川西亚高山暗针叶林恢复过程中不同恢复阶段的定量分析

以空间代替时间的方法,运用种间联结测定、主成分分析和最优分割法对川西亚高山箭竹-暗针叶林和藓类-暗针叶林经采伐后自然恢复形成的不同恢复系列(20、30、40和50年),以及未被采伐而保留下来的160~200年生暗针叶老龄林进行恢复阶段的定量分析.结果表明:藓类和箭竹暗针叶次生林向暗针叶老龄林恢复过程中,红桦、卧龙柳、五角槭、疏花槭、康定野樱桃、挂苦绣球、椴树和川滇柳归并为衰退种组;湖北花楸、陕甘花楸和微毛野樱桃归并为过渡种组;岷江冷杉、紫果云杉、铁杉和青扦归并为进展种组.20~40年生的次生林进入以红桦为主的阔叶林阶段,其森林类型分别为藓类-红桦林和箭竹-红桦林;恢复到50年,则开始进入红桦和岷江冷杉组成的针阔混交林阶段,其森林类型分别为藓类-红桦-岷江冷杉林和箭竹-红桦-岷江冷杉林;未被采伐而保留下来的160~200年生暗针叶林是以岷江冷杉为主的暗针叶老龄林阶段,其森林类型分别为藓类-岷江冷杉林和箭竹-岷江冷杉林.     

川西亚高山针叶林土壤颗粒的分形特征

分形理论为土壤等复杂体系的定量化研究提供了一种有效工具。本文以12个川西亚高山针叶林土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型研究了亚高山针叶林土壤颗粒的分形维数。结果表明,12个川西亚高山针叶林表层土壤颗粒的分形维数D为2.5209~2.7978。通过逐步多元回归分析,土壤颗粒分形维数仅与<0.001 mm颗粒含量的相关系数达极显著。土壤颗粒分形维数与土壤有机质含量、全氮含量和pH相关性不显著,然而土壤有机质含量与全氮含量呈极显著正相关。本研究探讨了利用土壤颗粒粒径分布的分形维数来定量表征川西亚高山针叶林土壤的特征。     

亚高山针叶林不同恢复阶段群落物种多样性变化及其对土壤理化性质的影响

 研究了亚高山针叶林不同恢复阶段物种多样性的变化,并用逐步多元回归分析法探讨了17种土壤理化指标对多样性变化的响应。结果表明：人工林物种多样性随着恢复年代的增加呈逐渐增加的趋势,乔、灌、草各层物种组成也发生相应的变化,但多样性的恢复十分缓慢。不同土壤理化性质对物种多样性变化的响应不尽相同,其中土壤容重、土壤含水量等表征土壤水源涵养功能的物理指标,随着物种多样性指数的增加而得到改善;枯枝落叶贮量、有机质含量、水解性酸和Ca、Mg、P含量等土壤营养功能指标也随乔、灌层物种多样性的增加而增加,土壤K2O含量随草本层物种多样性的增加而减少;并建立了上述9项指标与物种多样性的相关数学模型。其余8项指标与多样性指数没有直接的线性关系。保护和提高亚高山人工针叶林群落物种多样性能促进部分土壤养分状况的改善和生态功能的恢复。     

川西亚高山针叶林林窗特征的研究

为探讨川西亚高山针叶林的林窗干扰特征 ,对王朗自然保护区的这一植被类型进行了调查 ,分析了该类型森林中林窗的数量、大小、形状及其成因 ;林窗形成木 (GM )的类型、数量和物种构成。结果表明 ,在川西亚高山原始针叶林林区 ,大多数形成木都是因树木达到一定年龄后衰老等原因引起其抗性下降而死亡的 ;由树木基折形成的林窗最为普遍 ,占 5 1 2 3% ,由干折形成的占 2 0 37% ;单株形成木林窗几乎达到所调查林窗的一半 (占总数的 4 6 99% ) ,平均每个林窗拥有 1 95株形成木。扩展林窗大小多在 10 0～ 4 0 0m2 ,10 0～ 2 0 0m2 所占的数量比例最大 ,占 2 6 5 1% ;而 30 0～ 4 0 0m2 所占的面积比例则最大 ,占 2 2 6 4 %。冠空隙的面积多在 2 0 0m2 以下 ,其中以 5 0～ 10 0m2 所占的数量比例和面积比例均为最大 ,分别为 32 5 3%、17 72 %。冠空隙、扩展林窗的平均面积为 71 6 8m2 、15 4 14m2 。     

