利用结构方程解析杉木林生产力与环境因子及林分因子的关系

通过收集155篇644条杉木林生产力数据,利用结构方程模型,分析杉木林净初级生产力与年均降雨量、年均温度、林分密度和林龄之间的关系。结果表明:杉木林净生产力与年均降水量和年均温度呈显著正相关,相关系数分别为0.63和0.378。杉木林净生产力与林龄和林分密度呈显著负相关,相关系数分别为-0.332和-0.408。结构方程模型较好的解析了杉木净初级生产力与环境因子和林分因子之间的关系。杉木林净生产力与年均降水量、年均温度、林龄、林分密度都有影响,其总通径系数分别为0.398(P0.01)、0.746(P0.01)、-0.321(P0.01)和-0.738(P0.01)。年均温度和林龄不仅直接影响杉木林净生产力,还通过影响年均降水量和林分密度间接影响林分净生产力。年均温度和林龄的直接通径系数分别为0.494(P0.01)和-0.700(P0.01);年均温度和林龄的间接通径系数分别为0.252(P0.05)和0.379(P0.05)。结构方程作为大尺度分析净初级生产力的方法,杉木林净初级生产力影响因素的62%来自年均降水量、年均温度、林龄和林分密度。     

黄土高原西部3个降水量梯度近成熟油松人工林碳库特征

森林在陆地生态系统吸收碳素方面起着主要作用,了解其固碳特征对研究地区之间的碳循环至关重要。油松人工林是黄土高原地区一种典型的退耕还林树种,研究其固碳特征有利于综合分析评价油松人工林的生态效益。为了研究黄土高原西部地区油松人工林碳储量及碳密度空间分布特征因降水量不同引起的差异,以黄土高原西部地区3个典型栽培区域的近成熟油松人工林为对象,研究了群落内各组成部分的生物量和碳库特征。乔木层生物量的估算采用以胸径和树高为基础变量的生物量方程,灌木、草本、凋落物采用样方收获法,土壤碳库依据土壤剖面(1 m)和土钻取样相结合的方法测算。结果表明:在兰州官蘑滩地区(372 mm)、太子山(519 mm)和小陇山(632 mm)3个不同降水量区域,油松人工林生物量碳密度分别为(49.08±2.86)t/hm~2、(73.90±9.36)t/hm~2和(82.55±7.36)t/hm~2。小陇山地区的生态系统总碳密度和生物量碳密度与兰州地区存在显著性差异。在3个不同降水量区域,土壤有机碳密度仅在表层土壤(0—10 cm)差异达到显著水平(P0.05),而土壤总碳密度间差异未达到显著水平(P0.05)。黄土高原半干旱区近成熟油松人工林的生物量碳密度与年均降水量间呈现出显著正相关关系。在半干旱地区,降水量可能成为影响油松人工林生产力和碳固存的关键因素。     

中国南方3种主要人工林生物量和生产力的动态变化

基于中国南方杉木、马尾松、桉树3种主要人工林的幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林5个不同年龄各3块1000 m2样地(共计45块)的建立和调查,采用样木回归分析法(乔木层)和样方收获法(灌木层、草本层、地上凋落物)获取不同林型不同林龄径级样木和其它基本数据,探讨了3种人工林各组分各层次林分生物量和生产力的分配特征及随林龄的变化规律,结果表明,林分生物量和生产力与林龄密切相关,增长模型的拟合度均较高,相关显著;杉木、马尾松、桉树人工林的生物量随林龄的增长呈增加趋势,成熟林的生物量分别为192.30、191.53、105.77 Mg/hm2,其中活体植物分别占95.76%—98.39%、75.01%—99.14%、85.60%—97.61%;生物量的层次分配乔木层占绝对优势,并随年龄而增加,其它层次所占比例较小,总体趋势为凋落物草本层灌木层;乔木层的器官分配以干所占比例最高,杉木、马尾松、桉树分别占54.89%—75.97%、49.93%—83.10%、51.07%—98.48%,随年龄的增加而增加,根的比例次之,枝叶所占比例较小,随林龄而下降;灌木层器官分配以枝的相对生物量较大,草本层的地上和地下分配规律不明显;与其它森林类型相比,杉木和马尾松的生物量处于中上游水平,桉树的生物量较低,但3种人工林的生产力均很高,分别为12.37、8.98、21.10 Mg hm-2a-1,均是光合效率高、固碳潜力大的中国南方速生丰产优良造林树种。     

