朗乡林业局东折棱河林场阔叶红松林结构分析

文章首先阐述了森林生态系统经营的概念及国内外研究概况.为了给森林生态系统经营研究提供依据,对朗乡林业局东折棱河林场的阔叶红松林选取9个标准地进行了调查.通过分析其林分垂直结构、空间分布格局、更新情况,掌握阔叶红松林的状况.研究发现东折棱河林场的阔叶红松林可以明显的分为乔木层、灌木层和革本层,其中乔木层又可分为主林层和次林层;针阔比例比较适宜;树木多为随机分布和均匀分布.     

阔叶红松林的研究综述

根据５０多篇阔叶红松林研究文献综合论述我国阔叶红松林研究历史，并根据这些文献对阔叶红松林研究所关心的演替，经营等主要问题进行了全面系统地论述。     

采伐强度对阔叶红松林生态系统碳密度恢复的影响

  目的  通过对不同采伐强度干扰阔叶红松林生态系统碳密度的估算,探讨其伐后30年的恢复状况,解析采伐强度、生态系统各组分碳密度及其与林分结构间的关系,为以生态系统碳汇功能提升和物种多样性保护等为目标的森林经营提供科学依据。  方法  以汪清林业局不同采伐强度干扰的阔叶红松林为对象,通过对未采伐和Ⅰ级（30%）、Ⅱ级（40%）、Ⅲ级（50%）、Ⅳ级（60%以上）、Ⅴ级（皆伐）采伐强度干扰林分植被、枯落物和土壤特征的调查和样品采集与测试分析,系统估算其植被、枯落物和土壤的碳密度,并对比分析其差异,以及他们之间及其与采伐强度、林分结构之间的关系。  结果  虽经30年的恢复,因采伐强度的显著负效应影响,阔叶红松林的植被碳密度仍显著低于对照,但在除皆伐外的其他采伐强度之间已恢复至无差异水平。虽然伐后林分乔木层碳密度的小径级和中小径级林木比例有一定程度的增加,但仍无法弥补40 cm以上大径林木的碳密度损失;幼树和草本植物的碳密度受采伐强度的影响不显著;灌木植物的碳密度与采伐强度呈极显著的正相关,但仅皆伐干扰显著增加。皆伐干扰显著降低了枯落物和B层土壤的碳密度,而其他采伐强度的土壤碳密度则因B层的增加而整体接近或高于对照林分。与对照相比,皆伐和Ⅰ、Ⅱ级采伐强度干扰的生态系统碳密度显著降低,Ⅲ、Ⅳ级采伐强度干扰的生态系统碳密度则分别恢复为与之接近和略高。生态系统碳密度的组成以土壤的碳密度占比最高,冠下植被和枯落物的碳密度合计不足生态系统碳密度的3%。采伐强度对树高均匀度指数、胸径香农指数和胸径均匀度指数的负效应仍显著,林分结构对乔木层碳密度产生了显著的正效应,对灌木植物碳密度为显著的负效应。受采伐的强烈负效应影响,乔木层碳密度与灌木植物的碳密度、枯落物碳密度、草本植物丰富度,以及枯落物碳密度与土壤碳密度和草本植物丰富度间均存在显著的相关关系。  结论  阔叶红松林伐后30年,除皆伐干扰外的生态系统碳密度已基本接近或超过未采伐林分,碳密度的恢复主要源于土壤相对快速的累积,而植被的碳密度损失还尚需一定时间的恢复。采伐强度、生态系统各组分碳密度及其与林分结构间存在着显著的相关关系,主要动因为采伐负效应引起的林分结构改变,导致了乔木层、冠下植被、枯落物和土壤的联动变化。      

