寒温带地区非生长季典型森林群落凋落物分解及养分释放

[目的]研究寒温带森林凋落物在非生长季的分解及养分释放特征,可为寒温带地区森林养分循环及森林生产力评价提供理论依据.[方法]选取寒温带地区4种典型森林(白桦林、山杨林、兴安落叶松林和樟子松林)为研究对象,采用埋袋法进行分解试验,分析秋季、冬季和春季冻融期凋落物分解和养分释放动态变化.[结果]秋季是非生长季凋落物质量损失...     

长白落叶松树冠光分布的动态模拟

目的消光系数（k）是模拟树冠光分布的重要指标,本研究通过对比常见的获得k值的方法,筛选最优方法,对长白落叶松人工林树冠内光合有效辐射（PAR）进行动态估计。方法（1）将实测的PAR数据按3∶1划分为拟合数据和检验数据,利用拟合数据构建k值预估模型（方法I）。（2）用拟合数据,采用人为设定不同梯度的k值估计树冠PAR,筛选最优的k值（方法II）。（3）基于叶倾角数据,采用2种不同的平均叶倾角公式（方法III-1、方法III-2）,对k值进行计算。将检验数据作为独立样本对以上3种方法估计的PAR进行独立性检验。通过对比以上3种方法对树冠内PAR的估计效果,选择最优的k值计算方法,结合气象数据对PAR进行动态估计。结果根据实测PAR数据计算的树冠各轮层k值存在较大差异,总体在0.1 ~ 1.5之间,且与相对着枝深度（RDINC）呈明显的指数函数或幂函数关系。同时太阳高度角（S_a）、累积叶面积最大值（MCLA）、叶面积密度（NAD）和树冠表面积（CS）对k值的垂直变化也有明显影响。因此方法I将指数函数作为基础模型,以RDINC、S_a、CLA、NAD和CS为自变量建立了k值估计模型,模型的拟合效果较好（R2 = 0.736,RMSE = 0.124）。方法II中,当k取0.32时对PAR的估计效果最好。利用方法III计算的各轮层消光系数差异较小,总体在0.3 ~ 0.7之间。采用独立样本检验以上3种方法对PAR估计的效果,结果表明方法I对PAR的估计效果较好（平均误差ME = 2.88,平均误差绝对值MAE = 117.4,预估精度P = 91.53%）,方法II对PAR的估计效果次之（ME = ? 7.2,MAE = 217.5,P = 88.12%）,方法III对PAR最差（方法III-1中 ME = 121.4,MAE = 210.1,P = 55.85%;方法III-2中 ME = 226.4,MAE = 259.0,P = 42.93%）。结论k值在不同林木、不同轮层及不同的太阳高度情况下并不是一个固定值。本研究建立的k估计模型充分考虑了以上3个重要变量,符合客观实际,且对估计长白落叶松树冠PAR有良好的效果,研究结果为人工长白落叶松树冠内不同位置净光合速率的模拟提供了基础。      

地形对营造兴安落叶松速生丰产林的影响

为明确地形因子对营造兴安落叶松速生丰产林的影响,测定不同坡度、坡向地形条件下兴安落叶松造林地的土壤条件、苗木成活率以及苗木生长情况。研究结果表明:低坡度(0～8°)时苗高与地径高于其他坡度条件,坡度较高时(24～32°),落叶松苗木成活率(98%)、土壤温度(11.74℃)、土壤湿度均最高(37.66%),但造林地坡度不同时苗高、地径差异不显著。兴安落叶松造林地东向坡与南向坡造林成活率最高(96%,96%),南向坡造林地兴安落叶松苗高、地径最大(54.73 cm,6.48 mm),西向坡造林成活率最低(94%)、土壤温度、湿度均最大(11.68℃,37.1%),而落叶松苗高、地径最小(36.13 cm,5.40 mm),阳坡及较高坡度对兴安落叶松生长更为有利。     

