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2019年 第30卷 第5期    刊出日期：2019-05-15

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2019, 30(5):  1422-1422. 

摘要 ( 277 )   PDF (433KB) ( 240 )  

和东北森林结下的是不解之缘

李文华

2019, 30(5):  1423-1425. 

摘要 ( 455 )   PDF (378KB) ( 238 )  

长白山区阔叶红松林经营历史与研究历程

于大炮, 周旺明, 周莉, 代力民

2019, 30(5):  1426-1434.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.004

摘要 ( 658 )   PDF (540KB) ( 309 )  

长白山区位于中国东北东部的山地森林区,地带性植被是阔叶红松林,是我国珍贵木材生产和东北森林带的重要载体,孕育着丰富的物种资源.短短120年来,长白山区广袤的原始森林几乎消失殆尽,被次生林、过伐林和人工林等替代.建国以来,东北的阔叶红松林经营理论与技术在红松更新规律、皆伐与择伐的争论中,在人们对阔叶红松林结构和功能认识不断深入的过程中逐渐完善.但目前红松更新问题依然存在,森林经营依然十分粗放.本文梳理了过去70年来阔叶红松林的经营历史及研究历程,分析当前森林资源类型和经营制度的形成过程,以期为该区天然林可持续经营和质量的精准提升等提供借鉴.

长白山阔叶红松林演替序列植物-凋落物-土壤碳同位素特征

刁浩宇, 王安志, 袁凤辉, 关德新, 尹航, 吴家兵

2019, 30(5):  1435-1444.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.007

摘要 ( 694 )   PDF (763KB) ( 321 )  

稳定碳同位素组成能精确指示生态系统碳循环过程,可以为深入研究森林演替进程对碳循环过程和固碳潜力的影响提供关键信息.利用稳定碳同位素技术对长白山阔叶红松林演替序列3种林分——中龄杨桦次生林、成熟杨桦次生林、阔叶红松林的叶片、树干、根系、凋落物和土壤δ¹³C值及碳、氮元素含量进行测定.结果表明: 各演替序列优势树种叶片δ¹³C从冠上到冠下均呈降低趋势;树干δ¹³C表现为树皮小于木质部;根系δ¹³C表现为细根小于粗根.阔叶红松林未分解凋落物δ¹³C小于半分解及全分解凋落物,次生林相反;土壤δ¹³C沿深度逐渐增加.总体上,δ¹³C值叶片<凋落物<根系<树干<土壤,说明植物各器官之间有明显的碳同位素分馏效应,且相同器官不同部位之间也存在差异;植物δ¹³C沿演替方向先减小后增加,土壤δ¹³C沿演替方向不断增加,且变化规律可以通过氮元素含量与碳同位素分馏效应的关系解释,说明长白山阔叶红松林演替过程优势树种和碳周转速率的变化影响了碳同位素分馏.

氮和土壤微生物对水曲柳幼苗生长和光合作用的影响

王国杰, 蔺菲, 胡家瑞, 原作强, 郝占庆, 王绪高

2019, 30(5):  1445-1462.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.018

摘要 ( 549 )   PDF (811KB) ( 161 )  

以长白山地区典型树种——水曲柳为研究对象,通过室外控制试验,分析了氮、微生物及其相互作用对水曲柳幼苗生物量分配、生长和光合作用的影响.于2017年6月采用二因素随机区组设计试验,共4个处理:对照(F)、加氮(FN)、灭菌(FS)、灭菌加氮(FSN),6个重复区组,每个区组内每处理3个重复,即每个处理有18株幼苗.2018年8月中旬进行光合指标的测定,并于同年9月初收获植物,测量生物量及生长指标.结果表明: 与F相比,FN使水曲柳幼苗的总干质量显著提高14%,基径提高9%,叶绿素含量、净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)分别显著提高75%、318%、231%、227%;FS使总干质量显著提高12%,基径提高9%,叶绿素含量、P_n、g_s、T_r分别显著提高34%、213%、120%、115%;FSN使总干质量显著提高23%,基径提高14%,叶绿素含量、P_n、g_s、T_r分别显著提高81%、672%、312%、273%.氮、土壤微生物及其交互作用对水曲柳幼苗的生物量、生长和光合作用有着显著作用,土壤微生物在一定程度上调控了水曲柳幼苗对氮的响应.

红松和紫椴叶片暗呼吸及其光抑制性在幼、成树间的差异

孙金伟, 姚付启, 张振华

2019, 30(5):  1454-1468.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.008

摘要 ( 532 )   PDF (560KB) ( 285 )  

叶片暗呼吸是森林碳循环的重要组分,深入分析幼、成树的叶片暗呼吸及其光抑制性的差异,对生态系统总生产力(GPP)的准确估算具有重要意义.本研究以长白山阔叶红松林主要树种(红松和紫椴)的幼树和成树为研究对象,分别测算不同光照下叶片暗呼吸与无光暗呼吸,比较叶片暗呼吸及其光抑制性在幼、成树间的差异,结合幼、成树叶片生理生态参数的对比,对幼、成树叶片暗呼吸及其光抑制性差异的原因进行探讨.结果表明: 两个树种幼树叶片光下暗呼吸的值高于成树,在生长季(6—9月),幼树的值比成树高6.8%～39.6%;两个树种幼树叶片暗呼吸光抑制程度低于成树,幼树叶片暗呼吸光抑制性的值比成树低2.5%～14.1%;红松幼、成树间叶片暗呼吸光抑制性的差异总体高于紫椴幼、成树间叶片暗呼吸光抑制性的差异,差值最高可达18.6%;幼树中较高的光下暗呼吸值和较低的光抑制程度可能与最大净光合速率、比叶面积、气孔导度的变化有关,与叶片氮含量的变化无关.

氮添加和水分胁迫对红松、水曲柳幼苗生物量分配的影响

崔婉莹, 刘思佳, 魏亚伟, 殷有, 周莉, 周旺明, 于大炮

2019, 30(5):  1463-1453.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.027

摘要 ( 530 )   PDF (1263KB) ( 320 )  

氮沉降和暖干化是我国东北地区面临的主要生态问题,它将对森林生态系统产生怎样的影响一直是生态学研究的热点.本研究以东北温带阔叶红松林中2个关键树种——红松和水曲柳为研究对象,探讨水分胁迫和氮(N)添加对其幼苗短期(55周)生长的影响.结果表明: 红松与水曲柳幼苗生长对N添加和水分胁迫的响应有明显差异.红松对水分胁迫更加敏感,在处理早期(10周)水分胁迫降低了红松幼苗叶生物量,提高了根生物量;N添加只在水分胁迫发生时显著减少了红松根和植株总生物量.水曲柳对N添加的反应更加敏感,氮添加迅速增加了水曲柳茎、根和总生物量;而只有持续的水分胁迫才对水曲柳的茎、根和总生物量有显著影响.红松和水曲柳在持续水分胁迫和N添加处理下,叶、根生物量占比和地上、地下生物量之比都趋于维持一个稳定值,说明两个树种都有很强的自我调节能力.以上结果说明,在未来干旱条件下,红松采取的是“积极”的调整策略,而水曲柳则是“被动”的适应策略,因而相比较而言,红松存活和适应能力可能更强;而在N沉降增加的环境下,水曲柳受益会更大.这些结果可为预测未来东北温带森林群落演替动态提供参考.

