大兴安岭北坡火烧迹地森林景观恢复及其影响因子——以郁闭度指标为例

197年发生在大兴安岭北坡的特大火灾造成了森林资源的巨大损失,森林景观恢复一直是人们关注的热点.本研究选取与森林生产力密切相关的郁闭度因子作为研究对象,以ArcView、ArcGIS等地理信息系统软件为研究平台,采用1987年和2000年两期森林资源二类调查数据,对郁闭度、火烧强度、抚育类型和地形因子等进行分级,利用Kendall等级相关分析、相似性分析等方法,探讨了森林郁闭度格局的恢复状况以及火烧强度、更新类型、地形因子对郁闭度恢复的影响.结果表明,2000年郁闭度等级构成与1987年火前相比发生了明显变化,无林地以及高郁闭度等级比重明显下降,较低郁闭度等级比重显著上升;火烧强度对火后恢复的影响最为关键,火烧强度与郁闭度等级呈负相关;更新措施短期内对郁闭度恢复影响不显著,但可以缩短森林演替的周期,对未来针叶林群落生产力恢复具有重要的促进作用;地形因子中坡度对郁闭度恢复影响最为明显,其次为坡位,坡向影响最弱.     

大兴安岭北坡火烧迹地森林郁闭度恢复及其影响因子

1987年发生在大兴安岭北坡的特大森林火灾,总过火面积达1.33×106hm2,形成了各种火烧强度区与未火烧区构成的异质镶嵌体。火烧强度、地形以及火后人类的恢复干预都不同程度地对火后森林恢复产生了影响。研究目的有二：一是为了揭示火后森林恢复状况;二是探寻火烧强度、地形以及火后更新措施等因素对火后森林恢复的影响程度。选取了位于火烧区的图强林业局中部的育英和图强两林场为研究区,选取反映森林景观质量的郁闭度指标作为研究对象,利用地理信息系统软件,将1987年火前与2000年的郁闭度等级分布图叠加,分析火后森林质量的恢复状况;利用多元线性回归法对火烧强度、海拔、坡度、坡向、坡位等地形因子以及各种更新方式对郁闭度恢复的影响程度进行了定量研究。结果显示,2000年郁闭度等级与火前相比发生了明显变化,2000年各林型郁闭度优势等级均由较高的等级4,5降为等级3;而等级1的比重也有所降低。表明,火后森林总体生长状况良好,无林地比重降低,但由于恢复时间较短,具有较高郁闭度的森林所占比重仍较低。多元线性回归显示,各因子均对火后郁闭度恢复产生了显著性影响。其中,海拔影响最大,与郁闭度等级呈正相关;其次是火烧强度,呈负相关;其它地形因子以及更新方式影响较小。     

大兴安岭北坡火烧迹地森林郁闭度恢复及其影响因子

1987年发生在大兴安岭北坡的特大森林火灾,总过火面积达1.33×106 hm²,形成了各种火烧强度区与未火烧区构成的异质镶嵌体。火烧强度、地形以及火后人类的恢复干预都不同程度地对火后森林恢复产生了影响。研究目的有二：一是为了揭示火后森林恢复状况;二是探寻火烧强度、地形以及火后更新措施等因素对火后森林恢复的影响程度。选取了位于火烧区的图强林业局中部的育英和图强两林场为研究区,选取反映森林景观质量的郁闭度指标作为研究对象,利用地理信息系统软件,将1987年火前与2000年的郁闭度等级分布图叠加,分析火后森林质量的恢复状况;利用多元线性回归法对火烧强度、海拔、坡度、坡向、坡位等地形因子以及各种更新方式对郁闭度恢复的影响程度进行了定量研究。结果显示,2000年郁闭度等级与火前相比发生了明显变化,2000年各林型郁闭度优势等级均由较高的等级4,5降为等级3;而等级1的比重也有所降低。表明,火后森林总体生长状况良好,无林地比重降低,但由于恢复时间较短,具有较高郁闭度的森林所占比重仍较低。多元线性回归显示,各因子均对火后郁闭度恢复产生了显著性影响。其中,海拔影响最大,与郁闭度等级呈正相关;其次是火烧强度,呈负相关;其它地形因子以及更新方式影响较小。     