小兴安岭8种阔叶树在不同叶生长期的叶面积经验模型

【目的】构建小兴安岭8种阔叶树在不同叶生长期的叶面积经验模型,以期为快捷、准确地测定不同叶形阔叶植物的叶面积及其动态变化提供技术支持。【方法】以小兴安岭地区阔叶红松林内的白桦、紫椴、色木槭、青楷槭、枫桦、水曲柳、春榆和裂叶榆8种阔叶树种为对象,在叶生长期(5月底)、叶稳定期(7月中旬)和叶凋落初期(9月初),分别测定叶长L、叶宽W及叶面积LA,并以叶长与叶宽之比(叶长宽比)的中位数为基准,将8种树种分为2组,构建适于预测不同树种在不同叶生长期的通用LA经验模型,并评估模型预测精度;最后以2种灌木为例检验了经验模型预测其他阔叶植物LA的适用性。【结果】8种阔叶树种在不同叶生长期的LA最优模型均为幂函数;对叶长宽比小于1.5(中位数)的树种组,5和7月的LA经验模型为LA=0.618×L~(1.197)W~(0.806),预测精度为81%～96%,9月的经验模型为LA=0.581×L~(1.332)W~(0.671),预测精度为83%～94%;对叶长宽比大于1.5的树种组,5月的LA经验模型为LA=0.627×L~(0.975)W~(1.063),预测精度为91%～95%,7月的经验模型为LA=0.705×L~(0.876)W~(1.146),预测精度为92%～96%,9月的经验模型为LA=0.607×L~(0.970)W~(1.076),预测精度为92%～95%;利用这些模型预测毛榛(叶长宽比小于1.5)和暴马丁香(叶长宽比大于1.5)不同叶生长期LA的精度为88%～94%。【结论】对不同叶生长期需构建不同经验模型来预测LA,以叶长宽比为分类标准对多种阔叶树进行分类是可行的,且基于乔木树种构建的经验模型能有效预测灌木的LA,研究结果可为快捷、高效地预测其他阔叶植物的LA提供技术支持。     

202008目录

  目的  长期以来，我国森林经营研究主要集中在林分（或样地）尺度上，以期总结出适用于各种林型的最优经营模式，而忽略了不同经营选项的时空配置问题。因此，本文将在传统木材收获规划模型的基础上引入碳增量目标建立能够兼顾不同择伐强度时空配置的多目标空间经营规划模型，以期为我国森林资源的多目标经营管理提供理论依据和技术支撑。  方法  本研究在森林分类经营思想指导下，以大兴安岭塔河林业局盘古林场为研究对象，以规划周期内木材生产和地上乔木层碳增量的经济收益为经营目标，以规划期内木材均衡收获、期末碳储量及择伐措施时空分布为主要约束，最后采用模拟退火算法建立经营单位尺度森林多目标空间经营规划模型；基于该模型，在我国当前碳贸易和木材市场的双重约束下，确定盘古林场50年规划期内最优森林经营方案，分析最优森林经营方案内各分期木材收获量、碳增量以及择伐措施的时空分布特征。  结果  当碳价格为120元/t时，盘古林场50年规划周期内碳汇木材复合经营的经济收益可达1.54 × 108元，其中木材收益1.37 × 108元，碳收益0.17 × 108元；规划期内木材产量累计达1.78 × 106 m3，碳增量达1.68 × 106 t，期末碳储量达5.99 × 106 t，单位面积平均碳储量较规划期初增加了约38.98%；规划期内受保护面积44.36%，总择伐面积48.01%，未经营面积7.63%，其中重度择伐面积约占研究区域总面积的41.78%；同时，各分期内不同择伐作业方式的配置存在显著差异，其中重度择伐作业的收获蓄积、择伐面积以及择伐小班数量均占各自总体的90%以上；最优森林经营方案具有显著的空间分布特征，但均符合规划模型的各项约束条件。  结论  森林碳汇木材复合经营规划结果具有多方面优势:（1）均衡收获能够保证整个经营单位在规划期内始终获得相对稳定的经济收入，从而保障林区经济社会的可持续发展；（2）期末碳储量约束能够有效避免森林资源的过度采伐，进而确保森林碳汇效益的持续发挥；（3）规划模型能够在兼顾森林木材生产和碳汇功能的同时合理安排经营措施的时空分布，这些均对我国森林资源的多目标经营管理具有重要借鉴意义，但进一步研究和确定恰当的约束参数是构建切实可行的森林多目标经营规划的关键。      

