滇中地表死可燃物平衡含水率和时滞与温湿度的关系研究

为研究温湿度对滇中地表死可燃物平衡含水率和时滞的影响, 2017年4月于昆明西山公园采集云南松和滇青冈两个树种新凋落的枯枝和枯叶, 利用恒温恒湿箱在室内测定了20个温湿度组合下的平衡含水率和时滞, 并通过统计软件分析了平衡含水率和时滞与温湿度的关系, 同时以Simard和Nelson模型为响应模型拟合了4种可燃物的平衡含水率预测模型, 利用均方根误差分析比较两类模型的精准性。结果表明: 滇中地表死可燃物平衡含水率和时滞受温湿度的影响显著, 平衡含水率和时滞均随温度的升高而减小, 随湿度的增加而增大。4种可燃物拟合得出的Simard模型和Nelson模型相比较, Simard模型的拟合效果更好, 更适用于滇中地表死可燃物平衡含水率和时滞的预测。     

大兴安岭典型林分地表死可燃物含水率动态变化及预测模型

对春季和秋季大兴安岭地区西林吉林业局山杨-白桦混交林、落叶松林、樟子松林、落叶松-白桦混交林、白桦林5种典型林分不同坡位地表细小死可燃物含水率动态进行研究,构建了不同季节防火期、不同林分地表死可燃物含水率的预测模型,并分析了其预测误差.结果表明: 相同林分地表可燃物含水率在春季和秋季差异显著;在相同季节相同林分下不同坡位可燃物含水率存在差异.采用Nelson模型对地表死可燃物含水率预测的平均绝对误差(MAE)的平均值为0.13,略低于Simard模型(0.14),明显低于气象要素回归模型(0.25).Nelson和Simard模型的预测效果好于气象要素回归模型.秋季模型对地表死可燃物含水率的预测精度好于春季模型和春季秋季混合模型.     

以小时为步长的大兴安岭典型林分地表死可燃物含水率模型预测及外推精度

地表死可燃物含水率是火险天气和火行为预报中的重要指标.本研究基于时滞平衡含水率法(Nelson和Simard方法)及气象要素回归方法,于2010年9—10月对黑龙江省大兴安岭地区盘古林场不同郁闭度的山杨-白桦混交林、红皮云杉纯林,以及采伐迹地(原1∶1樟子松-白桦混交林)地表死可燃物含水率进行以小时为步长的连续测定,建立其预测模型,得到预测误差,并使用相应的模型对其他林分地表死可燃物含水率进行外推精度分析.结果表明:采用Nelson平衡含水率法构建的地表死可燃物含水率变化模型的平均绝对误差、平均相对误差和均方误差根(0.0154、0.104和0.0226)低于Simard法(0.0185、0.117和0.0256)和气象要素回归法(0.0222、0.150和0.0331).在外推效果方面,气象要素回归法的平均绝对误差、平均相对误差和均方误差根(0.0410、0.0300和0.0740)低于Simard法(0.610、0.492和0.846),但前两者均高于Nelson法(0.034、0.021和0.0660),说明以小时为步长的时滞平衡含水率法,尤其是Nelson法适用于大兴安岭地区所测林分.外推虽不能降低误差,但有助于提高现有模型应用至不同林分条件或大尺度范围内的地表死可燃物含水率预测精度和利用率.模型建模和外推误差与不同树种和郁闭度条件差异有关,研究时应根据不同林分和地点选择合适的平衡含水率模型.     

以小时为步长的大兴安岭兴安落叶松林地表可燃物含水率预测模型

应用时滞平衡含水率法(包括Nelson和Simard两种)及气象要素回归法,以小时为步长对大兴安岭地区阳坡上部落叶松林下地表细小死可燃物进行动态含水率测定,分析了不同郁闭度林分的预测误差.结果表明:以小时为步长的可燃物含水率预测方法适用于大兴安岭地区的典型落叶松林分,Simard法预测平均绝对误差为1.1%,平均相对误差为8.5%,低于Nelson法和传统的气象要素回归法,接近同类研究的误差范围;同一坡度、坡位上,不同郁闭度下的可燃物含水率变化差异较大,使用以小时为步长的可燃物含水率预测方法,应根据不同地区林分和地点选择合适的平衡含水率模型,或建立基于林分的可燃物含水率模型.     