长白山阔叶红松林不同强度择伐后关键树种的竞争关系

唐杨, 陈红, 童跃伟, 朱琪, 周旺明, 周莉, 代力民, 于大炮

2019, 30(5):  1469-1478.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.017

摘要 ( 636 )   PDF (1363KB) ( 393 )  

天然林择伐改变了林分的树种组成和结构,导致林木竞争关系发生变化,进而影响树木的生长和种群的动态.关键树种在维持群落结构和生态系统功能方面具有至关重要的作用.为了弄清长白山区阔叶红松林典型林型关键树种竞争关系的特点,本研究以红松、紫椴和水曲柳为研究对象,运用Hegyi竞争指数分析了受不同程度采伐干扰后形成的原始林(未受干扰)、轻度择伐林、中度择伐林和重度择伐林的林分结构和竞争关系.结果表明: 与原始林相比,轻度择伐林中关键树种的种群结构没有显著变化;中度择伐林和重度择伐林中3个关键树种大树(胸径DBH≥20 cm)的密度和平均胸径均显著减少,但幼树(2 cm≤DBH<10 cm)的数量增加.所有样地中关键树种的竞争指数均随径级的增加而减小,且二者服从幂函数分布,而林木胸径生长到20 cm后,竞争指数进入稳定状态.在原始林、轻度和中度择伐林中,3个树种的幼树的竞争指数受到非冠层树种的影响最大,而红松小树(10 cm≤DBH<20 cm)和大树主要受红松种内和非冠层树种的影响;水曲柳主要受红松和非冠层树种的影响,紫椴主要受种内和红松的影响.重度择伐林中,白桦是3个树种的主要竞争来源,贡献率均超过50%.根据以上关键树种竞争关系的特点,抚育非冠层树种有利于3个关键种幼树的更新和生长;对于小树来说,还需要根据树种类型来采取相应措施,而大树不需要采用抚育措施.本研究对关键树种培育和天然林择伐后快速恢复具有指导意义.

邻域竞争对长白山阔叶红松林关键树种生长的影响

唐杨, 童跃伟, 韩艳刚, 周旺明, 周莉, 代力民, 于大炮

2019, 30(5):  1479-1486.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.021

摘要 ( 606 )   PDF (745KB) ( 402 )  

林木间的竞争是影响树木生长、形态和死亡的主要因素.单木邻域竞争分析能够反映个体间相互作用规律及其距离范围,对于减缓林木竞争、促进林木生长具有重要意义.为弄清竞争对阔叶红松林林木生长的影响,本研究基于Hegyi单木竞争指数和邻域分析方法,探讨了长白山原始阔叶红松林中的5个关键树种——红松、紫椴、水曲柳、蒙古栎和春榆(胸高断面积合计占80%)竞争的邻域半径,并分析了竞争对关键树种生长和死亡的影响.结果表明:红松、紫椴、水曲柳和蒙古栎4个树种单木竞争的邻域半径均为11 m,春榆为13 m.关键树种单木邻域竞争强度与其生长量的对数呈显著负相关,与树木个体的大小呈显著正相关;竞争强度对树木生长影响的相对重要性随着个体的生长而降低.邻域竞争显著增加了关键树种的死亡率.本研究表明长白山阔叶红松林中邻域竞争对关键树种的生长和存活有重要影响,研究结果对阔叶红松林关键树种竞争环境的调整和生产力的提升具有指导意义.

2006—2017年长白山阔叶红松林木本植物种子雨的时空动态

钱多多, 匡旭, 王绪高, 蔺菲, 原作强, 叶吉, 郝占庆

2019, 30(5):  1487-1493.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.012

摘要 ( 528 )   PDF (659KB) ( 264 )  

种子是森林更新的基础.为研究长白山阔叶红松林种子雨组成及时空变化,在长白山阔叶红松林25 hm²样地内设置150个面积为0.5 m²的收集器.自2006年5月至2017年12月收集252次,共收集到成熟、未成熟种子764299粒,隶属12科17属27种,其中,主林层树种13种704231粒,占总数的90%以上.种子最多的4个树种依次为紫椴、水曲柳、色木槭、假色槭,每年各个收集器都收集到这4个树种的种子;种子雨大爆发现象在各林层树种均存在,次林层和林下层较主林层树种滞后1~2年;各林层树种集中在秋季产生种子,各树种的种子雨都存在较大的时空变异性,相对而言,多数树种的空间变异性大于时间变异性;与科罗拉多岛(BCI)热带森林样地和浙江古田山亚热带常绿林样地种子产量的年际变异系数相比,长白山阔叶红松林种子产量年际变异系数较大,支持高纬度地区种子产量变异性高于低纬度地区的假说.

基于冠层塔吊原位测定长白山温带阔叶红松原始林群落主要树种的光合特征

梁星云, 刘世荣

2019, 30(5):  1494-1502.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.015

摘要 ( 606 )   PDF (1102KB) ( 127 )  

为了更好地理解温带阔叶红松原始林群落主要树种的生理生态学特征,为森林生态系统碳动态的模拟预测提供基础数据,本研究依托中国科学院长白山森林生态系统定位站,首次利用冠层塔吊原位测定了阔叶红松原始林群落4个主要树种成熟大树的CO₂响应曲线,并利用FvCB模型计算了一些重要的光合生理参数.结果表明: 红松的光合速率(A)、最大羧化速率(V_{c max})和气孔导度(g_s)均最小,而其气孔对光合的限制性(L_s)最大.水曲柳、蒙古栎和紫椴这3个阔叶树种的光合特征也存在显著差异.基于叶片面积的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(83.2 μmol·m^-2·s^-1)、蒙古栎(89.3 μmol·m^-2·s^-1)>紫椴(68.4 μmol·m^-2·s^-1)、红松(68.8 μmol·m^-2·s^-1)(P<0.05),而基于叶片质量的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(1.36 μmol·g^-1·s^-1)>蒙古栎(1.03 μmol·g^-1·s^-1)>紫椴(0.90 μmol·g^-1·s^-1)>红松(0.42 μmol·g^-1·s^-1)(P<0.05).7—9月,水曲柳和蒙古栎的A值显著降低,而紫椴和红松的A值变化不显著;所有树种V_{c max}都随季节发生显著下降.在温带阔叶红松林生态系统碳动态的模拟预测中,应该考虑V_{c max}的季节变化.

长白山生态功能区气候变化特征

刘雅各, 袁凤辉, 王安志, 吴家兵, 郑兴波, 尹航, 关德新

2019, 30(5):  1503-1512.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.006

摘要 ( 878 )   PDF (2146KB) ( 383 )  

为探究长白山生态功能区气候变化特征,本研究利用区域内及周边36个气象站数据与CN05.1格点数据集,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、累积距平法、Morlet小波分析等方法研究1961—2016年长白山生态功能区内温度(平均气温、四季气温、极端气温)、水分(年降水量、四季降水量、降水日数、相对湿度)、光照(日照时数与日照百分率)和风速因子的时空变化规律.结果表明: 1961—2016年,长白山生态功能区气温升高、日照减少、风速减弱、降水量周期振荡变化.其中,冬季气温[0.45 ℃·(10 a)^-1]与最低温度[0.74 ℃·(10 a)^-1]大幅上升.年平均风速显著降低[-0.21 m·s^-1·(10 a)^-1]但并未发生气候突变.年降水日数大幅降低[-7.01 d·(10 a)^-1],使其与东北地区气候变化特点有所不同.虽然功能区内年降水量倾向率为16.06 mm·(10 a)^-1,但不能以简单的趋势增加或减少来描述降水量变化特征,功能区内降水量变化以26年长周期叠加3年的短周期为主.研究结果对区域生态评估、生态系统响应气候变化、物候变化等研究具有指示意义.

长白山树木径向生长对气候因子的响应

韩艳刚, 周旺明, 齐麟, 周莉, 仲庆林, 代力民, 于大炮

2019, 30(5):  1513-1520.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.039

摘要 ( 678 )   PDF (733KB) ( 461 )  

长白山是我国东北地区树木年轮学研究的热点区域之一,迄今已在学术期刊上发表了大量相关的研究论文.为了弄清当前长白山树木年轮研究的进展,阐明树木径向生长对气候因子的响应规律,本文总结了发表在学术期刊上的有关文献,依据研究的树种、采样点海拔和去趋势方法等,对比分析了不同研究结果的差异及其形成原因.总的来看,长白山树木径向生长受温度和降水的共同作用,且温度的影响更大;树木径向生长-气候关系具有明显的树种和海拔差异.大多数研究支持: 针叶树主要受当年生长季前(4—5月)温度和生长季(6—8月)降水的显著影响;阔叶树则主要受当年、上年生长季温度和休眠期(上年11月至次年3月)、当年生长季降水的显著影响;上年9月降水对针、阔叶树种径向生长均有显著作用.同时,许多研究也出现了不同甚至截然相反的研究结果.研究结果差异最大的多出现在低、中海拔,表明在低、中海拔,采样点的选择可能对研究结果有较大影响.另外,年表去趋势方法也是造成研究结果不同的主要原因之一.相比较而言,采用线性或负指数去趋势方法在研究结果中显著增加了降水的作用,尤其是显著增加了休眠期降水对树木生长的影响,同时也显著增强了当前生长季末期(9—10月)温度的作用.本研究表明,采样点的小生境和年表构建时采用的去趋势方法是造成研究结果差异的主要原因,因此,在长白山开展树木年轮学研究,应增加采样点的数量,慎重选择去趋势方法.

