食真菌线虫对热或铜胁迫下土壤生态功能稳定性的影响

在模拟胁迫条件下(施加 CuSO₄ 的持续胁迫或加热40 ℃的瞬时胁迫),以大麦叶粉短期分解过程代表土壤功能,采用室内培养试验研究了土壤食真菌线虫(Aphelenchus avenae)与微生物的相互作用对土壤生态功能稳定性(抗性和恢复力)的影响.结果表明：无论施加胁迫与否,食真菌线虫的活动都有促进土壤微生物活性的趋势,尤其是在施加铜胁迫后第8 天开始到培养期结束,接种食真菌线虫导致土壤基础呼吸显著增加(P<0.05),但加热胁迫后食真菌线虫对土壤基础呼吸的促进作用仅在第8天有显著差异(P<0.05),反映了食真菌线虫对土壤微生物活性的影响程度与胁迫类型有关.在两种胁迫条件下,接种食真菌线虫对土壤功能的抗性没有影响,但都能促进胁迫条件下土壤功能的恢复.培养后期,两种胁迫条件下接种食真菌线虫处理真菌生物量低于未接种线虫处理,表明胁迫条件下食真菌线虫对真菌的取食可能限制甚至抑制了真菌生长,导致真菌对细菌的竞争压力减少,从而使细菌获得更大的生长优势,间接促进了细菌的生长.     

大兴安岭典型林分地表死可燃物含水率动态变化及预测模型

对春季和秋季大兴安岭地区西林吉林业局山杨-白桦混交林、落叶松林、樟子松林、落叶松-白桦混交林、白桦林5种典型林分不同坡位地表细小死可燃物含水率动态进行研究,构建了不同季节防火期、不同林分地表死可燃物含水率的预测模型,并分析了其预测误差.结果表明: 相同林分地表可燃物含水率在春季和秋季差异显著;在相同季节相同林分下不同坡位可燃物含水率存在差异.采用Nelson模型对地表死可燃物含水率预测的平均绝对误差(MAE)的平均值为0.13,略低于Simard模型(0.14),明显低于气象要素回归模型(0.25).Nelson和Simard模型的预测效果好于气象要素回归模型.秋季模型对地表死可燃物含水率的预测精度好于春季模型和春季秋季混合模型.     

基于卷积神经网络及气象要素回归法的地表死可燃物含水率预测模型

地表可燃物含水率是森林火险等级和火行为变化的重要指标,其预测模型对于火险预测、火灾管理等具有显著作用。本研究基于蒙古栎及樟子松林地的野外气象因子以及地表死可燃物含水率数据,进行气象因子随机森林相对重要性排序以及皮尔逊相关性分析,并使用深度学习中的卷积神经网络以及气象要素回归法预测可燃物含水率。结果表明：野外蒙古栎的可燃物含水率显著高于樟子松。随机森林结果表明,对于可燃物含水率具有显著作用的因子排列顺序从大到小为湿度、温度、降雨、风速、太阳辐射;相关性分析表明,当日的温度、湿度、降雨对于可燃物含水率具有显著影响,同时,气象因子之间也存在一定的相关性。卷积神经网络模型对于蒙古栎及樟子松林地表可燃物含水率的预测R²分别为0.928、0.905,平均绝对误差(MAE)分别为6.1%、8.1%,平均相对误差(MRE)分别为8.9%、4.2%;气象要素回归法的R²分别为0.495、0.525,MAE分别为30.5%、39.5%,MRE分别为52.1%、32.6%,卷积神经网络模型精度显著高于气象要素回归法。研究表明,深度学习的卷积神经网络能够为今后的可燃...     

