历史变域在森林生态系统管理中的应用现状与展望

历史变域描述了自然干扰下生态系统条件和过程的变化范围,能够使人们认识现代生态系统如何变化,为生态系统的有效管理提供了重要的参照和目标,使管理者能够制定有效措施最终使生态系统达到可持续状态.近年来,历史变域在森林生态系统管理中发挥着越来越重要的作用,已成功用于揭示生态系统变化的原因、保护生物多样性和濒危物种及恢复生态系统功能等多个领域.本文介绍了历史变域的概念并对其在森林生态系统管理中的应用及所面临的挑战(数据缺乏、环境变化和人类影响等)进行了论述.加大数据解译和分析的研究力度、注重自然环境和人类社会变化的研究及加强对公众的宣传力度可以更好地认识研究区的生态环境及其主要干扰机制,有利于提高历史变域在生态系统管理中的应用效率,使森林生态系统最终达到可持续的状态.     

亚高山森林生态系统过程研究进展

亚高山森林是以冷、云杉属为建群种或优势种的暗针叶林为主体的森林植被。亚高山森林在庇护邻近脆弱生态系统、保育生物多样性、涵养水源、碳吸存和指示全球气候变化等方面具有十分重要且不可替代的作用和地位,其多样化的植被和土壤组合为研究生态系统过程提供了天然的实验室。亚高山森林的群落演替与更新、生物多样性保育、水文生态过程、生物元素的生物地球化学循环以及亚高山森林生态过程对气候变化的响应等研究已取得了明显的进展。但有关全球变化条件下的亚高山森林土壤生物多样性和冬季生态学过程等研究明显不足。全球气候变化背景下的冬季生态学过程、极端灾害事件对亚高山森林生态系统过程的影响、亚高山森林生物多样性的保育机制、亚高山森林土壤生物多样性与生态系统过程的耦合机制等可能是未来研究的前沿科学问题。     

碳同位素技术在森林生态系统碳循环研究中的应用

碳同位素技术对碳素在生态系统中的迁移动态具有很好的示踪作用,在生态学各领域研究中应用广泛。土壤、大气、植物是森林生态系统的重要碳库,植物是大气和土壤交换碳元素的重要介质。本文简要总结了碳同位素技术在研究碳元素在植物体内以及植物、土壤、大气碳库之间的迁移规律和生态学过程中的应用,展望了该技术在森林界面学中的应用前景。     

重庆市森林生态系统服务功能价值评估

评价了重庆市近几年来森林生态系统服务功能价值,将重庆市森林生态系统服务功能划分为提供产品功能、调节功能、支持功能及文化服务功能4大类,以2006年为基准年,利用市场价值法和生产成本法等,定量评价重庆市森林生态系统服务功能的经济价值。结果表明:从2006年至2011年,森林产品提供功能由35.14亿元增加至51.24亿元,提高了45.82%。森林碳储量增长了近100万t。重庆市森林生态系统涵养水源价值增加了59.21亿元。森林生态系统的土壤保持能力与保持总量都有所提高。气候调节价值净增加了45.86亿元。2011年森林工程引发旅游业收入增加68.34亿元。从不同的服务功能类型来看,其价值量大小依次为:水源涵养气候调节景观旅游生物多样性土壤保持碳固定。从研究结果来看,重庆市森林生态系统服务功能价值巨大,该结果有利于加强人们对森林生态系统的认识,可以为生态系统管理、生态保护和生态补偿提供依据。     

酸沉降对森林生态系统影响的研究现状及展望

酸沉降影响下物质循环及其不平衡研究;酸沉降对土壤理化性质的影响;森林水化学方面的研究;酸沉降下重金属的活化研究;酸沉降对植物生长的影响研究;酸沉降和气候变化对森林的影响;模拟酸雨对土壤理化性质和植物生长的影响;酸沉降下土壤风化问题的研究;运用模型对酸化问题的研究;森林土壤人为和自然的酸化;酸沉降临界负荷的研究;酸沉降和其它污染物对植物的联合影响;酸化土壤恢复研究等方面介绍了酸沉降对森林生态系统影响的研究现状,并阐明了今后研究的方向及应该注意的问题。     