基于3PGS-MTCLIM模型模拟根河林区火后植被净初级生产力恢复及其影响因子

林火是大兴安岭林区主要的干扰因子,且对森林生态系统的碳平衡有着重要影响.火干扰强度以及不同地形条件所导致的山地气候差异是影响火后植被净初级生产力恢复过程的主导因素.本研究以内蒙古根河林区为例,使用多时相的Landsat TM遥感数据(2008—2012年)和1980—2010年间的气象资料,结合山地小气候模型MTCLIM与光能利用效率模型3PGS,模拟森林火后植被净初级生产力(NPP)的时空恢复过程,并探讨不同火烧强度和地形因子对NPP恢复进程的影响.结果表明: 3PGS-MTCLIM模型能够较准确地在小尺度范围内模拟NPP的空间分布格局,模拟结果与样地具有较好的对应关系,R²=0.828;3PGS-MTCLIM模型模拟火后NPP下降百分比在43%~80%,相对于火前NPP水平该区域的平均恢复周期大约为10年;火烧强度对火后恢复具有显著影响,火烧强度越强,NPP恢复所需要的周期越长,火后NPP恢复速度呈现先快后慢的增长趋势;地形因子中,海拔对火后NPP恢复程度的影响最明显,其次为坡度,而坡向的影响最小.     

地形对大兴安岭北坡林火迹地森林景观格局影响的梯度分析

198 7年大兴安岭“5 .6”特大森林火灾 ,过火面积 1.33× 10 6 hm2 。火后 ,不同的火烧强度区和岛状的未火烧区形成了一个异质镶嵌体 ,然而在自然演替和人为干扰作用下 ,十几年过去之后这种异质镶嵌体格局已经发生了明显变化。以大兴安岭北坡 ,图强林业区的育英和奋斗两个林场为研究区 ,总面积 1.2× 10 5hm2 ,在景观尺度上 ,以遥感和地理信息系统为技术手段 ,将地形因子进行梯度划分 ,并运用分布指数和偏相关分析探讨了大兴安岭在 1987年大火后森林景观在地形梯度上的变化情况。研究结果表明 :森林景观在地形梯度上的格局发生了明显的变化 ,但是不同的景观斑块类型变化幅度不同 ,不同的地形因子对不同森林景观斑块类型变化的影响强度也迥异 ;偏相关分析表明地形对主要森林景观斑块类型之间的变化影响最大的是坡度 ,其次是海拔 ,坡向的影响不明显。     

基于CENTURY模型模拟火烧对大兴安岭兴安落叶松林碳动态的影响

火作为森林生态系统重要的自然干扰因子之一,对森林的碳动态有着不可忽视的影响.本研究使用CENTURY模型模拟了大兴安岭呼中林区兴安落叶松林的碳收支对不同强度火烧的响应.结果表明:在不同强度火烧后,土壤总碳库呈先升后降再逐渐恢复的变化趋势,而林分生物碳库则先降后升,其中,林分细小组分碳库的恢复速度明显快于大组分,各碳库的波动程度随火烧强度的增大而增大.森林植被的净初级生产力(NPP)和土壤异养呼吸在火后均先降后升,但NPP的恢复快于土壤异养呼吸,二者的动态变化改变了林分的碳源/汇作用.轻微火烧后,兴安落叶松林仍表现为弱碳汇,并很快恢复到火前水平;其他强度的火烧使兴安落叶松林在短期内(9～12年)表现为碳源,随后逐渐转为碳汇.较低强度的林火不仅可以促进落叶松林的更新、减少死可燃物,也不会对林分的碳汇功能造成太大影响;高强度的严重林火对土壤和林木碳库造成严重损失,延缓森林的恢复,并可使林分表现为较长时间的碳源.     

