基于系统保护规划的长白山阔叶红松林保护网络优化研究

阔叶红松林是北温带物种最丰富的地带性群落之一,长白山地区是其在中国范围内的中心分布区。中国政府已建立保护网络(24个自然保护区组成)来保护阔叶红松林及其重要的物种资源,但成效不显著。利用系统保护规划软件C-Plan,以集水区为规划单元,计算保护网络外规划单元的不可替代性值,识别出保护网络外高保护价值空缺,评估现有保护网络与纳入空缺后的优化保护网络的保护效率。研究结果显示,现有保护网络外的高保护价值规划单元呈集中沿山岭分布的特征,现有保护网络使24种物种的生境(共75种)实现其设定的保护目标,其他51种未能实现保护目标,且20种保护对象未能达到其设定保护目标的50%,保护成效低。纳入空缺后的优化保护网络,可使64种保护对象实现保护目标,其余11种保护对象的保护贡献值也不同程度提高,保护成效显著增强。结合人为干扰情况提出三种不同保护策略情景下的优先保护方案,并根据生态威胁强度提出各方案的保护建议,为长白山阔叶红松林保护管理提供决策依据,并为山地生态区保护网络优化研究提供方法指导。     

长白山阔叶红松林生态保护关键区的确定

为完善长白山地区保护区体系、减少生物多样性破坏、保护阔叶红松林,对长白山国家自然保护区周边6个林业局、64个林场进行实地调查和数据分析;基于保护生物多样性的地理学方法(GAP),选择41种植物作为重点保护物种,以采伐区、农田、居民点、公路数等因子作为干扰因素,并利用GIS空间分析研究了长白山地区指示植物数量和干扰强度的分布.结果表明:不同林场指示物种分布不均匀,以泉阳县胜利、冷沟子林场为中心形成西北坡和南坡2个保护植物富集分布区域,宝马、衡山、冷沟子和黑河林场有单个重要物种分布;各林场干扰强度不同,露水河林业局和白河林业局北部整体受干扰程度较大.通过各项指标综合分析,确定出长白山北坡的泉阳-露水河南部-白河北部和长白山南坡的长白县东部2个生态保护关键区带.     

基于C-Plan规划软件的生物多样性就地保护优先区规划——以中国东北地区为例

以中国东北地区为研究区域,根据生物多样性属性特征,选择研究区域内具有代表性的濒危物种作为指示物种,利用系统保护规划方法(Systematic Conservation Planning,SCP)和保护规划软件(C-Plan),对该区域进行了优先保护规划研究。通过计算规划单元的不可替代性值(Irreplaceability,IR),找出区域生物多样性热点地区和保护空缺地区,然后利用C-Plan规划软件对该地区进行保护优先等级划分,确定必须保护(Mandatory Reserved,MR)、协商保护(Negotiated Reserved,NR)和部分保护(PartiallyReserved,PR)3个等级保护区域的具体位置和面积,并针对保护现状提出保护规划建议。结果显示,必须保护区域的总面积占区域总面积的8.17%,主要分布于长白山核心地区和大兴安岭北部原始林区;协商保护区域占总面积的7.51%,主要分布于大兴安岭东南部和松嫩平原湿地;部分保护区域占总面积的9%。保护空缺分析结果显示,现有国家级自然保护区对生物多样性的保护存在3个明显的保护空缺,即长白山林区的龙岗山地区、老爷岭北部和张广才岭南部;大兴安岭北部原始林区、呼玛河—黑龙江流域的平原湿地和伊勒呼里山东南部山区;大兴安岭南部森林草原过渡区的东南部森林地区。结合区域内已建立的国家级自然保护区情况,利用C-Plan规划软件对不同时期建立的保护区实现保护目标的贡献率做了分析。截止2000年,已建保护区可实现预期保护目标的17.5%,通过对贡献率大小的比较确定了不同时期保护的有效程度。研究打破了传统的对称几何形状的单元划分方法,根据植被类型和自然地形地貌,采用自然多边形进行单元划分,提高了物种分布范围准确度。研究通过C-Plan规划软件的实际应用,丰富了系统保护规划研究的方法,从理论上为区域保护规划提供了科学依据,并可指导我国自然保护区管理政策的制定和中长期规划的编制。     