采伐对长白山阔叶红松林生态系统碳密度的影响

采伐对森林生态系统碳密度和固碳能力有重要的影响,且影响的程度因采伐强度和方式不同而有巨大差异.以长白山地区原始阔叶红松林在不同采伐方式、采伐强度干扰后形成的次生林为研究对象,通过对2007至2009年建立的11块1 hm2永久样地中植被层、凋落物层和土壤层碳密度在采伐前后变化特征的分析,研究了采伐强度与恢复时间对阔叶红松林生态系统碳密度的影响.结果表明:在短期内,采伐导致了植被层和土壤表层(0-20cm)碳密度值的减少,其中植被碳密度与采伐强度有显著的线性负相关关系(y=-0.9x+91.17,R2=0.626,P＜0.01),而后,随着植被的恢复,生态系统碳密度增加,其中植被、土壤层碳密度呈显著线性正相关关系.根据植被碳密度与恢复时间之间的相关关系,确定以生态系统恢复、木材生产与固碳三者兼顾的合适采伐强度为30％,轮伐期为45a.     

原始阔叶红松林碳素储量及空间分布

运用森林生态学典型样地法设立标准地并获取野外数据,采用重铬酸钾-硫酸氧化湿烧法测定了植物、土壤中的碳。对阔叶红松林两个类型碳素密度及储量的比较结果表明:阔叶红松林主要树种不同器官中碳素密度变化范围为0.3316~0.5032g·g-1;枫桦红松林生态系统总的碳储量为456.03t·hm-2,其中生物碳储量为55.13t·hm-2,土壤碳储量为400.89t·hm-2;椴树红松林生态系统的碳储量为321.80t·hm-2,其中生物碳储量为101.77t·hm-2,土壤碳储量为220.03t·hm-2;阔叶红松林有机碳年净固定量为3.61t·hm-2·a-1。     

演替和气候对阔叶红松林土壤有机碳密度的影响

东北阔叶红松林及其次生林是我国重要的森林碳库,土壤中储存着大量的有机碳。本研究调查了纬度梯度上的4个典型地点(长白山、蛟河、五营和胜山)不同演替阶段(杨桦林、硬阔叶林、红松近熟林和成熟林)的土壤有机碳密度(SOCD),并分析了总SOCD(0~60 cm)、表土层SOCD(0~20 cm)与演替、气候等因素的关系。结果表明:各研究地点的总SOCD、表土层SOCD和表土层占总SOCD的比例随演替的进展并没有一致的变化趋势。总SOCD与纬度、最冷月均温、年降水量和温暖指数无显著关系;表土层SOCD、表土层/总SOCD比例随纬度增加而显著降低,随最冷月均温升高而显著上升。多元分析表明,气候因子本身对表土层SOCD的解释力高于对总SOCD的解释力,演替阶段对3个SOCD变量的解释力均不显著,但演替阶段与温度指标(最冷月均温或温暖指数)的交互作用对总SOCD和表土层/总SOCD比例影响显著。此外,坡位对总SOCD和表层SOCD都有显著影响。研究表明,表土层SOCD可能主要受气候梯度和小地形影响;总SOCD的异质性较强、影响因素复杂,气候因子自身对总SOCD的影响较弱,群落特征(生活型、蓄积量)和小地形、以及演替与气候的交互作用对总SOCD的影响显著。      

阔叶红松林的营养结构与动态特性

本文以营养动力学思想为指导,应用野外观测与室内实验分析相结合,定性分析与数学模型相结合的综合研究方法,研究了红松(Pinus koraiensis)的营养结构与动态,光合作用及其变化模式,营养空间与生物生产力,年龄结构与周期性波动,以及幼苗的分布格局。以营养关系为基础,对红松和阔叶树种的生态位分化进行了研究。为经营和发展阔叶红松林提供了依据。     

氮添加对典型阔叶红松林净初级生产力的影响

大气氮(N)浓度日益升高,N沉降对森林生态系统生产力的影响成为当前研究的热点。本研究在典型阔叶红松林内,使用尿素(CO(NH₂)₂)作为N源,通过向森林地表施N肥的方式对森林生态系统进行为期6年的N添加试验,探究N对森林生态系统各组分碳(C)密度及净初级生产力(NPP)的影响。施N水平分别为N0(0kg/(hm2·a))、N1(30kg/(hm2·a))、N2(60kg/(hm2·a))和N3(120kg/(hm2·a))。结果表明:N添加对森林生态系统植被C库、碎屑C库及土壤C库C密度均无显著影响(P>0.05);对整个森林生态系统的NPP无显著影响,然而对针叶NPP表现出显著抑制作用(P < 0.05),对阔叶NPP表现出显著促进作用。土壤全N含量不受施N影响,但与土壤有机C浓度呈现极显著(P < 0.01)的正相关关系,表明土壤全N含量是土壤有机C的重要影响因素。      

