红松阔叶混交林不同大小林隙内丘坑复合体微气候动态变化

2012年5月,在小兴安岭凉水国家级自然保护区阔叶红松混交林2.55 hm²的固定样地内,调查了由掘根风倒形成的38对丘坑复合体所处的7个小林隙、5个中林隙和3个大林隙以及7个郁闭林分的基本状况.于2012年6—9月,每月选定6个典型晴天,测定处于大林隙、中林隙和小林隙以及郁闭林分内每个丘坑复合体不同微立地(坑底、坑壁、丘顶、丘面及完整立地)的土壤温度、土壤含水量和空气相对湿度.结果表明: 6—9月,丘顶的土壤温度平均值最大,坑底最小;坑底土壤含水量和空气相对湿度的平均值最大,丘顶最小.上述指标在大多数微立地之间差异显著.6—9月,位于不同大小林隙和郁闭林分的丘坑复合体土壤温度总平均值依次为:大林隙>中林隙>小林隙>郁闭林分;各月份土壤水分大小次序并不一致;6月、8月和9月丘坑复合体各个微立地月均空气相对湿度大小顺序均为郁闭林分>小林隙>中林隙>大林隙,7月的排列次序有所不同.上述指标在不同大小林隙及郁闭林分内丘坑复合体大多数微立地之间差异显著.不同大小林隙和郁闭林分内丘坑复合体各微立地月均土壤温度和空气相对湿度均为7月最大,9月最小;除完整立地6月月均土壤含水量最大以外,其余微立地均为7月最大,9月最小.丘坑复合体微气候的变化主要受林隙大小、微立地和时间等的影响.     

红松阔叶混交林中坑和丘的微立地特征及其对植被更新的影响

2011年8月,在红松阔叶混交林2.55 hm2的样地内,调查了42株倒木及其形成的坑和丘复合体的微立地特征及其植被更新状况,测定了丘顶、丘面、坑壁、坑底、完整立地5个微立地的土壤含水量、土壤温度、空气相对湿度和光合有效辐射.结果表明:在5个微立地中,丘顶的光合有效辐射最高(527.9μmol·m-2·s-1),完整立地最低(58.7 μmol·m-2·s-1);丘顶的土壤温度最高(16.0℃),坑底最低(13.3℃);坑底的土壤含水量最高(34.6％),丘面最低(0.5％);完整立地的空气相对湿度最高(75.9％),丘顶最低(68.0％).形成坑和丘复合体的5个树种的频率大小依次是红松(42.9％)＞云杉(31.0％)＞白桦(16.7％)＞冷杉(7.1％)＞稠李(2.4％).42株掘根倒木中,有2/3偏向西北方向.倒木体积与坑深度、坑长度、丘高度、丘宽度均呈极显著正相关,与丘厚度呈负相关.坑的宽度和长度分别与倒木的胸径呈显著和极显著正相关.不同微立地之间物种丰富度的大小顺序为完整立地＞坑＞丘;所有树种盖度的大小顺序依次为完整立地＞坑＞丘.     

云冷杉林林隙内倒木腐烂等级及其形成的微立地类型对土壤理化性质的影响

为揭示倒木腐烂等级及其形成的微立地类型对土壤理化性质的影响,分析了小兴安岭凉水国家级自然保护区谷地云冷杉林由倒木形成的林隙内不同腐烂等级倒木形成的3种微立地(丘顶、坑底和倒木下)的土壤理化性质(容重、毛管孔隙度、总孔隙度、毛管持水量、饱和持水量、土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷、速效钾和pH值)和化学计量特征(C/N、N/P和C/P)的差异.结果表明: 倒木腐烂等级对土壤物理性质的影响不显著,而倒木形成的微立地类型对其影响显著.除土壤饱和持水量外,倒木下的其他土壤物理性质均最好,坑底最差;随着倒木腐烂等级的上升,除有效磷外的其他土壤养分含量呈显著上升趋势;3种微立地中,坑底土壤养分含量最低,pH最高;随倒木腐烂等级的上升,3种微立地浅层土壤C/N、N/P和C/P下降,而丘顶和坑底深层土壤C/N上升,N/P和C/P下降,C/P的变化趋势与土壤有效磷的一致.综上,随倒木腐烂等级的提高,土壤养分含量显著增加,且不同类型微立地之间差异明显,其中坑底始终最低.     

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。     

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.     

冻融期去根处理对小兴安岭6种林型土壤微生物量的影响

春季冻融期,在小兴安岭的阔叶红松(Pinus koraiensis)林、谷地云冷杉(Picea koraiensis-Abies nephrolepis)林、阔叶红松择伐林、白桦(Betula platyphylla)次生林、红松人工林、兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林的去根处理样地和对照样地进行野外取土实验,分析了根去除对上述林型土壤微生物量的影响以及与土壤环境因子的关系。结果表明:冻融循环期间对照样地和去根处理样地的林型、土壤层次、取样时间均显著地影响土壤微生物量碳(MBC)(P0.05),对照样地中各林型的土壤微生物量氮(MBN)差异显著,而去根处理样地中各林型的MBN没有显著差异(P0.05);冻融循环期间去根处理显著地减少了大部分林型及土层(谷地云冷杉林0—10 cm及择伐林外)的MBC,而去根处理对大部分林型及土层(阔叶红松林0—10 cm,谷地云冷杉林和择伐林的10—20 cm除外)的MBN没有显著影响。说明在小兴安岭春季冻融期根系对土壤微生物量的影响不可忽视。     

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.     

