热带雨林和不同林龄橡胶林碳水交换及其生态系统生理调控机制研究

The ecosystem physiology of a primary tropical rain forest and a rubber plantation age series is going to be investigated in the study. Not only environmental consequences on converting rain forest into rubber plantation but also some theoretical issues will be addressed. A comprehensive method, which includes eddy covariance techniques, catchments water balance, xylem sapflow, dendrometer, forest microclimate, and radioactive carbon will be introduced. The aim of the study is 1) to make a thorough comparison on carbon and water exchange of primary tropical rain forest and rubber plantation; 2) understand the ecosystem physiology of a rubber plantation age series; 3) take the advantages eddy covariance technique and biometric method to develop a linkage between these two method and provide a more precise estimation of carbon balance; and finally 4) analysis the ecosystem physiological parameters and how this affect ecosystem gas exchanges. Based on the work, 8-10 papers will be published includes 2-3 in SCI. 3-4 master or phd students will be grow up and obtain their certification in the study.

以不同林龄的橡胶林和原始的热带雨林为研究对象，通过综合涡度相关技术、集水区水平衡法、树干液流监测技术、树干生长环监测技术、森林小气候监测技术和放射性同位素14C分析方法，开展热带雨林和不同林龄橡胶林碳水交换及其生态系统生理调控机理研究。研究目的：1）原生热带雨林和人工橡胶林碳循环和水平衡过程比较；2）热带人工橡胶林林龄序列的碳平衡动态；3）生产力生物调查法、碳库动态生物调查法和涡度相关技术在评价热带人工纯林和原始雨林中的优势和缺点，"链接"生物调查法和涡度相关法；4）生态系统的生理特征参数对碳水交换的影响及其机理。基于本研究发表论文8-10篇，其中SCI论文2-3篇，培养博士、硕士研究生3-4名。

本研究围绕着研究目标，按计划选择了不同林龄橡胶林样地，设置了观测设施，开展了相关研究，回答了所提出的科学问题。本研究以不同林龄的橡胶林和原始的热带雨林为研究对象，综合多种实验方法，利用观测和数据分析得出：1）生物调查法和微气象法的研究结果均表明原生热带雨林和人工橡胶林为碳汇。基于生物调查方法，橡胶林NEP约为790 gC m-2 yr-1；基于涡度相关法，橡胶林NEE约为904 gC m-2 yr-1，均高于热带雨林（1.67t C ha-1 yr-1）。2）橡胶林林龄序列的碳储量和橡胶产量均随种植周期的增加而增加；若兼顾不同种植周期的经济效益（橡胶产量）和生态效益（碳储量），当种植周期为40年时，其效益达最大值，可以认为橡胶林的种植周期为40年最佳；3）橡胶树蒸腾速率为昼高夜低的单峰曲线，晴天平均蒸腾速率、蒸腾量是雨天的4 倍之多；雨季蒸腾启动时间较干季提前0.5~1.0 h、峰值时间较干季提前2.0~4.5 h，观测阶段日平均蒸腾量为27.84 kg·d-1；4 月蒸腾量最大，其值为54.3 mm，11 月蒸腾量最小，其值为29.6 mm；4）施肥能显著提高橡胶林的N2O排放量，施肥处理的N2O排放量（3.82 kg N ha-1 yr-1）是不施肥橡胶林(2.45 kg N ha-1 yr-1)的1.6倍。橡胶林的N2O排放系数为1.96%，施肥使得橡胶林的N2O排放量的全球变暖潜势（Global Warming Potential，GWP）效应增加，减少了橡胶林5.6%的碳汇量，按照西双版纳现有的橡胶林和热带雨林的面积比例计算，橡胶林N2O排放抵消了热带雨林的碳汇的17.8%，增加了区域的GWP潜力。5）施肥处理没有改变橡胶林土壤CO2排放的时间变化特征；不同施肥处理和对照的橡胶林土壤CO2排放均呈现出雨季大于干季的趋势；不同施肥处理的土壤CO2月排放量大于对照；施肥处理在一定程度上可促进土壤呼吸，使土壤CO2 排放增加。这些研究结果表明，橡胶林的碳水过程存在林龄序列，并因管理方式的差异而有差异。已发表论文9篇（SCI论文 5篇）。培养博士生5人（毕业2人），硕士生4人（毕业2人，转博1人），博士后2人（出站1人）；研究团队1人由研究员3级晋升为2级，1人由助理研究员晋升为副研究员。