长白山温带阔叶红松林对温湿环境的调节效应

王珮环, 陈智, 于贵瑞, 王秋凤, 贾彦龙, 韩士杰

2019, 30(5):  1521-1528.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.023

摘要 ( 567 )   PDF (708KB) ( 330 )  

森林具有改善气候、调节微环境的作用,森林小气候的研究对于揭示森林生态系统功能、评估森林生态环境效益具有重要意义.本研究以长白山阔叶红松林为例,基于2003—2014年林内通量塔气象资料及其附近气象站空旷地的同时段气象资料,对其最高、最低和平均气温、相对湿度和表层土壤温度的日变化和季节变化进行对比分析.结果表明: 林内气温和相对湿度分别呈现单峰型和U型日变化规律,日较差较林外低2.31 ℃和8.3%,表层土壤温度日变化趋于恒定,阔叶红松林减缓了温湿度的日变化.夏季主要为降温效应,冬季表现出显著的增温效应.夏季林内气温和土温比林外低1.30和3.91 ℃;冬季林内气温和土温比林外高2.06和5.44 ℃.森林对最高温和最低温的调节效应显著.在季节尺度上,夏季森林降低最高气温和土温1.80和5.45 ℃,冬季提高最低气温和土温3.69和7.92 ℃.在年尺度上,林内年最高气温和土温分别较林外低1.60和4.99 ℃,年最低气温和土温分别较林外高1.12和8.82 ℃.森林对土温的调节效应强于对气温的调节效应.气温和土温均以对低温的保温作用为主.

长白山落叶松与鱼鳞云杉生长-气候关系的种间差异

王守乐, 王晓雨, 盖学瑞, 代力民, 周旺明, 周莉, 于大炮

2019, 30(5):  1529-1535.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.028

摘要 ( 569 )   PDF (1107KB) ( 380 )  

为阐明不同树种间树木径向生长对气候变化的响应及其时间稳定性,本研究以长白山北坡高海拔处(1600～1750 m)落叶松和鱼鳞云杉为研究对象,运用年轮年代学方法探究树木径向生长与气候的关系.结果表明: 研究区落叶松生长与当年6月最高气温呈显著正相关,与当年6月降水呈负相关;鱼鳞云杉与当年5月最高温度呈显著正相关.冗余分析进一步表明,落叶松生长主要受夏季温度的影响,鱼鳞云杉生长主要受春季温度的制约.在1959—2014年,落叶松生长-夏季温度关系相对稳定;对于鱼鳞云杉,自1986年以来其与春季温度的相关性减弱,可能由于最高温度降低导致树木生长减慢.本研究结果可以为预测气候变化情景下长白山针叶树种生长的响应趋势提供数据支持和理论参考.

长白山苔原带土壤碳、氮矿化对氮沉降的响应

陈红, 唐杨, 童跃伟, 朱琪, 周旺明, 周莉, 于大炮, 代力民

2019, 30(5):  1536-1542.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.013

摘要 ( 593 )   PDF (664KB) ( 391 )  

高山苔原生态系统的土壤无机氮含量较低,对氮的缓冲性弱而易受外源氮输入的影响.本研究以长白山北坡苔原带土壤为研究对象,通过室内培养试验,以NH₄NO₃为外加氮源,设置3个施氮水平:对照(CK,0 kg·hm^-2),低氮(N₁,25 kg·hm^-2),高氮(N₂,50 kg·hm^-2),分析长白山苔原带土壤碳、氮矿化对氮沉降的响应.结果表明: 氮添加处理对长白山苔原带土壤碳矿化速率影响不显著,但对土壤碳矿化累积矿化量影响显著,N₂抑制了土壤的碳矿化作用.培养40 d后,氮添加处理提高了土壤无机氮含量;而培养80 d后,N₂与N₁的无机氮含量差异不显著,但都明显高于CK,氮输入促进了土壤氮的矿化.培养过程中,N₁处理下的微生物生物量碳、氮高于N₂和CK处理,说明低氮输入对土壤微生物活性的促进作用更明显.在未来氮沉降增加的背景下,长白山苔原土壤碳、氮周转可能加快,提高土壤无机氮含量.土壤中无机氮含量增加,虽然可以为植物生长提供更多生长所需的氮素,但也提高了土壤氮素的流失风险.

氮沉降对长白山森林土壤团聚体内碳、氮含量的影响

周学雅, 陈志杰, 耿世聪, 张军辉, 韩士杰

2019, 30(5):  1543-1552.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.025

摘要 ( 645 )   PDF (1111KB) ( 384 )  

氮沉降是影响陆地生态系统碳、氮循环的最重要因素之一.为了解土壤团聚体碳、氮组分对氮沉降的响应,本研究在长白山选取次生杨桦林(YHL)与原始阔叶红松林(HSL)两种林型进行为期6年的氮添加试验,采集土壤样品并分析氮沉降对不同粒径土壤团聚体中可溶性有机碳、氮(DOC和DON)、微生物生物量碳、氮(MBC和MBN)、颗粒有机碳、氮(POC和PON)的影响.结果表明: 除POC和PON外,两林分土壤团聚体碳、氮组分含量均随团聚体粒径的减小而增加;氮添加处理显著降低了HSL土壤团聚体中POC和PON含量,降幅分别达20.7%和22.6%,显著增加了DOC含量,增幅达11.6%;氮添加处理对YHL土壤团聚体的碳、氮组分均无显著影响,其中,对DOC和MBC的影响接近于显著(0.05＜P＜0.1).皮尔森相关分析结果表明,土壤团聚体中总碳或总氮与碳、氮活性组分之间有良好的相关性,其中,HSL土壤的POC与DOC之间呈极显著负相关(r=-0.503),DOC又与MBC呈显著正相关关系(r=0.462).氮添加处理降低阔叶红松林土壤团聚体中POC和PON含量、增加DOC含量的主要原因是其促进了微生物对POM的分解,进而导致DOC的释放.阔叶红松林土壤碳、氮库对氮沉降的响应比次生杨桦林更加敏感.

长白山阔叶红松林不同演替阶段土壤团聚体粒径组成及有机碳含量变化

郑兴波, 张雪, 韩士杰

2019, 30(5):  1553-1562.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.009

摘要 ( 631 )   PDF (1194KB) ( 215 )  

阔叶红松林是我国东北重要的原生群落,其土壤团聚体在森林生态系统碳固定中具有重要作用.本研究采用空间代替时间的方法,选取白桦幼龄林、白桦中龄林、白桦成熟林、阔叶红松成熟林和阔叶红松过熟林5个不同演替序列,通过湿筛法研究长白山天然针阔混交林群落恢复演替中土壤团聚体粒径组成及有机碳含量的变化.结果表明: 土壤团聚体粒径组成受演替过程影响较大,不同演替阶段下土壤团聚体各粒级所占比例差异显著.团聚体平均质量直径随演替的进行表现为先升高再降低的单峰形式,且最高点出现在白桦成熟林阶段.土壤中不同粒级的团聚体内有机碳含量随着演替的进行呈先增加后略有下降的趋势,且团聚体内有机碳含量最大值出现在阔叶红松成熟林阶段.在同一演替阶段下,0～5和5～10 cm土层(除演替末期的阔叶红松过熟林外)中的各粒径团聚体内有机碳含量都随着粒径的减小而增加,而10～20 cm土层中的各粒径团聚体内有机碳含量都随着粒径的减小而减小.从演替初期的白桦幼龄林到演替末期的阔叶红松过熟林,每个样地内的同一粒径团聚体内有机碳含量均具有明显的垂直分布特性,均随着土层深度的增加而显著降低.