覆盖措施对雷竹林地土壤硝化和反硝化作用的影响

为探讨林地覆盖对雷竹林土壤硝化和反硝化作用的影响,以不覆盖雷竹林为对照,测定了林地覆盖期间(覆盖后30、60、90 d)雷竹林土壤基本理化性质,并用气压分离过程技术(Ba PS)测定了土壤硝化速率和反硝化速率。结果表明:覆盖措施和覆盖时间对雷竹林土壤硝化和反硝化作用均有显著影响,而且两者存在明显的交互作用;覆盖能促进雷竹林土壤反硝化作用,但长时间覆盖会抑制雷竹林土壤硝化作用;覆盖总体上会降低雷竹林土壤硝化速率、反硝化速率与土壤理化性质的相关性程度,并使土壤硝化和反硝化作用的主要环境影响因子趋于多样化和复杂化;覆盖雷竹林土壤硝化速率的主要环境影响因子是土壤含水量、p H值、铵态氮含量和总孔隙度,反硝化速率的主要环境影响因子是土壤p H值、含水量和总孔隙度。林地覆盖会显著影响雷竹林土壤的氮循环过程,可能会增加土壤氮素损失。     

川西亚高山针叶林土壤动物群落对模拟林下植物丧失的响应

受研究手段的限制,有关森林物种组成对土壤动物群落影响的研究少有报道。采用人工除灌和除草的林地控制实验方法,研究了亚高山人工林灌草层关键物种丧失对土壤动物群落结构的影响。结果表明:(1)灌木层去除后土壤动物密度极显著低于对照(P0.01);线虫纲(Nematoda)优势度持续增加,处理15个月时极显著高于对照(P0.01);土壤动物群落多样性指数极显著低于对照(P0.01);腐食性功能团类群数及个体数百分比有所下降。(2)草本层去除后土壤动物密度显著低于对照(P0.05);线虫纲优势度持续增加,处理15个月时显著高于对照(P0.05);土壤动物群落多样性指数极显著低于对照(P0.01);腐食性功能团类群数略低于对照,个体数百分比无显著差异。综上所述,林下灌草层去除,尤其是灌木层去除,导致土壤动物群落个体数量、多样性指数降低,优势类群格局、腐食性功能团构成发生变化,从而在一定程度上影响到森林生态系统的物质循环功能。     

亚高山针叶林人工恢复过程中生物量和材积动态研究

研究了近70年不同林龄亚高山人工云杉林的地上部分生物量及材积变化规律．结果表明,20年林龄前的云杉单株生物量增长缓慢,以小枝和叶生长为主,约占50％;20年以后,单株生物量增长加快,以树干积累为主,大体上超过60％;30年后增长速度相对减慢,自40年开始并保持快速增长．云杉种群生物量表现出类似的增长,但林龄在30至50年间增长速度减慢．群落生物量总体上持续增长,但灌木层生物量在初期快速增长,从20年林龄后逐渐减少;草本层生物量则一直减少,到70年时仅占不足0．2％．在近70年人工恢复过程中,云杉单株材积平均生长量和连年生长量都逐渐增大,越在后期生长越迅速;林分蓄积则在30至50年林龄之间有一段连年生长量相对减小的时期．根据树干解析资料,建立了70年人工云杉林的单株材积与胸径和树高的数学模型．     

