河北省森林—草原交错带天然植被景观格局时空尺度效应

为探讨天然植被景观格局时空尺度效应, 利用随机森林分类方法对塞罕坝地区3期(1989、2000和2016年)遥感影像进行图像解译, 并在分层随机抽样调查的基础上通过不断增加缓冲区的方法, 计算基于斑块类型和景观水平的景观指数; 采取尺度图谱分析在时空尺度下不同植被类型景观尺度效应, 并基于信息熵模型明确景观格局分析的最佳空间幅度。结果表明: 1989—2016年期间, 人工林的快速增长致使草地和天然次生林景观面积呈现先降低后增加趋势且破碎化现象严重; 草地和天然次生林在空间尺度上具有相同的变化特征, 而在时间尺度上则呈现不同的变化; 斑块密度、形状指数以及聚集度指数在时空尺度上均具有较强预测性, 且300 m为最佳尺度阈值。不同天然植被类型在时空尺度下其尺度效应也是不同的, 这不仅与植被类型自身对生态环境响应的差异性有关, 也和研究区特殊的人文地理环境密不可分。     

不同去趋势方法对树轮气候信号识别的影响

树木生长受到气候因子、随年龄增长的内在生长趋势、环境干扰和其他扰动信号的影响。目前存在不同的去趋势方法对树木年轮进行去趋势以识别树木生长中的气候信号。以往的研究多基于单个方法识别树轮气候信号，而不同去趋势方法识别的树轮气候信号可能会有一定的差别。为了对比不同去趋势方法对树轮气候信号识别的影响，我们基于国际年轮数据库网站获取中国西部地区68个点的树轮宽度数据，采用最常用的"signal-free"方法（SsfCrn）、线性和负指数函数法（std）、67%样条函数法（spline）、firedman方法、以及基于经验模式分解去趋势方法（EEMD）5种去趋势方法分别建立树轮年表，并对比分析同一地点的不同年表对气候响应的异同。结果表明：不同去趋势方法得到的年表对温度、降水以及相对湿度等气候因素的响应具有明显差异。其中，SsfCrn去趋势方法建立的年表对温度（月平均温、月最低温、月平均最低温）响应中相关最高的样点在所有样点中占比最高；EEMD去趋势方法建立的年表对降水量、相对湿度和月最高温响应中相关最高的样点在所有样点中占比最高；firedman去趋势方法建立的年表对月平均最高温响应中相关最高的样点在所有样点中占比最高。研究结果表明SsfCrn，EEMD和firedman方法在识别树轮气候信号方法具有一定的优势。在不同研究区域中，不同去趋势方法建立的年表对不同气候条件响应有差异，因此选择不同的去趋势方法识别树木生长趋势，分析哪种方法可以更好的反应气候变化对树木生长的影响显得尤为重要。     

辽东山区次生林与人工林大型地表节肢动物多样性

采用陷阱法在地表节肢动物活动高峰期(7—8月)对辽东山区蒙古栎(Quercus mongolica)林、胡桃楸(Juglans mandshurica)林和阔叶混交林3种次生林以及红松(Pinus koraiensis)人工林和落叶松(Larix spp.)人工林地表节肢动物群落进行了调查。共捕获地表节肢动物5135头,隶属于7纲18目66个类群,优势类群为蚁科(20.4%)、葬甲科(19.5%)、蜣螂科(17.2%)和步甲科(14.5%);地表节肢动物的功能群丰度依次为:腐食性杂食性捕食性植食性;系统聚类分析表明,地表节肢动物群落和地表甲虫群落均显示红松人工林、落叶松人工林和胡桃楸林群落结构聚为一类,蒙古栎林和阔叶混交林群落聚为一类;冗余度分析表明,凋落物厚度、植被盖度与树高因子可以解释地表节肢动物及地表甲虫群落差异的85.9%和81.9%。研究结果表明,研究区森林植被及凋落物状况、人为干扰是影响研究区大型地表节肢动物群落多样性的重要因素。     