大尺度森林碳循环过程模拟模型综述

森林生态系统碳循环是全球陆地生态系统碳循环的重要组成部分,而碳循环模型已经成为研究森林碳循环的必要手段。森林碳循环模型可以分为统计模型和过程模型,其中过程模型以其完整的理论框架、严谨的结构分析和清晰的过程机理,逐渐占据了主导地位。从地球化学过程模型、陆面物理过程模型和生物过程模型等3个方面综述区域尺度到全球尺度(本文称为大尺度)森林碳循环过程模型研究进展,论述了各类模型的主要特征、优缺点以及应用现状,探讨了森林碳循环模拟研究中存在的问题,并讨论了森林碳循环过程模型的主流研究方向。可为不同空间尺度下森林生态系统碳循环模拟模型的选择提供参考,以及为森林碳循环研究提供借鉴。     

福建省森林生态系统碳汇潜力

利用CO2FIXV3.1模型对福建省原有森林生态系统和无林地造林两部分的碳汇潜力动态变化进行计算,为CDM造林碳汇项目的开展提供参考。假设采伐、非采伐两种情景,模拟显示福建省原有森林生态系统2004至2050年可净固定大气碳量为254.74—334.79TgC,而无林地造林可净固定大气碳量49.23—58.42TgC。马尾松、杉木及硬阔类的面积在福建省森林中占较大比重,自2004至2050年,三者可分别固碳92.26—103.17TgC、71.09—107.39TgC和114.97—132.41TgC。在福建省9个地级市中,南平、福州和三明的无林地造林碳汇潜力最大,龙岩、漳州、宁德次之,沿海的莆田、泉州和厦门最小。     

基于辐射传输模型的叶绿素含量定量反演

利用基于叶片内部辐射传输机制的PROSPECT模型模拟大量不同生化含量和叶肉结构的叶片光谱,研究利用高光谱植被指数定量反演叶绿素含量的可行性和精度,并比较各指数的稳定性和抗干扰能力。结果显示,各指数在对叶绿素的敏感性方面相差不大,除三角植被指数(TVI)外,其它指数均随叶绿素含量的增加而减小。叶片水分含量的差异对各指数的影响很小,干物质次之,叶肉结构影响最大。在抵抗干物质影响和叶肉结构影响方面,结构无关色素指数(SIPI)明显优于其它四种指数,吸收中心波深归一化后的面积指数(ABNC)次之。通过使用叶片光学模型的模拟光谱来研究叶绿素含量变化的光谱响应及其影响因素和反演策略,具有较强的理论性和普适性。研究结果与实际观测相吻合,方法简单易行。     

森林演替在南亚热带森林生态系统碳吸存中的作用

研究了鼎湖山南亚热带森林同一演替系列中3个不同演替阶段(马尾松针叶林、马尾松荷木混交林和季风常绿阔叶林)生态系统碳贮量和分配格局特征,并探讨了该地区森林演替过程中生态系统碳吸存潜力和速度。结果表明:(1)针叶林各组分碳素含量高于阔叶林对应组分的碳素含量(后者是前者的72.0%～94.5%)。两个森林植物碳素含量,不同层次比较,均为乔木层>灌木层>草本层,不同器官比较,以根或干最高。(2)乔木层生物量随森林演替进展而增加。针叶林、混交林和阔叶林乔木层生物量分别为:143.5t/hm2、270.1t/hm2和407.8t/hm2,其中大部分由干和皮组成(各器官占乔木层生物量的比例平均为:叶2.8%、枝19.3%、干和皮混合57.0%、根20.9%)。林下层生物量为4.23～14.10t/hm2,是乔木层的1.0%～9.8%,随森林演替进展而减少。(3)土壤容重随深度增加而增加,但随森林演替进展而减少。与土壤容重相反,土壤有机碳含量随深度增加而明显减少,但随森林演替进展而增加。(4)3种类型森林生态系统碳总贮量分别为135.8t/hm2、215.1t/hm2和259.7t/hm2。生态系统碳贮量在各组分的格局十分相似,植被、土壤和凋落物层所占比例均分别约为67.6%、30.2%和2.2%。与其它地带森林比较,鼎湖山保护区森林植被与土壤碳贮量之比和表层(0～20cm)的土壤碳占整个     

