) (1)
其中,按传播方向和波长划分的 K引、K尹、L引和 L尹,在物理意义上分别对应为太阳总辐射、反射辐射、
大气逆辐射和下垫面长波辐射[15]。
亦可表示为[1鄄2,16]:
Rn = (1 - r)·K引 - Ln (2)
式中,r为反射率表示为[16]:
r = K尹 / K引 (3)
Ln为长波有效辐射表示为[16]:
Ln = L尹 - L引 (4)
1. 2. 3摇 光合有效辐射相关计算
PAR透射率(Transmissivity, 姿)表示为[14]:
姿 = PARb / PARa (5)
PAR既可以表示为辐射能量通量形式,又可以表示为光量子通量( Photosynthetic photon flux density,
PPFD)形式[11,14],下文将根据实际情况选用。 二者单位换算如下:
1W / m2 =4. 6滋mol·m-2·s-1 (6)
1. 2. 4摇 数据处理
采用 Excel2007 和 SPSS17. 0 软件进行数据基本处理、绘图和统计分析。
2摇 结果与分析
2. 2摇 辐射通量日变化特征
本文中旱雨季辐射通量日变化指各季节的平均日变化。
2. 2. 1摇 短波辐射通量与净辐射通量日变化
K引、K尹与 Rn通量旱雨季日变化均呈规则单峰曲线(图 1),白昼均为正值,夜间和凌晨基本为零(K引与
K尹)或负值(Rn)。 清晨辐射通量开始急剧上升的时间旱季(7:00)均比雨季(6:00)晚 1 h,傍晚辐射通量开
始急剧降为零的时间旱季(18:00)均比雨季(19:00)早 1 h。 三者通量峰值旱季出现在 12:00,雨季出现在
13:00;通量日平均值、峰值旱季小于雨季(K尹峰值除外)。
2. 2. 2摇 长波辐射通量日变化
L引、L尹通量旱雨季日变化呈余弦曲线,二者之差的 Ln通量呈波浪形(图 2)。 L引通量谷值与峰值出现
时间旱季为 7:00 和 14:00,雨季为 6:00 和 14:00。 L尹通量谷值和峰值出现时间旱季(7:00、14:00)均比雨季
(6:00、13:00)滞后 1 h,鼎湖山针阔混交林也有类似结论[17],这可能是由于旱季日出时间晚,温度响应也顺势
较晚,最终致使 L尹响应较晚。 对于 Ln通量而言,白天由于低层大气中垂直温度梯度增大,Ln通量也增大。 而
夜间由于地面辐射冷却的缘故,Ln通量也逐渐减小,在清晨达到最小。
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图 1摇 旱雨季短波辐射通量与净辐射通量日变化
Fig. 1摇 Diurnal variation in short鄄wave radiation and net radiation in the dry and rainy seasons
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图 2摇 旱雨季长波辐射通量日变化
Fig. 2摇 Diurnal variation in long鄄wave radiation in the dry and rainy seasons
L引和 L尹通量日平均值、峰值和谷值旱季均远小于雨季;而 Ln通量则相反,即湿热天气条件下,Ln通量比
干冷时小,一方面由于旱季气温低导致长波辐射通量小,另一方面可能是旱季云层较少的缘故,而云层减少导
致的长波辐射通量下降值大于温度降低而导致的长波辐射通量下降值,从而出现上述现象。
2. 3摇 辐射通量分配率特征
2. 3. 1摇 各辐射通量分配率
旱雨季各辐射通量占太阳总辐射通量百分比大小顺序为 Rn>>Ln>K尹(表 1)。 Rn通量分配率旱季小于雨
季,说明旱季能量接收率低于雨季。 K尹通量分配率(亦即反射率)旱季大于雨季。 Ln通量分配率旱季大于雨
季,表明干冷天气条件下森林对近旁大气加热作用较湿热天气条件下强。
摇 表 1摇 旱雨季各辐射通量分配率 / %
摇 Table 1摇 Distribution rate of solar radiation components in the dry
and rainy seasons
项目 Items Rn K尹 Ln
旱季 Dry season 53. 77 11. 86 34. 37
雨季 Rainy season 71. 36 10. 72 17. 92
全年 One year 63. 01 11. 26 25. 73
2. 3. 2摇 各辐射通量分配率日变化
前文已经概括了各辐射通量分配率的大体规律,
本小节将进一步从日变化出发探讨具体每个时间段
的特征。 旱雨季 Rn通量和 Ln通量分配率日变化如图
3 所示。 Rn通量分配率日变化曲线呈倒“U冶型,总体
规律为清晨和傍晚较小,白昼较高。 Rn通量分配率全
天旱季都低于雨季。 Ln通量分配率日变化曲线与 Rn
通量相反呈“U冶型(图 3),日变化规律也和 Rn通量基
本相反,即清晨和傍晚百分率较高,白昼则很低。 旱
季 Ln通量分配率全天高于雨季。
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旱季长波有效辐射Ln
旱季净辐射Rn?