川西亚高山暗针叶林不同恢复阶段红桦、 岷江冷杉土壤种子损耗特征

在川西亚高山米亚罗林区海拔3 100—3 600 m阴坡、半阴坡,以立地条件基本一致的箭竹和藓类林型不同恢复阶段(20—40年生的箭竹-阔叶林、藓类-阔叶林,50年生的箭竹-针阔混交林、藓类-针阔混交林、160—200年生的箭竹-暗针叶老龄林、藓类暗针叶老龄林)的群落为研究对象,于种子成熟散落前(8月)采集土壤样品,应用网筛分选法结合体视显微镜挑选种子,实验室发芽试验法和四唑染色法对种子生活力进行测定,分析了土壤内先锋树种红桦(Betula albo-sinensis)和顶极树种岷江冷杉(Abiesfaxoniana)的残余种子总数、组分及其分布格局;采用样方法调查了红桦和岷江冷杉的1年生幼苗密度。结果表明:1)随着森林的恢复,红桦的残余种子总数、外形完整种子数、发育不全种子数、空粒种子数和腐烂种子数呈减少的趋势,而岷江冷杉则相反。箭竹林型不同恢复阶段红桦的残余种子总数、外形完整种子数、发育不全种子数、空粒种子数和腐烂种子数总体上大于藓类林型相应恢复阶段。岷江冷杉的残余种子总数、外形完整种子数、发育不全种子数、空粒种子数、腐烂种子数的最大值均出现在藓类-暗针叶老林龄;2)在阔叶林和针阔混交林阶段,红桦和岷江冷杉的种子组分所占比例最高的分别为腐烂种子和发育不全种子,在暗针叶老龄林阶段,红桦的腐烂种子和空粒种子的比例位居前列,而岷江冷杉的外形完整种子比例最大;3)随着土层深度的增加,红桦和岷江冷杉的外形完整种子数、发育不全种子数、空粒种子数和腐烂种子数均呈减少的趋势。红桦和岷江冷杉不同组分的种子在枯枝落叶层所占地比例在72.85%—94.28%;4)红桦的1年生幼苗密度随着森林的恢复逐渐减小,而岷江冷杉的1年生幼苗密度随着森林的恢复逐渐增大。在8月份,土壤中已经不存在红桦和岷江冷杉有生活力的种子,两种植物的种子只能形成短暂土壤种子库。     

川西亚高山针叶林土壤微生物及酶对林下植物去除的响应

生物多样性与生态系统功能的关系是生态学领域研究的热点与难点。但因受研究手段的限制,有关森林物种组成及其多样性变化对土壤微生物数量和酶活性影响的研究少有报道。采用人工去除灌草层的实验方法,研究了川西亚高山针叶林灌草层丧失对土壤微生物数量和酶活性的影响。结果表明:1)灌草层去除后,土壤细菌和真菌数量以CK(对照)RH(除草)RS(除灌),而土壤放线菌数量则以RHCKRS;2)灌草层去除后,土壤微生物群落构成发生改变,真菌比例有所下降;3)灌草层去除后,土壤酶活性随之发生变化,各种酶活性均以CKRHRS。表明林下灌草层去除,尤其是灌木层去除,导致土壤微生物数量下降、群落构成发生变化以及土壤酶活性下降,从而在一定程度上影响到森林生态系统的物质循环功能。     

设施栽培下土壤中硝化、反硝化作用的研究

利用温室、大棚等园艺设施栽种蔬菜,是当今蔬菜生产的有效措施之一,但由于温室,大棚是一个特殊的环境,加上连作,致使温度室、大棚的土壤逐渐产生障碍,导致作物产量逐渐下降,本文着重从温室、大棚土壤中硝化、反硝化作用进行深入一步探讨,其结果为：温室、大棚中有强烈的硝化作用和较多的ＮＯ２＾－、ＮＯ３＾－盐积累,这是温室、大棚作物产量下降的重要原因之一;温室,大棚中反硝化作用强度与土壤中的ＮＯ３＾－盐含量有关     