云南松混交林火烧迹地更新早期草本层物种多样性的空间格局

云南松(Pinus yunnanensis)林是我国西南地区最为广布的针叶林。火烧是云南松林常见的一种自然(或人为)干扰, 但对云南松林火后更新群落的物种多样性特征很少研究。该研究以云南禄丰县勤丰镇2013年“4.13”火灾后云南松混交林火烧迹地更新早期群落草本层为研究对象, 设置了47条1000 m²样带进行群落和环境因子调查, 探讨火烧后更新早期群落草本层的物种构成与丰富度的空间格局及其影响因素。结果表明: 火后更新草本层按物种构成可分为4个群落类型; 草本层物种丰富度受地形和火前群落冠层的影响显著, 与立木生物量和地形坡度正相关, 而与坡位和海拔负相关, 但与火烧强度没有显著的相关性。样带内草本群落β多样性与火前立木胸面积及火烧强度显著正相关, 而与海拔和坡位负相关。总体上, 生境地形特征、火前冠层和火烧强度构成了火烧后早期群落草本层物种构成与丰富度变化的主要控制因子。此外, 一年生和多年生草本物种的更新格局及其对环境的响应存在显著差异。     

寒温带湿地火后植被恢复的影响因子

寒温带湿地在维护区域生态平衡方面发挥着重要作用.火是湿地的重要干扰因子.重度火烧会导致湿地生态功能明显退化.火后植被恢复,特别是火后早期植被的恢复是生态系统功能恢复的前提和基础.本文对火后湿地植被恢复影响因子的国内外研究进展进行了综述.寒温带湿地火后植被恢复受到火强度、火面积、火前植被类型、物种更新特性、立地条件等多因子的制约.寒温带湿地火后恢复的长期监测、植被恢复的关键影响因子、冻土层在植被恢复过程中的作用、植被恢复的理论与技术将是今后研究的重要方向.     

大兴安岭北坡火后紫貂冬季生境适宜性与景观格局的恢复

由自然和人为原因引起的生境丧失与生境破碎化已严重影响到野生动物的生存。大兴安岭北坡是国家一级保护动物紫貂(Martes zibellina)的主要分布区,1987年发生在这里的特大森林火灾造成了森林景观的严重破碎化,紫貂的生存面临极大的威胁。本文的研究目的是为了确定火灾13年后,紫貂冬季生境的恢复程度。首先根据紫貂对冬季生境的喜好,选取对其生存影响较大的生态因子,结合数字化林相图,利用地理信息系统软件ArcGIS编制火烧前后的生境适宜性类型图。然后选取相关的景观格局指标,对火烧前后的生境格局进行对比分析。结果显示,尽管火后采取了一系列的森林恢复措施,但紫貂冬季适宜生境仍有大幅度减少,特别是中等适宜生境类型减少最为明显。适宜生境破碎化加剧,隔离度增加。适宜生境斑块的形状趋于简单,软边界比重有所增加。以上结果表明,与火前相比,紫貂生境明显恶化,需要较长的时间恢复。     

兴安落叶松林火干扰后土壤有机碳含量变化

在大兴安岭兴安落叶松林区,选择不同恢复年限各种火烧强度(重度、中度、轻度)的火烧迹地进行调查并采集土壤样品,对火后有机层和矿质层有机碳含量变化进行研究,以期为进一步开展森林火灾对区域碳平衡影响的定量评估提供科学依据。研究结果表明:火干扰对土壤有机碳含量变化的影响包括火烧即时影响和火后生境条件变化带来的间接影响。火干扰样地有机层的积累与转化主要是通过火后林冠郁闭度的变化影响的,其有机碳总储量低于对照样地。对于矿质层土壤,重度和中度火干扰后,如果样地发生植被序列演替,即阔叶林植被入侵,样地郁闭度增加迅速,凋落物积累量增大,土壤有机碳含量将随着过火年限的增加而增加;如果样地发生自我更新,样地郁闭度增加缓慢,凋落物分解量大于积累量,土壤有机碳含量将会在一定时间内随着过火年限的增加而减少;但是,无论样地发生植被序列演替还是自我更新,土壤有机碳含量短时间内均无法恢复到火前水平。轻度火干扰后,土壤有机碳含量短期内先增加,随着植被更新情况的发展最终趋于平衡。     

