长白山四种森林类型凋落物分解动态

2003年5月—2004年9月在长白山自然保护区北坡4个森林类型阔叶红松林、红松云冷杉林、岳桦云冷杉林和岳桦林内,利用凋落物原位减少法对4种森林类型的凋落物分解动态进行了研究。结果表明,凋落物现存量最大的为红松云冷杉林,依次为阔叶红松林、岳桦云冷杉林、岳桦林;凋落物分解速率与时间均呈指数关系,凋落物年分解常数为0.25～0.47,分解95%所需时间为18～39年,其中阔叶红松林凋落物年分解常数最大,依次为岳桦林、红松云冷杉林、岳桦云冷杉林。同一类型森林中,不同植物组分的年分解系数不同,一般是阔叶最大,针叶最小。     

长白山西坡风灾区森林恢复状况

以长白山西坡风灾迹地（阔叶红松林、云冷杉林、岳桦林）的样地调查资料为基础,研究了各林型森林群落遇灾23年后的恢复特征.结果显示：3种林型的恢复速度为阔叶红松林>云冷杉林>岳桦林,并且它们与各自对照的群落共有度指数分别为0.49、0.44、0.33.风灾对各林型的乔木组成和多样性的影响不同：阔叶红松林中,风灾显著增加了乔木总数量,但对乔木种数和α多样性指数没有显著影响（P>0.05）;云冷杉林中,风灾仅显著降低了Shannon多样性指数和Simpson优势度指数;岳桦林中,除Pielou均匀度指数,其余多样性指数都因风灾而显著降低.各林型优势树种组成变化及更新情况对风灾的响应也与林型相关：阔叶红松林与对照区的优势树种组成显著不同,而云冷杉林及岳桦林受灾前后的优势树种组成差异均不大;阔叶红松林的幼树更新情况较好,云冷杉林有少量更新,岳桦林带几乎没有林木更新.表明风灾对森林群落的影响在23年后仍未消除,森林在风灾干扰后的恢复需要一个漫长的过程.     

温度和湿度对长白山两种林型下土壤氮矿化的影响

在实验室条件下,将不同含水量的两种森林类型的土柱分别置于5,15,25,和35℃条件下培养30d,分析培养前后的NH^ 4-N和NO^-3含量,确定土壤的净矿化速率,结果表明,在温度为5－35℃范围内,N的矿化速率与温度呈正相关,在一定的含水量范围内（0．46－0.54kg.kg^-1),净矿化速率随湿度的增加而升高,当含水量超过该范围,净矿化速率则随含量而降低,温度和湿度对土壤的矿化和硝化过程存在较明显的交互作用,建立了二维的方程（T,θ）来描述温度和湿度对土壤N矿化速率的影响,阔叶红松林土壤N矿化的最佳条件是温度35℃,含水量0.51kg.kg^-1,云冷杉林土壤N矿化的最佳条件是35℃,含水量0.52kg.kg^-1.     

长白山风倒区植被恢复26年后物种多样性变化特征

20世纪80年代后期,长白山遭受了罕见的台风袭击,原始森林遭到了大面积破坏。为了弄清风倒区自然恢复26a后的植被恢复状况,通过调查和对比分析风倒区和相邻的原始林区(对照区)3种典型森林类型的物种多样性的特征,评估了风倒区植被的恢复状况。结果表明,与没有受到干扰的对照区相比,阔叶红松林风倒区乔木层物种丰富度和α多样性差异性不显著(P0.05),而云冷杉林和岳桦林风倒区的乔木层物种丰富度和α多样性显著降低;阔叶红松林风倒区的灌木层物种丰富度和α多样性均呈降低趋势,且丰富度差异性显著,云冷杉林和岳桦林风倒区的灌木层α多样性显著升高;阔叶红松林和云冷杉林风倒区的草本层α多样性显著降低,但岳桦林风倒区草本层α多样性变化不显著。阔叶红松林乔木层更新恢复的较好,灌木层和草本层更新较差;云冷杉林和岳桦林均是乔木层更新较差,灌木层更新较好;云冷杉林草本层物种较单一,岳桦林变化不大。经过风干扰后的长白山不同海拔森林物种组成和多样性还需要较长时间才能恢复到干扰前水平。     