云丘山地区灌木群落优势种数量关系

以68个灌木样方的重要值矩阵和2×2列联表为基础,结合实地调查,应用方差比率法、χ2检验、Pearson相关系数及Spearman秩相关系数法,对云丘山地区灌木群落的20个优势种、190个种对的关联性进行了定量研究。方差比率法结果表明,20个优势种总体间关联为显著正相关,云丘山地区的灌木群落处于较稳定的状态;χ2检验、Pearson相关系数、Spearman秩相个关系数结果表明,大部分种对的种间关联未达到显著程度,种间联结较为松散,群落结构及其种类组成将逐渐趋于完善和稳定;根据这20个优势种对环境的适应方式和主导生态因素辅助以PCA排序,可将它们划分为两种生态种组。以上结果揭示了该地区主要优势物种与环境的相互关系。     

大兴安岭林区10小时时滞可燃物湿度的模拟

随着森林防火预报精细化的需求,小时尺度可燃物湿度的准确模拟成为火险预报的关键。利用2010年8月连续无降雨天气条件下我国大兴安岭林区10h时滞可燃物湿度和相应气象因子的半小时动态观测资料,从可燃物的失水和吸水过程对目前广泛使用的Fosberg模型和Van Wagner模型进行评估,进而发展了准确模拟10h时滞可燃物失水和吸水过程的可燃物湿度模型。结果表明:Fosberg模型对10h时滞可燃物的失水过程模拟较好(R²=0.96,P<0.01),而Van Wagner模型对10h时滞可燃物的吸水过程模拟较好(R²=0.83,P<0.01),但均不能独立地准确模拟10h时滞可燃物的湿度变化。通过分析可燃物失水与吸水过程,考虑可燃物在静风条件下的水汽交换,优化了Van Wagner模型参数,建立了综合反映可燃物失水与吸水过程的10h时滞可燃物湿度模型。据比较,该模型可准确地模拟10h时滞可燃物的湿度变化(R²=0.88,P<0.01),可为精细化火险预报提供技术支撑。     

黑龙江省帽儿山林区6种主要林分类型凋落物研究

对帽儿山林区水曲柳、落叶松等六种主要林分的年凋落量、凋落物组成及分解动态进行了观测。结果表明：(1) 六种林分的年凋落量分别为水曲柳(5.57 t·hm^-2)、蒙古栎(4. t·hm^-2)、山杨(4.27 t·hm^-2)、落叶松(4.08 t·hm^-2)、红松(5.62 t·hm^-2)、樟子松(5.56 t·hm^-2);(2) 六种林分其叶的年凋落量占年总凋落量的比例明显大于其它组分,是其凋落物中的主要组成部分;(3) 经过近1a时间的分解,测得六种林分凋落叶分解速率依次为：水曲柳>樟子松>落叶松>山杨>蒙古栎>红松;经模拟研究表明,水曲柳凋落叶95%分解需3.5 a;蒙古栎需8.0 a;山杨需6.7 a;落叶松需6.6 a;红松需8.8 a;樟子松需4.4 a。     

帽儿山红松人工林鞘翅目成虫群落小尺度空间异质性变化特征

空间异质性是群落空间格局形成的基础,也是物种共存的重要前提。基于地统计空间分析方法,研究20 m×20 m空间尺度上帽儿山红松人工林鞘翅目成虫群落及物种的空间自相关性及异质性分布格局。结果显示:5次调查共捕获鞘翅目成虫10科、42种、2721只个体,群落组成具有中等或较强的空间变异性和明显的时间变异性;Moran's I系数表明群落及部分物种具有显著的空间自相关性,各调查月份接近甚至超过一半的物种不存在空间自相关性;群落及部分物种表现为异质性特征并在特定空间尺度内形成集群,且这种空间分异多由结构性因素或结构性因素和随机性因素共同调控;物种之间表现为具有复杂正的或负的空间作用关系,这种空间关联性的形成主要是结构性因素或随机性因素单一调控的结果,但简单Mantel检验并未发现物种之间存在显著的空间关联性;群落的空间格局梯度分布特征较明显,随着季节的变化(夏天到秋天)聚集物种数量的斑块复杂程度降低。本文旨在揭示鞘翅目成虫空间异质性的变化特征,为鞘翅目成虫群落物种构建机制研究奠定基础。     