人工诱导阔叶红松林种群结构及分布格局

通过对人工诱导的阔叶红松林林分种群结构及分布格局的研究。结果表明：通过人工诱导措施,已形成以红松为主的针阔混交林。该林分结构合理,各树种生态位适宜,能充分利用空间和光能,它对于目前保护和合理经营现有的天然次生林资源,保证阔叶木材的持续供给,加速次生要的演替进程,恢复阔叶红松林生物群落,具有十分重要的理论和现实意义。     

基于Voronoi图的阔叶红松林空间结构特征分析

[目的]森林空间结构是森林生物物理过程和动态演替的结果,又决定着森林的生长过程和生态服务功能的发挥.小兴安岭地区作为多样性保护与水源涵养的重要生态功能区,森林退化已经非常严重,有必要对现存的地带性顶极群落的结构特征进行分析,为退化森林的结构优化与调整提供理论支撑,促进其发挥应有的森林生态服务功能.[方法]本文以细鳞河国...     

长白山阔叶红松林系统发育和功能性状beta多样性

Beta多样性是生物多样性的重要组成部分,对于研究生物多样性的形成机制具有重要意义。基于物种进化历史和功能性状的系统发育和功能性状beta多样性的研究,能够从不同的角度反映群落格局形成的生态学过程。本文以长白山阔叶红松林40 hm2样地中45种木本植物(DBH≥1 cm)为研究对象,采集了最大树高、叶面积、比叶面积和叶氮含量4种功能性状,采用Srensen指数衡量功能性状与系统发育beta多样性在不同空间尺度(半径为10、20、25、50和75 m)的变化趋势,并通过比较系统发育和功能性状beta多样性格局与零模型的差异,进而推断潜在的生态过程。研究表明:1)长白山阔叶红松林系统发育和功能性状beta多样性均表现出距离衰减效应,并且随取样尺度的增大,系统发育和功能性状beta多样性逐渐降低。2)功能性状和系统发育beta多样性格局均具有非随机的变化趋势。随着取样尺度的增大,系统发育beta多样性呈现出先低于随机状态(10~20 m),随后趋于随机(25~50 m),最后又低于随机状态(75 m)的格局。而功能性状beta多样性格局则由随机状态(10~50 m)逐渐变为低于随机状态(75 m)。表明在中小尺度上(10~50 m),中性过程占主导作用,但不能排除生态位过程的影响;而随着尺度的增大,生境过滤在维持长白山阔叶红松林群落构建中起主导作用。3)功能性状与系统发育beta多样性格局变化趋势不一致,推测主要是由于功能性状系统发育信号较弱所导致。      

长白山阔叶红松林共存树种径向生长对气候变化的响应

利用树木年轮学方法,通过研究长白山阔叶红松林建群树种红松和先锋树种山杨生长特征及其对气候因子 的响应,以期揭示不同物种对气候因子的响应差异。结果表明:红松和山杨对气候因子响应关系存在差异。红松 主要受上年冬季温度和降水的负作用,山杨主要受到生长季末降水的限制作用。在极端情况下,上一年冬季的高 温和较多降水以及当年生长季高温是导致红松形成窄轮的主要原因,而上一年生长季的较多降水和当年春季高温 是影响山杨生长的主要原因。因此,树木生长—气候因子的关系具有一定的物种特性。此外,还发现随着温度上 升和降水格局的改变,春季降水对红松生长的正效应以及月最低温度对红松和山杨的负效应将逐渐突显,这可能 是导致红松适宜区面积缩小的主要因素。      