模拟增温对长白山北坡垂直样带森林土壤有机碳稳定碳同位素的影响

分析了长白山北坡垂直样带3种典型原始森林地表凋落物及不同粒径土壤组分中有机质的δ¹³C值,并将在岳桦林样地(EB,海拔1996 m)采集的20 cm土柱分别置换到云冷杉林(SF,海拔1350 m)和阔叶红松林(PB,海拔740 m),云冷杉林样地采集的土柱置换到阔叶红松林中,进行为期1年的野外模拟增温试验.结果表明：3种林型土壤的δ¹³C值均显著高于凋落物的δ¹³C值,凋落物和土壤有机质中的δ¹³C值由地表凋落物向土壤下层逐渐增加,而土壤粒径中有机质的δ¹³C值随粒径减小而增大.3种林型中,凋落物δ¹³C值变化趋势为云冷杉林(-28.3‰)>阔叶红松林(-29.0‰)>岳桦林(-29.6‰),而土壤有机质的δ¹³C值变化趋势为岳桦林(-25.5‰)>阔叶红松林(-25.8‰)>云冷杉林(-26.2‰).在土壤温度增加0.7 ℃～2.9 ℃条件下,土壤及其各粒级的δ¹³C值均呈下降趋势,而且<2 μm粘粒和2～63 μm粉粒δ¹³C值的降幅(0.48‰和0.47‰)高于>63 μm砂粒δ¹³C值的降幅(0.33‰).未来气候变暖可能对储藏在细小颗粒中年龄较长的有机碳带来较大的影响.     

长白山几种主要森林群落木本植物细根生物量及其动态

2005年在长白山北坡选择5种垂直植被带典型植物群落类型阔叶红松林、白桦林、山杨林、云冷杉林和岳桦林,利用钻取土芯法对细根分布及细根生物量进行了研究.研究结果表明,不同森林群落细根现存生物量存在一定的差异,其中白桦林最高,月平均细根现存生物量为5.1340 t/hm^2、其次为云冷杉林（5.0530 t/hm^2）、岳桦林（4.9255 t/hm^2）、阔叶红松林（4.4919 t/hm^2）和山杨林（3.9372 t/hm^2）;不同群落细根现存量月动态变化也有较大差异,月均最高最低相差阔叶红松林约为72﹪、白桦林近73﹪、山杨林26﹪、云冷杉林56﹪、岳桦林144﹪.在生长季节内不同群落细根发生和死亡也是不均匀的,春季所有群落都会产生大量的细根,一些群落在初秋（9月份）出现另一个较高的峰值,同时发现每次细根大量发生后,都随之产生大量细根的死亡,生长季末群落死亡细根生物量往往是最高的.调查群落72.9﹪以上的细根集中于土壤表层0～10cm的范围内,不同群落略有差别,在所研究的5种森林群落中,不同月份0～10cm土层中细根生物量几乎都表现出白桦林＞阔叶红松林＞云冷杉林＞岳桦林＞山杨林.     