名山河流域水稻土组分对微团聚体吸附-解吸锌的影响

通过模拟-培养试验和选择溶解法,研究了四川省名山河流域水稻土各土壤组分对原土和不同粒径微团聚体吸附解吸Zn2+能力的影响.结果表明:原土和不同粒径微团聚体对Zn2+的吸附与有机质、游离氧化铁、无定形氧化铁、阳离子交换量(CEC)含量极显著相关,原土去除各土壤组分前后对Zn2+的吸附均用Freundlich方程拟合最佳,对Zn2+的吸附能力大小顺序为:小于0.002mm0.25～2mm原土0.002～0.053mm0.053～0.25mm.与未去除土壤组分相比,去除土壤组分的原土和微团聚体对Zn2+的吸附量均有一定程度的减小,吸附量的减小以0.002mm粒径最高,0.25～0.053mm粒径最低,原土介于各微团聚体中间.去除有机质后,0.002mm、0.053～0.25mm和原土吸附Zn2+的减少量依次为39.56%±1.97%、26.68%±4.21%和36.39%±2.31%;去除游离氧化铁后,吸附Zn2+的减少量依次为30.41%±1.91%、20.14%±3.33%和28.73%±1.22%;去除无定形氧化铁后,吸附Zn2+的减少量依次为22.12%±1.27%、12.43%±2.11%和20.15%±2.62%.吸附减少量大小顺序为:去除有机质去除游离氧化铁去除无定形氧化铁,不同处理间差异极显著.去除各土壤组分后,原土和各粒径微团聚体对Zn2+的非专性吸附量显著上升,增加了Zn2+在土壤中的流动性;而专性吸附量降低,降低了原土和各粒径微团聚体对Zn2+的缓冲能力和固持能力.     

小兴安岭原始红松混交林林隙土壤不同形态氮含量

以小兴安岭地区红松混交林(椴树红松混交林、云冷杉红松混交林和枫桦红松混交林)大、中、小3个林隙为研究对象,对林隙和郁闭林分土壤铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、可溶性全氮(TSN)、可溶性有机氮(SON)、微生物氮(MBN)和全氮(TN)含量进行分析,探讨不同混交林林隙中土壤氮形态特征。结果表明:林隙和郁闭林分土壤以有机氮为主,占TN 98%以上。林隙中土壤NO3--N含量高于NH4+-N含量;SON含量高于NH4+-N和NO3--N含量。红松混交林中土壤NH4+-N、NO3--N、SON和MBN含量在大、小林隙之间以及林隙与郁闭林分之间差异显著,尤其是MBN含量表现为郁闭林分小林隙中林隙大林隙,与林隙面积呈极显著负相关;3个林型中NO3--N/TN和MBN/TN随着林隙面积增大而减小;椴树红松混交林和云冷杉红松混交林林隙中NH4+-N/TN、TSN/TN和SON/TN随林隙面积增大而减小,枫桦红松混交林林隙中随林隙面积增大而增大。林隙和郁闭林分中土壤TSN与SON均呈现极显著正相关;林隙土壤NH4+-N与NO3--N和MBN呈显著相关,但在郁闭林中未表现出此关系。     

长白山阔叶红松林演替序列水分利用效率特征

水分利用效率是反映植物水分利用的客观指标,对其研究有助于了解陆地生态系统的碳水耦合机制。本研究利用稳定碳同位素技术分析了长白山阔叶红松林演替序列下3种林分(中龄杨桦林、成熟杨桦林、阔叶红松林)中优势树种的水分利用效率。结果表明: 3种林分的水分利用效率在不同演替阶段存在阔叶红松林＞中龄杨桦林＞成熟杨桦林的大小顺序,且同一树种在不同林分中水分利用效率不同,中龄杨桦林中山杨和白桦的水分利用效率高于成熟杨桦林,阔叶红松林中水曲柳的水分利用效率远高于其在中龄杨桦林,阔叶红松林中色木槭和蒙古栎的水分利用效率高于其在成熟杨桦林;优势树种的水分利用效率存在木材类型上的差异,总体呈现环孔材树种＞散孔材树种;阔叶红松林优势树种中,阔叶树种和针叶树种的水分利用效率在生长季呈现两种不同的变化趋势,水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴总体呈现先减小后增加的趋势,而红松呈现先增加后减小的趋势。生长季阔叶红松林的水分利用效率与温度呈显著负相关。不同的水分利用效率是长白山阔叶红松林优势树种适应演替进程、响应气候和环境变化的策略之一。     