雨季长波有效辐射Ln?
雨季净辐射Rn?
旱季
雨季
时间 Time 时间 Time
百分
比
Perce
ntage
/%
图 3摇 旱雨季各辐射通量分配率日变化
Fig. 3摇 Diurnal variation in distribution rate of solar radiation components in the dry and rainy seasons
摇 摇 旱雨季 K尹通量分配率(亦即反射率)日变化如图 3 所示。 其日变化曲线旱雨季基本一致,基本成“U冶
型,总体规律为清晨和傍晚较高,白昼较低,且白昼有逐渐降低的趋势,全天反射率旱季高于雨季。
2. 4摇 各辐射通量及其分配率月际变化特征
各个月份各辐射通量以及其分配率都呈现出一定的变化规律(图 4)。 各辐射通量最大月份多为雨季月
份,最小月份多为旱雨季过渡月份(K引与 K尹)或旱季月份(Rn),Ln通量除外。 K尹通量分配率(亦即反射
率)各个月份变化不大,波动范围为 9. 26%—13. 33% ,这应该是由于地处南亚热带的原因,常绿阔叶林林相
整体变化不如落叶林明显。 Rn通量分配率各个月份变化规律较明显,基本成单峰曲线,说明雨季能量接收率
高于旱季且 6 月能量接收达到最大化。 Ln通量分配率各个月份间整体变化规律与 Rn通量分配率正好相反。
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n
nn
图 4摇 各辐射通量及其分配率月际变化
Fig. 4摇 Monthly variation in flux and distribution rate of solar radiation components
2. 5摇 辐射总量及其分配特征
旱雨季各辐射分量总量如表 2 所示,除 Ln外,其余辐射量分量均为雨季总量大于旱季。
表 2摇 旱雨季各辐射分量总量 / (MJ / m2)
Table 2摇 Gross for solar radiation components in the dry and rainy seasons
项目 Items K引 K尹 L引 L尹 Ln Rn
旱季 Dry season 1993. 6 236. 46 5576. 84 6262. 04 685. 2 1071. 94
雨季 Rainy season 2207. 62 236. 59 6596. 02 6991. 68 395. 66 1575. 37
1 年 One year 4201. 22 473. 05 12172. 86 13253. 72 1080. 86 2647. 31
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摇 摇 长短波辐射总量在上下行辐射总量中所占比例示于图 5。 帽峰山常绿阔叶林下行辐射年总量为
16374郾 08 MJ / m2,L引和 K引占下行辐射总量比例分别为 74. 34%和 25. 66% 。 帽峰山常绿阔叶林上行辐射年
总量为 13726. 77 MJ / m2,L尹与 K尹分别占上行辐射的 96. 55%和 3. 45% ,前者所占比例远远大于后者。 图 5
还表明,帽峰山常绿阔叶林 Rn、K尹和 Ln总量占 K引总量比例分别达到了 63% 、11%和 26% ,而鼎湖山[17]针阔
混交林对应比例分别为 61. 07% 、7. 82%和 31. 1% ,分别说明帽峰山常绿阔叶林能量接收率高于、反射率低于
以及对近旁大气加热作用小于鼎湖山针阔混交林。
比较 L引与 L尹年总量发现(表 2),前者是后者的 91. 84% ,远大于青藏高原的 72. 03% [20],并且大于鼎湖
山的 89. 2% [17]。 由此可见,帽峰山地区大气逆辐射比鼎湖山更强烈一些,与鼎湖山类似,帽峰山位于经济活
动繁多的珠江三角洲地区,大气中温室气体含量大,导致了大气逆辐射的强烈。 旱季 L引总量为 L尹总量的
89. 06% ,雨季为 94. 34% ,这可能是由于雨季天空云层水汽增多,大气逆辐射也相应增强。
n n
图 5摇 辐射年总量分配
Fig. 5摇 Distribution of annual gross radiation
由辐射平衡方程(公式 1 与 4)可以看出,决定森林辐射平衡 Rn的因素除了作为能量收入部分的 K引外,