凉水自然保护区森林类型斑块的空间格局及关联性动态

【目的】定量研究凉水自然保护区不同森林类型斑块的空间格局及关联性在近40年内的动态变化特征,以期为保护区有效管理提供理论依据和技术支撑。【方法】以凉水自然保护区1974—2009年共4期森林资源二类调查数据为基础,采用O-ring统计函数分析该地区6种森林类型(即天然红松林PK、天然红皮云杉-冷杉混交林PA、天然山杨-白桦混交林PB、天然针叶混交林CF、天然针阔混交林CB和天然阔叶混交林BF)斑块的空间分布格局及关联性随时间的动态变化。【结果】1974—2009年间,研究区域不同森林类型面积发生显著变化,其中PK和PA面积基本保持不变,而其他类型(即非林地以及少量的兴安落叶松人工林、红松人工林)和PB面积显著减小,大量转化为CF、CB和BF;因早期森林采伐和复杂生境的影响,各森林类型斑块在不同时期均呈显著随机分布特征,约占总体的92. 74%;各森林类型斑块对间的关联性以空间不关联为主,约占总体的71. 29%,且随恢复时间的增加而降低,而空间负关联所占比例则随恢复时间有所增加,但空间正关联所占比例则始终保持稳定,平均为6. 56%; 15组森林类型斑块对间的空间关联性可分为3类,第Ⅰ类的空间关联性由早期的无关联性逐渐向后期的小尺度不关联而大尺度正关联的格局过度,包括PKPA,第Ⅱ类空间关联性由早期的无关联性逐渐向后期的负关联或波动于不关联和负关联之间的格局演变,此类包括9组(PKCB、PKBF、PAPB、PABF、PBCB、PBBF、CFCB、CFBF和CBBF),而第Ⅲ类的空间关联性则始终以空间不关联为主,包括5组(PKPB、PKCF、PACF、PACB和PBCF)。【结论】经过60余年(1952年停止采伐)的有效保护,凉水自然保护区内森林类型的面积结构得到显著优化,但其景观结构仍处于恢复阶段,区域内各森林类型斑块在不同时期均呈显著的随机分布特征,不同森林类型斑块对间的空间关联性仍相对较弱且不稳定,仍有待进一步的严格保护。     