长白山区濒危植物朝鲜崖柏种群数量特征及动态

金慧, 赵莹, 刘丽杰, 贾翔, 代玉红, 秦立武, 王超, 尹航

2019, 30(5):  1563-1570.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.019

摘要 ( 688 )   PDF (589KB) ( 441 )  

朝鲜崖柏为国家二级重点保护植物,是长白山区特有的濒危树种,具有重要的经济价值和观赏价值.在对朝鲜崖柏主要分布区野生资源进行调查基础上,首次利用个体基径和年龄数据建立不同群落朝鲜崖柏种群的龄级结构、静态生命表和生存函数,用动态指数和时间序列分析预测其种群发展趋势.结果表明: 朝鲜崖柏种群的龄级结构呈“∩”型,属衰退型;分布于暗针叶林下的朝鲜崖柏种群存活曲线趋向于Deevey-Ⅲ型,纯林群落种群趋向于Deevey-Ⅱ型;种群生存分析显示,暗针叶林下朝鲜崖柏种群的生存函数呈现不规则的波动状态,种群分布表现为早期锐减、中期稳定、后期衰退的动态特征,纯林群落中,种群分布表现为早期稳定、中期增长、后期缓慢衰退的特点;动态指数和时间序列分析显示,暗针叶林下朝鲜崖柏种群的衰退速度略高于纯林群落.综合分析表明,朝鲜崖柏种群具有一定的恢复能力,应适当采取人工抚育,促进其种群正常更新.

长白山蒙古栎次生林群落结构特征及优势树种空间分布格局

张晓红, 张会儒, 卢军, 胡雪凡

2019, 30(5):  1571-1579.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.010

摘要 ( 552 )   PDF (1764KB) ( 297 )  

群落结构特征研究是揭示植物群落维持机制和演替动态的基础,是合理安排森林经营活动的基本前提.以吉林省汪清林业局2块1 hm²的蒙古栎阔叶混交林固定样地为对象,研究了长白山蒙古栎次生林的群落结构特征,并采用点格局O-ring统计法对群落内优势树种的空间分布格局进行分析.结果表明: 两块样地都是以蒙古栎为优势树种的群落类型,都具有明显的层次结构,主要伴生树种存在差异,样地Ⅰ以大青杨、白桦、红松为主,样地Ⅱ以红松、紫椴和色木槭为主.且样地Ⅰ的树种数量、Shannon多样性指数高于样地Ⅱ.两块样地中所有个体的径级分布呈倒“J”型,蒙古栎径级结构呈近似正态型,红松呈倒J型,其他主要伴生树种径级结构存在一定差异.两块样地0～50 m尺度上蒙古栎呈现小尺度聚集、中大尺度随机分布的格局,红松呈先聚集、后随机的分布格局,但样地Ⅰ内红松聚集的尺度和强度均大于样地Ⅱ.样地Ⅰ白桦和大青杨均在0～17 m尺度上呈聚集分布、且聚集强度显著高于其他树种,而在18～50 m尺度分别呈现随机分布和均匀-随机分布.样地Ⅱ中紫椴基本呈现随机分布,色木槭在中大尺度上呈随机或均匀分布,聚集分布集中在小尺度.两块样地处于演替早期阶段的不同发育阶段,相比样地Ⅰ,样地Ⅱ的演替阶段更高、群落相对更加稳定.

长白山寒温带风灾区植被受损与灾后变化程度及其影响因素

王慧赟, 张英洁, 靳英华, 许嘉巍, 陶岩, 贺红士, 高翔, 白云玉, 胡睿, 韩莹莹

2019, 30(5):  1580-1588.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.026

摘要 ( 709 )   PDF (1171KB) ( 474 )  

1986年台风袭击了长白山,在西、南坡的寒温带针叶林和岳桦林带形成了大量林窗.为了探究在强风干扰下寒温带森林植被受损和变化特征,揭示植被受损与灾后变化规律及其影响因子,2017年在长白山海拔1600～1800 m设立研究区.利用遥感资料,对研究区依据植被破坏程度和灾后变化程度进行植被差异分区,并布设了40个样方进行植被调查.结果表明: 按森林结构的受损程度可将长白山寒温带风灾区分为3个等级,轻度破坏、中度破坏和重度破坏,其中,中度破坏区的面积最大,其次是轻度破坏区、重度破坏区.乔木受损差异显著,轻度破坏区、中度破坏区和重度破坏区乔木优势种的数量分别减少20%、50%和85%,岳桦的抗风性大于鱼鳞云杉,大径级岳桦的抗风性大于小径级的岳桦.植被受损程度与坡度的相关性最强,随着坡度的增加,受风灾破坏程度减小.1987—2017年间,长白山寒温带风灾区的植被发生明显变化,根据变化的程度可将研究区分为3个等级:变化快、变化中等和变化慢,其中,变化中等的区域面积最大,其次是变化慢、变化快的区域;植被变化程度与海拔的相关性最强,随着海拔的增加,植被变化变慢.乔木的恢复较慢,鱼鳞云杉略好于岳桦;植被变化主要表现在灌木层和草本层,变化快的区域灌木层发育好于草本层;变化中等的区域草本层发育好于灌木层;变化慢的区域灌木层发育差异大,但草本层总体上表现为低矮稠密.

基于VPM模型的长白山自然保护区植被总初级生产力动态变化

平晓莹, 马俊, 刘淼, 常禹, 宗敏, 熊在平

2019, 30(5):  1589-1598.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.029

摘要 ( 697 )   PDF (2620KB) ( 379 )  

总初级生产力(GPP)是碳循环的重要参数,它的准确估算对碳循环及全球气候变化研究有重要作用.利用VPM模型及2000—2015年MOD09A1数据/气候因子的空间数据,对长白山自然保护区的植被GPP进行模拟.结果表明: 2000—2015年,保护区GPP年均值为1203 g C·m^-2·a^-1,GPP呈极显著趋势增长.森林植被GPP年际增长变化在不同植被垂直带下没有显著区别,但从高山苔原带往上,GPP年际增长明显减小.GPP与降水的年际相关性不显著,与温度的正相关关系集中分布在阔叶红松林带和高山苔原带.春季气温对GPP影响最大,有80%像元显示与气温呈正相关.GPP与温度的年际相关性明显高于降水.

3PG碳生产模型在长白山阔叶红松林总初级生产力估算中的应用

常晓晴, 邢艳秋, 王馨慧, 尤号田, 徐珂

2019, 30(5):  1599-1607.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.037

摘要 ( 561 )   PDF (678KB) ( 303 )  

利用ChinaFLUX长白山站阔叶红松林的通量观测数据以及同期卫星遥感数据,对3PG模型中的植被光合模型(VPM)、光能利用率模型(EC-LUE)、陆地生态系统模型(TEM)、卡内基-埃姆斯-斯坦福方法模型(CASA)4种模型进行参数重组,通过对比通量观测值与估算值的均方根误差、决定系数及平均误差确定模型的最适合参数;并利用实测的通量观测数据对优化后的模型进行拟合度验证,以提高其估算长白山阔叶红松林总初级生产力(GPP)的准确性.结果表明: 采用温度、增强植被指数、地表水分指数分别表征原模型中的温度限制因子、光合有效辐射吸收比例、水分限制因子估算长白山阔叶红松林GPP时,结果最优,优化后模型的精度(R²=0.948,RMSE=0.035 mol·m^-2·month^-1)明显优于原模型(R²=0.854,RMSE=0.177 mol·m^-2·month^-1),且能够有效改善原模型生长季明显高估的现象;通过敏感性分析可知,温度是对GPP估算不确定性影响最大的参数,其次为增强型植被指数和光合有效辐射,地表水分指数最小,且变量间的交互作用对GPP估算不确定性也存在影响.

