综合构成指数在森林生态系统健康评估中的应用

首次提出综合构成指数(IntegratedComposeIndex,ICI)模型ICI=ln∑B×∑IV×CAV。通过选取目前长白山阔叶红松林生态系统区主要林分类型(原始阔叶红松林,不同干扰模式造成的择伐林、次生白桦林和人工落叶松林等)共29块样地进行群落结构和生物量调查,以原始阔叶红松林作为健康基准,定量评估了各受损生态系统的健康现状及恢复趋势。结果表明综合构成指数是一种易操作的能定量描述受干扰系统健康差距的度量方法。利用分层[主林层(H≥18m)、亚主林层(18m>H≥10m)、演替层(10m>H≥2.5m)和更新层(H<2.5m)]的综合构成指数值可定量不同干扰模式造成的受损系统与健康基准之间的健康差距。健康基准是12.77,与之差距越大,表明受干扰破坏越大,系统健康程度越低。29块样地分为8个类型,6个受干扰类型依距离原始健康基准的远近排序为:结构转换型0.64<结构破坏型0.75<结构保留型0.85<严重干扰类型1.95<白桦林系列2.07<人工落叶松系列2.89。综合构成指数的上层(主林层和亚主林层)指数能表示群落结构现状和目前处于演替阶段的位置;下层(演替层和更新层)指数能表示群落向健康基准类型恢复的潜力,值越大,潜力越大。上下两层综合能说明群落受到干扰的强度和后果。上下两层差值D对于阔叶红松林生态系统来说,健康基准类型D位于0.28～0.35之间,如00.35说明群落主林层和亚主林层的阔叶树种受到干扰破坏,且红松更新困难或还没大量更新。D≤0说明群落遭受很大强度的干扰,如70%以上的生物存量被破坏取走,或直接导致裸地重新发育演替的白桦林、营造人工落叶松林等情况,差值D越大,红松的侵入程度越高,红松更新状况良好,该群落向顶级恢复的趋势良好。     

气候变化对阔叶红松林不同演替阶段红松种群生产力的影响

本文以长白山地区阔叶红松林不同演替阶段(次生杨桦林、次生针阔混交林、原始红松林)内红松种群作为研究对象,采用树轮学与相对生长式相结合,获取红松种群净初级生产力(NPP)连年生长(1921—2006年)数据以及相对增长率的年际变化数据,建立红松种群NPP与年际和季节性气候因子的关系,分析不同气候时期长白山阔叶红松林不同演替阶段内红松种群NPP年际变化特征及其对气候变化的响应差异.结果表明： 研究期间,不同演替阶段红松种群NPP与气候因子响应关系存在差异.随着温度上升,次生杨桦林红松种群NPP与上年生长季和当年生长季低温由显著负相关关系转变为显著正相关关系;次生针阔混交林红松种群NPP由与当年春季最低温度的正相关关系转变为与上年和当年生长季温度的显著正相关关系,气候因素对次生针阔混交林红松种群NPP影响的滞后效应增强;原始红松林红松种群NPP与温度的相关性减弱,与上年生长季降水量的正相关关系增强.研究区气候变化表现为低温和平均温度显著上升,而最高温度和降水没有明显变化.气候变化有利于提高演替初级阶段次生杨桦林和演替中级阶段次生针阔混交林内红松种群生产力,尤其是次生针阔混交林,而对演替顶极阶段红松种群NPP影响不明显.     

基于地形汇流值的东北天然次生林主要树种的生态位

以不同汇流值梯度作为资源轴,以树种重要值为生态位计测的资源状态指标,在集水区尺度上分析了东北天然次生林群落中主林层和演替层11个主要树种(水曲柳、胡桃楸、黄檗、紫椴、糠椴、山杨、白桦、枫桦、春榆、色木槭、蒙古栎)的生态位。提出相对汇流值生态幅和汇流值竞争指数的概念来丰富生态位的测度指标。研究结果显示:在各项生态位指标计算中,主林层以色木槭、蒙古栎以及先锋树种山杨和白桦为主,演替层则以色木槭、春榆、水曲柳、紫椴等原始阔叶红松林的主要阔叶伴生树种占优;另一方面,以群落分层为资源位,主林层和演替层各树种生态位的差异揭示了主要乔木树种在该地区天然次生林群落的演替系列中对资源的占有与利用的情况及其发展变化趋势。在集水区尺度上采用汇流值作为生态位的空间维度能够较好地反映植物种群在不同地形和水分梯度上生态位的时空分布特性。     