黄土高原中西部刺槐人工林生态系统碳密度及其影响因子

为阐明黄土高原中西部刺槐人工林碳密度区域分布特征及其主要影响因子,基于野外样地调查和室内样品分析估算了黄土高原中西部4个栽培区域的刺槐人工林生态系统碳密度及其分布特征,并利用相关性分析和主成分分析分析了影响生态系统碳密度的主要因子(林分、地形、土壤和气候等)。结果表明:调查区5个林龄的刺槐人工林生态系统生物量为34.13—133.08t/hm~2,不同区域之间各组分生物量存在显著性差异。植被层平均碳含量为221.93—454.67 g/kg,总体上表现为乔木层平均碳含量高于灌、草层,枯落物层平均碳含量最低,不同区域乔木、灌木、草本平均碳含量均存在显著性差异。刺槐人工林生态系统碳密度均值为106.86 t/hm~2,其中土壤层碳密度占刺槐人工林生态系统总碳密度的64.09%,是刺槐人工林生态系统碳密度的主要组成部分。植被层碳密度为38.68 t/hm~2,其中乔木层碳密度(33.88 t/hm~2)占植被层碳密度的87.58%,灌木、草本、枯落物所占比例依次为1.98%(0.77 t/hm~2)、2.00%(0.77 t/hm~2)、8.43%(3.26 t/hm~2)。不同区域土壤、生态系统碳密度均存在显著性差异。相关性分析和主成分分析表明,刺槐人工林生态系统碳密度与林龄、降水量呈显著正相关关系,与林分密度、平均气温、海拔和坡度的相关关系不显著,上述林分因子、地形因子和环境因子转化的主成分方差累积贡献率为91.07%,其中林龄和降水量是影响刺槐人工林生态系统碳密度的主要因子,方差贡献率为37.22%。     

水杉人工林树冠结构及生物生产力的研究

研究了水杉人工林的树冠结构和林分生物生产力。结果表明,不同密度及林龄的林分树冠结构存在较大差异,随着树冠部位上升和林分密度增大,分枝角度逐渐减小;径阶大小与枝叶率成反比,与树冠重量成正比,径阶增大,树冠最大叶量层的集团上移,有效光合面积相对减少,树冠结构的变化直接影响到林分的生物量生产、分配分配和经济生物量,林分干、枝、叶的干物质累积趋势可用Ｒｉｃｈａｒｄ方程描述;林龄增大,分配到主干的生物量比例     

不同林龄尾细桉人工林的生物量和能量分配

对广东省遂溪县北坡林场1～4年生尾细桉人工林的生物量和能量进行研究.结果表明:林龄对林分现存生物量影响极显著(P0.01),1～4年生林分生物量在10.61～147.28t.hm-2,随林龄增加,各组分和林分的生物量均增加,叶片、枝、树皮生物量占林分总生物量的比例逐年减小,而树干则呈逐年升高趋势.4个林龄阶段各组分生物量的分布规律,1～2年生为树干枝树皮根叶片,3～4年生为树干根枝树皮叶片.不同林龄各组分的平均灰分含量在0.47%～5.91%,以树皮的灰分含量最高、树干最低.各组分的平均干质量热值和去灰分热值分别为17.33～20.60kJ.g-1和18.42～21.59kJ.g-1,均以叶片数值最高、树皮最低.林龄对枝、树干、树皮的干质量热值及对叶片、树干、树皮的去灰分热值有显著影响(P0.05),对叶片和根的干质量热值、枝和根的去灰分热值及植物体热值的影响不显著(P0.05).1～4年生尾细桉的林分能量现存量在199.98～2837.20GJ.hm-2,林龄对其的影响达极显著水平(P0.01),随林龄增长,各组分和林分能量现存量增加,且各组分能量分配比例的变化趋势与生物量相同.     