长白山阔叶红松林3个主要树种的非结构性碳储存特征

王晓雨, 王守乐, 唐杨, 周旺明, 周莉, 仲庆林, 代力民, 于大炮

2019, 30(5):  1608-1614.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.001

摘要 ( 837 )   PDF (631KB) ( 424 )  

非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)作为树木生命代谢的关键物质之一,在树木器官中的储存特征受到了广泛关注,但NSC在器官内部具有不同功能的组织间(韧皮部与木质部)的分配和权衡还不清楚.本研究以长白山阔叶红松林的3个优势树种——红松、水曲柳和紫椴为研究对象,对比分析NSC在根、树干韧皮与木质部中的浓度和分配特征.结果表明: 树木韧皮部和木质部间的NSC浓度差异显著,总体分配趋势为韧皮部以可溶性糖为主,而木质部以淀粉为主.树干外侧(以年轮划分,0～20年)、中段(20～40年)和内侧(>40年)的NSC浓度在不同树种间差异显著,而根中的差异不显著.红松和水曲柳树干韧皮部可溶性总糖浓度显著高于紫椴,在木质部中差异不显著.本研究结果表明,树体内部NSC在韧皮部和木质部上的分配存在明显分异,这与树种的演替阶段及组织的功能进化有关.研究结果对于深入理解温带树木的碳储存特征和分配机理具有参考意义.

长白山阔叶红松林和杨桦次生林土壤有机碳氮的协同积累特征

赵华晨, 高菲, 李斯雯, 高雷, 王明哲, 崔晓阳

2019, 30(5):  1615-1624.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.040

摘要 ( 530 )   PDF (958KB) ( 307 )  

次生演替是森林土壤有机碳、氮库变化的重要驱动因素.本研究以长白山原始阔叶红松林和杨桦次生林为例,通过成对样地途径,研究了森林土壤有机碳、氮的数量分布及其协同积累特征,探讨了次生演替导致的温带森林土壤碳库和碳汇效应变化及其碳氮耦合机制.结果表明: 杨桦次生林比原始阔叶红松林在土壤表层和亚表层(0～20 cm)积累了更多的有机碳和氮,其土壤C/N值也显著低于阔叶红松林;相对于阔叶红松林,杨桦次生林土壤(0～20 cm)有机碳储量平均增加了14.7 t·hm^-2,相当于29.4 g·m^-2·a^-1的土壤碳汇增益.土壤有机碳和全氮在不同林型的不同土层中均表现为极显著正相关,二者具有明显的协同积累特征.与阔叶红松林生态系统相比,相对富氮的杨桦次生林生态系统的上部土层中氮对有机碳的决定系数明显高于阔叶红松林,说明杨桦次生林土壤有机碳的积累在更大程度上依赖含氮有机质积累.在有机质最丰富的表层(0～10 cm),两种林型间轻组有机碳、氮储量无显著差异,但杨桦次生林重组有机碳、氮的含量、储量及分配比例均显著高于阔叶红松林,其中,重组有机碳储量平均增加了8.5 t·hm^-2,表明次生演替过程中土壤有机碳、氮库的增加主要在于矿物质结合态稳定性土壤有机碳、氮库的增容.凋落物分解和稳定性土壤有机质形成中的碳氮耦合机制是次生演替过程中土壤有机碳、氮库变化的重要驱动机制.

2000—2015年中国东北森林生产力和碳素利用率的时空变异

陈智

2019, 30(5):  1625-1632.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.033

摘要 ( 646 )   PDF (3624KB) ( 446 )  

中国东北森林生态系统是重要的碳汇功能区,也是对环境变化响应的敏感区,分析其植被生产力和碳素利用效率的变化特征及其对气候变化的响应对于区域碳收支的准确评估和预测具有重要意义.本研究利用MODIS的长期监测数据,结合植被类型分布数据,对中国东北森林生态系统2000—2015年生产力(净初级生产力NPP、总初级生产力GPP)和碳素利用率(NPP/GPP)时空变化特征进行分析.结果表明: 研究期间,东北森林生态系统平均NPP和GPP分别为346.4和773 g C·m^-2·a^-1,平均NPP/GPP为0.45.不同森林类型的NPP和GPP依次为针阔混交林>落叶阔叶林>针叶林,NPP/GPP在不同森林类型间无显著差异.NPP和GPP呈现出东南高、西北低的空间分布特点.2000—2015年间,东北森林生态系统NPP、GPP和NPP/GPP呈波动增加趋势,固碳能力逐步增强.NPP、GPP和NPP/GPP的变化趋势和变化速率表现出空间差异性,在大兴安岭南部地区显著增加,在大兴安岭北部地区显著下降,其余区域呈微弱增加趋势.与气候因子的相关性分析表明,年降水量的增加是驱动东北森林生态系统NPP、GPP和NPP/GPP波动增加的主要因素.

长白山国家自然保护区及其周边地区生态脆弱性评估

朱琪, 周旺明, 贾翔, 周莉, 于大炮, 代力民

2019, 30(5):  1633-1641.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.030

摘要 ( 581 )   PDF (1051KB) ( 699 )  

在全球变化与人类活动的双重冲击下,探究自然保护区及其周边区域的生态脆弱状况对于保证区域的生态安全和人类自身的可持续发展至关重要.以长白山国家自然保护区及其周边30 km缓冲区为研究区域,结合“敏感度-恢复力-压力度”概念模型和空间主成分分析法评估保护区内外2005和2015年的生态脆弱状况并分析其背后的主要驱动因子.结果表明:2005和2015年,保护区内外的生态脆弱性等级均以潜在脆弱、微度脆弱和轻度脆弱为主,该区域的生态脆弱状况总体处于较好水平;2005—2015年间,保护区内外整体的生态脆弱性呈现略微上升趋势,区内、外发生退化的区域面积分别为254和967 km²,区内、外对该趋势的贡献占比分别为30.8%和69.2%;区内生态脆弱性在空间格局上的变化主要与净初级生产力(NPP)、植被覆盖度和距离道路最近距离的变化有关,而在区外,主要与NPP、植被覆盖度、国内生产总值(GDP)密度的变化有关.

基于地理加权回归克里格模型的帽儿山地区森林碳储量空间分布

孙钰森, 王维芳, 李国春

2019, 30(5):  1642-1650.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.024

摘要 ( 687 )   PDF (1444KB) ( 440 )  

森林碳储量对于全球气候变化具有重要影响,以往的模型估算未考虑到模型残差的空间相关性和碳储量数据的非平稳性,影响模型的预测精度.本研究基于东北林业大学帽儿山实验林场的ETM+遥感影像数据和193块固定样地,利用地理加权克里格回归(GWRK)建立森林碳储量与遥感和地形因子的回归模型,同时对比最小二乘模型(OLS)、地理加权回归模型(GWR)的预测精度.结果表明: 对于帽儿山地区的森林碳储量估算,GWRK的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)低于OLS模型和GWR模型,GWRK模型的平均误差(ME)低于GWR模型,与OLS模型相近.GWRK模型的预测精度为83.2%,较OLS模型(73.7%)和GWR模型(77.3%)分别提高6%和10%,拟合精度明显提高,说明GWRK模型是森林碳储量估算的有效方法.利用GWRK模型预测的研究区森林碳储量平均值为70.31 t·hm^-2,在海拔较高的地区,森林碳储量值相对较高,说明海拔对其有较大影响.