长白山地区不同林型红松种群生态位特征

采用Levins、Hurlbert生态位宽度和Pianka生态位重叠计测方法,分析长白山地区不同林型红松种群生态位特征。结果表明,红松种群是长白山地区顶极群落原始阔叶红松林的优势种群,其生态位宽度呈现原始阔叶红松林白桦林落叶松阔叶混交林。相比于其他种群的生态位宽度,总体上原始阔叶红松林中耐阴树种的生态位宽度较大,阳性树种的生态位宽度较小,而次生林则相反。在生态位重叠方面,红松与各林型中其他种群表现出不完全重叠。在原始阔叶红松林和白桦林中,红松与其他乔木种群对资源有明显的共享趋势。红松与原始阔叶红松林的色木槭、紫椴、青楷槭、白桦,与落叶松阔叶混交林的紫椴、蒙古栎、长白落叶松,与白桦林的色木槭、白桦,对同一资源有相同或相似的要求,且当资源不足时会产生竞争。     

西南喀斯特退化天坑负地形倒石坡的土壤微生物分布特征

喀斯特退化天坑倒石坡作为一种负地形坡面,在退化天坑植物避难所的物种多样性保护中发挥着重要作用。研究坡面土壤微生物群落功能多样性,有助于阐明土壤微生物群落生态特征和空间分布规律,探索土壤微生物与植物多样性关联,挖掘退化天坑负地形倒石坡的生物多样性宝库价值。研究以云南沾益天坑群中的退化天坑-巴家陷塘为研究对象,运用Biolog微平板技术,分析坡面环境梯度(坑口﹑上坡位﹑中坡位﹑下坡位以及坑底)的土壤微生物群落功能多样性差异。结果显示,坑底土壤微生物群落的功能多样性指数(Shannon指数﹑Simpson指数﹑McIntosh指数)、碳源利用程度均显著高于坑口。下坡位的土壤微生物群落功能多样性略高于坑底,显著高于中坡位,呈现出下坡位中坡位上坡位的趋势。坡面土壤微生物群落主要利用的碳源为糖类和氨基酸类。2个主成分分别解释所有方差变量的31.9%和28.7%,能区分不同坡位土壤微生物群落的碳源利用。坑内外草本植物α多样性指数差异显著,坑坡木本层植物α多样性指数差异显著(P0.05),其中下坡位木本层植物多样性最高。β多样性指数显示不同坡位的生境具有差异性,但下坡位生境类型最多样。研究发现,喀斯特退化天坑倒石坡的独特负地形和土壤环境孕育了较高的植物多样性和土壤微生物群落功能多样性,二者的空间分布较为一致,未来在退化天坑物种多样性保护中应特别注意倒石坡地下森林资源价值。     

中国温带阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化特征

土壤有机碳矿化与陆地生态系统碳循环和全球气候变化关系密切,为准确评估中国温带小兴安岭阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化特征及变化规律。以年代序列法代替群落次生演替过程,采用室内恒温培养(碱液吸收法)测定阔叶红松林不同演替系列(中生演替系列、湿生演替系列、旱生演替系列)6种群落类型土壤有机碳矿化量和矿化速率。3个演替系列土壤有机碳含量均表现出一致的剖面变化特征,随着土层深度的加深有机碳矿化量逐渐降少。且不同演替系列土层间有机碳矿化量不同,中生演替系列原始阔叶红松林土壤有机碳累计矿化量最大,其次为旱生演替系列,湿生演替系列最小。3个演替系列土壤有机碳矿化速率随时间变化呈现基本一致的趋势,即培养前期快速下降、后期逐渐趋于平稳。3个演替系列6种群落类型土壤有机碳矿化差异显著,表现为原始阔叶红松林白桦次生林云冷杉红松林红松枫桦次生林蒙古栎红松林蒙古栎、黑桦次生林。阔叶红松林不同演替系列土壤有机矿化采用非线性指数拟合效果较好。阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化与土壤全氮、凋落物量显著正相关,与土壤含水率、容重、土壤酸碱度显著负相关。不同演替系列群落的演替历史、土壤质地和养分状况等生态因子是导致阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化差异的原因。     

长白山自然保护区阔叶红松林林隙更新的研究

通过对林隙及非林隙林分组成树种数量特征的对比分析,研究了长白山自然保护区阔叶红松林中主要树种对林隙的更新反应特点,阐述了林隙在阔叶红松林结构与多样性维持中的作用．随着林隙与非林隙的交替变化,红松和阔叶树以及主林层和中下层树种的相对优势（或重要性）亦呈现出交替变化的规律．林隙提高了阔叶红松林的物种丰富度,增加了其多样性,为不同特性物种的共存提供了可能,从而保持了阔叶红松林的整体稳定性．     