浑善达克沙地6种灌木生物量模拟

在干旱半干旱区,乔木比较稀疏或难以存活,灌木往往在植被群落中占有很大的优势地位,其生态功能及生态学意义尤其值得重视。浑善达克沙地疏林草地是沙地顶级植物群落,其中乔木稀疏分布,而灌木在沙甸以及沙陇背风坡呈密集分布。灌木在固定沙丘、改良土壤、提供栖息地等方面具有重要的生态意义,其生物量组成也在沙地植被群落中占有很大比重。已往的研究中,灌木相比乔木通常处于次要地位,对灌木的研究尚不充分,灌木生物量的模拟方法亦多采用乔木生物量的模拟方法。然而灌木形态结构与乔木有明显差异,专门针对灌木的生物量模拟方法研究尚不多见。以6种沙地灌木为样本,基于异速生长模型,对比了若干地表测量指标对灌木生物量的预测能力,其中设计了一种更贴近灌木实际形态的圆台体积作为新的预测指标。研究结果表明:(1)在单因素指标中,相比高度和地径,冠幅与灌木生物量的相关性更强。(2)相比单因素指标,复合指标与灌木生物量之间的相关性更强。其中冠幅相关的复合指标更优于地径相关的复合指标。这预示着冠幅以及冠幅相关的复合指标对灌木生物量具有较好的预测能力。(3)圆台体积能进一步提高对灌木生物量的预测能力。相关分析和拟合评价结果显示,圆台体积与灌木生物量的相关性更强,拟合误差较小,并且对于不同的灌木种类,其相关性和拟合精度表现出较高的稳定性。这意味着圆台体积对于不同的灌木种类,均具有较好的生物量预测效果。因此建议,在灌木属性测量较为充分的情况下,圆台体积是更为理想的预测指标,而在测量不充分情况下,冠幅及其相关复合指标更适宜进行灌木生物量预测。研究结果最终建立了6种沙地灌木的圆台体积-生物量的异速生长模拟方程,为进一步研究沙地灌木的碳储量以及灌木在半干旱植物群落中的生态意义提供科学基础。     

西安市4种城市绿化灌木单株生物量估算模型

以西安市常见的4种绿化灌木(小叶女贞、雀舌黄杨、紫叶小檗、大叶黄杨)为研究对象,利用不同函数和自变量构建单一物种的器官及个体生物量估算模型,筛选出相关性最高、拟合度最好的模型作为生物量最佳估算模型.结果表明： 4种灌木各器官及个体生物量最优估算模型除大叶黄杨叶生物量模型为对数函数(VAR)模型外,其余无论是器官生物量模型还是个体生物量模型均为幂函数(CAR)模型.模型包含的自变量有基径、植株冠幅直径、植株冠幅直径与株高乘积、植冠面积和植冠体积.大叶黄杨和其他3种灌木在自变量选取上有着明显不同.大叶黄杨生物量模型主要以基径为自变量,其他3种灌木生物量模型主要以与冠幅相关的因子为自变量.
     

井冈山自然保护区12种常见灌木生物量的估测模型

灌木生物量模型是估测灌木生物量的重要方法之一。以井冈山自然保护区林下12种常见灌木为研究对象,根据树高（H）和地径（D）两个形态因子作为变量,进行回归分析构建模型。通过对比判别系数R 2的大小,筛选最佳生物量估测模型。方程W=a＋b X12 X2、W=a＋b X＋c X 2和W=a X b在模拟生物量时相关指数均较高,为0.904-0.991,达到极显著水平,可用于实际生物量估测,而方程W=a＋b X、W=a＋b X1＋c X2和W=a＋b ln X在模拟灌木生物量时结果较差。利用此类方法建立的生物量模型,精度高,简便易行,对以后估算井冈山自然保护区灌木生物量和碳储量具有十分重要的意义。     