近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响

近自然化改造作为森林新增碳汇的最有希望的选择之一,将如何通过改变林分结构影响林分生物量和生产力进而影响林分固碳能力和潜力目前尚不清楚,因此,了解近自然化改造对人工林生物量及其分配的影响,对人工林生态系统碳管理具有重要意义。以马尾松近自然化改造林(P(CN))、马尾松未改造纯林(P(CK))、杉木近自然改造林(C(CN))和杉木未改造纯林(C(CK))4种人工林为研究对象,采用样方调查和生物量实测的方法,分析4种林分生物量差异,旨在揭示近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响。结果表明:马尾松杉木人工林近自然化改造通过调整林分结构显著提升马尾松和杉木人工林生物量和生产力,8a后马尾松和杉木林分生物量分别增加46.71%和37.24%。乔木层生物量在林分生物量总量中占主导地位(95.48%-98.82%),并对林分生态系统总生物量变化起决定性作用。林分生物量和生产力的增加主要因为近自然化改造改变了林分群落结构,进而提高了乔木层生产力。研究结果表明,合理的经营措施不仅可以改善林分结构,提升林分生产力,并可为增强植被固碳能力创造有利条件。     

秦岭南坡红桦林土壤有机碳密度影响因素

以秦岭南坡红桦林为研究对象,利用标准地调查法获得林分、地形、土壤相关数据,分析红桦林土壤有机碳密度(SOCD)分异特征及其与林分因子和地形因子间的关系。结果表明:秦岭南坡红桦林土壤有机碳密度总体均值为(69.02±12.90)t/hm2,原始红桦林土壤有机碳密度均值为(76.21±10.83)t/hm2,次生红桦林为(65.24±12.32)t/hm2,原始红桦林土壤有机碳密度比次生红桦林高16.81%,t-检验结果显示两者存在显著差异;在不同林区间,红桦林土壤有机碳密度亦存在显著差异(P0.05)。从地形因子看,红桦林土壤有机碳密度在不同坡位和坡向间未表现出显著差异,而海拔和坡度对红桦林土壤有机碳密度有较为显著的影响。土壤有机碳密度与海拔、林龄、乔木生物量和草本生物量呈显著正相关,与坡度和林分密度呈显著负相关;主成分分析表明:特征值大于1的四个主成分对土壤有机碳密度的方差累积贡献率为85.62%,海拔、坡度、林分密度和郁闭度是影响秦岭南坡红桦林土壤有机碳密度的主要因子;通过逐步回归分析得到利用海拔、坡度、林龄、林分密度、乔木生物量和草本生物量估算红桦林土壤有机碳密度的模型:SOCD=0.015E-0.332G-0.026FD+0.304SA+0.105BA+21.673BH+36.358。     

Effects of biodiversity,stand factors and functional identity on biomass and productivity during the restoration of subtropical forests in Central China

恢复梯度上华中亚热带森林生物多样性、林分因子及功能特性对生物量、生产力的影响 草地群落上进行的控制实验大都发现生物多样性对生态系统功能有显著促进作用。然而,在天然林中,多样性与林分因子、群落功能特性的相对作用大小仍存在争议。本文在森林恢复梯度上,研究这3类因素对生物量和生产力的相对影响。我们在湖北神农架设置了处于不同恢复阶段的24块(600 m²)亚热 带森林样地,计算了林分生物量和生产力。选择5个关键的植物功能性状,并计算了群落的功能多样性(功能丰富度、功能均匀度和功能离散度)和性状的加权平均值(CWM)。使用一般线性模型(GLMs)、变异分离等方法探究林分因子(密度、林龄、群落最大树高等)、功能特性、物种和功能多样性对生物量和生产力的相对重要性。研究结果表明,随着森林恢复,林分生物量和生产力显著增加,群落物种丰富度显著增加,而功能离散度显著降低。变异分离结果表明,多样性对生物量和生产力的单独效应不显著,但可能通过与林分因子和功能特性的协同效应来影响生物量和生产力。总体而言,我们发现林分因子对亚热带森林生物量和生产力的影响最大,功能特性显著影响生产力,但不影响生物量。这些结果说明,在森林经营中,调整林分结构和群落物种特性是提高森林碳储量和固碳潜力的有效途径。     