基于个体的中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN及模型验证

以植物生理学、森林生态学和土壤环境学的基本原理为基础,建立了基于个体的中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN。模型通过两种步长运行:在步长为天时的基本过程包括林分(个体)的光合、呼吸、分配和凋落,以及凋落物和土壤有机物的呼吸和转移;在步长为年时的基本过程包括林分的同化物分配、树高和胸径增长、大凋落物生成。通过对模型样地水平上与全国总量上NPP、NEP的验证,说明该模型在考虑幼龄林基础上,能较好的模拟出中国森林生态系统的碳收支,因此可以用来模拟中国森林生态系统碳收支的过去动态和未来发展趋势。     

Liana optical traits increase tropical forest albedo and reduce ecosystem productivity

Lianas are a key growth form in tropical forests. Their lack of self-supporting tissues and their vertical position on top of the canopy make them strong competitors of resources. A few pioneer studies have shown that liana optical traits differ on average from those of colocated trees. Those trait discrepancies were hypothesized to be responsible for the competitive advantage of lianas over trees. Yet, in the absence of reliable modelling tools, it is impossible to unravel their impact on the forest energy balance, light competition, and on the liana success in Neotropical forests. To bridge this gap, we performed a meta-analysis of the literature to gather all published liana leaf optical spectra, as well as all canopy spectra measured over different levels of liana infestation. We then used a Bayesian data assimilation framework applied to two radiative transfer models (RTMs) covering the leaf and canopy scales to derive tropical tree and liana trait distributions, which finally informed a full dynamic vegetation model. According to the RTMs inversion, lianas grew thinner, more horizontal leaves with lower pigment concentrations. Those traits made the lianas very efficient at light interception and significantly modified the forest energy balance and its carbon cycle. While forest albedo increased by 14% in the shortwave, light availability was reduced in the understorey (?30% of the PAR radiation) and soil temperature decreased by 0.5°C. Those liana-specific traits were also responsible for a significant reduction of tree (?19%) and ecosystem (?7%) gross primary productivity (GPP) while lianas benefited from them (their GPP increased by +27%). This study provides a novel mechanistic explanation to the increase in liana abundance, new evidence of the impact of lianas on forest functioning, and paves the way for the evaluation of the large-scale impacts of lianas on forest biogeochemical cycles.     

辐射传输模型多尺度反演植被理化参数研究进展

植被是生态系统最重要的组成成分之一,许多与植被有关的物质能量交换过程都与植被的理化参数密切相关,因此定量估算植被的理化参数含量对监测植被生长状况、森林火灾预警以及研究全球碳氮循环过程等都具有重要意义.在众多定量反演植被理化参数的方法中,基于数学、物理学以及生物学的基本理论建立起来的辐射传输模型受到越来越多的关注.辐射传输模型描述了植被与入射辐射之间的相互作用过程和特征,相对于传统的经验/半经验方法,辐射传输模型物理意义明确,具有稳定性和可移植性强的特点.在分析国内外最新相关研究的基础上,首先从植被叶片、冠层和像元3个不同的尺度阐述反演植被理化参数的辐射传输模型.叶片尺度上主要介绍PROSPECT模型和LIBERTY模型;冠层尺度上主要介绍SAIL冠层辐射传输模型以及PROSPECT与SAIL耦合的PROSAIL叶片-冠层辐射传输模型;像元尺度的植被理化参数反演目前主要采用冠层尺度的辐射传输模型.其次,分析尺度变化下植被理化参数遥感反演所面临的主要问题,如不同尺度下模型参数敏感性的变化、辐射传输模型的选取以及混合像元的影响等.最后,总结展望植被理化参数反演多模型与多种数据源相互结合的研究趋势,以及将来具有高空间分辨率的高光谱遥感卫星升空后所带来的发展前景.     

