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叶面积指数准确测量助力解释温带森林CO2通量年际波动

发布时间:2020-12-29

作者:帽儿山站

 

ChinaFLUX帽儿山森林生态站在准确测量森林叶面积和揭示CO2通量年际波动研究方面取得新进展。 

叶面积指数(LAI)是影响森林生态系统碳循环的重要生物因子,精确的LAI地面测量对于验证和提高遥感LAI产品、探究生态系统碳收支年际波动非常重要。凋落物收集法是非破坏实测落叶林LAI时间动态的唯一性方法,建立一个标准化的、实用可靠的凋落物收集法测量LAI的方案,对于准确量化森林碳收支具有重要意义。东北林业大学王传宽教授和王兴昌副教授带领刘帆博士通过测量温带落叶阔叶林46个木本植物种的绿叶和衰老叶片的叶面积、干质量和比叶面积(SLA),结合文献中常用的6种方案量化叶面积收缩和质量损失对SLALAI的影响,评估了SLA的时空变异以及SLA取样方案对LAI估计的影响。研究发现,凋落叶SLA的不恰当测量方案可导致林分水平LAI测量值存在−32.4%~9.0%的相对误差。由此,提出一种新的实用可靠的凋落叶SLA测量方案:先烘干称重,然后用饱和湿润滤纸复水后测量叶面积,最后校正复水后叶面积相对于绿叶的叶面积收缩。研究还发现,由SLA取样方案的不当可导致LAI测量值−12.4%~22.3%的相对误差。权衡工作量和精度,推荐在凋落高峰取样,考虑SLA空间变异来精确量化LAI的空间格局;忽略SLA空间变异但考虑时间变异来监测LAI年际波动和验证MODIS LAI时间序列。测量和取样方案共同构成了基于凋落物法测量落叶林LAI的标准方法。该方案可以通过测量叶寿命分布推广应用到常绿森林。

LAI测量方法论为研究CO2通量的生物控制奠定了基础。以中国东北帽儿山温带落叶林为研究对象,基于连续11年(2008~2018)的CO2通量测定探索森林生态系统CO2通量的年际动态及其与生物物理因子(包括林冠物候、叶面积指数、气象因子等)的互作关系。帽儿山温带落叶林生态系统平均净碳交换量(NEE)、总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Re)分别为−157±641356±1481200±138 g C m−2 yr−1。年GPPRe对春季和秋季土壤含水率的响应大致相互抵消,导致环境因子对NEE年际波动的影响微弱。春季降水和秋季光合有效辐射是影响春、秋NEE的主要环境因子。NEE年际波动由CO2净吸收期长度和夏季净吸收峰值联合控制,而GPPRe由夏季峰值主导。年GPP的增长趋势由叶片水平的光合能力而不是最大LAI决定。物候是决定春季和秋季CO2通量的主要生物因子。该研究首次评价了东北亚地区独特的季风气候下温带落叶阔叶林碳收支对生物与环境因子的响应,有助于加深气候变化与森林相互作用的理解。

相关研究成果“Towards a standardized protocol for measuring leaf area index”“Sampling protocols of specific leaf area for improving accuracy of the estimation of forest leaf area index”“Environmental and biotic controls on the interannual variations in CO2 fluxes of a continental monsoon temperate forest”相继发表在《Forest Ecology and Management》(IF=3.17)和《Agricultural and forest meteorology》(IF=4.651)上。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378112719306528

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168192320303889

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168192320303348

 

 

1 10种简化的比叶面积(SLA)取样方案估计的样地水平2012~2018年平均最大叶面积指数(LAI)与参考LAI对比

 

2 2008~2018年的年、春季、夏季和秋季CO2通量距平的时间动态

 

3 物候和生理参数对年CO2通量年际波动的相对重要性

 

4 GPP与叶片水平GPP峰值和最大LAI的关系