林分密度对思茅松人工林根系生物量空间分布的影响

以云南省普洱市思茅松人工林中14a龄林为研究对象,对5种造林密度(1m×1m、1.5m×1.5m、2m×1m、2m×2m、2m×3m)的思茅松人工林的林分特征及其根系生物量空间分布进行调查分析,以明确林分密度对思茅松人工林细根生物量空间分布的影响,为思茅松人工林经营管理提供理论依据。结果表明:(1)树高和胸径随着林分密度的减少呈增大趋势,而生物量呈减少趋势。(2)14a思茅松人工林的细根生物量随林分密度的增大而减少,单株细根生物量随林分密度的减小而增大,但粗根与死根生物量在5个林分密度之间无显著差异。(3)细根生物量主要分布在土壤上层,其中40.21%~54.73%的细根集中在0~10cm土壤深度,不同林分密度的细根生物量随土层深度的增加而减少的趋势较为明显,随着林分密度的减小,土壤上层的细根生物量比例呈先增加后减少的趋势。(4)林分密度和土壤深度对细根生物量有显著影响,而且乔木个体大小差异与细根生物量具有极显著的负相关关系,而单株细根生物量与林分密度、乔木个体大小差异、地下生物量及胸高断面积之间呈显著或极显著的负相关关系,而与树高和胸径之间呈显著正相关关系。     

宁夏草地土壤有机碳空间特征及其影响因素

草地是重要的碳汇资源库,在陆地生态系统碳循环中扮演着重要角色。探明草地土壤有机碳的空间分布格局及其影响因素对于推动区域生态系统碳汇管理,实现“双碳”目标和绿色高质量发展具有重要意义。以宁夏三种主要草地类型为研究对象,基于野外样点调查,采用结构方程模型,分析了草地土壤有机碳的空间分布特征及其影响因素。结果表明：不同类型草地土壤有机碳含量表现为草甸草原高于典型草原,荒漠草原最低,垂直剖面上均随土壤深度的增加而降低。草甸草原和荒漠草原有机碳空间变异自表层向下逐渐增大,典型草原在20—40 cm土层变异系数达到最大。有机碳分布在区域上从南部六盘山山地向中部干旱风沙带逐渐降低。路矩分析发现,海拔高度、地上生物量、降水量、温度和土壤含水量可解释土壤有机碳空间变异的91.4%。海拔高度对土壤有机碳总效应最大(作用系数为0.78),海拔高度引起的降水和温度等要素区域分异间接影响土壤有机碳含量;地上生物量对土壤有机碳的直接正向效应最大(0.559);降水量对土壤有机碳效应分为直接效应和作用于生物量及土壤含水量的间接影响;温度表现为通过生物量对土壤有机碳间接产生负向效应(-0.259)。宁夏草地土壤有机碳...     

雷州半岛桉树人工林凋落物量和养分循环研究

为了解雷州半岛地区桉树人工林凋落物量和养分归还特征,对不同林龄人工林凋落物量和养分动态连续12个月进行监测。结果表明,桉树人工林的凋落物总量为5 a9 a7 a,5 a生桉树人工林的凋落物总量显著高于7和9 a生林分,且7和9 a生林分间没有显著差异。不同林龄桉树人工林凋落物总量具有明显的季节变化,均呈双峰型,峰值出现在雨季初期和末期。林分结构因子同凋落物量相关性不显著,但气候因子中的月均温与凋落物量存在显著正相关关系。不同林龄桉树人工林的养分年循环量由凋落物量和凋落物养分含量共同决定,氮、磷、钾元素的养分年归还总量为9 a7 a5 a,且彼此间达到显著差异。凋落物养分元素归还高峰期集中在雨季前后,以冬季养分归还量较低。因此,为增加桉树人工林产量且利于人工林地力恢复,桉树人工林应适当增加种植年限,且采伐季节选择在冬季。     

中国旱区样带尺度植物多样性和生产力与环境因子的关系

旱区植物多样性、生产力与环境因子的关系是旱区生态学研究的重要课题,对于揭示该地区植被的环境适应机制有重要的参考价值。基于中国旱区东西样带的系统采样和原位调查,定量分析了各影响因素对旱区植物多样性和生产力变化的解释作用,阐明了旱区群落生产力的调控机制。结果表明：(1)旱区群落性状加权值与地上生物量间的关系(R²=0.46)相较于Shannon-Wiener指数与地上生物量的关系(R²=0.21)更为紧密。(2)旱区群落Shannon-Wiener指数、群落性状加权值、地上生物量与年均降水量、土壤有机碳含量、土壤总氮含量线性正相关,与土壤总磷含量无显著相关性;Shannon-Wiener指数、群落性状加权值与年均气温线性负相关,地上生物量与年均气温无显著相关性。(3)年均降水量对旱区群落性状加权值的解释率为40.9%,两者为正相关关系;年均气温对Shannon-Wiener指数的解释率为28.3%,两者为负相关关系。(4)群落性状加权值对地上生物量的直接路径显著,年均降雨量、年均气温和土壤有机碳通过群落性状加权值间接影响地上生物量。     