距离和密度制约对吉林蛟河阔叶红松林幼苗生长的影响

目的生物多样性的形成和维持机制是生态学领域的核心问题,关于距离和密度制约对温带森林幼苗生长和生物量积累影响的报道目前较为缺乏。本研究探讨温带森林是否存在距离或密度制约现象,若存在,土壤病原菌是否是距离或密度制约现象的内在驱动机制。方法本研究基于温室控制试验,选取吉林蛟河阔叶红松林内3个树种,对其幼苗生长进行为期4个月的动态监测,分析不同试验处理（幼苗密度、距成年母体距离和土壤杀菌）对幼苗高生长和生物量的影响。结果红松、水曲柳和黄檗幼苗在低密度下的高生长显著高于高密度,都表现明显的负密度制约现象。土壤杀菌处理仅能显著提高水曲柳幼苗的高生长,虽然水曲柳和黄檗幼苗高生长在距母体不同距离间存在差异,但并未表现出随离母体距离增加有助于幼苗生长的现象,研究结果不符合距离制约现象。水曲柳和黄檗幼苗根、茎、叶以及总生物量积累仅与幼苗密度显著相关,且在低密度下的根、茎、叶以及总生物量积累显著高于高密度,同样表现出负密度制约现象。而距母体距离和土壤杀菌处理对幼苗根、茎、叶以及总生物量积累均无显著影响。结论该温带森林中存在明显的负密度制约现象,但不存在距离制约现象。本研究认为引起幼苗密度制约性生长的因素是种内竞争,而土壤病原菌作用非常有限,且研究结果不支持距离制约性生长;其次,距离制约证据的缺乏表明,该温带森林中的病原菌并不具有强烈的宿主专一性,对幼苗密度制约性生长起作用的可能是非特异性病原菌。未来还需深入探讨种内、种间竞争和非特异性病原菌对幼苗生长的相对作用。      

长期施氮和降水减少对长白山阔叶红松林凋落物量的影响

为了解持续氮沉降和降水减少条件下森林群落凋落物的量变化及其时间动态,以长白山阔叶红松林为研究对象,利用收集器法于2015年生长季(6—10月)对长期氮添加和降水控制实验平台3种不同处理样地(对照、施氮和减水施氮)内的凋落物进行了研究。主要分为红松叶、蒙古栎叶、其他树种叶、花果皮屑、枝5部分。本研究将凋落系数作为衡量林分生产凋落物能力的大小,比较各处理间凋落物的“净”差异。结果显示:各处理样地生长季内叶凋落量所占比重较大,可达到79%~81%,而枝和花果皮屑所占比重为19%~21%;凋落节律呈单峰型,凋落量峰值主要集中在9—10月份,降水减少会使其他树种凋落物的凋落期提前;不同组分凋落物对氮水控制响应不同,氮添加显著降低红松叶凋落物产量,降雨减少显著提高了总叶凋落物产量,减水施氮显著提高了其他树种叶凋落产量,而氮水控制对蒙古栎、枝和花果皮凋落物产量影响不显著;氮添加会抑制针叶树种的凋落物量,促进阔叶树种的凋落量,降水减少会促进各组分凋落物量。      

长白山阔叶红松林碳收支特征

植被-大气间CO2交换研究对准确评价陆地生态系统碳收支有重要意义．该研究采用开路式涡动相关系统对长白山阔叶红松林的C O2交换特征进行了整年连续监测．结果表明,该森林生态系统的碳交换季节变化明显,2003年森林净生态系统碳交换量(NEE)变化范围在-6.37～2.13 g/(m2·d)之间,5—9月均表现为碳汇,其余月份为碳源,其中净碳吸收量与释放量最大的月份分别为6和10月;全年森林净吸收的碳量为-191.3 g/m2,整体表现为一定强度的碳汇．影响NEE的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)和土壤温度等,白天NEE对PAR 的响应符合直角双曲线方程,夜间的NEE与5 cm深土壤温度有较好的指数关系．生态系统呼吸释放对温度响应的敏感性(Ｑ10)为3.17．      