主要的支出项为 K尹和 Ln,比较 Ln和 K尹年总量发现(表 2),前者是后者的 2. 28 倍,这比平地的数值大(约为
1. 1 倍)但却远远小于鼎湖山针阔混交林(约 3. 97 倍) [17],可能是由于帽峰山常绿阔叶林表面较鼎湖山针阔
混交林光滑等原因,造成 Ln总量较小且 K尹总量较大,产生上述结论。
2. 6摇 光合有效辐射特征
2. 6. 1摇 光合有效辐射旱雨季统计特征
由表 3 可知,PARa日平均值旱季小于雨季,PARb则相反,这可能是由于雨季属于生长旺盛期,光合作用
强,林内郁闭度大,能到达林下的 PARb反而小;从 PARa和 PARb的差值也可以看出,旱雨季差值分别为 113. 59
滋mol·m-2·s-1和 118. 54 滋mol·m-2·s-1,雨季 PAR利用率高于旱季。 PARa变异系数旱雨季均小于 PARb,这是由
于光从林冠进入林内开始,林内情况的复杂多变使其变异系数增大;还可以发现,PARb变异系数雨季
(1郾 6178)大于旱季(1. 5089),这可能是由于雨季生长旺盛,林内情况更为复杂。
表 3摇 光合有效辐射旱雨季日统计特征
Table 3摇 Diurnal statistical characteristics of PAR in the dry and rainy seasons
项目 Items
旱季 Dry Season
PARa PARb
雨季 Rainy Season
PARa PARb
平均值 Mean / (滋mol·m-2·s-1) 120. 83 7. 24 125. 47 6. 93
变异系数 Coefficient of variation 1. 3728 1. 5089 1. 3467 1. 6178
2. 6. 2摇 光合有效辐射及其透射率日变化
PAR具有明显的日变化规律(图 6)。 林冠上 PARa呈典型的单峰曲线,黑夜为零,白昼成开口向下的抛物
线变化,通过对比发现其与太阳总辐射日变化十分吻合。 而林冠下 3m高位置的 PARb日变化亦非常显著,整
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体呈和 PARa规律一致,仅在中午时刻 PARb会出现微弱的双峰变化。
a b
a b a b
图 6摇 旱雨季光合有效辐射日变化
Fig. 6摇 Diurnal variation in PAR in the dry and rainy seasons
0.05
0.15
0.25
0.350.400.30
0.20
0.10
0
0.45 旱季
雨季
光合
有效
辐射
透射
率
PAR
trans
miss
ivity
8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00
时间 Time
图 7摇 旱雨季光合有效辐射透射率日变化
摇 Fig. 7 摇 Diurnal variation in PAR transmissivity in the dry and
rainy seasons
由 PAR透射率日变化(图 7)可以看出,旱雨季均
呈波浪式变化,旱季在 11:00 和 14:00 各有一峰值,雨
季则在 13:00 出现明显峰值。 初步可以看出,PAR 透射
率日峰值出现时间范围与 K引日峰值出现时间范围基
本一致,尤其是在雨季峰值出现时间与 K引完全一致,
分析原因一方面是由于中午左右太阳高度角达到最大,
其透过林冠的厚度相对较小,被林冠截留量相对减小,
从而使到达林冠下的 PAR 增多[21];另一方面则说明此
时林木枝叶受太阳辐射刺激后通过改变枝叶形态、方
位、关闭气孔等措施达到避免辐射损伤和减少水分蒸腾
的效果,从而致使冠层对 PAR 的吸收减少。 PAR 透射
率日平均值雨季大于旱季。
ba
ab
图 8摇 光合有效辐射、其透射率及其占太阳总辐射比率月际变化
摇 Fig. 8摇 Monthly variation in PAR, PAR transmissivity (姿) and
ratio of PAR to K引
2. 6. 3摇 光合有效辐射、其透射率以及其占太阳总辐射比率月际变化
如图 8 所示,8 月 PARa达到最大为 185. 12 滋mol·m-2·s-1,4 月达最小为 63. 17 滋mol·m-2·s-1;3 月 PARb达
最大为 17. 91 滋mol·m-2·s-1,12 月达最小为 3. 69 滋mol·m-2·s-1。 PAR透射率 1—3 月呈底数大于 1 的对数函数
