林冠附生植物生态学研究进展

林冠附生植物及其枯死存留物是构成山地湿性森林生态系统中生物区系、结构和功能的重要组分。由于在林冠攀爬技术上的限制,过去对林冠附生植物在生态系统结构和功能过程中的作用未能引起足够的重视。近20年来,随着对林冠生物多样性及其在生态系统功能过程影响的认识和研究技术上的提高,对林冠附生生物的研究已逐步从个体水平转移到系统水平上。有关林冠附生植物多样性、生物量及其生态学效应已成为近年来国际上新兴研究领域——“林冠学”的研究热点之一。许多研究表明,林冠附生植物在生态系统水平上的交互作用比它们的解剖、形态和生理特征更为重要。国外大量的研究结果表明,林冠是一个适合于许多生物种类生存的场所,其数量比想象的更为丰富。在全球范围内估计有29 500余种附生植物,其中维管束附生植物的种类高达24 000种,约占总维管束植物种类的10%。林冠附生物的生物量在世界各地森林中存在较大的差异,其范围在105~44 000 kg·hm^-2之间,其中在一些热带和温带天然老龄林中林冠附生物的生物量超过了宿主林木的叶生物量。林冠附生植物还具有较大的叶面积指数(LAI)。林冠附生物丰富的物种组成、较高的生物量、独特的生理形态特征以及它们分布于森林与大气相互作用的关键界面,使得它们在生态系统物种多样性形成及其维持机制、养分和水分循环、指示环境质量等方面具有重要的作用。林冠附生植物及其枯死残留物具有较强的能力吸收雨水和空气中的营养物质,在林冠层中形成一个潮湿的环境促进氮固定,林冠附生植物群落还能为生存于林冠的其它生物(如鸟类、哺乳动物、两栖动物、爬行动物和昆虫等)提供食物和栖息场所。林冠附生植物的生长发育与分布格局除与宿主有关外,还受到环境因素(气候、地形、微生境条件等)和人为干扰的影响。由于世界各地森林类型多样和环境条件各异,目前国际上有关附生物的研究仍十分活跃,建立了林冠研究网络,研究不同类型森林中附生植物及其枯死残留物的动态及其与群落特征、环境因子的数量关系,探讨、交流和发展有效的标准测量方法和技术是该领域研究的主要内容。国内对林冠附生植物生态学的研究刚刚起步,有待于今后加强该领域的研究。     

人类活动对森林林冠的影响——第六届国际林冠学大会述评

1背景介绍 林冠是森林与大气相互作用的关键生态界面,在生态系统生物多样性形成与维系,物质、能量交换过程中发挥着重要的作用[1].过去由于受技术、认识水平及其它方面的限制,人们对森林林冠的了解甚少.近20多年来,随着全球变化、生物多样性和生态系统生态学研究的深入,人们对林冠中丰富的附生生物多样性及其功能产生了浓厚的兴趣.目前,国际上对林冠的概念,已从过去简单的森林顶层或冠层发展为包括森林中的所有叶片、枝条、小枝以及各种附生的有机体及其枯死残留物的总和,也即森林中地表以上的所有植冠的集合‘2].林冠是一个适合于许多生物种类生存的场所,其数量比想象的更为丰富.在全球范围内估计有29 500余种附生植物,其中维管束附生植物的种类高达24 000种,约占总维管束植物种类的10％[3],林冠附生物质的生物量范围在105-44000 kg/hm2之间[1],其中在一些热带和温带天然老龄林中林冠附生物的生物量甚至超过了宿主林木的叶生物量.从20个世纪70年代以来,林冠学研究逐渐兴起,并受到来自森林生态学、气候学、环境科学等研究领域学者越来越多的关注[4-5].Nature和Science就分别报道了林冠生物多样性、林冠与全球气候变化等相关研究成果[3,6-7];一些致力于林冠生态学研究的国际组织(如国际林冠网络InternationalCanopy Network,ICAN、国际林冠塔吊网络International Canopy Crane Network,ICCN、全球林冠项目GlobalCanopy Program,GCP)也应运而生,表明林冠学研究已逐渐成为目前国际上生物多样性、全球变化研究中的热点问题.林冠学已成为国际森林生态学研究的前沿方向,有望逐步发展成为一门新兴学科.     

