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探讨人工橡胶林总初级生产力与颜色指数之间的关系

时间:2019-02-14 07:52 来源: 作者: 点击:

随着电子技术的迅猛发展,利用数码相机监测植物物候成为可能,为理解林冠光合的季节变异与物候之间的关系提供了机会。而在引种的人工利来国际ag下载橡胶林中,由于其集中落叶和生长季林冠颜色变化不明显等特征导致在探究此关系时存在一定的不确定性。


中国科学院西双版纳热带植物园全球变化研究组博士研究生周瑞伍在研究员张一平的指导下,以西双版纳1982年种植的橡胶林为研究对象,使用通量塔测量的总初级生产力(Gross Primary Production,GPP)以及数码相机拍摄的林冠照片,计算得到颜色指数,在日尺度上探讨了橡胶林总初级生产力与颜色指数之间的关系,并使用颜色指数模拟总初级生产力(GPP)。研究结果表明:(1)人工橡胶林林冠绿度强度(Strength of green)、色相(Hue)与总初级生产力(GPP)展现了清晰的季节格局,在不同的物候期使用颜色指数模拟的总初级生产力与实测总初级生产力之间呈现不同的相关性;(2)实测人工橡胶林总初级生产力与林冠绿度强度关系较好,特别是在展叶期。(3)在正常年份,人工橡胶林林冠绿度强度、色相、光合有效辐射分量(Fraction of Photosynthetically Active Radiation,FPAR)以及归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)均可较好地模拟人工橡胶林的总初级生产力,但使用颜色指数模拟的总初级生产力被低估。结果表明林冠颜色指数较好地模拟非本土森林植被的总初级生产力,同时表明数字相机在监测生物和非生物事件的发生中具有很好的效果。

探讨人工橡胶林总初级生产力与颜色指数之间的关系

实测人工橡胶林总初级生产力与林冠绿度强度、色相、光合有效辐射分量以及归一化植被指数模拟总初级生产力之间的关系。


相关研究结果以Relationship between gross primary production and canopy colour indices from digital camera images in a rubber(Hevea brasiliensis)plantation,Southwest China为题发表在Forest Ecology and Managemen上。该研究得到国家自然科学基金(31770528,U1602234)、国家重点研发计划(2016YFC0502105)、版纳植物园“一三五”专项突破一(2017XTBG-F01,2017XTBG-T01),以及中科院国际人才计划(2017VCA0036)等的资助。

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目前不同学者对橡胶林土壤水分涵养能力还存在一定的争议。有学者认为橡胶林也具有近似热带雨林的水文功能,可以有效涵养水源和保持土壤水分,而有的学者认为橡胶林会增加系统蒸散发量,从而导致旱季林地土壤水分亏缺,影响橡胶树的生长。交换性盐基离子(Ca2+,Mg2+,K+和Na+)在很大程度上反映了土壤的保肥和缓冲能力,是评价土壤质量的重要指标之一。橡胶-大叶千斤拔复合林作为环境友好型橡胶林建设的主要推广模式之一,已在西双版纳地区进行了一定规模的种植。


中国科学院西双版纳热带植物园农林复合生态系统研究组副研究员刘长安通过对不同年龄橡胶林和橡胶-大叶千斤拔复合林的研究发现,橡胶林0-90厘米土层的土壤水分会随着橡胶种植年限的增加而增加。林龄较低的橡胶林年生物量累积量较大,需要消耗大量的土壤水分,而成熟橡胶林生长放缓,耗水较少,土壤水分含量较高。成熟橡胶林0-90厘米土层土壤贮水量和附近的热带雨林相比并没有太大差异。因此,相关人员在评价橡胶林水分平衡时,应该把林龄作为一个重要因素纳入评价体系。

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在旱季,橡胶林30-90厘米土层土壤水分含量通常大于20%(大约为橡胶林田间持水量的60%,通常认为土壤含水量大于田间持水量的60%不会对植物造成水分胁迫),胶林可以利用30-90厘米土层的土壤水分来躲避干旱胁迫。大叶千斤拔引入橡胶幼林会增加30-90厘米土层土壤水分的消耗,而引入成熟橡胶林对0-90厘米土层的土壤水分没有显著影响。0-90厘米土层土壤交换性盐基总量随着橡胶林种植年龄的增长呈现急剧下降趋势。当土壤酸碱度(pH)低于5.5时,每降低一个单位的土壤酸碱度(pH)会有7.85 cmol·kg-1盐基释放淋溶掉。大叶千斤拔引入橡胶林可以通过固氮减少橡胶林氮肥的投入,并通过缓解土壤酸化进程显著降低土壤盐基释放速率。因此,在环境友好型橡胶林建设中,科研人员在考虑土壤碳氮磷等土壤指标的同时,更应该关注土壤酸化对交换性盐基离子(Ca2+,Mg2+,K+和Na+)的影响。橡胶林交换性盐基离子(Ca2+,Mg2+,K+和Na+)流失是土壤酸化导致胶体结构破坏的结果,而土壤胶体结构破坏是很难修复的。因此,在环境友好型橡胶林的推广示范过程中,应采取措施让土壤酸碱度(pH)尽量保持在5.5以上,以防止交换性盐基的急剧流失。


相关研究成果以The effects of introducing Flemingia macrophylla to rubber plantations on soil water content and exchangeable cations为题,发表在国际期刊CATENA上。该研究得到国家自然科学基金(31470639)、云南省自然科学基金(2017FB059,2016FA047)、中科院重点部署项目(KFZD-SW-312)和西双版纳州科技局项目(200915,201116)的资助。