曲线变化,3—12 月呈底数小于 1 的指数函数曲线变化;1、2、3 月比例分别为 0. 11、0. 15、0. 16,接着便减速地
减小到 10、11、12 月的 0. 03。 PARa / K引比率月际变化不明显,基本维持在 0. 2 左右;PARb / K引比率月际变化
与 PAR透射率一致。
2. 6. 4摇 光合有效辐射之间及其与太阳总辐射辐射线性
回归分析
(1) PARa和 PARb线性回归分析
对 PARa和 PARb进行线性回归分析发现(图 9),在
日尺度相伴概率 P小于 0. 01,说明 PARa和 PARb线性回
归关系显著,判定系数 R2仅为 0. 391,说明线性回归方
程对原始数据的拟合程度一般。 但在月尺度相伴概率
P大于 0. 05,即 PARa和 PARb线性回归关系不显著,表
明在月尺度二者回归方程不可信。 这是由于林木生长
的动态性致使林冠上与林冠下 PAR 不能简单地用线性
回归关系表示,而应该引进某一参数(比如说叶面积指
数)进而再进行回归分析,方才可能较准确描述二者之
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间关系。
图 9摇 林冠上光合有效辐射 PARa 与林冠下光合有效辐射 PARb 回归分析
Fig. 9摇 Regression analysis between PARa and PARb
(2) 光合有效辐射与太阳总辐射线性回归分析
将 PAR与 K引进行线性回归分析(图 10)。 PARa与 K引在日尺度线性回归方程如下:PARa = 0. 197K引+
0. 424,R2 =0. 985,P=0. 000<0. 01,线性回归关系显著;月尺度回归方程如下:PARa = 0. 192K引+1. 148,R2 =
0. 985,P=0. 000 <0. 01,线性回归关系显著。 PARb与 K引在日尺度线性回归方程如下:PARb = 0. 009K引+
0郾 017,R2 =0. 399,P = 0. 000 <0. 01,线性回归关系显著; PARb与 K引在月尺度线性回归方程如下:PARb =
-0郾 005K引+2. 360,R2 =0. 063,P=0. 429>0. 05,二者之间线性回归关系不显著,表明在月尺度二者回归方程
不可信。
由上述分析不难看出,PARa与 K引的判定系数比 PARb大,回归方程拟合度更好,这是因为 PARb所处林内
环境复杂多变,与 PARa及 K引同步性较差。
a b
图 10摇 光合有效辐射与总辐射回归分析
Fig. 10摇 Regression analysis between PAR and K引
3摇 讨论
3. 1摇 辐射通量及其分配率
高水平 Rn通量及其分配率使雨季森林具有更多可支配能量,主要用于森林生态系统蒸散作用(潜热通
量),还用于显热通量、土壤热通量和冠层热储量以及光合作用等。 旱季较高的 Ln通量及其分配率说明大气
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与森林生态系统下垫面气温差较大,下垫面对大气较强的热力效应可以减小较低气温对植物生长产生的
胁迫[16]。
已有研究表明,反射率与下垫面粗糙度、湿度和太阳高度角都成负相关关系[2]。 旱季太阳高度角小,下
垫面干燥且粗糙度低,从而反射率旱季高于雨季;另外,森林结构对反射率也有影响,旱季郁闭度较小,到达林
地土壤表面的辐射较多,而干燥的林地土壤使反射较雨季多。 一天中,早晚太阳高度角小,因而早晚反射率
高,白昼反射率低。 此外,南亚热带常绿阔叶林叶面积指数四季变化不大,因而在较大时间尺度上主要影响反
射率的可能是太阳高度角,在较小时间尺度上,影响反射率的主要因子则可能是天气状况[17]。
一般说来,K引随海拔的增加而增加[22]。 比较不同地理位置和海拔高度森林 K引与 Rn(表 4)发现,帽峰
山常绿阔叶林 K引与 Rn年总量均小于低纬度的西双版纳热带季节雨林[18],这是由热带特殊的气候环境决定
的,并且后者海拔高于帽峰山;与纬度较接近的鼎湖山[17]和哀牢山[16]相比,虽然 K引年总量分别比二者低
396. 28 MJ / m2和 945. 18 MJ / m2,但 Rn年总量比鼎湖山低 160. 59 MJ / m2,且比哀牢山高 522. 52 MJ / m2;西双版