连栽第1和第2代杉木人工林养分循环的比较

森林生态系统的养分循环是生态系统的重要功能过程之一,直接影响着森林的生产力,很大程度上影响和制约着林地的肥力水平,而且人工林连栽地力衰退和生产力下降现象普遍存在,寻求杉木林连栽两代杉木人工林养分循环差异与连栽林分生产力下降的关系,无疑具有重要的现实意义。利用30多年连续定位的测定数据,分析了连栽第1、2代杉木人工林在物质生产养分利用有效性、生物地球化学循环、地球化学循环的差异。结果表明,杉木速生阶段,第2代林每生产1 t干物质需要的养分比第1代林多1.58-3.29 kg,干材生长阶段,第2代林每生产1t所需养分比第1代林多4.23-5.92kg;速生阶段生物地球化学循环的养分利用系数第2代林比第1代林分下降19.7%-22.8%,养分循环系数下降12.8%-15.6%,干材生长阶段养分利用系数比第1代林分下降35.3%-36.2%,养分循环系数下降23.2%-27.0%,养分周转利用的生物地球化学循环功能第2代林比第1代林差;由干材生长进入成熟阶段的生长期内,伴随水文学过程的养分地球化学循环中,第2代杉木人工林生态系统的养分积累的地球化学循环的能力下降,养分流失率是第1代林的2倍左右,养分的积累率还不到第1代林的60%,对森林地力的维持和林木生长都是不利的。从生态系统水平上定位研究,定量分析了杉木连栽两代人工林养分循环功能过程,研究成果为我国南方人工林持续经营措施的制定提供了理论指导和科学依据。     

森林生态系统水文调节功能及机制研究进展

本研究从森林生态系统的水文过程出发,介绍了其相关概念及发展史,总结了目前森林生态水文学的研究成果,对森林生态系统不同界面层(林冠层、枯落物层及土壤层)的水文过程、影响因素及生态水文模型等方面的国内外研究进展进行了系统的阐述,同时也对森林生态系统的水土保持、水质净化和物质循环过程进行了归纳和总结。目前的研究还需要从以下几方面加以深入:(1)森林生态系统不同界面层(林冠层、枯落物层及土壤层)功能性状与环境因子对流域水分储蓄、循环、入渗与产流过程的影响及其机理;(2)森林生态系统水土保持、水质净化、元素循环三者之间耦合机制方面的研究;(3)森林生态系统的水文过程与能量流动、物质循环之间的相互关系;(4)在时间尺度和流域尺度上研究森林生态系统生态水文过程的变化情况。因此,今后的研究应加强对森林生态系统多学科、多尺度的综合研究,同时要结合现代高新技术方法来研究不同植被类型的功能性状对水文过程的影响及其机制,为森林生态系统的管理提供科学依据。     

养分输入方式对森林生态系统土壤养分循环的影响研究进展

土壤养分循环对森林生态系统稳定性维持、树种选择及更新、可持续经营具有重要意义,掌握养分输入来源及过程可指导森林生态系统物质循环与能量流动分析及生态功能评估。凋落物、根系周转、根系分泌物是森林土壤养分的主要来源,是土壤养分循环的重要组成部分。本文分析了3种主要养分输入方式及其影响因素,总结了凋落物组成及理化性质、生物因子、环境因子等对凋落物分解及土壤养分循环的影响;综述了细根底物性质、树种组成、土壤生物、环境因子变化对细根周转及土壤养分循环的影响;探讨了根系分泌物对土壤养分循环过程的作用,基于此,提出了该领域亟需深入研究的重要方向,以期为相关研究及森林生态系统养分管理提供参考。     