云南高原湖泊水葱克隆生长与有性繁殖特征及影响因子

为掌握挺水植物克隆生长与有性繁殖参数的空间分布格局特征及环境因子对植物繁殖的影响路径,该文利用云南高原的立体地形,通过空间替代时间的方法,探讨6个湖泊共有挺水植物水葱(Schoenoplectus tabernaemontani)的克隆生长、有性繁殖的地理差异和变化规律以及对环境变化的响应。结果表明:(1)密度、株高、基径等克隆生长参数,以及结实率、穗生物量及其投资比、种子产量、活性种子数等繁殖参数在不同地理空间上存在显著差异(P<0.05),而地上生物量无显著差异。(2)密度、株高、结实率、穗生物量及其投资比等参数具有显著的经纬度、海拔地带性分布特征,其中密度随纬度和海拔的增加而增加、随经度的增加而减小,而株高、结实率、穗生物量及其投资比随纬度和海拔的增加而减小、随经度的增加逐渐增大。(3)暖月和冷月均温,土壤全氮、全磷是影响水葱克隆生长(密度、株高)的关键因子,其中暖月均温影响最大,年均降水、土壤有机碳是影响水葱有性繁殖的关键因子,其中年均降水影响最大。综上认为,气候因子(暖月均温、冷月均温和年均降水)是影响云南高原湖泊湖滨带植物水葱生长和繁殖的主要因子。     

呼伦贝尔沙地樟子松林净初级生产力对气候变化的响应

以呼伦贝尔沙地樟子松人工林为研究对象，利用树木年轮学和解析木法，推算过去41年樟子松林的生物量和年净初级生产力，并分析年净初级生产力与气温、降水、湿度等气象因子的关系。研究表明：随着林龄的增加，樟子松林生物量变化符合逻辑斯蒂生长方程；樟子松林生物量从1977年的4.83 t/hm²到2017年的167.95 t/hm²。樟子松林净初级生产力年际差异较大，呈先增加后减小、最后趋于稳定的趋势，多年平均净初级生产力为4.08 t hm^-2 a^-1，最高达到6.13 t hm^-2 a^-1，最低为2.63 t hm^-2 a^-1。气候因子与樟子松林净初级生产力关系较为密切，并具有一定的"滞后效应"；樟子松林净初级生产力与上一年8月、12月和当年3月的降水量显著相关；净初级生产力与上一年和当年8-9月的月均湿度极显著正相关；净初级生产力与各月温度均呈不同程度的负相关，尤其是上一年和当年的6-9月温度显著影响着净初级生产力。研究表明，樟子松林净初级生产力受温度和降水的综合影响，净初级生产力与气候因子的关系属于温度敏感型，未来该地区持续升温的条件下樟子松林净初级生产力可能会降低。     