抚育间伐对长白落叶松人工林土壤碳、氮及其组分的影响

周焘, 王传宽, 周正虎, 孙志虎

2019, 30(5):  1651-1658.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.020

摘要 ( 563 )   PDF (711KB) ( 193 )  

抚育间伐作为重要的森林经营措施之一,能够改变林分结构和稳定性,进而影响森林生态系统的生物地球化学循环.然而,抚育间伐对森林土壤碳、氮循环的影响程度如何尚不明确,尤其缺少长期试验结果报道.本研究以黑龙江省孟家岗林场经过4种不同强度和频度的抚育间伐处理后的60年生长白落叶松人工林为研究对象(4次低强度的间伐,LT4;3次中等强度的间伐,MT3;2次高强度间伐,HT2;不进行间伐的对照,CK),从酸水解法划分土壤碳、氮库(活性碳、氮库Ⅰ,活性碳、氮库Ⅱ和惰性碳、氮库)的角度研究了抚育间伐对长白落叶松人工林土壤总有机碳、全氮的影响机制.结果表明: 抚育间伐显著增加了土壤有机碳和全氮含量,增幅分别高达48.7%～50.3%和28.9%～42.7%.抚育间伐均增加了3种碳、氮组分的含量,而增加的程度因碳、氮组分和抚育间伐措施的不同而异.与活性碳库Ⅰ和活性碳库Ⅱ的增加程度相比,惰性碳库的增加程度最大,LT4、MT3和HT2处理下惰性碳库分别增加71%、69%和75%.此外,抚育间伐也显著增加了惰性碳占土壤总有机碳的比例.LT4显著提高了土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵,而MT3和HT2对微生物生物量碳、氮和微生物熵却无显著影响.抚育间伐可能通过产生较多的粗木质残体于土体中,增加土壤木栓质和木质素等顽固组分的输入,进而导致土壤惰性碳含量增加,降低有机质的分解,最终导致土壤有机碳增加.

纬度梯度移栽对兴安落叶松针叶暗呼吸温度敏感性的影响

万丽娜, 王传宽, 全先奎

2019, 30(5):  1659-1666.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.032

摘要 ( 465 )   PDF (805KB) ( 318 )  

叶片暗呼吸温度敏感性对研究森林生态系统碳循环及其对气候变化的响应具有重要意义,但其树种内的变异性及季节动态还不清楚.本研究于2018年在同质园内测定了移栽自4个纬度(塔河、松岭、黑河和带岭)的兴安落叶松针叶的暗呼吸温度敏感系数(Q₁₀),旨在探索来自不同气候条件树木的Q₁₀的种内变异性及季节动态.结果表明: 4个移栽地的Q₁₀具有明显的季节动态,其最大值均出现在生长季中期.4个移栽地树木的Q₁₀存在显著差异,其变动范围为(1.48±0.01)～(2.15±0.03),并且在每个生长季阶段中差异的变化格局一致,即来自低纬度高温地区的树木Q₁₀值较大.Q₁₀与针叶氮浓度、可溶性糖浓度、移栽地年均气温和年均降水量间均存在显著正相关关系.综上,Q₁₀在移栽地之间的差异及其季节动态主要由针叶养分含量和树木对移栽原地气候的长期适应引起的,这些因素在森林碳循环对气候变化响应的模型和预测中应该予以考虑.

阔叶红松林6种阔叶树单个叶片叶面积和叶干质量的垂直变异及模型构建

纪蒙, 王彦君, 金光泽, 刘志理

2019, 30(5):  1667-1678.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.022

摘要 ( 463 )   PDF (951KB) ( 240 )  

快捷、准确地测定植物叶片尺度上的叶面积(LA)和叶干质量(LDM)对于探讨植物性状对气候变化的响应机制至关重要,但适于测定区域尺度上不同阔叶植物单个叶片LA和LDM的经验模型尚未提出.本研究以中国东北4个分布区阔叶红松林内的白桦、紫椴、山杨、枫桦、水曲柳和裂叶榆6种阔叶树种为研究对象,分别测定其不同冠层高度(上层、中层和下层)叶片的叶长、叶宽、叶厚、LA及LDM.以叶长与叶宽之比(叶长宽比)的中位数为标准将6种阔叶树分为两组,检验每组树种不同冠层高度对构建预测LA和LDM的经验模型是否存在显著影响;构建适于预测区域尺度上不同冠层单个叶片LA和LDM的经验模型,验证其预测精度;并进一步评估构建的经验模型预测其他区域相同阔叶树种LA和LDM的适用性.结果表明: 整体上6种阔叶树单个叶片的LA随冠层高度的降低呈显著增大趋势,而部分树种的LDM呈下降趋势;冠层高度对构建预测LA和LDM的经验模型具有显著影响;构建的经验模型预测两组阔叶树种不同冠层单个叶片LA和LDM的平均精度分别为95%和83%,且基于这些模型预测其他区域相应树种LA和LDM的平均精度分别为94%和80%,表明本研究构建的经验模型在我国东北区域具有普遍适用性.

红松优树半同胞子代家系生长、结实及抗病虫能力的变异特征

王芳, 王元兴, 王成录, 张伟娜, 刘卫胜, 陆志民, 杨雨春

2019, 30(5):  1679-1686.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.016

摘要 ( 466 )   PDF (492KB) ( 292 )  

以吉林省露水河宏伟种子园的551个优株29年生红松半同胞子代家系为材料,对其生长性状(树高、胸径、冠幅)、结实性状(连续7个结实年份的球果总数)和抗病虫能力进行调查,利用多性状综合评价的方法,结合生长、结实和抗病虫能力等6个性状,优选出优良家系和单株.结果表明: 各性状在不同家系间和区组间的差异均达到极显著水平;各性状的表型变异系数变化范围为13.9%～61.0%,极显著的差异与高的变异系数有利于优良家系的评价和选择;材积、结实量和抗病虫能力的家系遗传力(分别为0.47、0.52和0.48)均大于单株遗传力(分别为0.37、0.07和0.10);红松家系生长性状、结实性状和抗病虫能力之间呈极显著正相关关系.以5%的入选率初步选出28个优良家系,其材积、结实量和抗病虫能力的遗传增益分别为16.8%、71.4%和0.5%;以2%的入选率在优良家系中初步选出7个优良单株,其材积、结实量和抗病虫能力的遗传增益分别为66.8%、80.9%和0.7%.这些初选的优良家系和单株表现出明显优势,可指导无性系种子园去劣疏伐,并为高世代种子园的营建提供繁殖材料.

基于不同空间尺度遥感影像估算森林叶面积指数的差异

刘婷, 陈晨, 范文义, 毛学刚, 于颖

2019, 30(5):  1687-1698.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.014

摘要 ( 600 )   PDF (3388KB) ( 142 )  

地面测量点对遥感像元的代表性如何,怎样获取像元的相对真值,多大的空间分辨率可以真实地反映森林区域的叶面积指数(LAI),这些都是定量遥感中的重要问题.本研究计算LAI-2200和TRAC两种冠层分析仪测量的空间范围,并结合GF-2(4.1 m)、Sentinel-2(10 m)、Landsat-8(30 m)3种不同空间分辨率遥感影像,找到各尺度下像元的相对真值,在保持真值观测面积和遥感获取面积一致的条件下,基于一元指数和多元回归模型,对比分析不同空间分辨率影像对估算森林LAI的影响,并对3种影像模型进行30和100 m尺度下的检验以及各自数据集的空间代表性评价,比较得出最适合表达研究区域森林LAI的尺度.结果表明:对于森林来说,高分辨率并不一定能充分反映森林LAI.基于3种分辨率影像的统计模型都能很好地估测森林LAI,其中,基于Sentinel-2的反演精度最高,基于GF-2的反演精度最低.30和100 m尺度下的检验结果表明,基于GF-2反演模型高估了森林LAI,基于Landsat-8的反演模型低估了森林LAI,基于Sentinel-2分辨率的统计模型可以很好地估测研究区域森林LAI.