大兴安岭南瓮河落叶松-白桦混交林地表可燃物含水率

以大兴安岭南瓮河国家级自然保护区落叶松-白桦混交林的阳坡和阴坡2种林分为研究对象,监测2种林分在不同防火期的地表可燃物含水率的动态变化,采用基于平衡含水率和时滞的直接估计法,分析防火期和坡向对地表可燃物含水率预测模型精度的影响。结果显示:不同防火期林内气象因子(防火期影响)及林分郁闭度(坡向影响)不同,地表可燃物含水率变化呈现差异(P0.05),秋季春季,阳坡阴坡。在构建的地表可燃物含水率预测模型中,秋季防火期预测模型精度优于春季防火期预测模型精度,阳坡预测模型精度优于阴坡预测模型精度。因而,在进行森林火险预测预报时,需考虑坡向和防火期对可燃物含水率的影响,分别建立不同的预测模型,将有助于提高火险预测预报精度。     

基于FWI湿度码的塔河林业局地表凋落物含水率预测

加拿大火险天气指标系统(FWI)是目前世界上应用最广的火险天气系统,其可燃物含水率预测方法成为一种重要的研究方法.本文以黑龙江省大兴安岭地区塔河林业局典型林分为研究对象,通过野外地表凋落物含水率的连续观测,分析了凋落物含水率与FWI系统3个湿度码\[细小可燃物湿度码（FFMC）、枯落物下层湿度码（DMC）、干旱码（DC）\]之间的关系.结果表明： 对于研究地区8个样地单独取样的地表凋落物,用FWI系统的湿度码FFMC所建立的线性预测方程的平均绝对误差和平均相对误差分别为14.9%和70.7%,低于气象要素回归模型,说明采用FWI湿度码来预测地表凋落物含水率具有一定优势,可用于预测可燃物含水率,但这种优势是有限的.今后应加强对FWI系统在我国应用的修正工作,特别是雨后可燃物湿度码的修正.     

大兴安岭林区10小时时滞可燃物湿度的模拟

随着森林防火预报精细化的需求,小时尺度可燃物湿度的准确模拟成为火险预报的关键。利用2010年8月连续无降雨天气条件下我国大兴安岭林区10h时滞可燃物湿度和相应气象因子的半小时动态观测资料,从可燃物的失水和吸水过程对目前广泛使用的Fosberg模型和Van Wagner模型进行评估,进而发展了准确模拟10h时滞可燃物失水和吸水过程的可燃物湿度模型。结果表明:Fosberg模型对10h时滞可燃物的失水过程模拟较好(R²=0.96,P<0.01),而Van Wagner模型对10h时滞可燃物的吸水过程模拟较好(R²=0.83,P<0.01),但均不能独立地准确模拟10h时滞可燃物的湿度变化。通过分析可燃物失水与吸水过程,考虑可燃物在静风条件下的水汽交换,优化了Van Wagner模型参数,建立了综合反映可燃物失水与吸水过程的10h时滞可燃物湿度模型。据比较,该模型可准确地模拟10h时滞可燃物的湿度变化(R²=0.88,P<0.01),可为精细化火险预报提供技术支撑。     

不同环境因子对兴安落叶松树干液流的时滞效应复杂性及其综合影响

基于2005年兴安落叶松(1969年造林)树干液流及其环境因子观测数据（30 min频率）,采用错位分析方法对不同季节（春、夏、秋、冬季各20 d）及全年树干液流时滞效应进行主成分分析和时滞矫正分析,探讨其综合影响.结果表明： 不同季节、不同环境因子对兴安落叶松树干液流影响的时滞效应不同,光合有效辐射对树干液流的时滞影响集中在提前0.5～1 h,气温和空气湿度集中在提前或滞后0～2 h,土壤温度和土壤湿度的时滞时间较长或不能判定.当把基于短期数据（20 d）获得的不同环境因子时滞时间用于全年数据的时滞校正时,并没有明显改变各因子与树干液流线性拟合方程的斜率和截距,甚至降低了决定系数,但对逐步回归方程各因子系数的影响明显且一致：时滞校正使空气湿度对树干液流的影响增强,但光合有效辐射、气温和土壤温度对树干液流的影响有所下降.使用主成分分析方法简化多个环境因子共同作用下的时滞效应,对5个环境因子提取第1、第2主成分（>75%信息量）进行错位分析,发现冬季不存在时滞效应,其他季节2个主成分均存在1～1.5 h的时滞时间（提前）.     