纳、帽峰山、鼎湖山和哀牢山 Rn / K引比率分别为 60% 、63% 、61%和 41% ,说明虽然帽峰山常绿阔叶林可能由
于地理位置和海拔等具体条件限制而导致 K引年总量较低,但其 Rn / K引比率却是四种森林类型中最高的,除
去海拔原因外,还可能是因为帽峰山距离广州市区仅 23 km,属于近郊城市林,其上方大气环境受广州市区影
响较大,温室气体和大气颗粒物等较多,致使到达森林生态系统的 K引相对较少,且同时温室气体等又使气温
和 L引升高。
表 4摇 不同地理位置和海拔森林 K引与 Rn年总量 / (MJ / m2)
Table 4摇 Annual gross K引 and Rn in different geographical positions and altitudes
森林类型
Forest type
地理位置
Geographical position
海拔
Altitude / m K引
Rn Rn / K引
西双版纳热带季节雨林
Tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna[18]
21毅57忆 N、101毅12忆 E 756 5018. 75 3010. 25 60%
帽峰山常绿阔叶林
Evergreen broad鄄leaved forest in Maofeng Mountain 23毅17忆 N、113毅27忆 E 333 4201. 22 2647. 31 63%
鼎湖山针阔混交林
Coniferous and broad鄄leaved mixed forest in Dinghu Mountain[17]
23毅10忆 N、112毅34忆 E 100—700 4597. 50 2807. 90 61%
哀牢山常绿阔叶林
Evergreen broad鄄Sleaved forest in Ailao Mountain[16]
24毅32忆 N、101毅01忆 E 2450 5146. 40 2124. 80 41%
3. 2摇 光合有效辐射
旱雨季典型晴天与雨天 PAR透射率日变化如图 11 所示。 典型晴天 PAR透射率日变化在 12:00(11 月 23
日)及 13:00(7 月 6 日)分别有一峰值,这与对应 K引通量日变化峰值出现时间完全一致,典型雨天 PAR 透射
率日变化则无明显峰值出现,这应该是由于大气水汽使到达森林的 PAR 大幅减弱,K引通量白昼平均值晴天
分别为 413. 13 W / m2(11 月 23 日)和 415. 88 W / m2(7 月 6 日),雨天则仅为 16. 92 W / m2(12 月 25 日)和
56郾 66 W / m2(6 月 26 日)。 11 月 23 日、7 月 6 日、12 月 25 日和 6 月 26 日 PAR 透射率白昼均值分别为 0郾 12、
0郾 26、0. 23 和 0. 29,对比发现,PAR透射率旱雨季均为雨天大于晴天,且旱季尤其明显,而经统计,2010 年帽
峰山旱雨季雨天所占比例分别为 30. 2%和 57. 9% ,由此综合全年来看,不难理解 PAR透射率雨季大于旱季。
由于试验条件的限制,很多地区没能够直接进行 PAR测定,因此常需要通过其它更常测定的辐射量来推
算 PAR,而用的最普遍的就是 K引[11]。 传统方法认为在时间尺度大于 30 min情况下,PAR / K引比例一般为固
定的 50% [23鄄24],然而,McCree[25鄄26]指出假设 PAR / K引比率为固定值来计算 PAR时必须引进某一系统误差,且
大多研究认为 PAR / K引比率并非固定不变,即使在晴天也会有微小变动[27鄄28]。 PAR / K引比率的变异受局部
气候以及云量、浑浊度和大气含水量影响[11]。 Frouin和 Pinker[4]指出为了确保用 K引估算 PAR 的准确性,必
须对 PAR / K引比率进行长期观测。 本文研究结果显示,帽峰山常绿阔叶林 PAR / K引比率在日尺度下仅为
20%左右,远小于 50% ,同时也小于鼎湖山的 40% [17],由此可见,当用 K引来估算 PAR 时直接取 50%这一比
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00.1
0.20.3
0.40.5
0.60.7
0.80.9
1.0 ?
