森林经营决策支持系统的设计与实现及在采伐中的应用

我国传统的森林经营方式比较落后,数字化水平不高,决策过程比较盲目.在地理信息系统平台中集成森林动态模型,建立森林经营决策支持系统,可以充分发挥地理信息系统的可视化、空间分析以及模型模拟预测功能,加强处理森林在较大时空尺度上的动态变化的能力.本文设计并实现了森林生长率模型、景观采伐模型和矩阵模型,开发了森林经营决策支持系统,回答森林采伐经营中“采多少,采哪里,怎么采”的三个主要问题,在长白山区的露水河林业局和三岔子林业局进行应用,为提高我国森林可持续经营管理的数字化水平提供了技术支持.     

长白山红松阔叶混交林紫椴枝条的分解实验

研究了长白山北坡椴树（Tilia amurensis）枝条的分散进程,实验结果揭示,分解率是与各实验地的植被类型,海拔,生长季月平均大于5℃的积温等密切相关。其枝条分解的保存率（Y）与分解年龄（x）的相关,可用指数模型：Y＝e^-kx来拟合,在红松阔叶混交林,红松外叶混交林,岳桦去冷杉林及岳桦林中椴树枝条分解常数K分别为－0.168与－0.127,－0.102和－0.094。枝条原重量50％的分解年龄在上述4个森林中分别是4,5,6和7a。实验还指出,在长白山红松阔叶混交林皆伐迹地的实验条件下适当的蔽荫和浇水对分解有正面影响。而且,枝条的分解率主要是以长白山不同海拔植被类型的温度条件而转移,特别是生长季的积温。     

红松针叶的凋落及其分解速率研究

在长白山森林生态系统研究中,对红松（pinus koraiensis)针叶凋落情况及其分解过程进行研究,表明,红松针叶一般可存活3－4a,调查中存活的为6a。红松叶的寿命与光照密度相关,在针中密集及透光不足的地方针叶寿命较短。红松针叶凋落后,在林地上分解较快,一般4a后其干重保持率为16．6％。模拟实验证明,红松针叶的分解率与海拔和植被类型密切相关。在海拔低的红松阔叶林下,因气温高,分解较快;在海拔较高的云冷杉红松林和岳桦林中分解速度变慢,在高山苔原带分解最慢。     

长白山阔叶红松林主要树种对干旱胁迫的生态反应及生物量分配的初步研究

以组成长白山温带阔叶红松林主要树种红松,水曲柳,胡桃楸,椴树和蒙古柞的幼苗,盆载于土壤含水量分别为田间持水量的85％－100％（CK）,65％－85％（MW）和45％－65％（LW）条件下4个月,研究不同土壤水分亏缺对不同树种生态反应和生物量再分配,结果表明,干旱处理显著降低供试树种的单叶面积,侧根数,根长等,降低叶比重,增加根比重,不同种对干旱响应应存在明显差异,椴树和水曲柳叶比重随水分亏缺的加剧而显著降低,蒙古柞和胡桃揪叶比重值在轻度水分亏缺时达到最高,但不同树种幼树茎比重并不随土壤水分含量的降低而发生明显变化,各树种生物量较对照组有显著差异,椴树,水曲柳,胡桃揪,红松幼树总生物量平均降低32．8,43．6,26．2和23．8％,蒙古柞幼 树生物量平均增加4．8％,耐旱性比其它4个供试树种强。     

红松阔叶林倒木贮量动态的研究

在森林倒木研究的基础上探讨长白山红松阔叶林倒木贮量的动态,涉及红松阔叶林倒木分解及其贮量的动态规律。研究表明,倒木分解,除心腐木外,均由表及里进行;倒木分解速率在其它生态条件相同时因树种、直径和部位而异。红松阔叶林倒木贮量动态包括现有倒木贮量和倒木年输入量两个分解动态过程,现有倒木贮量在头100年其干重迅速减少,其中椴树比红松尤速,前者分解91%,后者为72%.林地倒木贮量动态与倒木年输入量分解动态相似,但前者在分解初期贮量增加较大,因为部分现有倒木未完全分解;100年后趋于一致,并恒定于16～17t·hm^-2,直至群落的顶极阶段结束.     