长白山阔叶红松林不同演替阶段冠层光谱特征及其与气温的关系

【目的】通过遥感数据分析长白山阔叶红松林不同演替阶段冠层光谱变化特征,为揭示长白山群落内部种间变化以及植被生产力对气候因子的响应机制提供理论依据。【方法】通过Google Earth Engine平台提取1984-2019年长白山原始阔叶红松林与次生白桦林Landsat和Sentinel多年冠层光谱数据并计算植被绿度参数,分析二者冠层光谱特征季节变化、植被绿度的季节与年际变化,计算植被年际绿度变化与同期月均温的Pearson相关系数。【结果】(1)原始林与次生林冠层可见光反射率在非生长季较高,生长季下降,而近红外光变化趋势则与此相反。在生长旺盛季节(5-10月底)原始林与次生林可见光波段冠层反射率相近,近红外波段差异明显,次生林冠层反射率更高。二者都具有明显的"红谷"、"绿峰"、"蓝谷"和"红边"现象,原始林冠层光谱反射率年变化幅度小于次生林。(2)原始林与次生林的绿度表现为相同的变化趋势,即春季展叶期间增长、秋季落叶期衰减。非生长季,原始林植被指数变化较为稳定且大于次生林,次生林林下透光度高。生长季,次生林增强植被指数(EVI)和哨兵二号红边位置(S2REP)均大于原始林,植被冠层生...     

长白山自然保护区红松阔叶林空间格局研究

应用Ripley’sk(t)函数对长白山红松阔叶林空间格局进行分析.结果表明:蒙古栎、色木槭在所有研究尺度上分别呈完全随机分布和聚集分布;红松、水曲柳分别在0~13m及4~12m尺度范围上出现聚集分布;紫椴则在0~41m尺度范围上呈现聚集格局.紫椴、色木槭随着种群发育,聚集尺度范围及聚集规模逐渐减小.紫椴不同生长阶段间在小尺度上呈现空间正相关(最大尺度不超过3m);色木槭幼树与中树在11~12m尺度范围呈现空间正相关,而幼树与大树在4~6m尺度范围出现空间负相关.红松与紫椴(3~8m、38~50m)、色木槭(3~18m、46~50m)在小尺度以及较大尺度上呈空间正相关,与蒙古栎在大尺度(48~50m)上呈空间正相关;蒙古栎与水曲柳(2~3m、10~14m)、色木槭(3~4m)在小尺度上呈空间正相关;色木槭与紫椴则在中等尺度上(11~36m)呈空间正相关.     

