辽东山区典型森林生态系统碳密度

以辽东山区典型森林生态系统为研究对象,通过系统的样地调查并结合辽宁省2009年森林资源二类调查资料,利用异速生长方程和植被类型法对典型森林生态系统不同组分碳密度及碳储量进行估算.结果显示,辽东山区森林生态系统碳密度为300.050Mg· hm-2,各层碳密度的大小顺序为:土壤层(232.452 Mg·hm-2)＞乔木层( 63.237Mg · hm-2)＞凋落物层(3.529 Mg·hm-2)＞灌木层(0.558 Mg · hm-2)＞草本层(0.274Mg·hm-2).乔木层碳密度随着林龄的增加而增大,灌木层碳密度随着林龄的增加而减小,土壤、草本和凋落物层碳密度在不同龄组间的变化没有明显的规律性.辽东山区305.852×104 hm2的生态系统碳储量为917.709 Tg C,其中生物量碳储量为206.751Tg C,土壤碳储量为710.959 Tg C,土壤碳储量是生物量碳储量的3.44倍.通过比较本次调查结果与以往研究结果发现,利用森林清查资料,由于低估了幼龄林的乔木碳密度,导致辽东山区的乔木碳储量低估,且以往研究中用简单的换算系数高估了林下植被碳密度,但远低估了土壤碳密度.     

阔叶红松林森林资源可持续利用方案

天保工程实施后,为了促进次生林向原始阔叶红松林恢复,不采红松只采伐阔叶树种的经营方式在长白山地区被广泛应用,部分林区陷入可采伐资源匮乏的困境。为了探究阔叶红松林森林资源可持续利用方案,针对红松(蓄积)比例不同的阔叶红松林次生林,利用林木材积生长方程与保留系数模型,模拟了预设经营方案下林分总蓄积量与可采蓄积量动态变化。研究结果表明,在禁止采伐红松的经营方式下,红松(蓄积)比例较高的次生林将无法达到森林资源可持续利用的目标,次生林的经营方案需要根据林分中红松(蓄积)比例不同而区别制定:对于红松蓄积低于40%的次生林,推荐不采伐红松、20%采伐强度、40a周期的经营方案;对于红松蓄积高于40%的次生林,推荐可以采伐红松、20%采伐强度、30a周期的经营方案。另外,可采蓄积量的恢复期比总蓄积量的恢复期更长,以可采蓄积恢复期作为评价指标,确定采伐周期,更有利于森林资源的可持续利用。     

天然林资源保护工程对长白山林区森林生态系统服务功能的影响

森林生态系统具有多种服务功能,对生态安全、生物资源和生存环境的保护、实现社会经济可持续发展起着重要的作用。依据国家林业局发布的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008),对涵养水源功能、保育土壤功能、固碳释氧功能、积累营养物质功能、净化大气功能5个方面进行评价,量化揭示天然林资源保护工程实施对长白山林区森林生态系统服务功能物质量及其价值的影响。结果表明:从1998年开始试点,到2010年一期正式结束,森林生态系统各项服务功能的物质量和价值量均呈现增加趋势。在涵养水源功能方面,调节水量增加了657.28×104m3,累计增加价值为113.45亿元;在保育土壤功能方面,固土量增加了4.6×104t,土壤中减少的氮流失0.02×104t,减少的磷流失0.01×104t,减少钾流失0.01×104t,累计增加价值为2.92亿元;在固碳释氧功能方面,固碳量增加了0.64×104t,释氧量增加了0.36×104t,累计增加价值为0.11亿元;在积累营养物质功能方面,固氮量、固磷量、固钾量均增加0.01×104t,累计增加价值0.3亿元;在净化大气功能方面,吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物、滞尘量分别增加24.71×104kg、0.64×104kg、1.08×104kg、1962.76×104kg,累计增加价值5.09亿元。森林生态系统服务功能价值总量增加了121.87亿元,平均每年增加约10亿元,超过工程每年各项投资之和。价值量增加额度依次为:1)涵养水源功能;2)固碳释氧功能;3)保育土壤功能;4)净化大气功能;5)积累营养物质功能。这些增加量只有一部分为工程区当地利用,其余都贡献到全国乃至全球。因此,及时制定和启动生态补偿等一系列政策和措施,将对更好的实施天然林资源保护工程、实现林区的可持续发展具有重要作用。     

长白山林线主要木本植物叶片养分的季节动态及回收效率

植物叶片养分含量的季节动态和回收效率对植被生态系统的养分循环和植物生长策略具有重要意义。以长白山高山林线上分布的3种主要木本植物——岳桦(Betula ermanii),牛皮杜鹃(Rhododendron aureum)和笃斯越橘(Vaccinium uliginosum)为研究对象,通过测定叶片中N、P、K、Ca、Mg、Fe等6种养分元素含量,分析在林线处植物叶片养分含量的季节动态及其与土壤养分含量的关系。结果表明岳桦和笃斯越橘叶片中养分元素的季节动态基本一致,即:N、P、K含量在生长季内逐渐降低,而Ca的含量逐渐增加;Mg在生长季旺盛期最低,而Fe含量却最高。牛皮杜鹃作为常绿灌木,叶片养分的季节动态与其余两种植物明显不同,表现为在生长季初期6种养分元素含量最低。岳桦和笃斯越橘植物叶片中N、P、K、Fe都有一定程度的回收,但笃斯越橘叶片的养分回收率更高,反映了笃斯越橘更能适应相对贫瘠的环境。3种林线植物叶片中养分含量与土壤养分并不存在显著的相关性,说明长白山林线上土壤中养分的分布没有对林线上3种主要的木本植物的生长和分布产生直接的影响。     