川西米亚罗亚高山云杉林种子雨和土壤种子库研究

 对川西米亚罗亚高山20、30、60年人工云杉(Picea asperata)林及天然林的种子雨和土壤种子库进行了研究。结果表明：该区云杉种子雨一般从每年的10月初开始下落,一直到翌年的1月底结束,但不同林龄的云杉种子雨强度不同,60年人工林种子雨量最大,然后依次为30年人工林、天然林、20年人工林,其大小分别为(1 088.16±52.34)粒•m－2、(973.45±63.12)粒•m－2、(579.99±28.93)粒•m－2、(66.73±5.71)粒•m－2。云杉降雨历程与其林龄大小也有一定的关系,表现在种子雨发生时间和降雨高峰期的不同。30、60年人工云杉林及天然林下土壤种子库存在显著差异,两次取样（2003年3月26日和2003年8月21日）土壤种子库大小分别为(507.2±40.32)粒•m－2和(267.6±25.14)粒•m－2、(1 065.6±88.06)粒•m－2和(872.8±77.12)粒•m－2、(472.8±20.82)粒•m－2和(185.5±22.48)粒•m－2。土壤种子库中云杉种子主要都集中在枯枝落叶层,占66%左右,0～2 cm层占24%左右,2～5 cm层占10%左右。到8月21日,土壤中所有云杉种子都失去活力,腐烂死亡和动物取食是种子库损耗的主要因素。云杉种子库属于Thompson和Grime定义的第Ⅱ类。该区云杉幼苗一般在6月初开始出现,6月中旬左右达到出苗高峰,3种云杉林下幼苗密度差异很大,60年人工林下幼苗最多,其次为30年人工林和天然林。由于生境适合度低,死亡的幼苗数量较多,特别是自然死亡数。综合种子雨、种子库和转换的幼苗数量几个方面来看,在一定龄级范围内,人工林结实能力和更新潜力随林龄增加而增加,且人工林在更新潜力方面比天然林（约150年）要好。虽然该区云杉林下有大量种子下落,但由于种子大量损耗和幼苗死亡,种子萌发为幼苗再通过环境筛作用而最终补充到云杉种群的个体数量非常有限。     

贡嘎山东坡亚高山针叶林的林窗动态研究

本文选择贡嗄山东坡亚高山针叶林的代表类型——麦吊杉群落和冷杉群落,从林窗的大小分布、林窗制造者（ＧＭ）的类型与特点、林窗更新的趋势与作用,以及林窗中优势种群的分布格局变化几方面,对亚高山针叶林的林窗动态进行了研究。结果表明：在麦吊杉和冷杉林中,林窗面积所占比例分别为３１．７％和３９．２％;但从林窗的平均大小来看,分别为１５８．５ｍ２和１２５．４４ｍ２,麦吊杉林的林窗要大于冷杉林。通过对４１个林窗的统计,共有ＧＭ９４个,平均每个林窗有２．３个。而林窗的形成主要是由于ＧＭ的根拔、枯朽或折倒作用。林窗的形成促进了优势种群的更新。各立木级分布格局的研究结果表明,林窗中麦吊杉和冷杉在发育过程中分布格局的动态变化是由集群分布过渡到随机分布。     

滇西北亚高山针叶林带的外生菌根调查

本文报道了滇西北亚高山针叶林带的外生菌根调查工作。对一些亚高山针叶树种的外生菌根及其形态学和解剖学等方面进行了比较。调查结果表明,该地主要树种如长苞冷杉(Abies georgeiOrr.)、丽江云杉(Picea likiangensis Pritz.)、高山松(Pinus densata Mast.)、垂枝云杉(Picea brachytyla(Fr.)Pritz.)以及少数大果红杉(Larix potaninii Batal.)与担子菌类真菌形成外生菌根。长苞冷杉根系所形成的菌根形态多为棍棒型;丽江云杉的菌根形态多为单轴式分枝型;高山松的菌根形态都是二叉状分枝型。     