长白山自然保护区阔叶红松林质量快速评价

根据林地的自然性、林地质量、林分生长状况、群落完整性和稳定性五方面特征,选择17 个指标构建评价模型,对长白山自然保护区阔叶红松林质量进行了评价。结果表明：长白山自然保护区阔叶红松林“一级”小班9 个,占2.190%,“二级”小班个数和面积分别占97.080%和97.627%,“三级”小班3 个,没有“四级”小班。自然保护区阔叶红松林总体质量得分0.858,等级为“二级”,表明长白山自然保护区对阔叶红松林的总体质量较好。类准则层质量评价中,群落完整性质量等级为“三级”,群落稳定性“三级”的小班个数和面积占20%以上,表明人类长期的林下干扰对阔叶红松林质量造成一定负面影响。     

东北阔叶红松林群落类型划分及物种多样性

运用TWINSPAN分类方法,对我国东北阔叶红松林群落类型进行划分,对乔木层树种进行聚类,并对东北地区长白山、大秃顶子山、平顶山和丰林保护区4个样点的物种多样性进行对比研究.结果表明:24个样地中共记录到维管束植物264种,隶属于64科147属.经过聚类,将阔叶红松林划分为3个群落类型组和7个群落类型;同时,将33个乔木树种间的关联性划分为8组.阔叶红松林群落的物种丰富度和多样性为草本层>灌木层>乔木层.在4个样点中,长白山的样地平均物种丰富度最高,为63.长白山和大秃顶子山乔木层和灌木层的物种多样性略高于平顶山和丰林保护区;丰林保护区草本层的物种多样性为2.83,高于其它3个样点.平顶山灌木层和长白山草本层的均匀度最低,分别为0.71和0.80.     

基于系统保护规划的三江平原湿地保护网络体系优化

综合三江平原湿地不同层次、不同维度的生物多样性特征,在系统保护规划方法(Systematic Conservation Planning,SCP)框架下,以集水区为规划单元,计算研究区域不可替代性指数,确定高保护价值网络体系,通过保护空缺分析对现有保护网络进行优化,并评估优化体系的有效性。结果表明:三江平原湿地高保护价值区域的分布呈现沿河流分布的特点;现有保护区中湖泊和目标物种的保护状态比较好;保护网络体系优化后,沼泽湿地在保护网络中的比重由22.88%重增加到50%以上;河流湿地由16.20%增加到33.92%;地下水资源在现有保护网络中的比重非常低,仅为2.01%,优化后保护网络中保护比重增加到12.05%,因此在今后的保护区规划中,应该重视对地下水资源的保护和管理。另外本研究结合生态脆弱性对高保护价值的空缺设计3个情景方案,并根据生态威胁的种类和强度提出各优先保护方案的保护建议,为保护管理决策提供依据。     

长白山区阔叶红松林残留片段木本植物物种组成与群落结构

阔叶红松林是我国东北东部山区的地带性植被,长白山区是阔叶红松林的核心分布区.由于人类活动的干扰,目前天然阔叶红松林只在长白山和小兴安岭地区残留了一些面积不等的片段.为比较分析阔叶红松林在不同分布区的异同,以广义长白山区阔叶红松林残留片段为研究对象,依照巴拿马Barro Colorado Island(BCI)50 hm2热带雨林样地的技术规范,于2012年在吉林长白山自然保护区和辽宁东部山区阔叶红松林残留片段分别建立了3个固定样地,对6个样地内胸径≥1 cm的木本植物进行定位调查.结果表明:6个样地共记录到木本植物69种,隶属于24科42属,其中槭树科为6个样地物种最丰富的科,区系组成均以北温带成分为主,同时混有亚热带成分;从物种多度、平均胸径、胸高断面积和重要值看,各样地优势种明显;6个样地所有独立个体的径级结构均呈倒"J"型,但各样地不同径级个体比例有很大差异,表明6个样地群落处于不同的演替阶段.各样地中重要值位于前3位物种的径级结构可分为倒"J"型、"L"型、单峰型和偏峰型4种类型;各样地主要树种随物种、径级的变化呈现出不同的空间分布格局,同一物种在不同样地的分布格局也表现出一定的差异.     

中国自然保护区分布现状及合理布局的探讨

为了保护中国丰富的生物多样性, 我国已经建立了大量的自然保护区。评价这些保护区的布局对于生物多样性的有效保护无疑是十分重要的。本文收集了截至2007年底我国建立的2,047个保护区的有关资料, 利用地理信息系统技术, 分析了这些保护区的分布现状和生物多样性的保护状况, 包括保护的植被类型、野生保护物种以及热点地区。结果表明: 我国自然保护区的覆盖面积达到145.7万km2, 占中国陆地面积的15.2%, 超过世界平均水平(13.4%); 在我国47种自然植被类型中, 有21种植被类型的被保护面积比例低于10%, 说明这些类型可能没有得到充分的保护。应用Dobson筛除算法对216个保护区中的保护物种进行筛除分析, 发现仅西双版纳、武夷山、长白山、高黎贡山、祁连山5个保护区即包含了381个保护物种(约占总数783种的50%); 前21个保护区可包含占总数75%的保护物种(590种)。根据不同方案划分的生物多样性热点保护地区仍存在一些保护空缺地, 如新疆北部、四川与长江以南地区, 因此, 我国的保护区布局有待进一步改进。     