00.05
0.15
0.25
0.350.30
0.20
0.10
?

晴天 雨天2010-11-232010-07-06
2010-12-252010-06-26
光合
有效
辐射
透射
率
PAR
trans
miss
ivity
时间 Time7
:00 8:00 9:00 10:00 11:00 1 2 : 0 0 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
图 11摇 旱雨季典型晴天和雨天光合有效辐射透射率日变化
Fig. 11摇 Diurnal variation in PAR transmissivity on typical clear and rainy days in the dry and rainy seasons
例会有较大误差,应根据实际情况确定该系数。 目前,通过同时观测 PAR 和 K引来探讨二者之间关系的研究
已有不少[28鄄31],这些结果应用于观测地区或者气候相近地区效果较好,但应用到其它地区则会出现很大问
题[32]。 为了克服地域和气候的局限性,一些基于物理理论的模型被创建[32鄄34],但大多模型只适用于晴天。
本研究尚有一些缺憾之处:本文是将森林冠层、林内和林内地面看作一个整体来研究,林内和林内地面辐
射状况未有涉及;本文主要侧重于辐射平衡的角度研究能量,而没有从显热和潜热的能量利用方式角度研究;
林内 PAR的观测仅为一层,对探讨 PAR在林内的变化还远不够,有条件的话可以考虑加设林内 PAR 观测梯
度;本文中所用 PAR透射率只能粗略反映其在林冠中的传输状况,衡量林分冠层对 PAR吸收的重要指标消光
系数才能真正反映冠层中枝叶本身的受光情况及其光学性质[21],而计算消光系数的重要参数叶面积指数本
研究并未进行测量;对于林木对光的利用情况则最好配以 Li鄄6400 光合仪定期测定林木光合作用,以便定量
研究。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 22 November,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Hyperspectral estimation models for plant community water content at both leaf and canopy levels in Wild Duck Lake wetland
LIN Chuan, GONG Zhaoning, ZHAO Wenji (6645)
………
………………………………………………………………………………
Potential distribution of rice in china and its climate characteristics DUAN Juqi,ZHOU Guangsheng (6659)…………………………
Effects of seed soaking with soybean isoflavones on soybean seedlings under salt stress
WU Yumei, ZHOU Qiang, YU Bingjun (6669)
………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Ecophysiological responses and adaptation of Tamarix ramosissima to changes in groundwater depth in the Heihe river basin
ZHANG Pei, YUAN Guofu, ZHUANG Wei, et al (6677)
…………
…………………………………………………………………………
Melica przewalskyi population spatial pattern and response to soil moisture in degraded alpine grassland
ZHAO Chengzhang,GAO Fuyuan,SHI Fuxi,et al (6688)
………………………………
……………………………………………………………………………
A study on ecological compensation standard for Zaoshi Water Conservancy Project based on the idea of ecological footprint
XIAO Jianhong, CHEN Shaojin, YU Qingdong, et al (6696)
…………
………………………………………………………………………
Spatial鄄temporal variation of NPP and NDVI correlation in wetland of Yellow River Delta based on MODIS data
JIANG Ruizhu, LI Xiuqi, ZHU Yongan, et al (6708)
……………………
………………………………………………………………………………
Marshclassification mapping at a community scale using high鄄resolution imagery LI Na, ZHOU Demin, ZHAO Kuiyi (6717)………
The impact of bacterial鄄feeding nematodes on root growth of Arabidopsis thaliana L. and the possible mechanisms
CHENG Yanhong, CHEN Xiaoyun, LIU Manqiang, et al (6727)
……………………
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Spatial and dynamic analysis of plantations in Xishuangbanna using network K鄄function
YANG Juejie,LIU Shiliang,ZHAO Qinghe,et al (6734)
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Contrastive analysis and climatic response of tree鄄ring gray values and tree鄄ring densities
ZHANG Tongwen, YUAN Yujiang, YU Shulong, et al (6743)
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Fractal structure of dominant tree species in north鄄facing slope of mountain of northern Hebei
TIAN Chao,LIU Yang,YANG Xinbing,et al (6753)
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Characteristics of radiation fluxes of an evergreen broad鄄leaved forest in Maofeng Mountain, Guangzhou, China
CHEN Jin, CHEN Bufeng, PAN Yongjun, et al (6766)
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Effects of seed鄄dressing agents on groundnut and rhizosphere microbes LIU Dengwang,ZHOU Shan,LIU Shengrui,et al (6777)……
Time series prediction of the concentration of chlorophyll鄄a based on RBF neural network with parameters self鄄optimizing
TONG Yuhua, ZHOU Hongliang,HUANG Zhefeng,et al (6788)
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A trend surface analysis of geographic variation in the triats of seeds and seedlings from different Quercus acutissima provenances
