中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

中国林蛙卵人工孵化试验

中国林蛙 (Rana chinensis)是我国重要的经济蛙类之一。近年来 ,由于人们的生态经济意识不强 ,森林环境破坏严重 ,以及滥捕乱捉 ,使得中国林蛙种群数量急剧下降。但在一些地区 ,由于加强对中国林蛙的管护 ,大力发展林蛙人工养殖业 ,使之成为当地经济发展的一项重要支柱产业。由于林蛙人工饲养刚刚起步 ,饲养经验不完善 ,一些问题有待深入研究。如在自然条件下母蛙产卵时期 (4月上旬 )大致相同 ,但据以往观察 ,幼蛙出池时间却有很大差别 ,而出池时间的早晚表现在秋季回归时的体重差别较大 (约 1倍体重 )。因此缩短卵孵化时间 ,促使幼蛙提早…     

辽东山区次生林冠下红松生长与顶端透光环境的关系

通过调查3种不同人为干扰强度(轻度择伐、重度择伐和皆伐)下次生林林分结构及其冠下红松生长状况,应用全天空照片法测定红松(Pinus koraiensis)顶端的透光孔隙度,分析红松当年高生长量与顶端透光环境的关系.结果表明:以蒙古栎(Quercus mongolica)为建群种的皆伐样地林冠下,林分透光较强,以杂木阔叶林为主的轻度择伐样地和重度择伐样地林冠下,林分透光较弱;对29年生红松生长起主要阻碍作用的是下木层(≥10 m)阔叶树;在透光较好的皆伐样地内,红松当年高生长量均比透光较弱的轻度择伐样地和重度择伐样地高,红松当年高生长量与顶端林分透光孔隙度显著正相关(R2 =0.516,P＜0.01);为促进辽东山区次生林向阔叶红松林正向演替,应调控红松顶端林分透光孔隙度达30％以上.     

光环境对胡桃楸幼苗生长与光合作用的影响

为了解胡桃楸幼苗对光的需求及适应规律,采用Li-6400便携式光合测定系统研究了不同光环境处理(100%、60%、30%和15%自然光)条件下3年生胡桃楸幼苗(适应1年后)叶片光合能力的季节变化及其对光强的响应.结果表明:在春季,胡桃楸幼苗对光反应不敏感,夏季和秋季随着光强的增加,叶片的最大光合速率、最大羧化速率和最大电子传递速率均显著增加(P0.05).光饱和点随光强的下降而降低(P0.05),表观量子效率、暗呼吸速率和光补偿点在不同光环境下未发现显著差异.100%和60%自然光处理的幼苗相对生长率差异不显著,但是随着光强下降,相对生长率显著下降(P0.05),为60%30%15%自然光处理.胡桃楸幼苗对不同的光环境表现出较强的适应性和可塑性;同时,通过降低光饱和点和减少碳积累,也能适应15%～30%自然光环境.     

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。     

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。     

极端降雨对辽东山区次生林土壤侵蚀与树木倒伏的影响

为了解次生林生态系统在极端降雨后的受灾情况,于2010年7-8月极端降雨后,对中国科学院沈阳应用生态研究所清原森林生态实验站内、不同立地次生林生态系统及无林地进行了全面调查与分析.结果表明:极端降雨对次生生态系统土壤产生了强烈的侵蚀,并造成树木的大量倒伏,同时诱发多处坡面型泥石流;受灾严重区多分布于坡度陡、高差大的林分;侵蚀沟和泥石流的数量与灌木盖度呈显著负相关;凋落物层对土壤侵蚀具有一定的抑制作用;不同树种倒木数量表现不同,其中水曲柳、桦树和落叶松的倒木数量较多;与有林地相比,无林地受灾程度更为严重.基于上述结果,讨论了极端降雨干扰对次生林生态系统结构、立地条件及演替模式等可能造成的影响.     

森林干扰度评价

干扰普遍存在于森林生态系统,是森林群落演替的驱动力之一。干扰对森林生态系统的影响程度,决定于干扰的频率、强度、空间范围等,过度频繁或不合理的干扰,可能导致森林生态系统的毁灭。森林对干扰的响应表现在多方面,其内在联系十分复杂,因此,很难用森林中某个现象或某几个现象反映森林生态系统对干扰的响应。为了准确、科学地评价现有森林生态系统对干扰的响应程度,本文提出应用森林干扰度（REFD）评价现有森林受干扰的程度。森林干扰度是由于干扰的存在造成森林生态系统结构与功能的改变程度,仅反映干扰后现有森林与目标森林（地带性顶极植被或原有森林等）的距离程度（差距）,不反映干扰的种类、强度、性质等因素;在对森林干扰度内涵进行详细分析的基础上,确定了评价森林干扰度的原则及不同尺度条件下森林干扰度的评价指标。     

不同光环境对红松幼苗光合生理特征的影响

应用Li-6400P便携式光合测定系统于生长季（8月）测定了4种模拟光环境（100%、60%、30%和15%自然光强,分别记为FI、II、LI和WI）和3个实际光环境（林窗、林下和林缘,分别记为G、U和E）下3个苗龄红松（Pinus koraiensis）针叶气体交换参数和净光合速率（P_n）的日变化,以及单位叶面积叶绿素（Chl）含量和比叶质量（LMA）的变化。结果表明:3年和5年生红松在II和LI处理间的P_n基本一致,且均高于FI的P_n;7年生红松在FI处理下的P_n高于其他处理的P_n,各处理的P_n峰值均出现在13:00。3年和5年生红松在LI处理下的最大光合速率（A_max）和暗呼吸速率（R_d）均高于全光FI处理。随光强降低,LMA呈下降趋势,说明红松通过改变LMA的方式适应光环境的变化。3年和5年生红松II处理与G处理间的光合生理指标差异不显著(P>0.05）,LI和WI处理与E处理间同样如此,说明光环境模拟很好地反映了实际的光环境。通过对红松针叶生理生态指标的可塑性分析,得出3种不同苗龄红松可塑性的大小顺序为3年>5年>7年。表明随树龄增大,红松的需光性增加;3年和5年生红松在全光30%～60%条件下生长较好,7年生红松则是在全光下生长最好。     

辽东山区次生林生态系统主要林型穿透雨的理化性质

2008年7—9月,测定了辽东山区次生林生态系统5种主要林型（落叶松人工林、花曲柳林、杂木林、红松人工林和蒙古栎林）中穿透雨和林外雨的理化性质.结果表明：与林外雨相比,5种林型穿透雨均出现明显的酸化(P＜0.05),其酸化程度为：红松林＞落叶松林＞杂木林＞蒙古栎林＞花曲柳林;各林型的穿透雨电导率和总溶解固体含量显著升高
(P＜0.05),为蒙古栎林＞花曲柳林＞落叶松林＞杂木林＞红松林;穿透雨的溶解氧浓度显著降低(P＜0.05),为红松林＞杂木林＞花曲柳林＞蒙古栎林＞落叶松林;穿透雨中Cl^-浓度较林外雨明显升高,为落叶松林＞蒙古栎林＞杂木林＞花曲柳林＞红松林;花曲柳林、蒙古栎林和杂木林穿透雨中NO₃^-浓度均高于林外雨,而落叶松林和红松林NO₃^-浓度低于林外雨.