火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响研究进展

土壤呼吸是陆地生态系统与大气碳交换的主要方式,主要分为自养呼吸和异养呼吸。土壤呼吸不仅是森林生态系统碳循环过程的关键环节,也是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。火作为森林生态系统中一个重要的生态因子,可以在短时间内对土壤呼吸组分造成巨大的影响。火干扰对土壤呼吸组分的影响与火烧强度、火烧频率、火烧持续时间以及火后恢复等因子有关,通过影响植被的根系与组成、微生物群落数量与结构,凋落物的数量以及生态系统的环境和小气候等,进而对土壤呼吸产生影响。火干扰对土壤呼吸影响整体表现为火烧后土壤呼吸速率下降,在几个月至几年内恢复到火烧前水平,之后火继续对土壤呼吸产生影响长达数年至数十年。通过描述火烧强度、火烧频率以及火后恢复时间,阐述火干扰对土壤呼吸组分的直接影响,以及通过火后环境对土壤呼吸组分产生的间接影响,来揭示火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响。同时针对火干扰对土壤呼吸组分的影响进行以下3个方面的研究展望：（1）火后产生的黑碳对土壤呼吸组分的影响;（2）火后植被恢复对土壤呼吸组分产生的影响;（3）火后土壤呼吸组分的长期变化规律。     

火烧强度和火后恢复时间对大兴安岭森林土壤有机碳含量的影响

在大兴安岭针叶林生态系统中,林火是驱动森林结构与功能变化的主要因子之一,对土壤碳循环过程产生了深刻影响.本研究在大兴安岭林区选择不同火烧强度(轻度、中度、重度)和火烧年份(1987-2012年)的火烧迹地开展野外调查,分土壤发生层(O层、A层、AB层、BC层、C层)采集样品,采用双因素方差分析和多重比较法,分析了火烧强度和火后恢复时间对森林土壤有机碳含量的影响.结果表明: 中度和重度火烧后,土壤O层有机碳含量呈逐年上升趋势;A、B层土壤有机碳含量在轻、中度火烧后呈逐年下降趋势,其随时间的变化情况为火后3年>火后5年>火后10年>火后10年以上,在重度火烧后的10年之内呈逐年上升趋势,但在火后10年以上又迅速下降;BC层有机碳含量变化无明显规律.     

基于GIS的大兴安岭森林火险区划

以黑龙江省大兴安岭图强林业局育英林场和奋斗林场为研究区,以GIS技术为支撑,选取植被类型、海拔、坡度、坡向和离居住区远近作为主要林火影响因子,采用因子加权叠置法,对研究区森林火险情况进行了定量评价,将火险等级分为无、低、中、高和极高5类.结果表明,无、低、中、高和极高火险区分别占研究区的0.37%、0.63%、38.67%、58.63%和1.70%,符合正态分布;中及以上火险区占60.33%,说明研究区森林火灾管理任务仍相当繁重;森林火险等级的地域分异明显,中部高四周低,在不同林火影响因子上的分异十分明显;火险等级与1987年的火烧强度具有较强的一致性,说明火险区划结果具有较高的可靠性,可为林业部门进行森林火灾管理提供有价值的参考.     

基于NDVI的不同火烧强度下大兴安岭林火迹地森林景观恢复

利用LANDSAT TM影像,通过分类、提取森林景观类型及NDVI值,在较大尺度上探讨了火烧区火烧强度与森林景观格局、功能恢复的关系。结果表明,火烧区森林总体恢复情况较好。恢复状况与火烧强度具有明显的相关性。火烧强度越高,恢复状况越差。重度火烧区的针叶林景观所占比重低且生长状况较差;沼泽面积高于未火烧对照区,这一现象应引起足够重视,特别是在全球变化气温升高的背景下,应防止寒温带针叶林的退化以及林地沼泽化。在三种主要森林类型(针叶林、阔叶林、针阔叶混交林)中,针阔叶混交林是生长状况最好的,标志着火烧迹地正由演替的初期阶段向中期阶段过渡。     

