森林生态学(七):森林生态系统和环境保护(1)

森林生态系统是维护陆地生态平衡的主要支柱,对保护人类生活、生存的环境起着重要的作用,近年来关于森林减轻环境污染的研究,使人们对森林保护环境作用的认识日益加深,故世界各国都很重视保护和扩大森林资源。一、森林生态系统对二氧化碳循环的影响最近二十年来,在夏威夷、纽约、阿拉斯加、瑞典、澳大利亚和南极等地,精确监测了大气中CO_2浓度的变化,已充分证实了大气圈     

森林水文学：全球变化背景下的森林与水的关系

森林水循环是陆地水循环中的重要组成部分,不但影响森林植被的结构、功能与分布格局,还影响地球表面系统的能量收支、转换和分配,在陆地生态系统的碳氮平衡过程中发挥着重要作用。森林生态系统的水文功能不仅是其服务功能的重要组成部分,而且对系统生产力、养分循环等其它功能产生影响。森林与水分循环间的关系早在20世纪初就受到关注,     

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。     

红松林和采伐迹地的水量平衡分析

森林水量平衡是研究森林植被中水分的运动规律,对水分的收入和支出系统进行定量分析。水是森林生态系统中能量和物质循环的主要载体,也是影响森林生产力的重要的生态因子。研究森林水量平衡可以比较全面地认识水的分配状况,以揭示水在运动中所具有的各种形式之间的内在联系,从而使森林生态环境朝着人们所期待的方向转化。 森林水量平衡国内外很多学者曾进行过广泛的研究(William等,1967;中野秀章,1976;     

森林生态学(四):森林生态系统的生产力(2)

三、森林生态系统的生产力各种森林生态系统的生产力由于所处环境条件、年龄阶段及经营集约程度等不同,存在很大差别。由大范围来看,森林生态系统中以热带雨林的净第一性生产力和生物量为最高,随着热量的减少而渐次减少,以北方针叶林为最低。根据日本、欧美对大量森林生态系统的生产力的调查,亦可得出类似的结论(表5),森林生态系统的净第一性生产力明显地受热量     

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。     

森林生态学(三):森林生态系统的生产力

森林生态系统生产力的研究是国际生物学规划(INTERNATIONAL BIOLOGY PROGRAM简写为IBP)的重要研究内容。生态系统生产力的研究自六十年代以来,发展迅速,甚至成为生态学中一个新的领域——生产生态学(PRODUCTION ECOLOGY)。森林生态系统的生产力是森林生物与环境相互作用的结果,也是森林生态系统结构与功能的综合表现。定量研究森林生态系统各个成分的生产力     

森林生态系统微量元素循环及其影响因素

森林生态系统微量元素循环受制于森林中地下部分土壤环境条件和地上部分凋落物周转、穿透雨性质以及林火等重要生态过程.文中重点对森林生态系统地上部分微量元素循环及其影响因素进行了综合评述.文献资料显示,在大多数森林生态系统中,凋落物和穿透雨是保证林木微量元素营养供应和平衡的重要来源,而火烧、环境污染和施肥等也会对一些森林生态系统微量元素循环产生重要影响.凋落物分解的调控机理、全球变化及环境污染对微量元素循环过程的影响、退化生态系统恢复和重建过程中微量元素平衡等应是今后森林生态系统微量元素循环研究的重点.     

飓风和台风对沿海地区森林生态系统的影响

飓风和台风是影响热带和温带沿海区域的主要灾害性气候之一,飓风和台风对于森林生态系统的影响是生态学关注的课题。综述了飓风和台风登陆对于森林生态系统树木和林分的危害影响形式及主要影响因素,着重举例阐述了树种和森林类型是影响台风危害程度的一个重要因素。分析了目前国际上开展的关于飓风和台风登陆对于森林生态系统碳、氮循环的影响,结果表明飓风、台风干扰导致的森林凋落物输入量、凋落物分解速率以及森林碳储存量动态变化较为复杂,与森林类型、林分空间位置以及台风过后的时间段密切相关。飓风引起的森林受损的恢复途径和机理与树冠受损严重程度直接相关,并受到光和水分条件的影响,及时的开花、结果以及充足的土壤种子库对森林植被恢复具有促进作用。在景观和区域尺度量化飓风和台风对沿海地区森林生态系统的影响也日益引起关注,在这方面,整合气象数据、遥感数据和地面调查的模型模拟方法起到重要的作用。今后应加强对于我国东南沿海地区森林生态系统遭受台风影响损失的生态监测和长期定位研究,加强关于台风对于不同森林生态系统类型和不同树种的危害形式和危害程度的研究,以及台风对于森林生态系统碳、氮循环影响的研究,弥补我国在以上领域的空白。     