增温对川西亚高山针叶林内不同光环境下红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响

 川西亚高山针叶林是青藏高原东部高寒林区的重要组成部分, 也是研究全球变化对森林生态系统影响的重要森林类型。开展亚高山针叶林不同树种对气候变暖响应差异的研究, 可为预测未来气候变暖背景下亚高山针叶林植被组成和森林动态提供科学依据。我们以川西亚高山针叶林两种主要树种——红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究材料, 采用开顶式增温法(Open-top chamber, OTC)模拟气候变暖, 研究了增温对全光条件和林下低光环境中(约为全光的10%)生长的红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响。在人工林环境下, OTC使增温框内平均气温和地表温度分别升高了0.51和0.33 ℃; 而在林外空地处, OTC使二者分别升高了0.69和0.41 ℃。研究结果显示, 增温总体上促进了两种幼苗的生长和生理过程, 并促使幼苗将更多的生物量投入到其同化部位——叶, 使幼苗的根冠比(R/S)显著降低。增温通过增加叶片的光合色素含量和表观量子效率等光合参数, 促进了幼苗的光合过程和生长。然而, 增温对两种幼苗生长和生理的影响效果与植物种类及其所处的光环境有关。增温仅在林外全光条件下显著影响红桦幼苗的生长和生理过程。岷江冷杉幼苗对增温的响应与红桦相反, 即增温仅在林下低光环境下对岷江冷杉幼苗的生长和生理过程有明显促进作用。这种响应差异可能赋予这两种植物在未来气候变暖背景下面对外界环境变化时具有不同的适应能力和竞争优势, 从而对亚高山针叶林生态系统物种组成和森林动态产生潜在影响。     

川西亚高山暗针叶林恢复过程中岷江冷杉天然更新状况及其影响因子

在川西亚高山米亚罗林区海拔3 100~3 600 m阴坡、半阴坡, 以立地条件基本一致的箭竹和藓类林型不同恢复阶段(20~40 a生的箭竹阔叶林、50 a生的箭竹针阔混交林、160~200 a生的箭竹原始暗针叶老龄林; 20~40 a生的藓类阔叶林、50 a生的藓类针阔混交林、160~200 a生的藓类原始暗针叶老龄林)的群落为研究对象, 共设置了50个样方(20 m×20 m), 采用空间代时间的方法分析了岷江冷杉(Abies faxoniana)的天然更新状况, 并采用通径分析法对其影响因子进行分析。结果表明: 箭竹和藓类两种森林类型岷江冷杉幼苗、幼树和小树的密度偏低。对于箭竹林型不同恢复阶段, 岷江冷杉幼苗密度＜幼树密度＜小树密度; 对于藓类林型不同恢复阶段, 藓类阔叶林幼树密度大于幼苗和小树密度, 藓类针阔混交林小树密度大于幼苗和幼树密度, 而藓类原始暗针叶老龄林幼苗密度大于幼树和小树密度。藓类林型岷江冷杉天然更新状况好于箭竹林型。对箭竹林型而言, 影响岷江冷杉天然更新的关键因子为母树密度、倒木蓄积量、箭竹盖度和苔藓层厚度, 其中母树密度和倒木蓄积量对岷江冷杉天然更新起着促进作用, 箭竹盖度和苔藓层厚度对岷江冷杉天然更新起着阻碍作用; 对于藓类林型而言, 影响岷江冷杉天然更新的关键因子为灌木盖度和苔藓层厚度。灌木和苔藓有利于幼苗的发生, 但不利于幼苗向幼树、小树的过渡。     

川西亚高山5种森林生态系统的碳格局

采用样方法研究了川西亚高山白桦(Betula platyphylla)林(BF)、针阔混交林(MF)、岷江冷杉(Abies faxoniana)林(FF)、紫果云杉(Picea purpurea)林(SF)和方枝柏(Sabina saltuaria)林(CF)的碳贮量、组成及其分布格局。结果表明: 1)在5种森林生态系统中, 土壤碳含量和碳贮量都随土壤深度的增加而极显著地降低, 且与土壤深度之间有较好的线性关系; 2)地被物碳贮量分别为SF(23.97±1.77)>FF(21.35±3.64)>MF(11.78±1.21)>CF(9.09±0.91) >BF(8.16±1.34) 10³kgC·hm^-2, 对生态系统总碳贮量的贡献率差异不显著, 约占3%~4%; 3)乔木层对植物碳贮量贡献最多, 根系碳贮量占植物碳贮量的比例在13%~19%之间; 4)SF和FF的碳贮存以植物为主, MF、BF和CF的碳贮存则以土壤为主; 5)整个生态系统的碳贮量依次为SF(729.92±43.49)>FF(618.86±53.97)>MF(353.88±21.76)>BF(247.79± 17.15)>CF(244.52±18.70) 10³ kgC·hm^-2, 差异显著, 对应的短期碳固定能力则依次为2.97、3.80、5.15、3.33和4.84 10³ kgC·hm^-2·a^-1。在没有破坏性干扰前提下, 川西亚高山次生林恢复是大气中碳沉降的潜在碳汇。合适的树种及其搭配比例、造林模式和森林生态系统管理对策, 是促进该区域植被快速恢复和增加碳贮存的关键。     

