大兴安岭天然落叶松林单木健康评价

单木健康评价结果融入传统小班(或林分)尺度健康评价中,可提高小班(或林分)尺度评价准确性,实现单木尺度与小班(或林分)尺度间的耦合过程,可为实现森林的健康经营提供理论依据.本文以大兴安岭林区天然落叶松林为对象,建立了包括根部状态、树冠落叶程度、树冠透视度、树冠重叠程度、树冠枯梢比重、活冠层比重、树冠偏斜程度和垂直竞争指数的单木健康评价指标体系,根据主成分分析法进行去相关性处理,并使用熵值法赋予指标权重,利用模糊综合评价法对天然落叶松林进行单木健康评价.在评价结果的基础上,采用判别分析法建立单木健康预测模型.结果表明:研究区内处于亚健康等级的林木最多,占总株数的36.7％;健康林木最少,仅占总株数的12.9％;不健康林木比例超过健康林木,达到21.1％;单木健康预测模型预测正确率为86.3％.应采取合理有效的经营措施提高林木的健康等级.     

阔叶红松林6种阔叶树单个叶片叶面积和叶干质量的垂直变异及模型构建

快捷、准确地测定植物叶片尺度上的叶面积(LA)和叶干质量(LDM)对于探讨植物性状对气候变化的响应机制至关重要,但适于测定区域尺度上不同阔叶植物单个叶片LA和LDM的经验模型尚未提出.本研究以中国东北4个分布区阔叶红松林内的白桦、紫椴、山杨、枫桦、水曲柳和裂叶榆6种阔叶树种为研究对象,分别测定其不同冠层高度(上层、中层和下层)叶片的叶长、叶宽、叶厚、LA及LDM.以叶长与叶宽之比(叶长宽比)的中位数为标准将6种阔叶树分为两组,检验每组树种不同冠层高度对构建预测LA和LDM的经验模型是否存在显著影响;构建适于预测区域尺度上不同冠层单个叶片LA和LDM的经验模型,验证其预测精度;并进一步评估构建的经验模型预测其他区域相同阔叶树种LA和LDM的适用性.结果表明: 整体上6种阔叶树单个叶片的LA随冠层高度的降低呈显著增大趋势,而部分树种的LDM呈下降趋势;冠层高度对构建预测LA和LDM的经验模型具有显著影响;构建的经验模型预测两组阔叶树种不同冠层单个叶片LA和LDM的平均精度分别为95%和83%,且基于这些模型预测其他区域相应树种LA和LDM的平均精度分别为94%和80%,表明本研究构建的经验模型在我国东北区域具有普遍适用性.     

小兴安岭3种植物细根形态和解剖性状的变异

以小兴安岭地区针叶树种红松、阔叶树种五角槭和灌木毛榛3种植物为对象,测定了1～5级细根的形态和解剖性状,研究根序及物种间的性状变异.结果表明: 3种植物除根直径和根长度无显著差异外,其他性状均存在显著的种间差异.红松的维管束直径(117.91～2392.05 μm)和维根比(0.31～1.87)均显著大于五角槭和毛榛,红松的比根长(0.72～18.26 m·g^-1)显著小于五角槭和毛榛,而五角槭的组织密度显著大于红松和毛榛.随根序增加,3种植物的根直径、根长度、组织密度、维管束直径和维根比整体呈增加趋势,而比根长呈下降趋势.形态和解剖性状间存在显著相关关系,如根直径与维管束直径呈显著相关,但其回归斜率在吸收根(1～3级)和运输根(4～5级)间存在显著差异.3种植物的根直径和维管束直径、皮层厚度均呈显著正相关,其回归斜率在不同物种间存在显著差异.     

Reconstruction of disturbance history of a typical broad-leaved Pinus koraiensis forest and mechanisms of disturbance occurrence

该文依托于小兴安岭典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林9 hm2森林动态监测样地,对样地内林窗边缘主要树种红松和臭冷杉(Abies nephrolepis)进行生长释放判定分析,重建了冠层树木的干扰历史。结果表明:整体上林窗木与非林窗木的生长变化百分率变化规律基本一致,而不同林窗间生长变化百分率存在明显的差异,林窗干扰及其产生的影响存在较大的变异性。在1733–1738、1748–1752、1769–1771、1798–1801、1827–1833、1841–1844、1935–1939及1968–1973年间红松生长释放较强,其中1752、1770、1800、1830、1842、1937及1970年出现了明显的干扰峰;在1889–1904、1932–1938、1947–1973和1986–2005年间臭冷杉生长释放较强,其中1894、1934、1951、1968和1990年出现了明显的干扰峰。红松干扰存在2.0 a、3.5 a、3.8 a、7.3–7.9 a和9.1–18.2 a的显著周期,臭冷杉干扰存在3.5–3.6 a、7.5–48.8 a和65–85 a的显著周期。风干扰是典型阔叶红松林干扰释放的主要因子,异常温度也影响该地区树木生长释放事件。太阳活动通过影响局地风速、温度、降水等气候因子以及其他大尺度气候模态影响林窗动态,可能是小兴安岭典型阔叶红松林的干扰机制之一。     