矩阵模型在森林择伐经营中的应用

采用矩阵模型预测未干扰下长白山阔叶红松林不同初期密度和直径分布林分300年的动态生长过程,比较12种不同采伐方案(最小采伐直径分别为70、60、50、40cm,采伐周期分别为10、20、30年)经过300年采伐保留林分的密度、断面积和林分收获量。结果表明,无论初始状态如何,未干扰林分经过约200多年后变化趋于平稳,径阶结构、断面积均能达到近似相等的稳定状态;采伐以最小采伐直径60cm、采伐周期20年较适宜。得出了不同采伐方案的收获量及保留林分各因子变化规律。     

东北林区主要森林类型土壤有机碳密度及其影响因素

2011年在东北林区研究了5种主要森林类型(针叶混交林、针阔混交林、阔叶混交林、落叶松林和白桦林)4个林龄(幼龄林、中龄林、近熟林和过熟林)的土壤碳密度.结果表明: 东北林区不同森林类型的土壤有机碳含量和有机碳密度均以表层土壤最高,随土壤深度的增加逐渐减少,而随森林类型和林龄的变化并不显著;森林土壤有机碳主要集中在表层土壤,其中大兴安岭、小兴安岭和长白山森林0～20 cm土壤贮存了其剖面总有机碳密度的847%～86.1%、51.7%～59.8%和51.2%～53.4%.随纬度的增加,森林土壤总有机碳密度明显下降,可能与东北林区土壤发生层的厚度密切相关.     

大兴安岭林区兴安落叶松人工林土壤有机碳贮量

通过样地调查,研究了大兴安岭林区10、15、26和61年生兴安落叶松人工林0～ 40cm土壤有机碳(SOC)贮量,以及原始兴安落叶松林皆伐后营造人工林过程中SOC碳源/汇的变化.结果表明:随林龄的增加,兴安落叶松人工林SOC贮量呈现先减少后增加的趋势,转折点在林龄15 ～26 a.与原始落叶松林相比,兴安落叶松人工林土壤碳库初期(10 ～26 a)表现为碳源,之后逐渐转变为碳汇,林龄61 a时SOC贮量达158.91· hm-2.兴安落叶松人工林土壤碳库的垂直分布表现为初期下层SOC贮量高于上层,26 a后上层高于下层,说明人为干扰对该地区森林土壤碳库垂直分布产生了强烈的影响.大兴安岭林区兴安落叶松人工林的主伐年龄以＞60 a为宜.     

长白山落叶松与鱼鳞云杉生长-气候关系的种间差异

为阐明不同树种间树木径向生长对气候变化的响应及其时间稳定性,本研究以长白山北坡高海拔处(1600～1750 m)落叶松和鱼鳞云杉为研究对象,运用年轮年代学方法探究树木径向生长与气候的关系.结果表明: 研究区落叶松生长与当年6月最高气温呈显著正相关,与当年6月降水呈负相关;鱼鳞云杉与当年5月最高温度呈显著正相关.冗余分析进一步表明,落叶松生长主要受夏季温度的影响,鱼鳞云杉生长主要受春季温度的制约.在1959—2014年,落叶松生长-夏季温度关系相对稳定;对于鱼鳞云杉,自1986年以来其与春季温度的相关性减弱,可能由于最高温度降低导致树木生长减慢.本研究结果可以为预测气候变化情景下长白山针叶树种生长的响应趋势提供数据支持和理论参考.     

长白山苔原带土壤碳、氮矿化对氮沉降的响应

高山苔原生态系统的土壤无机氮含量较低,对氮的缓冲性弱而易受外源氮输入的影响.本研究以长白山北坡苔原带土壤为研究对象,通过室内培养试验,以NH₄NO₃为外加氮源,设置3个施氮水平:对照(CK,0 kg·hm^-2),低氮(N₁,25 kg·hm^-2),高氮(N₂,50 kg·hm^-2),分析长白山苔原带土壤碳、氮矿化对氮沉降的响应.结果表明: 氮添加处理对长白山苔原带土壤碳矿化速率影响不显著,但对土壤碳矿化累积矿化量影响显著,N₂抑制了土壤的碳矿化作用.培养40 d后,氮添加处理提高了土壤无机氮含量;而培养80 d后,N₂与N₁的无机氮含量差异不显著,但都明显高于CK,氮输入促进了土壤氮的矿化.培养过程中,N₁处理下的微生物生物量碳、氮高于N₂和CK处理,说明低氮输入对土壤微生物活性的促进作用更明显.在未来氮沉降增加的背景下,长白山苔原土壤碳、氮周转可能加快,提高土壤无机氮含量.土壤中无机氮含量增加,虽然可以为植物生长提供更多生长所需的氮素,但也提高了土壤氮素的流失风险.