基于卷积神经网络及气象要素回归法的地表死可燃物含水率预测模型

地表可燃物含水率是森林火险等级和火行为变化的重要指标,其预测模型对于火险预测、火灾管理等具有显著作用。本研究基于蒙古栎及樟子松林地的野外气象因子以及地表死可燃物含水率数据,进行气象因子随机森林相对重要性排序以及皮尔逊相关性分析,并使用深度学习中的卷积神经网络以及气象要素回归法预测可燃物含水率。结果表明：野外蒙古栎的可燃物含水率显著高于樟子松。随机森林结果表明,对于可燃物含水率具有显著作用的因子排列顺序从大到小为湿度、温度、降雨、风速、太阳辐射;相关性分析表明,当日的温度、湿度、降雨对于可燃物含水率具有显著影响,同时,气象因子之间也存在一定的相关性。卷积神经网络模型对于蒙古栎及樟子松林地表可燃物含水率的预测R²分别为0.928、0.905,平均绝对误差(MAE)分别为6.1%、8.1%,平均相对误差(MRE)分别为8.9%、4.2%;气象要素回归法的R²分别为0.495、0.525,MAE分别为30.5%、39.5%,MRE分别为52.1%、32.6%,卷积神经网络模型精度显著高于气象要素回归法。研究表明,深度学习的卷积神经网络能够为今后的可燃...     

平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的火行为Ⅰ.蔓延速率影响因子与预测模型

以东北林业大学帽儿山实验林场蒙古栎次生林下的蒙古栎凋落叶片为材料,根据研究地区同类可燃物的野外条件,在实验室内构建了不同载量、高度和含水率的可燃物床层,进行100次平地无风条件下的点烧试验.结果表明：平地无风条件下蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率不超过0.5 m·min^-1;可燃物含水率、床层载量和高度对蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率具有显著影响;含水率对林火蔓延速率的影响与可燃物床层高度、载量等无显著关系,而可燃物床层高度对林火蔓延速率的影响与可燃物床层载量有关.可燃物床层压缩比对蒙古栎阔叶床层的林火蔓延速率影响不大.以可燃物含水率、床层载量和高度为预测因子的林火蔓延速率预测模型能解释83%的林火蔓延速率变差,模型的平均绝对误差为0.04 m·min^-1,平均相对误差不超过17%.     

大兴安岭新林林业局3种林分类型天然更新幼苗幼树的空间分布格局

基于大兴安岭新林林业局落叶松林、白桦林和混交林3种主要林分类型16块样地的调查数据,依照幼苗幼树的株高划分为3个等级: Ⅰ级, 株高≤60 cm; Ⅱ级, 60 cm＜株高≤200 cm; Ⅲ级, 株高＞200 cm且胸径＜5 cm.在4种取样尺度下,采用负二项指数等7种聚集度指数,判定幼苗幼树的分布格局及格局强度,分析格局变化和格局规模.结果表明: 除落叶松林的落叶松幼苗幼树Ⅱ级最多,且随等级升高幼苗幼树密度先升高后降低外,白桦林和混交林的落叶松以及3种林分的白桦幼苗幼树Ⅲ级最多,而Ⅰ级最少,随等级升高,幼苗幼树密度均升高.落叶松幼苗幼树在3种林分4种取样尺度下均呈聚集分布.白桦幼苗幼树在白桦林中除在10 m×20 m尺度为随机分布外,均呈聚集分布.除落叶松幼苗幼树在混交林中5 m×10 m尺度时聚集强度最大外,落叶松在其他林分以及白桦在3种林分均在5 m×5 m尺度下聚集强度最大.在落叶松林,落叶松和白桦幼苗幼树的聚集强度随等级增大而减小,其中白桦由聚集分布变为随机或均匀分布;在白桦林和混交林中,落叶松和白桦幼苗幼树的聚集强度随等级升高不断增大,由均匀分布变为聚集分布.在3种林分类型中,不同更新等级落叶松和白桦幼苗幼树种群的格局规模均为25 m².落叶松和白桦幼苗幼树种群格局强度在不同林分类型、不同更新等级中差异明显.     