黄淮海地区湿地系统生物多样性保护格局构建

以黄淮海地区为研究对象,首先分析了区域现有湿地保护状况,再基于湿地类型、保护状况和目标保护物种分布,综合考虑GDP、人口密度等社会经济因素,以湿地生物多样性保护为目标,运用系统保护规划的理论和方法,以Marxan作为空间优化模型,进行多目标的湿地系统保护预案设计,构建区域湿地不同保护水平的保护空缺和不可替代性格局,确定合理的湿地系统保护格局。研究结果表明:现有的湿地保护体系仅覆盖了区域17%左右的湿地,尚有许多重要生境游离于现有保护区系统外。为完善黄淮海地区湿地保护体系,需要对黄海海区域内28个保护区进行功能区划调整或者保护等级提升,并在山东(5个县)和河北(4个县),河南、江苏和安徽(各3个县),北京和天津(各1个县)等20个县市内建立新的保护区,与现有湿地保护系统有机整合,最终形成一个黄淮海地区湿地生物保护网络合理格局。结果表明:同其他相关研究方法对比,系统保护规划方法在区域大尺度生物多样性保护方面更具有意义;同时也表明该方法在中国的应用前景广阔。     

基于系统保护规划方法东北生物多样性热点地区和保护空缺分析

根据东北地区生物多样性特征,利用系统保护规划方法和国际上常用的保护规划软件C- plan,计算了规划单元的不可替代性值,确定了区域生物多样性热点地区,并根据保护区分布现状进行了生物多样性保护空缺分析.结果显示,东北地区不可替代性较高的热点地区有4个,分别是:(1)长白山西北部林区,(2)大兴安岭北段山地区,(3)大兴安岭南部森林与草原过渡区,(4)松嫩平原中部湿地区. 在优先、一般、非优先3个等级中,需要优先保护地区的总面积是19.49×104km2,约占区域总面积的20.91%.同时,根据已建保护区分布情况研究发现,区域内存在3个明显的保护空缺,即长白山西北部林区、大兴安岭北段山地区和大兴安岭南段森林草原过渡区.建议新建和扩建保护区,同时建立生态廊道把相应的保护区关联起来,以实现区域内生物多样性保护目标.     

长白山三种林型对蛾类群落结构和多样性的影响

选择长白山阔叶红松林、白桦林和落叶松林3种林型,对各林型蛾类的群落结构和多样性进行了比较。结果表明:蛾类各科(亚科)在3种林型中的比例分配明显不同。阔叶红松林中尺蛾科数量占优绝对优势,占47.0%,其次是舟蛾科,为9.3%。优势种为台褥尺蛾,占17.2%;从蛾类总种数和蛾类个体总数上看,白桦林中蛾类物种丰富度、多度和多样性指数明显高于阔叶红松林和落叶松林,优势度指数则最低;白桦林的优势种有尘尺蛾、枞灰尺蛾和双星白枝尺蛾;在落叶松林中,灯蛾科、波纹蛾科和枯叶蛾科的多度都比阔叶红松林和白桦林高,其优势种为阿泊波纹蛾。     

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．     

长白山阔叶红松林红松种群年龄结构与数量动态特征

该研究以分布于长白山阔叶红松林内的红松(Pinus koraiensis)种群为对象, 通过编制种群静态生命表, 计算数量动态指数, 绘制存活曲线、死亡率曲线和消失率曲线, 应用4个生存函数并引入谱分析和时间序列预测模型, 分析红松种群年龄结构, 揭示其天然更新过程及未来发展趋势, 以期为野生红松种群的保护和恢复提供科学依据。结果显示: 红松种群数量变化具有阶段性, 幼龄(I-III龄级)和成龄(VII-X龄级)个体数量多, 中龄(IV-VI龄级)和老龄(XI-XIV龄级)个体数量少, 形成明显间断的两个优势年龄分布区。种群存活曲线趋近于Deevey-Ⅲ型, 表明幼龄个体死亡率高。忽略外部干扰时的总体数量动态变化指数大于>0, 表明红松种群为增长型; 考虑未来外部干扰时的种群动态变化指数趋近于0, 结合死亡率和消失率曲线呈现出连续先增后降的复杂动态变化趋势, 可知该种群受外界随机干扰时增长不明显。生存函数分析显示, 红松种群具有前期锐减、中期稳定、后期衰退的特点。谱分析表明红松种群天然更新呈周期性波动。未来2、3、4、5、6、7、8、9、10个龄级时间后, 红松幼、中龄个体数逐渐减少, 而成、老龄个体数量将逐渐增加。幼龄个体死亡率高、生存空间和资源条件有限, 老龄个体生理衰老明显是限制红松种群增长的主要原因。建议加强幼龄个体的抚育工作, 提高其存活率和生存质量; 保护和改善生存环境, 从而促进红松种群的自然更新和恢复。     