人工桤柏混交林中降雨对养分物质的淋溶影响

引　言水体养分物的循环是生态系统生物地球化学循环的一个重要组成部分,因此,从生态角度来研究森林的存在对流域的水分循环和物质迁移的影响将是一个十分有意义的工作。目前,欧美各国关于森林与水质的关系研究比较多[5]。我国较多研究森林对河流泥沙悬浮含量影响,或干枝落叶和微生物对腐殖质转化等作用形成的森林养分循环,而较少研究森林降雨重新分配作用对森林养分循环的影响[1,2],因此,本文选择了亚热带人工桤柏混交林,通过观测降雨过程中林外降雨、林内降雨、树干流及其相应水质的变化,结合林外降雨、林内降雨和树干流的时空变化特性,分…     

基于SOFM网络对黄土高原森林生态系统的养分循环分类研究

对森林生态系统进行分类是认识森林生态过程的根本途径,传统的从结构角度对森林生态系统分类只能反映森林的外在特征,而无法从功能角度区别森林的本质差异.通过对黄土高原3个生物气候区18个不同森林生态系统的养分循环特征测算和分析,选取了能全面反映养分的积累和分布(生物量、枯落物积累量、养分积累量)、循环通量(年吸收量、年存留量、年归还量)以及养分循环效率(循环系数、利用系数、养分生产力)等多方面指标作为分类指标体系,利用自组织映射特征网络(SelfOrganizing Feature Maps,SOFM)聚类方法,从养分循环的角度将黄土高原森林生态系统划分为2个一级类型,6个二级类型.该分类结果与实际较符,从而探索了森林生态系统的功能分类方法,也验证了SOFM网络模型应用于森林养分循环分类的可行性.     

叶附生生物生态学研究进展

叶附生是指维管植物叶片表面附着以隐花植物苔藓和地衣为主, 兼有少量藻青菌及微型无脊椎动物的现象, 在热带、亚热带雨林中普遍存在。叶附生生物的群落组成直接反应了森林水分、温度及光照等生境因子特征, 是森林生境的季节性变化和微生境异质性的敏感反应指标。叶附生不仅对森林生物多样性形成及维持、生态系统养分与水分循环具有重要意义, 在全球变化森林响应的研究中也具有重要的指示作用。叶附生生物不依赖宿主叶片获得营养, 但已有实验证明叶附生与宿主叶片之间存在营养物质交换。其次, 叶附生生物覆盖宿主叶片, 对宿主叶片光合作用造成的影响一直存在争议, 最近的研究发现宿主叶片对叶附生群落的遮蔽作用存在光合调节。近年来更多的学者开始关注叶附生在森林生态系统养分及水分循环过程中的重要作用, 尤其是叶附生群落内固氮菌对森林氮循环过程所产生的重要影响。叶附生群落的固氮作用可为其宿主群落内的高等植物提供10%~25%的氮养分来源, 被认为是森林生态系统中重要的“氮库”之一; 再次, 叶附生群落对森林云雾水表现出较强的截留作用, 可有效地缓解在降水偏少的旱季森林生态系统受到的水分胁迫。该文在综述叶附生苔类和地衣研究的基础上指出叶附生生物与宿主间存在互利互害的进化平衡, 但受多种因素共同作用。     

亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)研究进展

生物多样性与生态系统功能的关系(BEF)及其内在机制是当前生物多样性研究领域的热点问题。长期以来,以草地生态系统为主的BEF研究积累了大量研究成果,而基于森林生态系统的相关研究则相对较少。亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)是目前包含树种最多、涉及多样性水平最高的大型森林控制实验样地。该文总结了基于BEF-China平台的研究进展,特别是生物多样性对生态系统生产力、养分循环以及多营养级相互作用关系等方面的影响,并提出了未来BEF-China的研究应注重高通量测序和遥感等新兴技术的应用,在生物多样性的多维度、生态系统的多种组分与多种功能以及BEF研究的多种尺度等交叉方向上持续开展深入研究。针对BEF-China研究成果的梳理有助于理解驱动亚热带森林生物多样性与生态系统功能关系的内在机理,为生物多样性保护和生态修复提供科学依据。     