海南岛热带天然针叶林主要树种的空间格局及关联性

天然针叶林在热带地区虽较为少见, 但其对维持热带地区的生物多样性和生境异质性具有特殊意义。在我国热带天然针叶林集中分布面积最大的海南霸王岭林区, 作者选择伴生阔叶树种优势度不同的两种典型南亚松(Pinus latteri)天然林(简称纯林和混交林), 采用点格局法分析了其林冠层、亚林层和林下层主要树种的空间分布格局及其关联性。结果表明: (1)纯林中林冠层的南亚松主要为聚集分布, 混交林中在较小尺度上为聚集分布, 在较大尺度上为随机分布。(2)纯林中亚林层树种在较小尺度上为聚集分布, 在较大尺度上为随机分布, 在混交林中主要为聚集分布。(3)纯林中林下层树种主要呈现为随机分布, 而在混交林中主要为聚集分布。(4)随着尺度的增加, 林冠层与其他两个层次的树种, 在纯林中表现出从空间无关联到正关联的变化趋势, 而在混交林中则表现出从空间无关联到负关联的变化趋势。(5)亚林层与林下层树种在各个尺度上都表现为空间正关联。由此可见, 热带天然针叶林中优势种南亚松对伴生阔叶树种的分布格局具有重要影响。     

陡坡地毛竹林多花黄精种群生长和生物量分配的坡位效应

为了给毛竹（Phyllostachys edulis（Carr.） H. de Lehaie）林下多花黄精(Polygonatum cyrtonema Hua.)复合经营提供理论依据,以林分结构基本一致的陡坡地粗放经营毛竹纯林为对象,调查分析了同一面坡的上坡位、中坡位、下坡位毛竹林下多花黄精种群生长状况和生物量积累与分配规律。结果表明：不同坡位毛竹林下多花黄精种群密度、叶片叶绿素值和叶、根生物量积累及叶、根、地下块茎生物量分配比例均无显著差异。多花黄精株高下坡位、上坡位差异不显著,均显著地高于中坡位。地径下坡位、中坡位差异不显著,均显著地低于上坡位。地上茎生物量中坡位、上坡位无显著差异,均显著地低于下坡位。地下块茎生物量、总生物量积累下坡位显著地高于中坡位,均与上坡位差异不显著。地上茎生物量分配比例下坡位显著地高于上坡位,均与中坡位差异不显著。不同坡位毛竹林下多花黄精生物量分配格局均为地下块茎>根>叶≈地上茎,地下块茎生物量分配比例占70%以上,显著大于生物量分配较为均匀的其它器官。毛竹林下多花黄精种群生长和生物量积累与分配存在着较为明显的坡位效应,在试验毛竹林林分结构和经营水平条件下,宜选择下坡位进行毛竹多花黄精复合经营。     

采伐对红松种群结构与动态的影响

红松是我国长白山阔叶红松林的主要建群种,受森林采伐的影响,种群数量急剧下降,现已被列为国家二级保护植物。通过绘制种群静态生命表、生存函数、存活曲线和径级分布图,研究原始林,15%择伐、40%择伐和皆伐后恢复的天然次生林内,红松种群结构和动态的变化规律。结果表明:(1)采伐干扰对红松种群的波动周期影响不大,15%的择伐强度可以提高红松种群的生存期望。(2)原始林和15%择伐林内红松种群存活曲线均为DeeveyⅡ型,种群处于稳定期;40%择伐林内存活曲线介于DeeveyⅡ型和DeeveyⅢ型之间,种群由稳定期向成熟期过渡;皆伐林内存活曲线为DeeveyⅠ型,种群处在增长期。(3)原始阔叶红松林林、15%择伐林和40%择伐林内,红松种群径级结构均呈稳定的倒J型,且在幼树阶段均存在生长更新的停滞现象;与原始林相比,15%择伐林内幼树比例略有下降;40%择伐林和皆伐迹地,随采伐强度的增加,幼树比例明显增大。(4)方差分析表明,4个种群的生存过程差异较大,采伐干扰对红松种群生存过程的影响达到显著水平。     

阔叶红松林林隙结构与树种多样性关系研究

对阔叶红松林林隙与林下不同层次树种多样性进行比较,探讨林隙大小及发育阶段与树种多样性间的关系.结果表明,林隙与林下树种多样性存在显著差异（P<0.01）.与林下相比,林隙更新层树种多样性、丰富度和均匀度增大,生态优势度减小（P<0.01）;演替层树种多样性、丰富度和均匀度减小,生态优势度增大（P<0.0001）.林隙中不同层次树种多样性随着林隙大小呈现出相反的变化趋势.长白山阔叶红松林林隙演替层树种多样性和丰富度总体上呈单峰形变化,中等大小林隙（100～250 m²）中树种多样性和丰富度较高,生态优势度较小.而更新层树种多样性和均匀度在≥250 m²和<100 m²的林隙中最大,在200～250 m²的林隙中最小;生态优势度在200～250 m²的林隙中达到最大.更新层和演替层树种对林隙面积大小反应不同,有利于更新层幼苗建立的林隙面积并不是演替层幼树发育和成活的最适面积;随林隙年龄的增加,更新层和演替层树种多样性在不同层次上呈互补关系.     