气候变化、林火和营林措施对寒温带典型森林生态弹性的影响

罗旭, 梁宇, 贺红士, 黄超, 张庆龙

2019, 30(5):  1699-1712.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.011

摘要 ( 610 )   PDF (2923KB) ( 364 )  

生态弹性是森林生态系统在遭受外在扰动后恢复到稳定状态的能力,是森林资源可持续发展的重要目标之一,且森林生态弹性对诸如气候变化、林火和营林措施等外部因子的影响较为敏感.探究这些外部因子对森林生态弹性的影响在未来森林生态系统管理方面有重要意义.本研究首先从森林组成、结构和功能等方面选取指标因子并估算了森林生态弹性值,然后运用LANDIS PRO模型,模拟气候变化、林火干扰和营林措施等对寒温带典型森林生态弹性的影响,并探讨了当前抚育采伐方案在未来气候下的可持续性.结果表明: 模型初始化的2000年林分密度和胸高断面积与2000年真实景观较为吻合,模拟的2010年森林景观与野外调查数据无明显差异,基于当前林火干扰状况的模拟结果与火烧迹地调查数据基本匹配,说明林火模块能很好地模拟当前研究区林火发生状况.林火干扰增加30%将会使该区模拟期内景观水平上森林生态弹性提高15.7%～40.8%,而林火干扰增加200%则会降低该区4.4%～24.6%的森林生态弹性.短期和中期林火干扰增加对森林生态弹性的影响大于气候变化的影响.与当前预案相比,B1气候(林火增加30%预案)和A2气候(林火增加200%预案)对整个模拟阶段景观尺度森林生态弹性的影响分别处于-15.9%～38.9%和-60.4%～34.8%范围内.与无采伐预案相比,B1和A2气候下在整个模拟时期内若继续实施当前抚育采伐方案,将不利于景观水平森林生态弹性的提高.在B1气候(林火增加30%预案)下,在各模拟时期内无需实施任何营林措施;而在A2气候(林火增加200%预案)下,建议实施中、高强度种植的营林措施以提升景观水平森林生态弹性.

采伐对小兴安岭森林沼泽非生长季土壤温室气体排放的影响

郝利, 牟长城, 常怡慧, 申忠奇, 韩丽冬, 姜宁, 彭文宏

2019, 30(5):  1713-1725.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.036

摘要 ( 488 )   PDF (860KB) ( 170 )  

中高纬度地区非生长季温室气体排放对生态系统碳、氮循环具有重要影响,但采伐干扰如何影响森林沼泽非生长季土壤温室气体排放尚不明确.本研究采用静态箱-气相色谱法,观测小兴安岭4种森林沼泽(毛赤杨沼泽、白桦沼泽、落叶松苔草沼泽、落叶松藓类沼泽)不同采伐方式下(对照、择伐45%、皆伐,试验处理已10年)非生长季土壤CO₂、CH₄、和N₂O通量及其相关环境因子(温度、湿度及碳氮含量等),分析采伐干扰对温带森林沼泽非生长季土壤温室气体排放的影响规律及主控因子.结果表明: 采伐干扰10年后,4种森林沼泽土壤CO₂、CH₄和N₂O非生长季平均通量分别在53.08～81.31 mg·m^-2·h^-1、0.09～3.07 mg·m^-2·h^-1和4.07～8.83 μg·m^-2·h^-1,其中,皆伐显著提高毛赤杨沼泽和落叶松藓类沼泽非生长季土壤CO₂、CH₄和N₂O排放量,择伐显著提高白桦沼泽、落叶松藓类沼泽及降低毛赤杨沼泽的CO₂排放量,且显著降低4种森林沼泽CH₄排放量及落叶松苔草沼泽的N₂O排放量;天然森林沼泽非生长季土壤CO₂排放受土壤温度、有机碳含量及C/N调控,CH₄受土壤温度、有机碳含量调控,N₂O受气温、土壤pH调控,采伐增加了CO₂排放与气温、土壤含水量及积雪深度的相关性,增加了CH₄排放与气温、土壤含水量、C/N的相关性,增加了N₂O排放与土壤全氮和C/N的相关性;温带天然森林沼泽非生长季土壤CO₂、CH₄和N₂O的年贡献率分别为33.2%～46.5%、6.3%～9.1%和61.5%～68.3%,皆伐提高了白桦沼泽和落叶松藓类沼泽CO₂年贡献率和除落叶松藓类沼泽外其他样地的N₂O年贡献率,择伐提高了落叶松苔草沼泽、落叶松藓类沼泽CO₂、CH₄和N₂O年贡献率,但降低了白桦沼泽3种气体年贡献率.温带天然森林沼泽非生长季土壤N₂O和CO₂的年贡献率相对较大,皆伐使两者年贡献率进一步提高,择伐却较大幅度提高了其CH₄的年贡献率.

北京山区不同植被类型的土壤呼吸特征及其温度敏感性

郑鹏飞, 余新晓, 贾国栋, 李红娟, 王渝淞, 朱栩辉

2019, 30(5):  1726-1734.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.038

摘要 ( 677 )   PDF (727KB) ( 360 )  

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,是生态系统碳循环研究中的热点问题.土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)是估算土壤呼吸对全球变暖的反馈参数,研究不同植被类型的Q₁₀对评估森林生态系统碳收支具有重要意义.本研究以北京山区典型植被类型侧柏、油松和栓皮栎为研究对象,通过测定生长季内3种植被类型的土壤理化性质、土壤水热因素以及土壤呼吸速率(R_s)的变化,探究不同植被类型下的土壤呼吸特征及温度敏感性.结果表明:3种主要植被类型的R_s在生长季内与土壤温度、湿度的变化趋势相似,均呈现先升高后降低的单峰变化,R_s在4月初最低(0.45 μmol·m^-2·s^-1),随后逐渐增大,在7月初达到峰值(3.95 μmol·m^-2·s^-1),然后逐渐降低,3种植被类型的R_s和Q₁₀值均存在显著差异.土壤温度和湿度是土壤呼吸的重要影响因素,两者与R_s拟合的回归模型可以解析土壤呼吸速率48.1%～56.7%的变化.北京山区的Q₁₀值在2.05～3.19,在同一植被类型下,Q₁₀值与土壤有机碳含量呈显著负相关(R²>0.9),植被类型、海拔和土壤有机碳含量是造成不同植被类型Q₁₀值差异的重要原因.

氮添加对树木根系特性的影响

刘瑞雪, 吴泓瑾, 黄国柱, 赵传燕, 李伟斌

2019, 30(5):  1735-1742.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.005

摘要 ( 635 )   PDF (628KB) ( 275 )  

大气氮沉降对植物个体及整个生态系统都具有复杂的影响.本文共搜集39篇(16篇英文、23篇中文)已发表期刊论文的数据,通过整合分析方法分析了氮添加对树木根系特性的影响,并对比了发表在中、英文期刊上的结果差异.结果表明: 氮添加显著增加了细根直径(+6.7%)、细根氮含量(+8.9%)和细根呼吸速率(+17.5%),对细根生物量、细根长度、比根长、细根碳含量以及细根碳氮比的影响并不显著.不同的气候带类型和肥料类型对试验结果也具有不同的影响.另外,发表于英文期刊的试验结果的显著性普通高于发表在中文期刊上的结果.本文总结了氮添加对树木根系特性影响的普适性规律,以此分析了氮添加对森林生态系统碳循环影响的主要机理.

浙江省竹林地上碳储量的时空动态模拟及影响因素

刘腾艳, 毛方杰, 李雪建, 邢璐琪, 董落凡, 郑钧泷, 张梦, 杜华强

2019, 30(5):  1743-1753.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.035

摘要 ( 684 )   PDF (2873KB) ( 224 )  

竹林具有高效的固碳能力,在应对全球气候变化中扮演重要角色.然而,目前大尺度竹林碳储量估算误差大,导致竹林碳储量时空格局存在较大的不确定性.本研究以浙江省为例,耦合遥感数据和BIOME-BGC生态系统过程模型模拟1984—2014年浙江省竹林地上碳储量,并利用森林资源清查数据进行精度验证,分析浙江省竹林地上碳储量时空格局以及环境因子对竹林地上碳储量的影响.结果表明: 模拟得到的竹林地上碳储量精度较高,平均相关系数(r)、均方根误差(RMSE)和相对偏差(rBIAS)分别达到了0.75、7.24 Mg C·hm^-2和-2.57 Mg C·hm^-2,全省竹林地上碳储量总体呈上升趋势,碳密度在13.10～17.14 Mg C·hm^-2,总碳储量在9.94～17.19 Tg C,其中,竹林地上碳储量高值区域主要分布在安吉、临安、龙游等竹产业发达地区.竹林地上碳储量的变化与温度、降水、辐射、CO₂浓度、大气N沉降5个环境因子显著相关,降水量和温度与碳储量的偏相关系数较大.