兴安落叶松(Larix gmelinii)火后种子萌发影响因子

林火干扰是影响兴安落叶松林结构和功能的主要因子之一。兴安落叶松种群火后更新受多种因子的影响,并决定着该群落演替轨迹。通过在大兴安岭呼中自然保护区的火烧迹地内设置原位控制实验,利用增强回归树分析方法,量化研究了落叶松火后恢复初期不同影响因子（温度、有机质层厚度、覆盖度等）对种子萌发的相对重要性。研究结果表明：落叶松火后种子萌发的最主要影响因子为温度,第二影响因子为种源,第三影响因子为草本覆盖度,分别解释了幼苗数量变异的28.51%、22.40%、20.66%;各影响因子的相对重要性在不同地形条件下有明显差异：温度在山坡顶部和阳坡底部占有重要影响,种源在阳坡中部和阴坡中部最为重要,土壤含水量在阴坡底部占有重要地位。同时,去除土壤表面有机质可以显著提高种子萌发数量,去除地面杂草则会使种子萌发数量降低。从研究结果可知,落叶松火后种子萌发在不同地形（环境条件）下的限制因子不同,人工辅助需因地制宜采取相应措施,才能更有效地促进种子萌发与森林恢复。     

大兴安岭北坡火烧迹地自然与人工干预下的植被恢复模式初探

针对大兴安岭北坡林区森林植被在不同火烧强度、火烧时间的火烧迹地上的恢复状况进行了调查研究。结果表明,轻度火烧区的植被自然更新恢复良好;中度火烧区的森林植被依靠人工促进更新要比自然更新更早达到预期目标;重度火烧区的森林植被如果完全依靠自然更新,恢复到预期目标会非常缓慢,而通过人工更新则可跨越几个演替阶段,较快接近本地的顶极群落。     

火烧强度对兴安落叶松群落叶片功能性状及功能多样性的影响

林火是北方针叶林的重要生态因子,直接影响火烧迹地物种多样性及功能多样性,进而影响森林群落的演替.以牙克石地区火后自然恢复12年的兴安落叶松群落为研究对象,在群落尺度上分析火烧迹地土壤养分含量、叶片功能性状、物种多样性和功能多样性在不同火烧强度(轻、中和重度火烧)下的变化规律.结果表明: 火烧显著降低了土壤全氮含量,对土壤全磷含量无显著影响.轻、中度火烧有助于维持群落较高的物种多样性和功能多样性;中度火烧显著增加了群落的物种多样性,物种丰富度指数、Shannon指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数均在中度火烧时有最大值;火烧降低了群落的功能丰富度和功能离散度指数,二者分别在中、轻度火烧时最大(除未过火外),而群落的功能均匀度和二次熵指数在林火干扰后增加,轻度火烧后最大.随火烧强度增加,叶干物质含量、叶组织密度和叶磷含量总体呈显著增大趋势,而比叶面积、叶含水量、叶氮含量和叶N∶P则表现出未过火>中度火烧>轻度火烧>重度火烧的规律,叶片厚度呈先增大后减小的变化规律.火烧强度对森林群落的叶片功能性状和功能多样性均有显著影响,且适度的火干扰对森林群落的恢复具有促进作用.     