凉水自然保护区松鼠（Sciurus vulgaris）贮食生境选择

2003年10月~2004年4月,在黑龙江省小兴安岭凉水国家级自然保护区,应用跟踪观察法、样线调查法、样方调查法等研究方法,采用Vanderploeg和scavia选择系数Wi和选择指数Ei作为衡量指标,对松鼠贮食红松种子生境选择进行了研究。研究表明,松鼠贮食对生境具有选择性:以主要林型为划分标准,松鼠偏爱贮食生境依次为:原始红松林,云杉林,人工云杉林,针叶混交林,人工落叶松林,针阔混交林,阔叶混交林,次生白桦林和人工红松林。在原始红松林内,松鼠对微生境的利用存在选择性差异:松鼠对郁闭良好(郁闭度大于0.6)、灌丛密度中等、倒木和枯立木密度中等(1~5个)、盗食动物活动较弱(大林姬鼠Apodemus peninsulae为主要盗食动物)的原始红松林生境表现出较强的选择性(Ei>0.2);而对坡度小于5°、基质为霉菌土、倒木和枯立木密度较高(大于5个)、草本盖度较高、盗食动物活动中等(花鼠Eutamias sibiricus为主要盗食动物)的原始红松林生境表现出较强的负选择性(Ei<-0.2),对阴坡表现出强烈的回避性(Ei=-0.5368)。     

中国东北小兴安岭阔叶红松林更新及其恢复研究

研究了中国东北小兴安岭地区阔叶红松林的更新和红松的生长及其影响因素。研究结果表明由于成树树冠的遮蔽作用所导致的光照减少是制约幼树生长和存活的关键因素。阔叶红松林是该区最典型和稳定的植被类型,但是在过去的50a中,由于皆伐和更新不良导致了它的分布面积和蓄积量的减少。阔叶红松林是地带性“顶极”植被,并通过具有连续性年龄结构的树种有规律的替代和演替过程中不同阔叶树种组成而处于优势地位。这种林型无疑应作为一种重要的基因库加以保护。次生阔叶林是在阔叶红松林受干扰后出现的,但它的种类组成简单,而且结构也很不稳定。因此,必须对现有的林分结构加以调整以利于林分的长期稳定和高产。同时,提出了红松阔叶林的恢复和重建的经营方式。     

长白山次生杨桦林样地：物种组成与群落结构

 长白山次生杨桦林是该地区阔叶红松林经皆伐和火烧等破坏后恢复形成的主要次生林类型之一,是阔叶红松林次生演替系列中的重要阶段。参 照巴拿马巴洛科罗拉多岛（Barro Colorado Island, BCI）50 hm² 热带雨林样地的技术规范,于2005年在长白山北坡的自然保护区内建立了 一块5 hm²的次生杨桦林长期监测样地,对样地内所有胸径≥1 cm的木本植物进行了详细的定位调查。对样地的物种组成与群落结构的分析表明 ：次生杨桦林样地物种组成丰富,共包括16科28属44种;区系特征明显,北温带成分占主要部分;样地内被监测的树木个体数为20 101,不包 括分枝的独立个体数为16 565;优势树种明显,从个体数、平均胸径、胸高断面积和重要值等分析来看,演替先锋树种白桦(Betula platyphylla)和山 杨(Populus davidiana)在群落中占有绝对优势地位,但从径级结构来看,它们的更新却非常差,随着演替的进展,这些先 锋树种将逐渐走向衰亡;阔叶红松林中的主要树种如红松(Pinus koraiensis)和紫椴(Tilia amurensis) 等已经在次生杨桦林中占有了一定的 比例,林下更新良好,逐渐进入林冠层并最终取代杨桦等成为该森林的优势种;从物种的空间分布格局来看,演替先锋树种和阔叶红松林中的 主要树种并没有表现出明显的聚集性分布格局,而其它的小乔木和灌木树种则表现出明显的聚集性分布格局,但与地形并没有表现出明显的相 关性,相关结论还需要进一步分析。     