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。     

中国森林生态系统N平衡现状

由于N饱和生态系统的出现,森林生态系统作为环境污染储蓄库的认识受到挑战。收集了近十余年来全国各地森林N素循环的研究资料,通过对目前大气N沉降、森林生物固N、森林生态系统N的流失、淋失、挥发等各项收支参数的分析,借助农田养分收支平衡的估算思路和方法对全国森林生态系统N平衡进行了估算。结果表明,我国森林生态系统N的输入大于输出,全国森林生态系统年容纳大气N约为736万t,其中约176万t来自于大气N沉降,约599万t来自于生物固N。而进入到森林生态系统中的N约16万t固定在木材中用以维持森林蓄积的增加,其余绝大部分则保存于森林土壤,使得森林土壤全N含量大约以每年0.002%的速率增长。但不断增加的N素输入并未导致森林生态系统N饱和,全国的森林蓄积仍保持增长的趋势,森林生态系统在N的生物地球化学循环过程中起着重要的调节作用,仍是环境N的储蓄库,对于调节气候,防治污染具有重大作用。     

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.     

中国典型森林生态系统土壤水分时空分异及其影响因素

森林土壤水分作为物质与能量循环的载体影响林木生长与发育,并通过影响水分在陆气之间的循环与分配影响区域气候。基于我国不同气候带的9个森林生态系统定位观测站的长期观测数据,探究了2005-2016年中国典型森林生态系统土壤水分的空间分异及其时间动态,并进一步分析了影响其时空分异的环境因素。主要研究结论如下：（1）9个森林生态系统的土壤水分多年均值介于12.45%-36.30%之间,空间上呈现中温带、亚热带、热带土壤水分较高,暖温带土壤水分较低的分布特征。降水蒸散差（降水与蒸散的差值）可以解释我国森林生态系统土壤水分空间分异的62%（P<0.05）;（2）我国北部与东部季风区森林区域土壤水分呈上升趋势,降水上升是主因,其中暖温带北京、南亚热带鼎湖山与鹤山森林土壤水分上升趋势显著,增幅分别为0.67%/a、1.72%/a与0.69%/a;西南地区森林生态系统土壤水分呈下降趋势,该趋势由降水下降与蒸散上升共同导致,其中中亚热带贡嘎山及哀牢山森林生态系统土壤水分下降趋势显著,降幅分别为-1.77%/a与-0.94%/a;土壤水分时间分异与降水蒸散差的相关性最高（R=0.59,P<0.01）;（3）土壤水分呈下降趋势的森林生态系统中,春季土壤水分变化主导了年际变化,土壤水分上升的森林生态系统中,年际变化则是由秋、冬季主导。（4）与ERA-interim土壤水分再分析数据比较得出,两者在空间格局与变化趋势上均具有较高的一致性。CERN土壤水分观测数据反映了无人为干扰的自然条件下森林土壤-植被-气候之间的反馈作用,可为基于模型的土壤水分研究提供长时序的验证数据。     

菌物在森林生态系统中的功能和作用研究进展

 综述了菌物在森林生态系统中的功能和作用方面的研究进展,表明菌物是森林生态系统中不可忽视的重要组成部分,对森林生态系统的建立、演替、稳定、物质循环和能量流动等都具有重要的影响。菌物与植物的共生是植物起源和森林形成的基础,而且是森林健康发展的关键;菌物在森林中的分解作用和对土壤母岩的风化作用是生物地球化学循环的重要环节,且菌体本身是森林中的主要碳、氮汇成员;菌物多样性是森林物种多样性和生态稳定的决定因素之一,其多样性的丧失可以直接影响森林的生态系统乃至加剧地球的大气温室效应。菌物在我国森林保护和可持续发展以及生态环境建设上具有重要的位置。     