基于机载激光雷达的中亚热带常绿阔叶林林窗特征

机载激光雷达(LiDAR)是一种新型主动式遥感技术,能直接获取多尺度高精度的冠层三维结构信息,将其推广到森林干扰生态学领域,可为林窗研究提供应用支撑.以湖南中亚热带常绿阔叶林为研究对象,利用小光斑LiDAR数据进行林窗识别和几何特征估测.选择合适的分辨率和内插方法生成冠层高程模型,采用计算机图形学方法估测林窗面积、边界木高度和形状指数,并进行野外观测验证.结果表明: 林窗识别率为94.8%,主要影响因素是林窗面积和林窗形成木类型;估测的林窗面积和边界木高与野外观测值呈较强线性相关,R²值分别为0.962和0.878,其中估测的林窗面积平均比野外观测值高19.9%,估测的林窗边界木高度平均比野外观测值低9.9%;区域内林窗密度为12.8个·hm^-2,占森林面积13.3%;林窗面积、边界木高和形状指数的平均值分别为85.06 m²、15.33 m和1.71,区域内多为较小面积、边缘效应不太显著的林窗.
     

Spatial scale and sampling resolution affect measures of gap disturbance in a lowland tropical forest: implications for understanding forest regeneration and carbon storage

Treefall gaps play an important role in tropical forest dynamics and in determining above-ground biomass (AGB). However, our understanding of gap disturbance regimes is largely based either on surveys of forest plots that are small relative to spatial variation in gap disturbance, or on satellite imagery, which cannot accurately detect small gaps. We used high-resolution light detection and ranging data from a 1500 ha forest in Panama to: (i) determine how gap disturbance parameters are influenced by study area size, and the criteria used to define gaps; and (ii) to evaluate how accurately previous ground-based canopy height sampling can determine the size and location of gaps. We found that plot-scale disturbance parameters frequently differed significantly from those measured at the landscape-level, and that canopy height thresholds used to define gaps strongly influenced the gap-size distribution, an important metric influencing AGB. Furthermore, simulated ground surveys of canopy height frequently misrepresented the true location of gaps, which may affect conclusions about how relatively small canopy gaps affect successional processes and contribute to the maintenance of diversity. Across site comparisons need to consider how gap definition, scale and spatial resolution affect characterizations of gap disturbance, and its inferred importance for carbon storage and community composition.     

青钱柳功能性多糖的研究现状及展望

青钱柳叶是一种古老茶饮,也是国家卫健委认定的新食品原料。青钱柳多糖是其主要活性成分之一,具有降血糖、降血脂、抗氧化、免疫调节等多种功能,在食品、医药和生物医学等领域应用市场潜力巨大。通过综述国内外相关研究文献报道,对青钱柳叶所含功能性多糖的提取工艺、结构特征、药理活性及开发应用的研究现状进行较系统的归纳和分析,并对青钱柳多糖未来研究方向作了展望,拟为开发高活性青钱柳多糖保健食品或药物提供理论依据及研究支撑。     

森林、草地和农田典型植被蒸散量的差异

利用中国生态系统研究网络(CERN)12个试验站1990—2003年的气象资料,基于大气-土壤-植被传输(SVAT)模型模拟植被的蒸散量,分析了不同气候条件下森林、草地、农田3种植被类型蒸散的变化规律.结果表明:多年平均蒸散量从高到低依次为热带森林、亚热带农田、温带森林、温带农田和草地;对农田生态系统而言,水稻的蒸散量最高,其次为小麦,玉米最低;3种生态系统月蒸散量峰值的年际变化差异显著,森林、草地的月蒸散量峰值年际变化较稳定,农田则较明显.     