丰林典型阔叶红松林地表鞘翅目成虫空间异质性及其与环境因子的空间关联性

土壤动物群落空间异质性及其与环境因子的空间作用关系, 是揭示土壤生态系统格局与过程及生物多样性维持机制的重要基础。作者于2015年生长季节(8月)、寒冷季节(10月)在丰林典型阔叶红松林动态监测样地内, 采用陷阱法调查地表鞘翅目成虫群落, 基于地统计空间分析方法, 揭示步甲科和隐翅虫科群落个体数和物种数及优势种的空间格局, 并分析这些空间格局与土壤含水量和地形因子的空间关联性。两次采样共捕获步甲科成虫26种617只, 隐翅虫科19种222只。8月群落个体数和物种数表现为中等变异, 10月为强变异, 群落组成在两个月间具有显著差异。生长季节(8月)和寒冷季节(10月)步甲科和隐翅虫科群落多表现为中等的空间自相关性, 空间分异由随机性因素和结构性因素共同决定。单个物种的个体数多具有中等的空间异质性特征, 且其空间分异主要由随机性因素和结构性因素共同调控。生长季节群落的个体数、物种数和优势种个体数多形成斑块和孔隙镶嵌分布的空间格局。物种之间及物种与环境因子之间多为复杂的空间关联性, 这些关联性主要受到结构性因素或随机性因素的单一调控。典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)结果表明, 8月土壤含水量对步甲科和隐翅虫科物种分布影响显著, 10月凹凸度对步甲科分布影响显著, 海拔对隐翅虫科分布具有显著影响。本研究表明地表步甲科和隐翅虫科在生长季节形成明显的空间格局而在寒冷季节空间格局不明显, 为不同尺度地表土壤动物空间异质性和生物多样性维持机制研究提供了理论基础。     

小兴安岭凉水典型阔叶红松林动态监测样地:物种组成与群落结构

阔叶红松(Pinus koraiensis)林是我国东北东部山区的地带性顶极植被,按其群落特征和物种组成可分为南部红松林、典型红松林和北部红松林。依照BCI(Barro Colorado Island)50ha样地的技术规范,作者于2005年在典型红松林分布的黑龙江凉水国家级自然保护区建立了一块9ha的固定监测样地,并于2010年对样地内胸径≥1cm的木本植物进行了全面调查。结果表明,样地内的木本植物共有48种,独立个体数为21,355株(包括分枝数为34,021棵),隶属于20科34属。绝大部分种类属于长白山区系小兴安岭亚系,同时混生有一些亚热带成分。样地内所有个体的径级分布呈倒"J"型,群落自我更新良好。林冠层、亚冠层和中间层的径级分布均呈倒"J"型,林下层呈"L"型。主要树种大青杨(Populus ussuriensis)、红松、枫桦(Betula costata)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、红皮云杉(Piceakoraiensis)等的径级结构可分为近似于"正态"型、倒"J"型和"L"型3种类型。主要树种在样地的空间分布大多呈聚集分布,但大部分物种随着径级的增加聚集程度变小。树种分布与地形紧密关联,不同物种在不同径级表现出对生境有不同的偏好;红松和紫椴(Tilia amurensis)各径级的分布均与地形显著相关(P<0.05),而冷杉(Abies nephro-lepis)、花楷槭(Acer ukurunduense)、裂叶榆(Ulmus laciniata)、色木槭(Acer mono)的径级I(DBH<10cm)、II(10cm≤DBH<30cm)和枫桦、青楷槭(Acer tegmentosum)的径级I的分布与地形显著相关(P<0.05),且随着径级的增加,地形因子对其分布的影响显著减小。     

叶序对复叶植物小叶性状变异及内在联系的影响

为了解复叶内小叶性状随叶序的分布格局,以小兴安岭3种具有对生叶序的复叶植物水曲柳、黄菠萝和胡桃楸为研究对象,通过测定复叶内不同叶序位置小叶的叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度(栅)、海绵组织厚度(海)、栅海比以及碳、氮、磷含量,探讨小叶性状随叶序的变异规律及叶序对小叶性状间内在联系的影响。结果表明：3种树小叶的叶面积、叶干物质含量、海绵组织厚度、栅海比随叶序的变化规律主要分为3种：增加、减小、先增加后减小;叶厚、比叶面积、栅栏组织厚度随叶序无明显变化;碳、氮、磷含量随叶序以无明显变化为主。3种树的复叶内部,叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和栅海比的变异系数和可塑性指数变化范围分别为6.1%～28.6%和0.14～0.70。叶序对小叶性状间的双变量相关关系产生显著影响,小叶干物质含量与比叶面积在水曲柳和胡桃楸不同叶序位置呈现负相关,氮含量与磷含量在水曲柳和黄菠萝不同叶序位置呈现正相关。胡桃楸的一、二级小叶(离叶柄基部最远端为一级小叶)表现为保守策略,七、八级小叶表现为获取策略,而水曲柳和黄菠萝不同叶序位置的小叶未表现出明显不同的生态策略。     