森林生态系统碳氮循环功能耦合研究综述

在大气CO2浓度升高和氮沉降增加等全球变化背景下,森林生态系统减缓CO2浓度升高的作用及其对全球变化的响应和反馈存在诸多不确定性.森林生态系统碳氮循环相互作用及功能耦合规律的研究是揭示这些不确定性的基础,也是反映森林生态系统生物产量与养分之间作用规律,涉及林地持久生产力（sustainability of long-term site productivity）的生态学机理问题.森林生态系统碳氮循环的耦合作用表现在林冠层光合作用的碳固定过程,森林植物组织呼吸、土壤凋落物与土壤有机质分解、地下部分根系周转与呼吸等碳释放过程,这些过程存在反馈机理和非线性作用,最终决定森林生态系统的碳平衡.着重在生态系统尺度上,综述了碳氮循环耦合作用研究的一些进展与存在的问题,对今后研究方向进行了展望.     

森林生态系统碳水关系及其影响因子研究进展

森林生态系统的碳水关系是陆地生态系统碳循环和水循环相互耦合的作用过程,对研究森林碳汇、森林生态水文过程和全球变化响应有重要意义.在全球变化背景下,森林生态系统碳水关系已成为生态水文学领域中的一个热点科学问题.本文在总结国际上森林碳汇研究的基础上,概述了森林碳水关系的过程机制,包括森林水分利用效率、不同尺度上的碳水关系、尺度推绎和碳水关系的模拟研究方面的进展;总结了影响森林碳水关系的因子和研究进展,包括水分条件、CO₂浓度升高、增温、氮沉降、臭氧浓度变化、辐射因子和海拔梯度因子对森林碳水关系的影响;最后对已有研究存在的问题进行了初步分析,并对未来研究内容和方向进行了展望.     

镁同位素在森林生态系统研究中的应用

镁元素是常量元素之一,也是生物维持生命活动的重要物质之一。含镁矿物的风化产物经河流输送到达海洋,并在此过程参与生态系统的物质循环,最终通过碳酸盐沉淀重新成岩,这一过程与全球的碳循环密切相关。近年来,随着非传统金属同位素体系的不断完善,以及MC-ICP-MS(多接收器电感耦合等离子质谱仪)的使用,镁同位素的测试精度与便利程度都有提升,镁同位素因为其广泛参与化学风化过程以及与生命活动密切相关,从而成为示踪表生环境中物质来源与各类生物地球化学过程的有效工具。因此,研究镁同位素在各类生态系统中的组成特征与分馏机理,可以帮助我们了解生态系统内发生的各类地球化学过程,进而探寻全球物质循环与气候变化规律。本文系统阐述了森林生态系统中各组分镁同位素的组成和分馏的影响因素,提出了目前森林生态系统研究存在的问题,并基于现有研究成果对未来森林生态系统中镁同位素的研究方向进行了探讨。     

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.     

森林流域生态水文过程动力学机制与模拟研究进展

水文过程是联系气候变化和森林生态系统时空变化的关键因素．未来的气候变化和人类大尺度活动将影响森林流域生态系统与水文过程的变化,森林流域生态与水文过程耦合、生态系统水文过程动力学机制研究在认识和调控生态资源及其合理利用、区域生态恢复,以及社会经济可持续方面均具有重要意义．森林流域生态系统中的水文过程可分为降雨截留、蒸散和产汇流过程．森林流域生态与水文耦合过程边界条件的确定,土壤表面特定水文过程的参数化,降雨、土壤水分运动和植被的动态耦合作用,分布式模型的应用以及森林生态水文过程动力学机制与调控等将是今后生态水文动力学过程研究的重点,综述了森林流域生态水文过程动力学机制与调控的研究进展。     

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。