中国森林冠层生物多样性监测

林冠作为森林与外界环境相互作用最直接和最活跃的关键生态界面,承载了森林生物多样性的主体,在生物多样性的形成与维持以及生态系统功能过程中发挥着重要的作用,被称为地球的"第八大洲"。同时,林冠对气候变化和人为干扰高度敏感,在人类活动和全球气候变化加剧的背景下,森林生态系统正面临着严重的威胁,首当其冲的就是森林冠层。气候变化下的林冠生物多样性保护与可持续利用已成为现代生态学研究的热点问题,受到森林生态学、气候学、环境科学等研究领域的学者越来越多的关注。据此,中国生物多样性监测与研究网络以网络内拥有森林冠层塔吊的生物多样性监测样地为平台,建立了林冠生物多样性监测专项网。该专项网将参照国际标准,统一监测指标,规范监测标准,通过大尺度地带性森林冠层内植物(包括附生种子植物和附生孢子植物)多样性、动物多样性、微生物多样性及其动态变化的长期监测,结合林冠小气候环境特征监测,建立林冠小环境特征、植物多样性、节肢动物多样性和微生物多样性等4个动态更新的数据库,以阐明我国典型森林林冠生物多样性变化的规律,揭示其对森林生态系统功能过程的影响和对全球变化的响应。     

Tannins in nutrient dynamics of forest ecosystems - a review

Tannins make up a significant portion of forest carbon pools and foliage and bark may contain up to 40% tannin. Like many other plant secondary compounds, tannins were believed to function primarily as herbivore deterrents. However, recent evidence casts doubts on their universal effectiveness against herbivory. Alternatively, tannins may play an important role in plant–plant and plant–litter–soil interactions. The convergent evolution of tannin-rich plant communities on highly acidic and infertile soils throughout the world, and the intraspecific variation in tannin concentrations along edaphic gradients suggests that tannins can affect nutrient cycles. This paper reviews nutrient dynamics in forest ecosystems in relation to tannins. Tannins comprise a complex class of organic compounds whose concentration and chemistry differ greatly both among and within plant species. Because the function and reactivity of tannins are strongly controlled by their chemical structure, the effects of tannins on forest ecosystem processes are expected to vary widely. Tannins can affect nutrient cycling by hindering decomposition rates, complexing proteins, inducing toxicity to microbial populations and inhibiting enzyme activities. As a result, tannins may reduce nutrient losses in infertile ecosystems and may alter N cycling to enhance the level of organic versus mineral N forms. The ecological consequences of elevated tannin levels may include allelopathic responses, changes in soil quality and reduced ecosystem productivity. These effects may alter or control successional pathways. While a great deal of research has addressed tannins and their role in nutrient dynamics, there are many facets of tannin biogeochemistry that are not known. This lack of information hinders a complete synthesis of tannin effects on forest ecosystem processes and nutrient cycling. Areas of study that would help clarify the role of tannins in forest ecosystems include improved characterization and quantification techniques, enhanced understanding of structure-activity relationships, investigation of the fate of tannins in soil, further determination of the influence of environmental factors on plant tannin production and decomposition, and additional information on the effects of tannins on soil organisms.     

Ungulate Carcasses Perforate Ecological Filters and Create Biogeochemical Hotspots in Forest Herbaceous Layers Allowing Trees a Competitive Advantage

Ecological filters and nutrient heterogeneity are important in the function of ecosystems. Herbaceous layers alter forest ecosystems by filtering tree species during early stages of tree reproduction and influencing nutrient cycling. Important aspects about how tree species successfully establish below and extend above this ecological filter are unanswered in forest ecology. We experimentally tested the effects of large ungulate carcasses on the filtering function of herbaceous layers. Even well-utilized carcasses created unexpected disturbances that reduced herbaceous cover, which effectively perforated the herbaceous layer filter that can differentially influence tree reproduction. Carcasses also created lasting biogeochemical “hotspots” in forest soils that may help maintain plant biodiversity by creating resource heterogeneity and shifting competitive relationships. Because the spatial distribution of carcasses is influenced by predators, these data establish an unrecognized link between large carnivores, prey carcasses, and ecosystem processes. This link supports a novel understanding of disturbance by large herbivores in forest ecosystems by demonstrating an important interaction between predator–prey functional traits and tree seedling dynamics on either side of a major ecological filter.     