基于激光雷达数据的物种分布模拟: 以美国加州内华达山脉南部区域食鱼貂分布模拟为例

生态位模型通过拟合物种分布与环境变量之间的关系提供物种空间分布预测, 在生物多样性研究中有广泛应用。激光雷达(LiDAR)是一种新兴的主动遥感技术, 已被大量应用于森林三维结构信息的提取, 但其在物种分布模拟的应用研究比较缺乏。本研究以美国加州内华达山脉南部地区的食鱼貂(Martes pennanti)的分布模拟为例, 探索LiDAR技术在物种分布模拟中的有效性。生态位模型采用5种传统多类分类器, 包括神经网络、广义线性模型、广义可加模型、最大熵模型和多元自适应回归样条模型, 并使用正样本-背景学习(presence and background learning, PBL)算法进行模型校正; 同时对这5种模型使用加权平均进行模型集成, 作为第6个模型。此外, 一类最大熵模型也被用于模拟该物种的空间分布。模型的连续输出和二值输出分别使用AUC (area under the receiver operating characteristic curve)以及基于正样本-背景数据的评价指标F_pb进行评价。结果表明, 仅考虑气候因子(温度和降水)时, 7个模型的AUC和F_pb平均值分别为0.779和1.077; 当考虑LiDAR变量(冠层容重、枝下高、叶面积指数、高程、坡度等)后, AUC和F_pb分别为0.800和1.106。该研究表明, LiDAR数据能够提高食鱼貂空间分布的预测精度, 在物种分布模拟方面存在一定的应用价值。     

以多功能为目标的森林模拟优化系统(FSOS)的算法与应用前景

森林模拟优化模型(forest simulation and optimization system,FSOS)已在加拿大不列颠哥伦比亚省和中国长白山区得到广泛应用.FSOS模型基于多种资源协调平衡管理观点,采用金属模拟退火优化算法安排森林经营作业方案,在实现森林经营多目标长期可持续协调发展的基础上达到森林资源的理想状态.FSOS模型中的多功能(或多目标)包括水的储存和净化、二氧化碳的截获、野生动物生境保护、生物多样性维持、可视景观质量与木材生产等,其目标的参照系“森林理想状态”由专家、环境组织和政府政策根据生态系统的多功能进行综合界定.本文详细介绍了FSOS基本参数和理想状态的界定,及金属模拟退火优化算法在森林生态系统规划中的应用,为实现森林生态系统多种资源的规划管理以及政府定量分析和管理森林生态系统的多种资源并有效监督森林作业和多种资源变化、实现森林资源可持续利用提供帮助.     

面向生态系统服务的森林生态系统经营:现状、挑战与展望

森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性,对全球生态系统和人类经济社会发展起着至关重要和无可替代的作用。伴随着人口的不断增长和经济社会的迅猛发展,对森林资源和森林生态系统服务的需求不断高涨,而且人类对森林资源价值的认识也发生了很大程度的改变。推进森林资源可持续经营,增加森林总量、提高森林质量、增强生态功能,已成为中国林业可持续发展乃至推进中国生态文明建设和建设美丽中国的战略任务。本文全面综述了森林生态系统经营发展历程,分析了森林生态系统经营的现状和存在问题,在此基础上,提出整合基于生态系统管理与满足现代人类福祉对森林多重需求的新的森林生态系统经营理念,面向生态系统服务的森林生态系统经营理念是未来的发展趋势。森林经营发展战略表现为:1)从单纯的森林面积数量扩张,转变到提高单位面积的森林生产力和森林质量;2)从单一追求木材生产逐步转变为多目标经营,将森林林产品单一的经营目标转变为广泛的生态、经济和社会等多目标经营;3)森林经营重点从林分水平转变为森林景观的经营,强调森林景观的时空异质性和动态变化,权衡和协同多种生态系统的服务功能,倡导森林景观的多样性和连通性,提高森林与其它土地利用模式镶嵌构成的复合景观的可持续性和稳定性,增强森林生态系统对气候变化影响的适应能力;4)森林生态系统经营将从依赖传统经验的主观决策转变为信息化、数字化和智能化的决策,发展森林生态系统经营决策支持系统和森林景观恢复与空间经营规划系统。