不同管理措施对川西北草地土壤氮和碳特征的影响

川西北地区是我国的主要牧区之一。草地承包后, 草地建设中出现了各种草地经营管理方式———围栏、翻耕和完全的人工建设。采用常规化学分析和气压过程分离 (BarometricProcessSeparation, BaPS) 法, 对不同类型草地 (天然放牧草地、围栏草地、翻耕草地和人工草地 ) 的土壤氮、碳库以及反硝化速率、总硝化速率、N2 O和CO2 排放速率进行了研究。结果表明 :研究地点土壤有机质、全氮含量分别为 10 1.8和 5.1g·kg-1, 比典型的亚高山土壤有机质和全氮含量 (分别是 181.3和 7.4 g·kg-1) 明显低, 而且, 与通常的观念不同的是, 土壤NO3 - N含量是NH4+ N含量的 3~11倍。这可能是由于研究地过度的人为干扰造成的。研究还发现, 不同管理措施对土壤氮、碳库, 氮转化速率和土壤呼吸有显著影响。天然放牧草地围栏后, 土壤有机质和全氮含量明显升高, 比如, 围栏草地和翻耕草地的有机质、全氮含量分别比天然放牧草地高 6 1%、5 8%和 4 6 %、5 1%。氮转化速率和土壤呼吸大大加快, 尤其是在翻耕草地, 比如, 翻耕草地的总硝化速率和N2 O排放速率分别是天然放牧草地的 5.1和 2.4倍。因此, 虽然春季翻耕可能提高作物 (包括牧草 ) 产量, 但它同时也承担了巨大的生态学风险, 包括增加排放到大气中的CO2 和N2 O的量以及淋溶到地下水的NO3 -的量。因此, 建议在川西北亚高山区的人工草地建设中慎重选择翻耕措施。研究还发现, 研究地土壤的总硝化速率是净硝化速率的 2 0~ 93倍, 净硝化速率不能反映高海拔地区土壤硝化的准确状况。     

岷江上游暗针叶林采伐迹地人工混交林群落结构

对四川岷江上游高山峡谷区暗针叶林采伐迹地年龄为２０－４０年的人工混交林群落结构进行了研究,结果是：（１）群落中各层次物种盖度的大小相互影响,相互制约,而林下（各）层次物种盖度的大小主要取决于其上（各）层盖度（或郁闭度）的大小,（２）人工重建的群落所能容纳的物种数及物种在群落中的分布状况主要取决于乔木物种郁工,海拔高度及经营强度。（３）群落中出现大量的耐荫植物,先锋灌丛植物已被抑制或淘汰,（４）乔木     

东北主要林区针叶林下外生菌根真菌及生态分布*

采用标准地调查和路线调查相结合的方法,我们在长白山、小兴安岭、大兴安岭主要针叶林内,对岳桦-云杉林等12个主要针叶林型的外生菌根真菌进行了调查。经对采集标本整理鉴定,计有19科43属163种外生菌根真菌。其中长白山18科39属135种;小兴安岭16科35属116种;大兴岭11科22属50余种。它们在各林型下的分布有一定的规律性,其种群组成和分布的多度与林木的组成、土壤和地形条件,如海拔高度、坡向和坡度等关系密切。