气候、植被和地形对大兴安岭林火烈度空间格局的影响

在北方森林中火干扰是森林景观变化的主导因素。林火烈度作为衡量林火动态的重要指标,较为直观地反映了火干扰对森林生态系统的破坏程度,其空间格局深刻地影响着森林景观中的多种生态过程(如树种组成、种子扩散以及植被的恢复)。解释林火烈度空间格局有助于揭示林火干扰后森林景观格局的形成机制,对预测未来林火烈度空间格局以及制定科学合理林火管理策略均有重要意义。基于LandsatTM/ETM遥感影像,将2000—2016年大兴安岭呼中林区的36场火的林火烈度划分为未过火、轻度、中度、重度4个等级。采用FRAGSTAT景观格局分析软件从类型水平上计算了斑块所占景观面积比、面积加权平均斑块面积、面积加权平均斑块分维数、面积加权边缘面积比、斑块密度5个景观指数,以对林火烈度空间格局进行了定量化描述。并且采用随机森林模型,分析了气候、地形、植被对林火烈度空间格局的影响及其边际效应。通过研究得出以下结果:(1)相对于未过火、轻度、以及中度火烧斑块,重度火烧斑块的面积更大、形状更简单;(2)海拔对重度火烧斑块的空间格局起着至关重要的作用,其次是坡向、坡度、植被覆盖度、相对湿度、温度等;(3)随着海拔的升高,面积加权平均斑块面积和面积加权平均斑块分维数的边际效应曲线呈上升趋势,而面积加权边缘面积比和斑块密度呈下降趋势;除了面积加权平均斑块面积外,都受到火前植被覆盖度的影响,且植被覆盖度为0.2—0.3范围内,重度火烧斑块在景观中所占比例最大。总的来看,2000—2016年大兴安岭呼中森林景观中重度火烧斑块与未过火、轻度以及中度火烧斑块存在显著差异性。相对于气候,地形和植被对于塑造重度火烧斑块空间格局具有重要作用。因此,应针对重度火烧区域进行可燃物处理,从景观层面上合理配置森林斑块,从而降低高烈度森林大火发生的风险。     

黑龙江省大兴安岭林区火烧迹地森林更新及其影响因子

林火干扰是大兴安岭森林更新的影响因子之一,研究火烧迹地森林更新的影响因子(立地条件、火前植被、火干扰特征)对理解生态系统的结构、功能和火后演替轨迹具有重要意义。选取呼中及新林林业局55个代表性火烧样地,利用增强回归树分析法分析了火烧迹地森林更新的影响因素。结果表明:(1)立地条件是影响针、阔叶树更新苗密度的主要因素;海拔对针叶树更新苗密度的影响最大;坡度对阔叶树更新苗密度影响最大;(2)距上次火烧时间对针叶树更新苗比重影响最大,其次是林型;(3)中度林火干扰后森林更新状况好于轻度和重度火烧迹地。根据火烧迹地森林更新调查分析可知:林型影响火后演替模式,火前为针叶树或阔叶树纯林,火后易发生自我更新(火后树种更新组成与火前林型相同),而针阔混交林在火干扰影响下易于发生序列演替(火后初期以早期演替树种更新为主)。     

采伐和火烧对森林氮动态的影响

森林是重要的陆地生态系统类型,它通过特有的养分循环机制维持其结构和功能.其中氮素对林木生长和发育十分重要,而且常是森林生产力的限制因素.另一方面,森林氮动态又常受到人类活动干扰的影响.根据国内外研究结果综述了采伐和火烧对森林氮动态的影响.结果表明采伐后环境因素的变化将影响森林N动态,其中最为关注的是采伐后一系列因素引起的N损失,如:N淋溶增加、伴随生物量的N迁移以及因径流或侵蚀增加造成的枯枝落叶层和土壤层N流失.这些N损失又将影响更新林分的生长和生产力.此外,采伐后N吸收速率一般下降,但随着植被快速生长N吸收速率将不断增加.采伐后氨化和硝化过程增强,但因短期内同化作用较弱,生态系统中大部分N将发生损失.火烧对森林N动态的短期影响主要包括:第一,火烧时N直接挥发损失;第二,火烧后N有效性增加,这主要由灰分沉积、根和微生物死亡及有机质N矿化增强等综合造成.随着时间延长,N有效性逐渐降低,这可能与火烧引起的有机质损失、植物N吸收增加、淋溶或侵蚀损失有关.然而,目前关于火烧造成的长期生态影响,如火烧后地上植被恢复与地下生物地球化学过程变化有何联系仍不太清楚.未来研究应着重于探讨氮素对森林采伐和火烧作出的短期响应将如何长期影响森林的结构和功能.此外,建议在实施营林方案时需考虑采伐和火烧对生态系统氮的影响.