帽儿山地区1983—2016年森林景观空间点格局及其关联动态性

研究森林景观空间格局及其动态,对于维持森林生态系统的稳定性以及森林经营方案的制定具有重要意义.基于帽儿山实验林场1983、1993、2004和2016年共4期二类调查数据,利用Programita软件(2010版)中的O-ring统计方法对该林场的森林景观空间格局及其关联性动态进行定量分析.结果表明: 1983—2016年间,区域内软阔混交林所占面积比例均呈下降趋势,天然蒙古栎林景观所占面积比例先增加后降低,而硬阔混交林、落叶松人工林、樟子松人工林所占面积比例呈增加趋势.研究期间,软阔混交林、硬阔混交林、天然蒙古栎林的空间聚集尺度均呈减小趋势,聚集分布的范围由0～7 km缩小到0～3 km,之后随着尺度范围的增大逐渐转变为随机分布或均匀分布;落叶松人工林在较小尺度范围均表现为聚集分布,而随着尺度范围增大表现为随机分布或均匀分布,且均匀分布的尺度范围逐渐增大、随机分布的尺度范围逐渐变小;樟子松人工林聚集分布的尺度虽然也集中在小尺度范围内(0～4 km),但分布范围呈显著增大趋势.总体上,大部分景观类型之间的空间关联性在小尺度范围内呈现负关联性,随着尺度增大逐渐变为无关联性或正关联性;仅少数景观类型间(如1983年落叶松人工林与樟子松人工林)的关联性在小尺度范围内为正关联性,随着尺度范围增大逐渐变为无关联性.1983—2016年间,各景观类型之间的空间关联性动态呈现不同的变化规律,是帽儿山地区各项经营管理措施的综合体现.     

帽儿山地区落叶松人工林CO2通量特征及对林分碳收支的影响

2008年,采用涡度协方差法测定了黑龙江省尚志市帽儿山地区落叶松人工林的CO₂通量,并于生长季(5—10月)不同月份测定了落叶松叶片光合日变化.结果表明: 不同时间段环境因子变化对落叶松人工林净生态系统交换量的影响存在差异,下午(12:00—24:00) 的净生态系统交换量对其饱和蒸汽压亏缺的变化反应较上午(0:00—12:00)迟钝;上午光能利用效率为0.6284 mol·mol^-1,是下午的1.14倍;随温度上升,上午净生态系统交换量的增幅是下午的1.5倍(气温>15 ℃).这种差异使落叶松林净碳交换量的88%在上午完成,而下午仅完成净碳交换量的12％;上、下午生态系统生产力分别占全天的60%和40%,上午叶片的光合能力为下午的3倍.落叶松人工林全年净生态系统交换量在263～264 g C·m^-2,生态系统呼吸在718～725 g C·m^-2,总初级生产力在981～989 g C·m^-2.     

帽儿山不同年龄森林土壤呼吸速率的影响因子

为探明东北温带森林恢复过程中土壤呼吸(R_S)的变化趋势及其影响因子,在帽儿山选取皆伐后天然更新恢复的4个年龄(1a、10a、25a和56a)林分进行了1年的野外原位测定。结果表明:(1)皆伐后天然更新恢复1年、10年、25年和56年林分的年R_S通量差异显著(P0.05),分别为686.5、639.7、733.3、762.3g C m~(-2)a~(-1);其中生长季(5月─10月)和非生长季的R_S通量也存在显著差异,均呈现出随林龄增加先减后增的趋势。全年、生长季和非生长季R_S随林龄变化的变异系数分别为7.6%、6.3%和21.1%,表明非生长季R_S通量的变异性加大了全年R_S通量的差异。(2)4个年龄林分的Rs季节变化趋势相似,且其主控因子均随季节而变:6月─8月Rs与土壤含水率呈二次函数关系(R~2波动在56%─79%之间),其余时段则与土壤温度呈指数函数关系(R~2波动在85%─93%之间)。(3)不同年龄林分生长季R_S与0─20cm土层有机碳(SOC)密度呈正相关关系(R~2=0.434,P0.05),而非生长季R_S与同期土壤5cm温度呈正相关关系(R~2=0.959,P0.01)。本研究区森林皆伐导致R_S降低,随皆伐后森林恢复R_S不断增加,其主导驱动因子是SOC密度的增加和非生长季土壤温度的变化。     