LIU Zhilong, YU Mukui, MA Yue, et al (6796)
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Comparisons of relationships between leaf and fine root traits in hilly area of the Loess Plateau, Yanhe River basin, Shaanxi
Province, China SHI Yu,WEN Zhongming,GONG Shihui (6805)…………………………………………………………………
An analysis on the water status in twigs and its relations to the drought resistance in Five woody plants living in arid zone
TAN Yongqin, BAI Xinfu, ZHU Jianjun, et al (6815)
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The effect of fire on soil properties in a Pinus massoniana stand XUE Li, CHEN Hongyue, YANG Zhenyi, et al (6824)……………
Water鄄environment effects of industry structure in Taihu Lake Basin in Jiangsu Province
WANG Lei, ZHANG Lei, DUAN Xuejun, et al (6832)
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Effect of high temperature on enzymic activity, pigment content and chlorophyll fluorescence of two Kappaphycus species
ZHAO Sufen, HE Peimin (6845)
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Analysis on characteristics of a typical drought event in Jiangsu Province
BAO Yunxuan, MENG Cuili, SHEN Shuanghe, et al (6853)
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Surface heat flux and energy budget for semi鄄arid grassland on the Loess Plateau
YUE Ping,ZHANG Qiang,YANG Jinhu,et al (6866)
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Effects of light quality on photosynthetic characteristics and on the carotenoid and cuticular extract content in tobacco leaves
CHEN Wei, JIANG Wei,QIU Xuebai,et al (6877)
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Cyanobacterial diversity in biological soil crusts on wastelands of copper mine tailings
LIU Mei, ZHAO Xiuxia, ZHAN Jing, et al (6886)
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Stereotypic behavior frequency and the influencing factors in captive Alpine musk deer (Moschus sifanicus)
MENG Xiuxiang, GONG Baocao, XUE Dayuan, et al (6896)
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Zooplankton ecology near the Tianwan Nuclear Power Station WU Jianxin, YAN Binlun, FENG Zhihua, et al (6902)………………
Diel variations of fish assemblages in multiple habitats of Ma忆an archipelago, Shengsi, China
WANG Zhenhua, WANG Kai, ZHANG Shouyu (6912)
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A novel cognitive鄄based approach to motivation for non鄄use value ZHONG Manxiu, XU Lizhong, YANG Jing (6926)………………
Review
Salt鄄responsive proteomics in plants ZHANG Heng, ZHENG Baojiang, SONG Baohua, et al (6936)…………………………………
Research progress on forms of nitrogen and determination in the sediments LIU Bo, ZHOU Feng, WANG Guoxiang, et al (6947)…
Review of research progress of infectious diseases in wild birds LIU Dongping, XIAO Wenfa, LU Jun, et al (6959)…………………
Review on the methods to quantify fish忆s ability to cross velocity barriers in fish passage
SHI Xiaotao, CHEN Qiuwen, HUANG Yingping, et al (6967)
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Monograph
Intergovernmental Science鄄Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services: foundation, prospect and response strategy
WU Jun, XU Haigen, DING Hui (6973)
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Scientific Note
A comparative study of the spatial鄄temporal patterns of fine roots between young and mature Caragana korshinskii plantations
CHEN Jianwen, WANG Mengben, SHI Jianwei (6978)
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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
Journal
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 22 期摇 (2011 年 11 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 22摇 2011
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