高CO2浓度对长白山阔叶红松林主要树种的影响

组成长白山阔叶红松林的主要树种红松、云杉、落叶松、大青杨、白桦、椴树、水曲柳和色木的幼树,盆栽于模拟自然光照和人工调节CO2浓度为700μl·L -1、400μl·L-1 的气室内两个生长季,以生长在400μl·L-1下的幼树为对照组 ,在各自生长条件下测定,高CO2浓度下生长的红松、云杉、落叶松、大青杨、白桦、椴树、水曲柳和色木的高生长比对照组的幼树提高10%～40%.高CO2浓度的幼树与对照CO2 下的幼树相比各树种蒸腾速率升降不一,但水分利用效率均有不同程度的提高,不同树种的可溶性糖和叶绿素含量对高CO2浓度反应不一,反映出幼树对高CO2浓度适应的复杂性.长期高CO2浓度环境下生长的阔叶树对CO2变化反应较针叶树敏感,供试树种均发生光合驯化现象.     

长白山阔叶红松林生产力随林分发育的变化

林龄是影响森林生态系统碳储量和碳通量的一个关键因子。量化森林生产力随林分发育的变化规律,对于优化林龄结构,促进资源利用最大化,更好地发挥森林在调节CO₂吸收、储存和释放中的作用十分重要。本研究采用空间代替时间法,在露水河林区设置12块不同发育阶段的阔叶红松林样地,运用经本地参数化的Biome-BGC模型,模拟了阔叶红松林净初级生产力(NPP)随林分发育的动态变化,分析了阔叶红松林NPP在4种发育情景模式下随林分发育的变化规律。结果表明: 不同龄组阔叶红松林的生物量表现为幼龄林<中龄林<成熟林<过熟林,其平均生物量分别为(224.35±20.68)、(237.23±39.96)、(259.16±19.51)和(357.57±84.74) t·hm^-2。模型模拟的不同发育阶段阔叶红松林NPP的变化范围为489.8～588 g C·m^-2·a^-1,模拟结果与MODIS观测结果有较好的一致性,反映了Biome-BGC模型模拟阔叶红松林碳通量的合理性和准确性。模型模拟的阔叶红松林NPP随林分发育呈先增加后下降的变化趋势,在中龄林时达到最高,过熟林时最低。4种阔叶红松林发育动态情景模式下的NPP变化特征表明,在起始状态为人工种植红松林的自然发育和发育过程中对阔叶树实施采伐控制的两种情景下,成熟林时期NPP最高;而在起始状态为天然次生白桦林的自然发育和经人为采伐动态控制的两种情景下,均表现为幼龄期NPP最高。     

长白山原始阔叶红松林径级结构模拟

以原始阔叶红松林为研究对象,设置了2块1hm2样地,利用Weibull分布函数、负指数函数和q值理论对其林分径级结构进行模拟。结果表明:2块样地林分的径级分布均呈倒"J"形,森林更新良好;Weibull分布函数和负指数函数都取得了较好的模拟效果,但Weibull分布函数更好地预测了大径阶株数,因此,Weibull分布函数比负指数函数更适合原始阔叶红松林径级结构的模拟;2块样地的q值偏小(分别为1.74和1.45),说明径级结构曲线较平缓,大径材数量多。q值法则对于阔叶红松林径阶株数密度的表达效果较好,可以被用于描述阔叶红松林的胸径分布。     

长白山北坡林线岳桦种群空间分布格局

许多自然林线具有的趋同特征之一即乔木树种高生长受限,常演化为矮曲状或类似于灌木的形态(即树种的灌木型)占据高山植被带,因此研究林线树种乔木型与灌木型的结构、功能差异有助于进一步理解林线形成的原因。种群分布格局作为种群相对位置定量化描述的基本特征,可以表征物种对环境适应性选择的结果,反应生态过程的综合作用。利用点格局方法,研究长白山北坡林线岳桦种群各生活史阶段、两种生活型的分布格局,结果表明,长白山北坡林线岳桦树高生长受到限制,1.5—3.0m是一个关键的树高生长阶段;相比于老树、中树,幼苗和灌木型岳桦更为均匀,对空间的异质性选择更弱;林线岳桦发育过程中,存在一个生活型分离的重要阶段。此外,相对于老树,灌木型分布更为均匀,表明低矮、多枝这种相对紧凑的生活型更适宜在过渡带生存,乔木型岳桦和灌木型岳桦可能代表着不同的生存策略。     

择伐对阔叶红松林资源可持续利用的影响

科学评估目前的择伐方式对森林结构与功能的影响对区域森林资源的可持续利用具有重要意义。以择伐过的阔叶红松林为研究对象,并以原始林为对照,分析了择伐对物种组成、林分结构以及对木材生产的影响。结果表明,低强度择伐(≤20%)对物种组成和蓄积结构均没有显著影响,而高强度择伐则显著改变了物种组成和蓄积结构。择伐后林分蓄积量均显著小于原始林,不同择伐强度间没有显著差异。择伐显著影响了用材树种的数量和质量,导致择伐后样地中用材树种的株数和蓄积量均显著减少,严重影响了林分的木材持续生产能力。因此,从阔叶红松林木材可持续利用角度来看,需要重新思考红松不作为采伐树种的用材林经营技术模式。     

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。