冻融交替对长白山不同林型土壤两种温室气体排放的影响

以长白山5种林型土壤(硬阔叶林、红松阔叶林、次生白桦林、长白松林和蒙古栎林)为对象,利用原位培养连续取样法研究了冻融过程中5种林型土壤CO₂和N₂O排放特征及相关机理。结果表明:冻融期5种林型土壤是CO₂和N₂O的源。次生白桦林和红松阔叶林土壤CO₂和N₂O的平均通量显著高于其他3种林型。除硬阔叶林外,各林型土壤CO₂通量与土壤含水量间存在显著负相关,但不同林型的土壤CO₂排放对水分敏感性差异较大;除硬阔叶林外,各林型土壤N₂O通量与土壤含水量间存在显著正相关,但水分敏感性因林型而异。5种林型土壤CO₂和N₂O排放通量均与土壤表层温度呈二次函数关系。     

中国东部森林样带典型森林水源涵养功能

通过对我国东部森林样带四个森林生态系统定位研究站（长白山站、北京站、会同站和鼎湖山站）的九种森林类型水源涵养监测数据的分析,研究了水热梯度下不同森林生态系统水源涵养功能。结果表明：在生长季的5-10月份,各森林类型的水源涵养特性表现出较大差异。林冠截留率的大小依次为：阔叶红松林＞杉木林＞常绿阔叶林＞针阔混交林＞季风常绿阔叶林＞落叶阔叶混交林＞马尾松林＞落叶松林＞油松林,最高的长白山站阔叶红松林的截留率是最低的北京站油松林的2.2倍。森林降雨截留量与林外降雨量呈显著的正相关,林冠截留率与降雨量呈显著负相关。枯落物最大持水深（5-10月份）以北京站落叶阔叶林最大,为6.0mm;鼎湖山站的季风常绿阔叶林最小,为1.0mm。0-60cm土层蓄水量最大的是会同站的人工杉木林,为247mm;最小的是北京站的落叶松林,仅为45.5mm;林分总持水量依次为：杉木林＞阔叶红松林＞常绿阔叶林＞针阔混交林＞季风常绿阔叶林＞落叶阔叶混交林＞马尾松林＞落叶松林＞油松林。各林分总持水量主要集中在土壤层,占总比例的90%以上。     

长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用

选择处于全球变化中国东北样带东部典型生态系统的长白山阔叶红松林作为研究区,采用动态气室-CO₂红外分析法测定了森林生态系统不同退化阶段的土壤呼吸作用.结果表明：在生长季,长白山阔叶红松林不同退化阶段的土壤呼吸动态变化呈单峰型曲线,在7-8月达到最大值;不同退化阶段林地土壤呼吸大小顺序为：杨桦林＞蒙古栎林＞阔叶红松林＞硬阔叶林＞裸地.其中,杨桦林和蒙古栎林样地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的1.4和1.3倍,硬阔叶林和裸地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的88%和78%.     

土壤温度和水分对长白山不同森林类型土壤呼吸的影响

在实验室条件下,将不同含水量的3种森林类型的土柱分别置于0、5、15、25和35℃条件下,进行土壤呼吸测定．结果表明,在0～35℃范围内。土壤呼吸速率与温度呈正相关．在一定含水量范围内(0．21～0．37kg·kg^-1),土壤呼吸随含水量的增加而升高,当含水量超出该范围,土壤呼吸速率则随含水量的变化而降低．土壤温度和水分对土壤呼吸作用存在明显的交互作用．不同森林类型土壤呼吸作用强弱存在显著差异,大小顺序为阔叶红松林>岳桦林>云冷杉暗针叶林．阔叶红松林土壤呼吸作用的最佳条件是土壤温度35℃、含水量0．37kg·kg^-1;云冷杉暗针叶林下的山地棕色针叶林土壤呼吸作用的最佳条件是25℃、0．21kg·kg^-1;岳桦林土壤呼吸作用的最佳条件是35℃、含水量0．37kg·kg^-1。但是．由于长白山阔叶红松林、云冷杉林和岳桦林处在不同的海拔带上,同期不同森林类型土壤温度各不相同,相差4～5℃,所以野外所测的同期山地棕色针叶林土呼吸速率应低于暗棕色森林土呼吸速率,山地生草森林土呼吸速率应高于山地棕色针叶林土的呼吸速率．     

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.     

不同类型人工阔叶红松林高等植物物种多样性

采用Shahnon—Wiener多样性指数、均匀度指数和优势度指数等指标研究了辽宁东部山区人工营造20年生5种阔叶树水曲柳、刺愀、紫椴、色赤汤、白桦与红松形成的混交林及人工红松纯林内各层次高等植物物种多佯性,并对该6种林分的垂直结构进行比较。结果表明,人工阔叶红松混交林内植物种类丰富,数量较多;红松纯林内的植物种数仅为人工阔叶红松混交林的42％～52％,植物总数量只有混交林的11％～37％。人工阔叶红松林各层次高等植物物种多样性均好于人工红松纯林,但与原始阔叶红松林相比。人工阔叶红松林的物种多样性还较低。在林分垂直结构方面,人工阔叶红松混交林的成层现象明显,层次结构复杂,垂直多样性丰富;红松纯林只有1个主林冠层,灌木层、草本层较矮,林分垂直结构单一。