氮沉降对毛竹林土壤可溶性有机质数量与光谱学特征的影响

程蕾, 林开淼, 周嘉聪, 张秋芳, 曾晓敏, 纪宇皝, 郑永,徐建国, 陈岳民

2019, 30(5):  1754-1762.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.034

摘要 ( 557 )   PDF (1427KB) ( 195 )  

中国亚热带是受氮沉降影响最严重的地区之一.土壤可溶性有机质(DOM)被认为是土壤有机质的重要指标,氮沉降可能通过改变微生物活性导致土壤DOM质量和数量的变化.本研究以亚热带毛竹林为研究对象,设置对照、低氮和高氮3个水平,进行为期3年的施氮处理,探究氮添加对土壤DOM含量、光谱学特征和微生物胞外酶活性的影响.结果表明: 与对照相比,施氮后土壤pH、可溶性有机碳、可溶性有机氮含量和芳香化指数无显著变化,而腐殖化指数随施氮量的增加显著增加,微生物酶活性也随着施氮量的增加呈现先升高后下降的趋势.傅里叶红外光谱结果显示,土壤DOM在7个区域的相似位置存在吸收峰,其中,1000～1260 cm^-1的吸收峰最强,表明施氮处理后,土壤中多糖类、醇类、羧酸类及酯类物质增加.三维荧光光谱结果表明,施氮处理后,土壤DOM结构有显著改变,表现在低分子物质如类蛋白质物质和微生物代谢产物减少,而高分子物质如类腐殖质物质显著增加.总的来说,施氮使得土壤氮与微生物需求相适应,促进微生物分解DOM中易降解的物质,土壤DOM结构更加复杂,短期氮沉降可能有利于土壤肥力的改善.

植物叶片表面水溶与非水溶性颗粒物滞纳量分离定量评估——以5种树种为例

刘金强, 曹治国, 郭泽敏, 段劼, 康佳, 刘欢欢, 闫广轩, 席本野

2019, 30(5):  1763-1771.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.031

摘要 ( 607 )   PDF (1180KB) ( 128 )  

为了精确、定量评估植物叶片表面水溶性和非水溶性颗粒物的质量及粒径分布,进一步提高对城市树木大气颗粒物吸滞能力的定量评估精度,本研究以3种阔叶树种(银杏、国槐、垂柳)和2种针叶树种(油松、圆柏)为研究对象,于雨后14 d(降水量>15 mm)采集叶样,依次对其进行泡洗+刷洗(WC+BC)、超声清洗(UC),然后对每个清洗步骤下叶片洗脱液进行离心分离,对上清液与沉淀物进行烘干、称量,测定水溶性和非水溶性颗粒物的质量,采用无水乙醇和去离子水对水溶性和非水溶性颗粒物进行溶解,分别测定其粒径分布,并依此计算叶片表面滞纳不同径级水溶性和非水溶性颗粒物的质量.结果表明: 阔叶和针叶树种叶片表面滞纳水溶性、非水溶性颗粒物质量(比例)分别为480.61(52.3%)、438.91(47.7%)和97.93(12.0%)、715.84 mg·m^-2(88.0%).5种树种叶面水溶性颗粒物粒径分布呈单峰曲线,而叶面非水溶性颗粒物粒径则呈多峰分布,且水溶性颗粒物的平均粒径(40.36 μm)明显小于非水溶性颗粒物平均粒径(105.65 μm).阔叶树种国槐、银杏在空气中含水溶性颗粒物较多的区域具有较高的颗粒物滞纳能力;而针叶树种圆柏在空气中非水溶性颗粒物较多的区域具有较高的颗粒物滞纳能力.

植物叶肉导度的测定及计算方法综述

朱凯, 袁凤辉, 关德新, 吴家兵, 王安志

2019, 30(5):  1772-1782.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.002

摘要 ( 1346 )   PDF (665KB) ( 792 )  

叶肉导度(g_m)指叶肉细胞内部的CO₂扩散能力,它是叶肉细胞阻力的倒数.光合作用研究的早期,研究者们多将叶肉细胞对CO₂的扩散阻力视为零,即假定g_m无穷大,而忽略了其对光合作用的限制.但近来的研究表明,g_m是有限的,并随着环境条件的改变而发生变化,此外,g_m的大小直接决定了CO₂在叶片内的扩散量,进而影响到植物光合效率的高低.因此,g_m的估算对于植物光合能力的评估意义重大.目前,气体交换与叶绿素荧光相结合法、曲线拟合法以及瞬时碳同位素(¹³CO₂)辨别法已经成为植物g_m估测的3种常用方法,但国内针对这3种方法原理及其优缺点介绍的文献极少,阐述这3种方法的原理、过程并比较分析其优缺点就显得尤为必要.本文综合了相关文献,从原理、推导过程及优缺点3方面对上述3种g_m估测方法进行了详细介绍.结果表明: 曲线拟合法虽然易于理解,便于操作,但其拟合模型因光合作用的发生状态不同而不同,需要研究者对光合作用不同状态进行严格划分,不利于广泛推广应用;瞬时碳同位素(¹³CO₂)辨别法虽然提高了结果的准确性,但其测定过程比较复杂,对试验操作的要求比较严格,同时该方法对试验误差的敏感性较差,可靠性不高.相较上述两种方法,气体交换与叶绿素荧光相结合法的可操作性更强,可靠性更高,更利于多处理多重复的大样本的观测分析,叶绿素荧光技术的使用,既简化了试验步骤,又降低了试验过程的偶然误差,增加了观测结果的科学性;此外,叶绿素荧光技术还能为叶片提供饱和脉冲活化能,从而最大限度地激发叶片的光合潜能,但该方法也存在很多问题,比如,为了提高叶片叶绿素荧光参数的准确程度,试验中需要使用较低的气体流速,而流速的降低又会增大气体扩散泄漏的风险,所以该方法对选择合理气体流速的要求很高. 综合来看,气体交换与叶绿素荧光相结合法在植物g_m的实际测定中的认可度最高,使用最广泛.

长白山地区自然科学研究综述: 1956—2018

刘雅各, 张茂亮, 关德新, 宋秀芳, 袁凤辉, 吴家兵, 王安志

2019, 30(5):  1783-1796.  doi:10.13287/j.1001-9332.201905.003

摘要 ( 752 )   PDF (7861KB) ( 464 )  

以国际(WOS)、国内(CNKI、CSCD)数据库中收录的长白山自然科学研究文献为基础,利用知识图谱与文献计量学方法对长白山地区1956—2018年开展的科学研究进行综述.结果表明: 1956—2018年,长白山地区自然科学研究经历了萌芽期、成长期和快速发展时期,形成了以森林与生态科学、火山与地质科学、环境变化科学、资源科学及开发利用、动物与微生物科学为主的五大研究领域,共20个主要研究方向.2000年以来,森林与生态科学、火山与地质科学和环境变化科学成为长白山地区的研究热点,主要集中在群落生态学、森林经营学、土壤生态学、生态系统生态学、生态气候学、森林响应环境变化、火山地质学7条主线上,国际研究更呈现学科交叉融合的态势.未来10年,国内与国际长白山科学研究除在原有热点领域上不断深耕外,老龄林及大尺度生态系统碳过程、森林-海拔-气候变化、土壤动物与微生物、森林经营与人类活动、生物多样性、火山起源与喷发历史、火山喷发动力学与火山监测等方面将是研究重点.学科交叉化、尺度两极化、内容深入化、要素多样化将是未来研究的发展趋势.