大兴安岭林区森林群落的演替

本文根据1954年设置的29块标准地的调查,分析了大兴安岭林区主要森林群落的演替趋势,指出兴安落叶松林是该区的演替顶极,樟子松林是土壤演替顶极,白桦林、黑桦林及蒙古栎林等次生林正向着兴安落叶松林演替。     

大兴安岭森林火灾中主要乔木树种含碳气体释放总量的估算

应用排放因子法估算了1980—2005年间大兴安岭林区森林火灾中5种主要乔木树种含碳气体总的释放量.结果表明：不同乔木树种燃烧释放含碳气体的排放因子不同,其中樟子松的CO₂平均排放因子最大, 山杨的CO₂平均排放因子最小;落叶松和山杨的CO和C_xH_y平均排放因子最大,山杨和落叶松的CO和C_xH_y平均排放因子最小.结合5种主要乔木树种各器官的含碳率和总生物量,得出25年间5种乔木共释放CO₂ 16.58 Tg、CO 1.61 Tg、C_xH_y 0.54 Tg. 其中落叶松的CO₂、CO和C_xH_y释放量分别为5.00、0.63和0.05 Tg; 樟子松为0.225、0.023和0.003 Tg; 白桦为11.22、0.83和0.41 Tg;山杨为0.022、0.004和0.00034 Tg;蒙古栎为3.12、0.13和0.062 Tg.     

不同类型城市森林对土壤肥力的影响

以东北林业大学城市林业示范研究基地中9种人工林(兴安落叶松林、樟子松林、黑皮油松林、黄波罗林、胡桃楸林、水曲柳林、白桦林、蒙古栎林、针阔混交林)及附近的农耕地和撂荒地土壤为研究对象,通过对林地土壤不同层次pH值、有机质及主要养分含量的测定分析,研究了不同林型对土壤肥力的影响.结果表明：阔叶林(除蒙古栎林)的土壤趋于中性,针阔混交林、兴安落叶松林、樟子松林和黑皮油松林的土壤呈微酸性,蒙古栎林的土壤呈酸性;随土壤深度增加,土壤有机质、水解氮、速效钾、有效磷、全氮、全磷含量均呈下降趋势.不同林地土壤同一层次化学指标整体差异显著(P＜0.05).土壤肥力优劣为：水曲柳林>黄波罗林>针阔混交林>胡桃楸林>白桦林>撂荒地>农耕地>樟子松林>兴安落叶松林>蒙古栎林>黑皮油松林,说明阔叶林(除蒙古栎林)和针阔混交林中的土壤肥力增加,而针叶林的土壤肥力趋于下降.     

火烧迹地木炭对兴安落叶松种子萌发的影响

通过对大兴安岭兴安落叶松火烧迹地木炭的野外调查和取样,分别选取不同来源（兴安落叶松,白桦,灌木,草本）的木炭,以及不同火烧时间（当年,1年,4年,5年）的木炭,研究不同种类木炭浸提液,以及相同种类不同火烧时间木炭浸提液对兴安落叶松种子萌发的影响。研究结果发现,不同来源、不同时间的木炭对兴安落叶松种子的萌发均有显著性的影响,但作用力的方向和大小也各不相同,这说明木炭对种子萌发的影响因素非常复杂。     

哈尔滨市不同类型人工林土壤重金属含量

以东北林业大学城市林业示范研究基地9种人工林(兴安落叶松林、樟子松林、黑皮油松林、黄波罗林、胡桃楸林、水曲柳林、白桦林、蒙古栎林和针阔混交人工林)为对象,分析林地土壤不同层次(0～10 cm和10-30 cm)A8、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn 6种重金属含量,并以哈尔滨市土壤背景值为标准,采用综合污染指数法评价各林型土壤重金属污染状况.结果表明:不同类型人工林同一土层重金属含量差异显著;除了As和Ni,同一人工林土壤重金属含量均随土壤深度增加呈下降趋势.各类型人工林同一土层重金属含量以Zn最高(62.29～126.35mg·kg-1),Cd最低(0.06～0.47 mg·kg-1).6种重金属含量由高到低顺序为:Zn＞Pb＞Cu(Ni)＞Ni(Cu)＞As＞Cd,累积程度为:Cd＞Pb＞Zn＞Cu＞Ni＞As.林地土壤Pb、Cd、Cu、Zn间(除水曲柳林)及其与土壤有机质、N、P、K(除水曲柳林和蒙古栎林)显著相关,且以上4种重金属含量高于背景值,为人为输入;Ni和As含量与本地背景值相当,为自然因素,不同林型土壤内梅罗综合污染指数依次为:水曲柳林＞黄波罗林＞针阔混交林＞胡桃楸林＞樟子松林＞黑皮油松林＞兴安落叶松林＞白桦林＞蒙古栎林.     