森林生态系统硅素循环研究进展

硅是植物生长发育的有益元素,其在生态系统内的迁移转化是维持生态系统结构与功能的决定性因素之一。近年来,陆地生态系统硅循环特别森林生态系统硅循环在全球生物地球化学循环中的重要性,受到越来越多的关注。该文总结了国内外森林生态系统硅循环研究的成果,在综述了硅在森林生态系统中的存在形态、分布、循环过程的基础上,总结了森林生态系统硅循环的特点、作用及其影响因素,并指出典型森林生态系统类型中硅循环规律的研究、森林生态系统与其它生态系统硅循环的比较研究、森林生态系统硅循环对全球气候变化的影响和响应研究和人类干扰对森林生态系统硅循环的影响的研究将是今后开展森林生态系统硅循环研究的重点。     

长白山二道白河森林流域溪流倒木调查研究

溪流倒木是森林生态系统对水生态系统最重要、最直观的输入和干扰之一,也是两系统之间的主要联结,对于溪流生态系统的稳定、水生生物多样性、河槽形态及其变化过程有着重要的作用。重点对长白山北坡溪流倒木现存量进行了调查和研究,在调查的红松阔叶林植被带内４５００ｍ长河道内,共发现溪流倒木４２５株．分属于１７个树种;其中ｌ、ｗ级腐烂占相当大的比重,与林地倒木Ｉ、ｌ级腐烂占忧有所不同,其原因可能与分解环境的不同有关。所有溪流倒木的总材积为７７．９８ｍ＾２,故溪流倒木的现存量为１．７３３ｍ＾３／１００ｍ和１０．８３ｍ＾３／ｈｍ＾２。溪流倒木的树种组成和不同树种的材积与河岸带植被密切相关,但存在差异。研究表明林分形成倒木并进入河流在时间上可能是均匀或随机的,但不同树种间,其形成倒木并进入河流时的树木材积或生长年龄存在较大差异。溪流倒木和林地活立木的个体数量的径级分布基本上为反Ｊ型,而它们材积的径级分布均为典型的Ｊ型。     

自由生活的异养鞭毛虫多样性及生态功能

随着对水生态系统结构与功能的深入研究,自由生活的异养鞭毛虫在水生态系统中的作用成为当前生态学领域的热点之一.已有的研究结果表明,异养鞭毛虫物种丰富,摄食方式多样,周转迅速,是微食物环的重要成分,在水生态系统中起着十分重要的作用.异养鞭毛虫物种多样性及生态学方面的系统研究将有助于对水生态系统结构、功能和过程深入了解.综述了异养鞭毛虫多样性、群落结构、摄食生态学以及在氮、磷循环中的作用,分析了其在生态系统中的功能.     

中亚热带3种典型森林土壤碳氮含量和酶活性的关系

森林类型更替是影响生态系统有机质循环的重要因素, 它对森林生态系统的生产力、碳吸存和养分保持功能有影响。然而关于中亚热带不同森林类型对土壤碳氮含量和酶活性的影响及土壤碳氮含量和酶活性之间的关系鲜有报道。该文研究了福建省三明市3种典型亚热带森林——米槠(Castanopsis carlesii)天然次生林(SF)、米槠人工促进天然更新林(AR)、马尾松(Pinus massoniana)人工林(PM)的淋溶层(A层)土壤碳氮含量和土壤微生物酶活性的关系。结果表明: 在3种森林类型表层土壤中, 可溶性有机质中可溶性有机碳、可溶性有机氮(DON)、荧光发射光谱腐殖化指数的趋势均为SF > AR > PM, 芳香化指数大小为PM > AR > SF; SF和AR的NH₄ ⁺-N显著高于PM, NO₃ ^--N在3种林分中的含量低且差异不明显, 造成这种差异的原因是树种差异和人为干扰程度不同。PM的β-葡萄糖苷酶活性显著低于SF和AR; 纤维素水解酶活性大小为AR > SF > PM; PM多酚氧化酶显著高于SF和AR, 3种林分过氧化物酶无显著差异。AR的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)显著高于其他两种林分。冗余分析显示土壤总氮和DON是驱动淋溶层土壤酶活性的主要环境因子。总之, 土壤总氮含量与NAG活性呈正相关关系, 并且可溶性有机氮可能是氮循环中的重要一环; 土壤微生物优先利用易分解碳; 且碳氮养分循环之间存在一定的耦合关系。氮提高了与土壤碳相关的水解酶活性, 从而可促进碳周转。     