鼎湖山三种主要植被类型土壤碳释放研究

土壤呼吸是土壤微生物活性和土壤肥力一个重要指标 ,是土壤碳流通的一个主要过程 ,也是陆地生态系统碳循环的一个关键部分 ,对研究全球变化非常重要。国内土壤呼吸的研究主要集中在北京山地温带林区、尖峰岭热带森林及东北羊草草原和中亚热带等地 ,南亚热带地区森林土壤呼吸尚无报道。选取南亚热带鼎湖山自然保护区森林演替系列中的 3种主要植被类型 (季风常绿阔叶林 ,针阔叶混交林和马尾松林 )为研究对象 ,研究了土壤呼吸和与之相关的土壤微生物生物量、土壤温度和土壤含水量以及他们之间的关系。结果表明 ,季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林年均土壤呼吸速率依次是 477.9,435 .4,42 9.5 mg CO2 · m- 2 ·h- 1,土壤呼吸速率与土壤温度的季节变化规律接近 ;3种植被类型土壤微生物生物量变化规律与土壤呼吸变化规律一致 ,季风常绿阔叶林最高 ,马尾松林最低 ,土壤微生物量高的土壤中碳周转量较大 ,碳素周转还带动了其他营养元素周转 ,有利于生态系统生存和持续发展 ;季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和针叶林代谢熵依次是 0 .5 8～ 0 .60 ,0 .92～ 1 .0 0 ,1 .30～ 1 .35 ,表明 3种植被类型土壤中土壤微生物对土壤碳的利用效率依次降低。     

长白山主要类型森林土壤大孔隙数量与垂直分布规律

利用张力入渗仪测量和计算了长白山自然保护区中4种主要类型土壤(暗棕色森林土、棕色针叶林土、山地生草森林土和山地苔原土)中半径范围分别在≥0.5mm、0.25～0.5mm和0.1～0.25mm的大孔隙数量与分布,并探讨了大孔隙的存在对土壤饱和渗水量的影响.结果表明:暗棕色森林土中大孔隙数量随土壤深度的增加而减少,自地表向下至40cm以内土层的变化较快,在40cm以下土层内的变化较慢;棕色针叶林土和山地苔原土中大孔隙数量随土壤深度的增加而增加;山地生草森林土中大孔隙数量随土壤深度的变化不大.大孔隙占土壤体积的比例虽然很小,却对土壤饱和渗水量的传导起到了重要作用.     

小兴安岭5种林型土壤呼吸时空变异

原始阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林、次生白桦林、人工落叶松林是小兴安岭乃至东北地区的重要森林类型。采用红外气体分析法比较测定了这几种森林类型的土壤呼吸及其相关环境因子,分析探讨了这几种森林类型土壤呼吸的时空变异。结果表明:各林型土壤呼吸与5 cm深土壤温度(T5)呈显著的指数相关,并且土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度及其相互作用的回归模型可以解释各林型土壤呼吸约71%的季节变异。生长季平均土壤呼吸速率为次生白桦林(3.59μmolCO.2m-.2s-1)>谷地云冷杉林(3.52μmolCO.2m-.2s-1)>阔叶红松择伐林(3.44μmolCO.2m-.2s-1)>原始阔叶红松林(2.58μmolCO.2m-.2s-1)>人工落叶松林(2.29μmolCO.2m-.2s-1),说明土壤呼吸对原始阔叶红松林人为干扰的响应是不同的。各林型Q10值介于1.84(人工落叶松林)—2.32(次生白桦林)之间。在整个生长季,各林型之间土壤呼吸的变异系数变化幅度为19.74%—37.39%,而各林型内土壤环间其变化幅度为32.13%—60.20%,显著大于样地间的变化幅度14.28%—35.70%(P<0.001),说明土壤呼吸在细微尺度上的差异更大。土壤湿度可以解释各林型(阔叶红松林除外)内部土壤呼吸15.8%—33.5%的空间异质性。     

长白山两种主要林型下土壤氮矿化速率与温度的关系

在实验室条件下,控制土壤的温度与含水量,测定长白山两种森林类型,阔叶红松林和云冷杉林土壤的氮净矿化速率。将含水量适度和饱和的原样土柱置于5℃、15℃、25℃和35℃恒温箱中培养30d。分析培养前后的NH^ 4-N和NO^-3-N含量,确定土壤有机氮的矿化速率。结果表明,对于不同的土壤和不同的含水量,土壤的净的净矿化速率与温度呈正相关;而净硝化速率在低温段与温度正相关,在高温段则呈负相关,而且整个培养期硝态氮的变化不大。建立两种森林类型土壤氮净矿化速率与温度的一次线性和指数回归方程,发现指数回归效果较好,用回归方程模拟两种森林类型土壤的年矿化量分别为111．8kg/(hm^2.a)和57．4kg/(hm^2.a),与实测值1217．36kg(hm^2.a)和47．41kg/(hm^2.a)很接近。     