兴安落叶松火烧迹地林褥层碳氮化学计量特征

  目的  林褥层是主要的森林地被可燃物,是林火干扰北方森林生态系统进程的物质基础。养分循环和能量流动属于森林火烧迹地生态恢复的核心内容,探寻火烧迹地林褥层碳、氮化学计量特征与时间、空间因子间的关系,能够为研究火干扰对森林生态系统碳氮循环的影响提供理论依据。  方法  以不同过火年份兴安落叶松火烧迹地和未过火兴安落叶松林样地的林褥层（未分解凋落物层、半分解凋落物层）作为研究对象,测定样品全碳、全氮、铵态氮、硝态氮、可溶性有机碳含量。采用单因素方差分析（ANOVA）比较林褥层碳、氮化学计量特征在不同恢复时长、不同空间特征上的显著差异性;用皮尔森相关性表明林褥层碳含量、氮含量和碳氮比与各因子之间的相关程度;用因子分析法综合分析不同因子对林褥层碳氮化学计量比的影响程度。  结果  随恢复时长增加,未分解层碳、氮含量和C/N呈先升高再降低的趋势,半分解层与之相反。随着海拔升高,未分解层碳含量和C/N、半分解层碳含量呈现上升趋势,半分解层C/N呈先降低再升高的趋势。未分解层碳含量和C/N平坡显著高于缓坡（P < 0.05）,氮含量平坡略低于缓坡（P > 0.05）。半分解层碳含量和氮含量缓坡略高于平坡,C/N平坡略高于缓坡。环境因子对未分解层碳氮比影响大小顺序为经度 > 纬度 > 铵态氮含量 > 氮含量 > 碳含量 > 坡度 > 坡向 > pH,对半分解层碳氮比影响大小顺序为经度 > 碳含量 > 坡向 > 海拔 > 氮含量 > pH > 硝态氮含量。  结论  恢复时长和空间因子均是兴安落叶松火烧迹地林褥层碳含量、氮含量和碳氮化学计量比的影响因子。部分空间因子如坡度、坡向对兴安落叶松火烧迹地林褥层碳含量、氮含量和碳氮化学计量比具有显著影响。时间因子和空间因子可通过改变兴安落叶松火烧迹地林褥层的分解速率进而对其所在的火顶极森林生态系统的碳、氮循环过程产生一定影响。      

典型黑土区不同水土保持树种的非结构性碳水化合物特征及种间差异

  目的  探究典型黑土区主要水土保持树种的非结构性碳水化合物（NSC）在器官水平的分配规律及其种间差异,以期为水土保持植物的科学选择与培育提供理论依据。  方法  选取典型黑土区5种水土保持树种（小叶锦鸡儿、榆叶梅、白桦、糖槭和红皮云杉）作为研究对象,采集植物叶片、枝条、干材、树皮及树根,测定并比较各器官可溶性糖、淀粉及总NSC的含量。  结果  （1）NSC含量在树种和器官之间均差异显著（P < 0.05）。5种树种中叶和根的NSC含量较高,树干中可溶性糖含量最低,根中淀粉含量最高,叶片中含量最低。红皮云杉叶和枝的可溶性糖含量显著高于其他树种,糖槭干和根淀粉含量和NSC显著高于其他树种。（2）不同生活型树种的NSC及其组分的含量和分配也有明显差异,乔木叶片的可溶性糖和NSC含量高于灌木,乔木淀粉含量均表现为落叶树种大于常绿树种。（3）红皮云杉将更多的NSC分配到地上部分,榆叶梅将更多的NSC分配到地下部分。（4）落叶灌木将大多数的NSC分配到细根和中根上,乔木（红皮云杉）选择将细根作为根系储存NSC的主要组织。  结论  可溶性糖和淀粉在各器官中分配不同,叶和根分别是非结构性碳水化合物的合成与储存结构,乔木树的NSC分配利于叶片碳同化和光合作用。在5种树种中,红皮云杉、榆叶梅和糖槭均具有抗旱性,此外,红皮云杉还具有良好的耐寒性,可以更好地适应低温干旱的生长环境,因此红皮云杉、榆叶梅和糖槭是研究区域适应能力相对较强的水土保持树种。      

森林燃烧剩余物研究进展

林火作为陆地生态系统最活跃的生态因子,是生物地球化学循环的关键驱动因素。研究森林燃烧剩余物属性及其生态学功能,有助于深入理解地球生物圈对林火干扰的响应过程,对科学制定植被经营、林火管理措施也具有重要的理论意义。文中综述森林燃烧剩余物的国内外研究进程,阐述燃烧剩余物的主要成分,介绍林火对燃烧剩余物关键地球化学特征的已知影响,并从环境因素和生物因素方面总结燃烧剩余物在火烧迹地生态恢复过程中的重要性,指出目前研究存在的主要问题及未来的研究方向。