帽儿山天然次生林内主要木本植物空间格局及更新特点

基于帽儿山次生林1 hm²样地的调查数据,将林分分为幼苗(树高H<30 cm)、幼树(H在30～130 cm或H>130 cm同时胸径DBH<5 cm)、中树(DBH 5～10 cm)、大树(DBH≥10 cm)4个大小级,运用O-ring点格局分析方法,分析帽儿山地区次生林内主要木本植物整体及树种人工补植红松、三大硬阔(水曲柳、胡桃楸、黄菠萝),以及榆树的各大小级空间格局及其关联性,探讨该地区次生林更新演替动向,为该地区森林的可持续经营提供依据.结果表明: 样地内更新幼苗2894株·hm^-2,幼树3337株·hm^-2,林分整体更新情况一般.对林分整体而言,幼苗分别与大树、中树和幼树在0～25 m、0～15 m、0～40 m的空间尺度上呈显著正相关,而在其余尺度上均呈显著负相关;幼树与大树、中树分别在0～15 m、0～25 m空间尺度上呈显著正相关,而在其余尺度上无显著关联;大树与中树则在所有尺度上均无相关性.对林分内优势树种而言,红松大树与幼树在所有尺度上主要呈负相关,而三大硬阔、榆树大树与幼树均以不相关为主.人工补植红松幼树与三大硬阔及榆树的各大小级在研究尺度上表现为以负相关为主,三大硬阔和榆树幼树与其他优势种各大小级只在20 m尺度内呈现负相关;三者两两之间在中树及大树阶段在20 m以上的尺度均不相关.帽儿山天然次生林还处于演替的进程当中,在今后的森林资源管理过程中,应当采取积极的人工干预措施促进林分更新,并适时对不合理的空间格局进行调整.     

Gas exchange and water relations of two Rocky Mountain shrub species exposed to a climate change manipulation

Gas exchange and water relations responses to warming were compared for two shrub species, Artemisia tridentata spp. vaseyana (Asteraceae), a widely distributed evergreen species of the Great Basin and the western slope of the Rocky Mountains, and Pentaphylloides floribunda (Rosaceae), a deciduous shrub limited in distribution to moist, high-elevation meadows. Plants were exposed to an in situ infrared (IR) climate change manipulation at the Rocky Mountain Biological Laboratory, near Crested Butte, CO. Measurements of gas exchange and water relations were made on the two species in July and August, 1993 from plants growing in situ in infrared-heated and control plots. Carbon dioxide uptake, water loss, leaf temperature, water use efficiency, and water potential were compared to test the hypothesis that leaf and soil responses to IR will cause leaf level changes in photosynthesis. Photosynthetic CO₂ uptake and water use efficiency increased for A. tridentata (2.9 vs. 1.9 mol m^–2 s^–1 and 1.2 vs. 0.7 mmol C/mol H₂O) in the heated plots compared to the controls, while water potential was significantly lower in the heated plots (–1.1 vs. –0.5 MPa). The heating treatment decreased rates of photosynthesis for P. floribunda, but not significantly so. For A. tridentata, the results are consistent with the community-level changes observed with heating. Taken together, the evidence suggests that global warming is likely to result in increasing dominance of A. tridentata in subalpine meadow habitat now dominated by forbs.     

Biomass estimation models and allocation patterns of 14 shrub species in Mountain Luya,Shanxi, China