透光抚育强度对小兴安岭“栽针保阔”红松林碳储量的影响

  目的  揭示透光抚育对“栽针保阔”红松林中长期碳汇的影响规律,为恢复地带性顶极植被阔叶红松林提供依据。  方法  采用相对生长方程与碳/氮分析测定法,同步测定小兴安岭不同透光抚育强度（对照（未采伐未栽针）、轻度透光抚育（伐除上层蓄积1/7）、中度透光抚育（伐除上层蓄积1/5）、强度透光抚育（伐除上层蓄积1/4））下的中期“栽针保阔”红松林（杨桦次生林冠下栽植红松35年,透光抚育30年）的生态系统碳储量（植被与土壤）、植被净初级生产力与年净固碳量,揭示透光抚育强度对“栽针保阔”红松林中长期碳汇作用的影响规律及机制。  结果  （1）透光抚育30年后,各透光抚育强度使中期“栽针保阔”红松林的植被碳储量（（81.15 ± 3.63） ~ （100.24 ± 1.10） t/hm2）显著降低了14.7% ~ 19.0%（P < 0.05）,但各透光抚育强度之间却无显著差异性（源于上层阔叶树碳储量随透光抚育强度呈递减趋势（21.1% ~ 31.2%）,冠下红松却呈递增趋势（39.0% ~ 107.4%））。（2）各透光抚育强度均使其土壤碳储量（（108.32 ± 6.27） ~ （121.42 ± 11.75） t/hm2）与对照相近（?8.4% ~ 2.7%,P > 0.05）,但轻度、中度和强度透光抚育却改变了土壤碳储量的空间分布格局（水平分布上土壤表层碳储量随透光抚育强度增大而递减;垂直分布上轻度和中度透光抚育使其由对照的上 > 中 ≈ 下转化为上 > 中 > 下或上 ≈ 中 > 下）。（3）轻度透光抚育使其生态系统碳储量（（189.47 ± 5.16） ~ （218.44 ± 10.65） t/hm2）已得到恢复（?5.3%,P > 0.05）,但中度和强度透光抚育仍使其较对照显著降低9.3%和13.3%（P < 0.05）,且3者均使其生态系统碳储量分配比例略有改变（植被碳储量占比降低3.06% ~ 4.57%）。（4）轻度透光抚育使其植被年净初级生产力NPP（（8.02 ± 0.79） ~ （9.51 ± 0.79） t/hm2）和年净固碳量VNCS（（3.72 ± 0.37） ~ （4.42 ± 0.37） t/hm2）已得到恢复（?11.5%和?9.7%,P > 0.05）,而中度和强度透光抚育却使其仍显著低于对照15.4% ~ 15.7%和14.0% ~ 15.8%（P < 0.05）,但各透光抚育强度之间也无显著差异性（源于上层阔叶树种年净初级生产力和年净固碳量随透光抚育强度呈递减趋势（20.8% ~ 25.6%和19.3% ~ 24.5%）,冠下红松年净初级生产力和年净固碳量却呈递增趋势（0.90 ~ 1.12 t/hm2和0.43 ~ 0.52 t/hm2））。  结论  轻度透光抚育30年后小兴安岭“栽针保阔”红松林生态系统碳储量及年净固碳量已得到恢复,而中、强度透光抚育使两者显著降低9.1% ~ 14.3%和14.3% ~ 16.7%,故从维持森林碳汇角度考虑在次生林恢复地带性顶极植被阔叶红松林经营实践中采取低强度透光抚育方式比较适宜。      

长白山原始红松阔叶林及其次生林细根分解动态和氮元素的变化

该文采用网袋分解法对长白山不同演替状态的原始红松阔叶林、白桦山杨成熟林和白桦山杨幼林中优势树种的细根分解动态及其氮元素的变化进行了研究.研究表明:在3块样地中,细根分解初期速率较快,然后趋于缓慢.在原始红松阔叶林中,水曲柳细根的分解最快,红松次之,而紫椴细根的分解最慢.在白桦山杨成熟林和幼林中,山杨的细根分解均比白桦细根快.细根的分解不仅受其本身化学性质的影响,而且也受到周围环境的影响.在原始红松阔叶林的演替过程中,细根分解过程中会释放或富集氮元素.温度较低和降雨较少的春秋季节,细根分解过程中主要表现为释放氮元素,而温度较高和降雨较多的夏季,则表现为富集氮元素.      

长白山阔叶红松林林隙大小结构研究

该文应用高斯分布、对数正态分布和二阶对数分布模型对长白山阔叶红松林林隙大小结构进行研究,分析了模型的模拟效果,并对模型的拟合优度进行分析和评价.结果表明:长白山阔叶红松林主要以中小型林隙为主,大林隙极少出现. 林冠空隙总面积占调查样地总面积的12.5%,扩展林隙总面积占调查样地总面积的28.8%;冠空隙面积在20～100 m[[sup]]2[[/sup]]之间的林隙占林隙总数的80.7%,扩展林隙面积在80～240 m[[sup]]2[[/sup]]之间的林隙占林隙总数的81.8%. 冠空隙和扩展林隙的大小结构都呈峰值左偏的偏山状分布. 冠空隙大小结构服从高斯分布,扩展林隙大小结构可以用高斯分布、对数正态分布和二阶对数分布进行理论描述;根据复相关系数、决定系数、校正决定系数、回归标准误、预测残差平方以及模型拟合度（α=0.05）对模型拟合优度进行评价的结果一致,模型拟合优度顺序为:对数正态分布二阶对数分布高斯分布. 该文所采用的单峰分布模型能够从数学及生态学上对长白山阔叶红松林林隙大小结构进行较好的解释. 