Relationships between carbon and nitrogen contents and enzyme activities in soil of three typical subtropical forests in China

森林类型更替是影响生态系统有机质循环的重要因素, 它对森林生态系统的生产力、碳吸存和养分保持功能有影响。然而关于中亚热带不同森林类型对土壤碳氮含量和酶活性的影响及土壤碳氮含量和酶活性之间的关系鲜有报道。该文研究了福建省三明市3种典型亚热带森林——米槠(Castanopsis carlesii)天然次生林(SF)、米槠人工促进天然更新林(AR)、马尾松(Pinus massoniana)人工林(PM)的淋溶层(A层)土壤碳氮含量和土壤微生物酶活性的关系。结果表明: 在3种森林类型表层土壤中, 可溶性有机质中可溶性有机碳、可溶性有机氮(DON)、荧光发射光谱腐殖化指数的趋势均为SF > AR > PM, 芳香化指数大小为PM > AR > SF; SF和AR的NH₄ ⁺-N显著高于PM, NO₃ ^--N在3种林分中的含量低且差异不明显, 造成这种差异的原因是树种差异和人为干扰程度不同。PM的β-葡萄糖苷酶活性显著低于SF和AR; 纤维素水解酶活性大小为AR > SF > PM; PM多酚氧化酶显著高于SF和AR, 3种林分过氧化物酶无显著差异。AR的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)显著高于其他两种林分。冗余分析显示土壤总氮和DON是驱动淋溶层土壤酶活性的主要环境因子。总之, 土壤总氮含量与NAG活性呈正相关关系, 并且可溶性有机氮可能是氮循环中的重要一环; 土壤微生物优先利用易分解碳; 且碳氮养分循环之间存在一定的耦合关系。氮提高了与土壤碳相关的水解酶活性, 从而可促进碳周转。     

基于管理目标的湖泊生态系统动力学

基于生态系统管理的目标,在对相关研究分析的基础上,依据生态系统生态学、淡水生态学的理论,提出了湖泊生态系统动力学研究的2个理论基础：生态系统管理和生态系统特征.在此基础上,分析得到湖泊生态系统动力学的研究方法体系,主要包括研究内容与技术路线、关键问题识别和动力学模拟、湖泊生态系统的适应性管理决策等部分.其中,湖泊生态系统结构和过程、湖泊中食物网营养动力学研究、生源要素循环、湖泊中关键过程的生态作用以及湖泊生态系统动力学模拟是研究的核心问题.此后,以P为主要的生源要素,将生态系统分为3个子过程：入流、出流和内部反馈,并以此建立了湖泊生态系统动力学的模型框架,以辅助于湖泊的生态系统管理.     

溪流粗木质残体的生态学研究进展

粗木质残体（CWD）是森林或溪流生态系统中残存的超过一定直径大小的站杆、倒木、枝桠及根系等死木质物的总称,溪流CWD对于溪流生态系统的稳定,水生生物多样性,河槽形态及其变化过程有着重要的作用。对溪流CWD的产生和分类,溪流CWD对于溪流生态系统的稳定,水生生物多样性,河槽形态及其变化过程有着重要的作用。对溪流CWD的产生和分类,溪流CWD贮量,分布和动态,以及溪流CWD的功能和管理分别进行了总结,并指出应尽快在国内开展溪流CWD的研究和管理。