Aims Shrub species have evolved specific strategies to regulate biomass allocation among various organs or between above- and belowground biomass and shrub biomass model is an important approach to estimate biomass allocation among different shrub species. This study was designed to establish the optimal estimation models for each organ (leaf, stem, and root), aboveground and total biomass of 14 common shrub species in Mountain Luya, Shanxi Province, China. Furthermore, we explored biomass allocation characteristics of these shrub species by using the index of leaf biomass fraction (leaf to total biomass), stem biomass fraction (stem to total biomass), root biomass fraction (root to total biomass), and root to shoot mass ratio (R/S) (belowground to aboveground biomass).
Methods We used plant height, basal diameter, canopy diameter and their combination as variables to establish the optimal biomass estimation models for each shrub species. In addition, we used the ratios of leaf, stem, root to total biomass, and belowground to aboveground biomass to explore the difference of biomass allocation patterns of 14 shrub species.
Important findings Most of biomass estimation models could be well expressed by the exponential and linear functions. Biomass for shorter shrub species with more stems could be better estimated by canopy area; biomass for taller shrub species with less stems could be better estimated by the sum of the square of total base diameter multiply stem height; and biomass for the rest shrub species could be better estimated by canopy volume. The averaged value for these shrub species was 0.61, 0.17, 0.48, and 0.35 for R/S, leaf biomass fraction, stem biomass fraction, and root biomass fraction, respectively. Except for leaf biomass fraction, R/S, stem biomass fraction, and root biomass fraction for shrubs with thorn was significantly greater than that for shrubs without thorn.     

模拟降水减少对帽儿山地区兴安落叶松径向生长的影响

以2004年在小兴安岭帽儿山地区栽植的兴安落叶松(Larix gmelinii)为研究对象,在2012年,经过100%减雨、50%减雨、冬季除雪和对照4种处理,在控雨的前期(6月)和后期(8月)用微生长锥取样利用石蜡切片方法测量扩大细胞的径向长度和数量。在10月末用生长锥取样,打磨后测量成熟管胞的径向长度和数量,进而分析降水减少对兴安落叶松径向生长的影响。结果表明:在帽儿山地区,生长季温度与兴安落叶松径向生长显著正相关,降水在生长季后期为负相关。大树芯成熟管胞测定表明,3块样地综合而言,除雪组成熟管胞数量最多,其次是对照组,50%减雨组和100%减雨组成熟管胞数量最少;管胞径向长度在各个处理组之间差异不显著。但是,在3块样地中,成熟管胞数量和径向长度在相同处理间测定结果有差别,样地1的100%减雨组、50%减雨组、除雪组和对照组中成熟管胞数量随土壤湿度增加而增加,径向管胞长度差异不明显;样地2的除雪组中成熟管胞径向长度显著小于其他3个实验组,而50%减雨组、100%减雨组和对照组的成熟管胞径向长度和数量均差异不显著;样地3中4个实验组的成熟管胞数量均差异不显著,成熟管胞径向长度100%减雨组略小于其他3个实验组,这与样地3遮阴较大、土壤湿度较高有关。石蜡切片的形成层扩大细胞分析表明:在减雨处理的初期(6月份),样地3在扩大细胞的数量上,随着不同处理间土壤湿度的减小而减少。在减雨处理的后期(8月份),样地1扩大细胞的数量随着不同处理间土壤湿度的减小而减少。研究结果表明降水减少会对兴安落叶松径向生长产生影响,其影响程度取决于微环境条件的差异,且不同时期降水减少的影响也有差异。     

基于地理加权回归克里格模型的帽儿山地区森林碳储量空间分布

森林碳储量对于全球气候变化具有重要影响,以往的模型估算未考虑到模型残差的空间相关性和碳储量数据的非平稳性,影响模型的预测精度.本研究基于东北林业大学帽儿山实验林场的ETM+遥感影像数据和193块固定样地,利用地理加权克里格回归(GWRK)建立森林碳储量与遥感和地形因子的回归模型,同时对比最小二乘模型(OLS)、地理加权回归模型(GWR)的预测精度.结果表明: 对于帽儿山地区的森林碳储量估算,GWRK的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)低于OLS模型和GWR模型,GWRK模型的平均误差(ME)低于GWR模型,与OLS模型相近.GWRK模型的预测精度为83.2%,较OLS模型(73.7%)和GWR模型(77.3%)分别提高6%和10%,拟合精度明显提高,说明GWRK模型是森林碳储量估算的有效方法.利用GWRK模型预测的研究区森林碳储量平均值为70.31 t·hm^-2,在海拔较高的地区,森林碳储量值相对较高,说明海拔对其有较大影响.