松果采摘对长白山自然保护区红松天然更新的影响

在野外调查研究基础上,结合20世纪70年代未受干扰的红松天然林地面红松种子贮藏情况,分析了长白山自然保护区松果采摘后,红松林地面红松种源贮藏和分布变化,根据红松更新过程与动物的关系。探讨了松果采摘对红松更新条件的影响．结果表明,松果采摘后。地面红松种子主要分布在地被物下层且大多呈单粒状分布,其贮藏量1582～2640粒·hm^-2。仅为20世纪70年代的0．3％～0．5％。废种子比率67．8％～86．2％。单粒状占总簇数的46．8％～77．1％,对红松天然更新起重要作用的动物已减少或消失。表明松果采摘是长白山自然保护区红松天然更新的最大障碍之一．     

阔叶红松林林冠斑块特征及其与林木更新的关系

调查了长白山北坡海拔740m处阔叶红松林主要树种林冠斑块的特征,及其对林分结构与更新的影响,结果表明,林冠斑块主要由红松,椴树,色木,蒙古栎4个树种组成,其林冠斑块覆盖面积占林地面积的57．1％,占样地内林冠斑块总面积的87％,其中以红松和紫椴林冠为主,小林冠斑块数量多,分布广,大斑块则很少,林冠斑块面积基本在100m^2以上,只有个别的斑块超过100m^2,林冠斑块形状变异较大,呈现不规则的多边形,林冠树种对幼龄个体的分布存在一定的影响,色木槭幼龄个体几乎分布在所有的紫椴和红松林冠斑块内,最大密度出现32m^2的紫椴林冠斑块和28m^2的红松林冠斑块内,紫椴的幼龄个体只集中在少数林冠斑块内。     

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

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.     

不同生境栓皮栎天然更新幼苗植冠构型分析

栓皮栎存在于秦岭南坡的多种林分中,生活在不同生境中的个体往往形成不同的树冠形态和构型特征。为了说明不同生境条件下栓皮栎幼苗的植冠构型变化,采用典型抽样法,对秦岭南坡3种生境中(林冠下、林隙、林缘)的栓皮栎天然更新幼苗的侧枝、叶片特征及其空间分布进行了调查分析,结果表明:3种不同生境中栓皮栎幼苗植冠形态发生了明显的可塑性变化,(1)林冠下的幼苗明显为开阔型树冠,林隙和林缘处的幼苗树冠相对紧密;(2)幼苗的1级侧枝密度与分枝角度在3种生境下均差异显著(P0.05);从Ⅰ到Ⅳ层,林冠下幼苗的分枝角度在冠层内变化幅度不到5°,而林缘处幼苗的分枝角度变化高达40°;发生5个以上1级侧枝的概率以林冠下最大,为0.6;(3)从林缘、林隙到林冠下,幼苗的叶长、叶宽、单叶面积、叶面积指数逐渐降低,数量叶密度和比叶面积则逐渐增大,与其它两种生境相比,林冠下幼苗的叶片逐渐向树冠上层集中,且以更高序的侧枝为主要着生枝条;(4)林隙中栓皮栎幼苗的树高、地径明显优于林缘和林冠下,缩短了苗木进入主林层的时间,林隙对栓皮栎种群更新有利。在今后栓皮栎林的经营中,可以通过适当间伐来增加林隙数量,为森林更新和结构的优化的提供有利条件。     

Effects of Natural and Human-Assisted Regeneration on Landscape Dynamics in a Korean Pine Forest in Northeast China

Improper forest harvesting can potentially degrade forest ecosystem functions and services. Human-assisted regeneration (e.g., planting) is often used to increase the rate of forest recovery and thereby reduce regeneration failure. Seed dispersal is a fundamental ecological process that can also influence spatio-temporal patterns of forest regeneration. In this study, we investigated the relative contribution of planting and seed dispersal on forest regeneration at landscape scales. Because such influences can be further complicated by timber harvest intensity and seed availability within and around harvested area, we also evaluated the effects of those factors on forest landscape dynamics. We used the forest landscape model LANDIS to simulate the dynamics of Korean pine-broadleaf mixed forests in Northeast China. We considered three factors: timber harvest intensity (3 levels), seed dispersal and whether or not planting was used. The results showed that planting was more important in maintaining the abundance of Korean pine (Pinus koraiensis), a climax keystone species in this region, under the high-intensity harvesting option during early succession. In contrast, seed dispersal was more important during late succession. Korean pine can be successfully regenerated through seed dispersal under low and medium harvest intensities. Our results also indicated that effective natural regeneration will require protecting seed-production trees (seed rain). This study results provide a basis for more effectively managing Chinese temperate forests and possibly other similar ecosystems.