跨地带土壤置换实验研究

以温带针阔混交林暗棕壤地带内的白浆土、草甸土、泥炭土为原料,以长白山自然保护区内的寒温带山地棕色针叶林土为置换对象,完成了仿自然原型的土壤合成,进行了跨地带的土壤置换与植被生长实验研究。结果表明:①山地棕色针叶林土的腐殖质层厚度、酸度和速效氮含量为植被生长的限制性因子;②合成土壤理化指标必须以原生土壤限制因子拐点(值)指标为确定依据,作为合成土壤的关键性指标;③在长白山采用泥炭土与草甸土各占1/4,白浆土占1/2进行混合,土层厚度40cm,并使用石灰进行调酸达到中性后,植被恢复效果最好、造价最低。     

利用GIS和RS确定长白山自然保护区森林景观分布的环境范围

在对遥感数据进行景观分类和对环境因子进行空间表达基础上,在地理信息系统的支持下,确定长白山自然保护区森林景观分布的环境(包括年均温、年降水量、坡度和坡向)范围．结果表明。从苔原、岳桦、云冷杉到阔叶红松林,最适海拔高度范围依次为1780-2212、1705-1956、1042-1625、823-1184m;最适温度范围分别为-4．75～-2．40℃、-3．42～-2．07℃、-1．49-1．39℃、0．71-2．37℃;最适降水范围分别为1034～1110、1014-1060、883-1017、824-925mm;长白山自然保护区的森林景观主要分布在平、缓坡地上,并与坡向关系密切。苔原在各个坡向上均有分布。且在各个坡向上分布面积的变化不大;岳样、云冷杉林、阔叶红松林、山杨白样林主要呈现北、西北向分布,其次为东北、西向分布;落叶松林主要为东北向分布。其次为东和北向分布;疏林主要为西向分布,其次为西南、西北和南向分布;风倒区主要为西、西南、西北向分布。     

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

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.     

长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质

对长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质进行了观测和对比分析.结果表明:两种森林类型的土壤容重和各种孔隙度随土壤深度的变化趋势相同,即随着土壤深度的增加,容重和毛管孔隙度逐渐增加,总孔隙度和非毛管孔隙度逐渐降低;两种森林类型土壤物理性质的差异比较明显,阔叶红松林0～100 cm土层的平均土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别为1.41 g·cm^-3、52.31%、46.11%和6.20%,暗针叶林地土壤分别为0.98 g·cm^-3、50.65%、40.32%和10.33%;阔叶红松林和暗针叶林地土壤100 cm土层贮水能力相差较大,分别为619.89和1 033.05 t·hm^-2.两种森林类型的土壤水分特征曲线与一般土壤水分特征曲线相一致.     

小兴安岭阔叶红松林不同演替系列森林细根生物量的研究

以小兴安岭地区阔叶红松林旱生演替系列的蒙古栎次生林和蒙古栎红松林、中生演替系列的枫桦次生林和枫桦红松林、湿生演替系列的白桦次生林和云冷杉红松林这6种林型为研究对象,采用土钻取样法对不同演替系列细根生物量的空间变化、垂直分布规律及其影响因子进行系统地研究。结果表明：（1）3种演替系列总细根生物量存在显著差异（P<0.05）。中生演替系列生物量最高,平均达8.56 t·hm^-2,其次是旱生演替系列8.18 t·hm^-2,湿生演替系列生物量最低,为5.79 t·hm^-2;（2）对于不同演替系列细根生物量垂直变化,在阔叶红松林的正向演替过程中,森林细根生物量逐渐增加,且随着土层的增加而降低,拟合效果均达显著水平（P<0.05）,中根和粗根的垂直分布差异较大;（3）在小兴安岭地区,6块林地不同径级细根生物量与土壤有机C和全N、土壤容重、土壤含水率呈显著负相关（P>0.05）,而土壤pH值与细根生物量呈显著正相关性（P>0.05）。     