光照条件对蒙古栎幼苗生长及形态特征的影响

对生长于不同光照环境(林内和林外)下的蒙古栎幼苗的形态特征进行了比较.结果表明,光照条件对蒙古栎幼苗的生物量及其分配具有明显影响,林外幼苗单株生物量为林外的4.48倍,其中以根系生物量的差别为最大,林外为林内的6.23倍;林外与林内幼苗根冠比分别为2.70和1.11.在不同的光照条件下,蒙古栎幼苗的叶片形态表现出明显不同,林外叶片比叶面积明显低于林内,分别为139.55cm2/g 和284.94cm2/g,林内约为林外的2.04倍;一次生长叶面积林外明显低于林内,总叶面积则高于林内.二次生长使蒙古栎幼苗的叶面积有明显增加,但是经过二次生长后,幼苗的单株生物量没有明显增加,说明二次生长叶片对于蒙古栎幼苗生物量的积累没有明显贡献;光照对于蒙古栎主干及根系的形态具有明显影响,林外幼苗高(包括二次生长)明显低于林内幼苗,而地径则相反,林外幼苗根系的长度和直径则明显高于林内幼苗;林外幼苗顶芽体积明显大于林内幼苗.同时,林外幼苗的二次生长导致顶芽体积明显下降,从而对翌年的高生长量和未来干型产生影响.认为,蒙古栎幼苗通过形态上的一系列可塑性变化来适应不同的光环境以获取最大的碳收益.     

塞罕坝华北落叶松人工林地位指数模型

运用传统地位指数模型来估计不同立地类型人工林立地指数是非常困难的,本文主要目的是建立适用于不同立地条件的地位指数模型,并对其立地质量进行评价.以两类调查数据和173块临时样地数据为基础,构建基于数量化理论方法I的非线性混合地位指数生长模型.结果表明： 海拔、坡向、土层厚度及土壤类型是影响华北落叶松人工林优势高生长的主要限制性因子;建立了主要限制性立地因子与林分优势高的线性回归方程,确定系数为0.912;确定华北落叶松人工林基准年龄为20年,对主要立地类型非线性地位指数混合模型参数进行了估计,模型确定系数R²均大于0.85,预测值与真实值绝对误差（e）在-0.43～0.45范围内,平均均方根误差（RMSE）在0.907～1.148范围内,模型拟合精度较高;主要立地类型优势高预测值与实际值估计误差在\[-0.95,0.95\]置信区间内,其中高海拔 阴坡 砂壤 中土层类型立地质量最高,其次为高海拔-阳坡-砂壤-中土层、低海拔-阴坡-砂壤-中土层,低海拔-阳坡-砂壤-中土层类型立地质量最差.     

基于结构方程模型分析森林草原带草本物种丰富度对景观因子的响应

受损景观是由不同比例的植被斑块组成的镶嵌体,阐明植被斑块的景观结构特征对物种多样性的影响,有助于提高受损景观物种多样性保护。在塞罕坝自然保护区选取38个天然植被斑块,其中包括12个草地、11个灌木林和15个天然次生林。根据光合作用的不同途径将草本物种划分为C_3和C_4功能群。选取斑块面积、形状指数、隔离度指数及每个斑块500 m缓冲区内的森林和草地比例作为景观因子。通过结构方程模型探讨C_3、C_4草本物种丰富度与景观因子的相互关系。斑块面积(2.18—74.06 hm~2)与C_3、C_4草本及总物种丰富度分布格局均具有显著的正相关关系(P0.05),且对C_3草本的影响最大;形状指数(1.06—3.11)、隔离度指数(33.51—327.65)对C_3、C_4草本及总物种丰富度影响不显著(P0.05);C_3、C_4草本及总物种丰富度与毗邻斑块草地比例(4.20%—64.95%)呈正相关,而与森林比例(35.05%—95.80%)呈负相关。研究区斑块面积和毗邻斑块植被构成是影响C_3、C_4草本植物的主要因素。在破碎化景观中保存面积大的天然植被斑块及提高毗邻斑块草地比例是保护关键C_3、C_4草本植物物种的有效途径。     