树冠结构对典型阔叶红松林生产力的影响

阔叶红松(Pinus koraiensis)林是东北东部山区的地带性森林植被, 阐明其生产力的影响因素, 对于理解温带森林生产力维持机制具有重要意义。该研究依托小兴安岭典型阔叶红松林9 hm²动态监测样地, 基于2005和2015年的30 m × 30 m样方内所有胸径>6.5 cm的木本植物的调查数据, 计算各样方的树冠结构复杂性、物种多样性和林分胸高断面积, 结合各样方的地形和土壤理化性质数据, 拟合结构方程模型, 定量分析影响典型阔叶红松林生产力的直接和间接因素。研究结果显示: 树冠结构复杂性和物种多样性与生产力显著正相关, 且树冠结构复杂性对生产力的影响显著高于物种多样性; 树冠结构复杂性对生产力的作用分为树冠垂直分层和树冠可塑性, 其中树冠垂直分层是树冠结构复杂性影响阔叶红松林生产力的主要因素, 而树冠可塑性无显著影响; 林分胸高断面积与生产力显著正相关, 其解释权重仅次于树冠结构复杂性, 树冠结构复杂性与物种多样性均通过影响林分胸高断面积对阔叶红松林生产力产生间接影响; 考虑不同树冠结构复杂性时, 坡度和土壤全磷含量代表的环境因素在调节生产力上发挥的作用存在差异, 移除树冠垂直分层的作用后两者与生产力呈显著的负相关关系。综上可知, 在典型阔叶红松林中, 树冠结构复杂性比物种多样性更有效地解释了生产力的变化, 同时不可忽视其他生物和非生物因素对生产力的作用。     

不同区域针叶年龄对红松叶性状及相关关系的影响

叶龄是植株个体发育过程中性状变异的重要影响因素, 不同叶龄下的性状变异可以体现植物针对环境变化做出的响应。该研究以东北地区4个不同区域阔叶红松(Pinus koraiensis)林中的成年红松为研究对象, 测定了4个区域红松的叶寿命和不同针叶年龄叶片的比叶面积(SLA)、叶片干物质含量(LDMC)、针叶密度(ND)以及针叶体积(NV), 探讨了红松叶形态性状间的相关性, 并检验了纬度和针叶年龄对这些相关关系的影响。结果显示: (1)不同纬度下红松叶寿命存在显著差异, 随纬度增加呈单峰模式。(2)针叶年龄在性状变异解释中占比最大(34.2%-80.1%), 对4个叶形态性状均存在显著影响。SLA、LDMC和ND在当年生叶片中均表现了比所有龄级下更大的可塑性, 仅NV在所有龄级下的可塑性大于当年生叶片。(3) 4个性状间的二元相关性显著, 且在不同纬度下多有体现, 但性状间的回归斜率随纬度变化趋势存在差异。(4)不同针叶年龄性状间的相关关系依然显著但变异规律不同, 如SLA与ND的回归斜率随针叶年龄增加而减小, ND与NV则相反。研究结果表明红松叶形态性状的变异和性状间的相关关系受纬度和针叶年龄的显著影响, 性状协同应对不同纬度梯度导致的环境变化以及不同针叶年龄下叶片的资源利用策略存在差异。     

小兴安岭谷地云冷杉林粗木质残体碳密度特征

以小兴安岭谷地云冷杉林9.12 hm~2固定样地为研究对象,分析粗木质残体(CWD)碳密度的基础特征,揭示其与林分因子和物种多样性的关系。结果表明:(1)谷地云冷杉林CWD碳密度为13.25 t C/hm~2,其中云杉(Picea spp.)、冷杉(Abies nephrolepis)、兴安落叶松(Larix gmelinii)和未知种的CWD碳密度分别为3.59、2.61、3.06和2.85 t C/hm~2。(2)不同腐烂等级下CWD碳密度呈近正态分布,多集中在Ⅱ和Ⅲ等级,分别占总量的42.7%和35.4%。不同径级的CWD碳密度也呈近正态分布,主要分布在30—40 cm和40—50 cm径级上。干中折断、拔根倒、枯立木和干基折断为谷地云冷杉林CWD碳密度的主要存在方式。腐烂等级为Ⅰ和Ⅴ的CWD中,拔根倒的碳密度最高,其他腐烂等级中均为干中折断的碳密度最高。(3)CWD碳密度表现出较强的空间异质性,其随着林分平均胸径、最大胸径和胸高断面积的增加而下降,呈显著负相关关系(P0.05);而与林分密度、多样性指数和均匀度指数均无显著相关性(P0.05)。