陕西省3种主要树种叶片、凋落物和土壤N、P化学计量特征

以陕西省29个县(市)39个样点的刺槐、辽东栎和油松林为研究对象,分析比较不同树种乔木叶片、凋落物与土壤N、P化学计量特征及其与经纬度、海拔、年均温度和年降水等环境因子间关系的异同以及三者之间可能存在的关系,以期为认识陕西省主要森林树种养分限制状况、制定合理的植被管理和恢复措施提供理论依据。结果表明:3树种叶片N、P含量及比值均为刺槐辽东栎油松,与叶片相比,凋落物中N、P含量变化幅度较小,为刺槐辽东栎油松,N∶P比值为油松辽东栎刺槐。10—20 cm与0—10 cm土层相比,3树种中除辽东栎中P含量差异不显著外,其它指标N、P含量及N∶P比值均显著下降(P0.05)。刺槐、辽东栎和油松叶片N、P含量与土壤N、P含量均没有显著相关性,以刺槐、辽东栎和油松3种植物叶片为总体来说,P含量与土壤P含量显著正相关(P0.05)。叶片N、P含量均大致表现出随着年均温度和年降水的增加而增加,随着经纬度的增加而降低的趋势,这一点在刺槐叶中最为明显。凋落物N含量随着年均温度和年降水的增加而增加,随着纬度和经度的增加而降低;P含量随着年降水和经度的增加而降低;N∶P比值随着年均温度和年降水的增加而增加,随着纬度的增加而降低。研究区内,土壤N、P含量随着纬度、海拔的增加和年均温度、年降水、经度的降低而增加,N∶P比值则呈相反的趋势。3树种土壤N、P含量及N∶P比值中,P含量比N含量受环境影响更大,且0—10 cm和10—20 cm土层N、P含量及N∶P比值与各环境因子的关系基本一致。     

海南西部桉树人工林土壤水分变化特征及其对林龄的响应

在海南西部儋州林场选取空间相邻、自然环境相似、不同林龄与连栽代次的桉树林样地和椰树林对照样地,通过2010—2012年连续3a定点取样,研究桉树林土壤水分变化特征及其对林龄的响应,分析桉树林种植对林地土壤水分的影响。结果表明:(1)1—4月土壤含水量持续减少,5—6月波动较大,7—10月增加到年内极大值,11—12月降低,但处于年内较高水平。(2)短伐桉树林(二代5年桉树林、三代1年桉树林、三代4年桉树林)、20a桉树林以及10a椰树林5个样地的月均土壤含水量存在显著或极显著差异。二代5年桉树林与三代1年桉树林之间以及20a桉树林与10a椰树林之间的土壤含水量差异均不显著;其余各林地之间土壤含水量差异显著或极显著。(3)随着土壤深度增加,短伐桉树林与20a桉树林、10a椰树林之间的土壤含水量差异增大。表层0—30 cm短伐桉树林年均土壤含水量为6.08%,20a桉树林为7.53%,10a椰树林为6.93%;80 cm以下则分别为8.10%、11.72%和11.95%。与10a椰树林、20a桉树林相比,短伐桉树林对土壤深层水分有较大负面影响。(4)短伐桉树林、20a桉树林和10a椰树林土壤含水量的变异系数由表层到深层逐渐递减,其中林龄较大的短伐桉树林变异系数较大,且变异系数较大的土层也较深厚。与20a桉树林、10a椰树林相比,林龄较大的短伐桉树林对深层土壤水分的消耗较多。(5)连栽代次愈多,林龄越大,土壤含水量愈少;采伐之后1a桉树林的土壤含水量明显增加,有利于桉树后期生长。     

桉树种植对林地土壤丛枝菌根真菌群落结构及多样性的影响

桉树(Eucalyptus spp.)种植所产生的生态争议已受到广泛关注。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AM真菌)是土壤微生物的重要组成部分,与根系共生后可促进植物的养分运输、提高植物逆境生存能力等。然而,桉树种植对土壤AM真菌群落结构和功能的影响尚不清楚。研究比较了次生林改种桉树后不同年限(2年/5年/10年)的土壤理化性质、AM真菌种类、群落组成及多样性的变化。结果表明,桉树种植显著改变了土壤理化性质,具体表现为2年生和10年生桉树林中土壤pH和有机碳显著降低(P0.05);AM真菌的孢子密度在桉树林土壤中显著低于次生林土壤(其中在5年生土壤中最低);AM真菌的种丰度随种植年份的增加逐渐下降,在10年生桉树林土壤中有所恢复; 5年生桉树的菌根侵染率最高,10年生桉树侵染率最低。AM真菌群落组成和结构发生显著变化,优势种Funneliforms geosporus的丰度在2年生和10年生林地中显著降低;而Septoglomus deserticola的丰度在2年生和10年生林地中显著增加。另外,冗余分析(Redundancy analysis, RDA)结果表明,土壤AM真菌群落结构主要受土壤pH值(解释率:89.88%)变化的影响。研究揭示了次生林改种桉树林后土壤AM真菌的群落变化特征,为桉树林的栽培管理和环境修复提供了数据支撑。