干旱胁迫下白桦（Betula plathphylla）实生苗叶片的水分代谢与部分渗透调节物质的变化

在土壤干旱胁迫进程中,白桦实生苗叶片的自然含水量呈下降趋势;相对含水量的总的变化趋势与自然含水量相同;束缚水含量及束缚水/自由水比值显著升高,复水后,三者又重新恢复至正常水平。随着土壤水分逐渐减少,可溶性蛋白质的含量呈现减少趋势,复水后,可溶性蛋白质含量又可恢复至正常水平。白桦实生苗叶片可溶性糖含量增加,复水后可溶性糖含量降至趋于对照水平。     

四个温带树种树干呼吸的时间动态及其影响因子

揭示树干呼吸(RW)的时空变化规律及其影响因子,不但是模拟和估测森林碳收支的重要内容,而且对解释森林生产力的变化有重要意义。采用红外气体分析法于2008年5-9月份测定了自然条件下东北东部山区4个主要树种(红松Pinus koraiensis,兴安落叶松Larix gmelinii,白桦Betula platyphylla,水曲柳Fraxinus mandshurica)的RW日进程,探索其RW及其温度系数(Q10)的时间变化格局及其影响因子。结果表明:树种、径级、月份及其交互作用均显著地影响RW。测定期间RW的总体平均值分别为:落叶松(3.69μmol·m-·2s-1)、水曲柳(3.24μmol·m-·2s-1)、白桦(1.64μmol·m-·2s-1)、红松(1.62μmol·m-·2s-1)。4个树种的RW的日变化(7月除外)大体上与树干温度(TW)变化一致,呈单峰曲线格局,但峰值出现时间因树种和月份而异,RW比TW滞后2-6h。7月份的RW对TW的响应不明显,呈现S型或无峰的日变化格局。RW日平均的季节变化基本与TW和物候节律相符,呈单峰模式。虽然树种之间Q10的差异显著(波动在1.09-2.95之间),但所有树种Q10的季节变化格局一致,均在8月达到最低值,9月份反弹达到最大值。除白桦之外,同一树种不同个体的RW与其胸径之间有显著的正相关关系,但这种关系的形式和相关程度却因树种而异。在构建森林碳循环机理模型时,应考虑RW及其温度敏感性随树种和时间的变化特性。     

Chemical and physical defence in early and late leaves in three heterophyllous birch species native to northern Japan

BACKGROUND AND AIMS: Betula ermanii, B. maximowicziana and B. platyphylla var. japonica have heterophyllous leaves (i.e. early leaves and late leaves) and are typical pioneer species in northern Japan. Chemical and physical defences against herbivores in early and late leaves of these species were studied. METHODS: Two-year-old seedlings were grown under full sunlight in a single growing season. Three-week-old leaves of each seedling were harvested three times (May, July and October). Total phenolics and condensed tannin content were determined for chemical defence and leaf toughness and trichome density were assessed for physical defence. Defoliation of early leaves in May was also performed to study the contribution of early leaves to subsequent growth. KEY RESULTS: Chemical and physical defences were greater in early than late leaves in B. platyphylla and B. ermanii, whereas the reverse was true in B. maximowicziana. In contrast to its weak chemical defences, the trichome density in B. maximowicziana was very high. In B. platyphylla and B. ermanii, the relative growth rates (RGR) were greater early in the growing season. Negative effects on growth of removal of early leaves were significant only in B. platyphylla. CONCLUSIONS: B. platyphylla and B. ermanii invest in defence in early rather than late leaves, since early leaves are crucial to subsequent growth. In contrast, B. maximowicziana more strongly defends its late leaves, since its RGR is maintained at the same level throughout the growing season.