帽儿山3种森林生态系统土壤动物与土壤呼吸及其相互关系研究

土壤呼吸是森林生态系统碳循环的关键过程,土壤动物可通过自身代谢及影响微生物活动调控土壤呼吸,因此研究土壤动物与土壤呼吸的相互关系对进一步揭示生态系统碳循环的规律和机理具有重要意义。通过野外定点,以帽儿山3种森林生态系统的土壤呼吸及土壤动物为研究对象,探讨不同森林生态系统的土壤呼吸、土壤动物个体密度和生物量的时间变化规律及二者相互关系。结果表明:(1)3种森林生态系统土壤总呼吸速率与土壤异养呼吸速率均呈现先增强后减弱的时间动态变化(P<0.05),且不同森林生态系统土壤异养呼吸速率差异显著(P<0.05),表现为硬阔叶林最高,红松人工林最低;(2)3种森林生态系统土壤动物生物量也具有显著的时间动态变化(P<0.05),均在9月份达到最大,且不同森林生态系统土壤动物个体密度显著不同(P<0.05),蒙古栎林土壤动物个体密度显著小于红松人工林与硬阔叶林;(3)通过回归分析可得,土壤动物数量及生物量的增加抑制了土壤呼吸速率,尤其在生长季初期、末期。研究表明土壤动物可通过抑制微生物生命活动和降低根系呼吸从而对土壤总呼吸及异养呼吸产生负反馈作用,三者是不可分割的整体,与土壤温度、水分等环境因子共同调控着土壤呼吸。     

Potential impacts of climate warming on active soil organic carbon contents along natural altitudinal forest transect of Changbai Mountain

Understanding soil carbon fractions and their responses to the global warming is important for improving soil carbon management of natural altitudinal forest ecosystem. In this study, the contents of soil total organic carbon (SOC), soil labile organic carbon (LOC), and microbial biomass carbon (MBC) in soil upper layers (0–20 cm) were measured along a natural altitudinal transect in the north slope of Changbai Mountain. The results showed that under natural conditions the contents of SOC and LOC were largest in Betula ermanii forest (altitude 1996 m), moderate in spruce-fir forest (altitude 1350 m), and smallest in Korean pine mixed broad-leaf tree forest (altitude 740 m). MBC contents in different forest ecosystems decreased in the order of Betula ermanii forest, Korean pine mixed broad-leaf tree forest, and dark coniferous forest. In addition, the responses of SOC, LOC, and MBC to soil warming were conducted by relocating intact soil cores from high- to low-elevation forests for one year. As expected, the soil core relocation caused significant increase in soil temperature but made no significant effect on soil moisture. After one year incubation, soil relocation significantly decreased SOC contents, whereas the contents of LOC, MBC, and the ratios of LOC to SOC and MBC to SOC increased.     

太行山区不同植被群落土壤微生物学特征变化

为评价太行山区不同植被群落土壤微生物学特征,比较分析了针阔混交林、针叶混交林、针叶纯林、落叶阔叶纯林、灌丛和裸露地6种不同植被群落中的土壤微生物区系、微生物生物量和呼吸强度等指标的变化.结果表明,6种不同植被群落土壤中的微生物学特征存在较大差异. 灌丛地在微生物数量和微生物生物量两项指标中均为最高,其余植被群落在这两项指标中的顺序从大到小依次为落叶阔叶纯林＞针阔混交林＞针叶纯林＞针叶混交林＞裸地,土壤呼吸强度也有相似的变化趋势.在进行退化山地的植被恢复时,应充分重视生态系统的自然恢复能力.