长白山红松阔叶混交林森林天然更新条件的研究

研究长白山红松阔叶混交林森林天然更新的变化规律及其条件,红松阔叶混交林是长白山主要的森林类型,保存不多,对于研究以前森林经营有重要意义。研究的目的在于揭示红松天然更新规律及其与森林组成结构的关系。研究结果表明,红松阔叶混交林天然更新与森林群落类型,海拔,森林植物条件及人类活动等干扰极大关系,一般在陡坡或山脊上胡枝子作树红松林中,那里林冠郁闭度达到80％－90％或更大,林分中红松组成也更大,红松天然更新良好。每公顷有红松幼苗和小幼树万株以上,但是在郁闭的红松林冠下,很少能长大。在大部分的阔叶红松混次林中,除了林冠比较郁闭的地方外,针叶树包括红松在内的天然更新通常稀少,每公顷仅有幼苗幼树数千株,其中大部是阔叶树,随着海拔上升到一定范围,在更新中云冷杉的成分增加,老择伐迹地由于林下植被密,常常缺乏更新。74．2％耐荫树种的幼苗幼树是在林冠下观查到,它们70％以上分布于离立木2．5 m以内,这正好等于林木平均冠幅的半径,所以,红松和耐荫树种幼苗的更新最好是在郁闭的林分下。     

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．     

东北山地水生鞘翅目昆虫多样性的比较研究

调查了东北长白山自然保护区及辽宁省医巫闾山两地静水水体中水生甲虫．结果表明,长白山阔叶红松林生态系统水生甲虫比辽宁医巫闾山农林复合生态系统水生甲虫物种丰富的多．长白山水生甲虫共有１７个属２９个种,而辽宁医巫闾山水生甲虫只有１０个属１３个种．两地水生甲虫Ｓｈａｎｎｏｎ多样性指数分别为２．１２４、１．６４３,Ｓｈａｎｎｏｎ均匀度分别为１．２６０、０．６４１,两种不同生态系统中的水生甲虫物种多度分布较好地拟合于对数级数模型,均以少数物种为优势种,其中长白山自然保护区水生甲虫以Ｈｙｄｒｏｇｌｙｐｈｕｓｊａｐｏｎｉｃｕｓ、Ｈａｌｉｐｌｕｓｓｉｍｐｌｅｘ为优势种,辽宁医巫闾山水生甲虫则以Ｈｙｄｒｏｇｌｙｐｈｕｓｐｕｓｉｌｕｓ、Ａｇａｂｕｓｕｓｕｒｉｅｎｓｉｓ、Ａｇａｂｕｓｂｒａｎｄｔｉ占优势．     

降水变化对红松阔叶林土壤微生物生物量生长季动态的影响

红松阔叶林是中国东北山区地带性顶极植被,具有重要的生态学意义,长白山是研究温带森林对大气降水变化正负反馈的理想地带.本文以长白山原始红松阔叶林为对象,研究了土壤微生物生物量碳和氮对降水变化的响应.结果表明：在5-9月的生长季中,土壤微生物生物量碳和氮平均值分别为879.09和100.03 mg·kg^-1,二者均随土壤深度增加呈下降趋势.随着降水量的增加,土壤微生物生物量碳、氮均增加,且0～5 cm表层土比5～10 cm表层土变化剧烈;土壤微生物生物量碳氮比随降水增加呈下降趋势.降水变化对土壤微生物生物量碳和氮的平均值影响显著,降水增加的影响更为突出.微生物生物量碳和氮在生长季内呈现出相似的变化规律,5月最低,之后先升高后降低再升高,出现1～2个波峰,但峰值大小和出现时间随降水量和土壤层次而变,0～5 cm土层的微生物生物量碳和氮的季节变化较大.微生物生物量碳、氮分别与土壤有机质和总氮含量呈显著正相关.不同降水条件下土壤理化性质的差异与土壤微生物生物量碳、氮的时空异质性紧密相关.降水变化可使土壤微生物群落结构与组成发生改变.