树种相互作用、林分密度和树木大小对华北落叶松生产力的影响

本研究以塞罕坝地区华北落叶松纯林、白桦纯林和华北落叶松与白桦混交林为对象,每种林分类型设置2个林分密度(200～340和880～1100株·hm^-2)。基于树木大小分层取样,采集树芯样本668条。运用线性混合模型,分析了树种相互作用、林分密度和树木大小对华北落叶松生产力的影响。结果表明: 华北落叶松断面积生长量不同程度地受竞争、胸径、年龄和邻体密度的影响;在林分密度较高的混交林中,由于白桦对华北落叶松生长的促进作用,落叶松生产力发生明显的增益效应;在林分密度较低的混交林中,落叶松和白桦之间不发生相互作用,2个树种的生产力均低于相应的纯林;种内竞争是影响华北落叶松生产力的主要因素;树木大小对华北落叶松生产力产生积极的影响,但影响程度因林分密度和树种组成而异。适当增加林分密度和选择白桦作为混交树种可以提高华北落叶松生产力。     

华北落叶松与阔叶树种混合凋落叶分解过程中养分释放和酶活性变化

森林凋落物是森林土壤的重要组成部分,凋落物分解在调控森林生态系统养分循环中发挥了关键作用。采用凋落物分解袋法,研究河北塞罕坝地区华北落叶松与白桦,华北落叶松与蒙古栎,华北落叶松、白桦和蒙古栎混合凋落叶及纯华北落叶松凋落叶分解过程中分解速率、养分释放和酶活性的变化。结果表明: 经过近2年的分解,混合凋落叶分解速率均显著高于纯华北落叶松凋落物叶;在所有处理中,华北落叶松与白桦混合凋落叶分解速率最高。在凋落叶分解过程中,不同处理养分含量变化一致,凋落叶N、P含量呈上升趋势,C、K含量和C/N呈下降趋势;相对纯华北落叶松凋落叶,各混合凋落叶分解可以促进凋落叶C、K的释放,但对N、P的释放有一定的抑制作用。在凋落叶分解过程中,不同处理凋落叶过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性呈上升趋势,蔗糖酶活性呈下降趋势;凋落叶分解速率与凋落叶过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性呈正相关,与蔗糖酶活性呈负相关。总体来看,华北落叶松和白桦、蒙古栎凋落叶混合可以促进华北落叶松凋落叶的分解,且凋落叶中酶活性动态变化与凋落叶的分解密切相关。     

河北省塞罕坝保护区天然植物群落数量分类

运用双向指示种(TWINSPAN)和除趋势典范对应分析(DCCA)等方法定量分析了河北省塞罕坝保护区天然植物群落分布与环境因子的关系.结果表明: 塞罕坝保护区天然植物群落可划分为8种类型,即地榆+异穗苔草+金莲花群落、地榆+老芒麦+毛蕊老鹳草群落、披针叶苔草+铁丝草群落、柔毛绣线菊-铁杆蒿群落、山杏+柔毛绣线菊-铁杆蒿+披针叶苔草群落、蒙古栎+硕桦-胡枝子+柔毛绣线菊-披针叶苔草群落、白桦+山杨-毛榛+山刺玫-糙苏+披针叶苔草+唐松草群落、云杉+白桦-山刺玫+河北柳-披针叶苔草+节节草群落;DCCA分析表明,坡位和土壤养分是影响塞罕坝保护区天然植物群落空间分布的主要因子.地形、空间和土壤因子解释了物种格局变异的34.02%,其中,土壤因子占15.67%,地形因子占10.05%,空间因子占6.00%.在各类因子间的交互作用(2.30%)中,土壤和地形因子的交互作用最大(0.93%),土壤、地形和空间因子三者的交互作用最小(0.16%).65.98%未能解释的部分,可能归因于未被选取的因子如种间的协同和竞争作用或者人为干扰.     

塞罕坝自然保护区主要植被类型动态及其驱动力

为探讨塞罕坝自然保护区植被景观动态变化规律及其驱动机制,本文基于3期Landsat TM影像数据(1989、2000和2013年),应用随机森林分类算法和Logistic回归模型,借助土地动态度指标,分析了1989—2013年研究区各植被类型的变化及引起其变化的驱动因素.结果表明:1989—2013年间,灌木林所占比例较小;研究区植被景观变化的主要特征是灌木林的迅速减少和人工林的持续增加,草地和天然次生林变化不明显;不同时期影响各植被类型变化的驱动因素不同,1989—2000年,社会因素如距道路距离、造林总投资是影响各植被类型变化的主要因素,2000—2013年,随着"天保工程"的实施以及自然保护区的成立,自然因素如高程、坡向的影响逐渐加强;社会活动主导了研究区的植被景观动态,而自然因素在一定程度上决定了植被类型的分布格局.