近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响

近自然化改造作为森林新增碳汇的最有希望的选择之一,将如何通过改变林分结构影响林分生物量和生产力进而影响林分固碳能力和潜力目前尚不清楚,因此,了解近自然化改造对人工林生物量及其分配的影响,对人工林生态系统碳管理具有重要意义。以马尾松近自然化改造林(P(CN))、马尾松未改造纯林(P(CK))、杉木近自然改造林(C(CN))和杉木未改造纯林(C(CK))4种人工林为研究对象,采用样方调查和生物量实测的方法,分析4种林分生物量差异,旨在揭示近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响。结果表明:马尾松杉木人工林近自然化改造通过调整林分结构显著提升马尾松和杉木人工林生物量和生产力,8a后马尾松和杉木林分生物量分别增加46.71%和37.24%。乔木层生物量在林分生物量总量中占主导地位(95.48%-98.82%),并对林分生态系统总生物量变化起决定性作用。林分生物量和生产力的增加主要因为近自然化改造改变了林分群落结构,进而提高了乔木层生产力。研究结果表明,合理的经营措施不仅可以改善林分结构,提升林分生产力,并可为增强植被固碳能力创造有利条件。     

基于自稀疏理论的杉木人工林密度指标研究

量化林分密度是精准林业实现的基础。选择合适的林分密度指标用于杉木人工林的模拟和预测研究。基于同一套数据构建3个林分密度指标,根据这些指标的理论分析和动态变化规律进行选优。理论上,Reneike林分密度指数(SDI)和Curtis相对密度(RD)可互相转换,SDI可作为Nilson密度(SD)指标的特例;杉木人工林分的实证结果表明,SD指标的动态变化规律优于传统的SDI和RD密度,更能反映林分的生长规律;而且具有与立地质量不相关的比较优势。Nilson密度指标可用来模拟和预测杉木人工林的生长和收获。     

不同发育阶段杉木人工林对土壤微生物群落结构的影响

采用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE),分析土壤细菌16S rDNA和土壤真菌28SrDNA特异性片段多态性,研究了不同发育阶段杉木人工林对土壤微生物群落结构的影响.结果表明:土壤微生物群落结构随着杉木人工林的发育年龄而改变,杉木人工林土壤微生物群落多样性和丰富度随杉木生长发育显著增加(P<0.05),但均显著低于次生阔叶林(P<0.05);聚类分析表明,不同发育阶段杉木人工林土壤真菌群落相似性均<60%,而土壤细菌群落相似性最高可达65%,由此可推测不同发育阶段杉木人工林土壤真菌群落结构变化较土壤细菌群落结构变化剧烈;相关性分析表明,不同发育阶段杉木人工林土壤速效氮、碳氮比与土壤微生物群落多样性显著相关(P<0.05).本研究表明,长期种植单一杉木人工林能够通过改变土壤理化性质来影响土壤微生物群落组成,进而影响森林生态系统养分循环,导致人工林林分生产力下降.     

亚热带不同林分土壤矿质氮库及氮矿化速率的季节动态

以亚热带地区天然林、格氏栲人工林和杉木人工林为对象,采取PVC管原位培养连续取样法,对不同林分土壤净氨化速率、净硝化速率及净氮矿化速率进行为期一年(2014年9月—2015年8月)的研究,分析林分类型和季节动态对土壤矿质氮库和净氮矿化速率的影响.结果表明: 硝态氮是该地区土壤矿质氮库的主要存在形式,天然林和杉木人工林土壤硝态氮含量分别占总土壤矿质氮库的55.1%～87.5%和56.1%～79.1%,林分间土壤铵态氮含量差异不显著,硝态氮含量差异显著,其中格氏栲人工林土壤硝态氮含量显著低于天然林和杉木人工林.土壤硝态氮库和矿质氮库在不同月份间差异显著,在植物非生长季节(10月至次年2月)较大,在植物生长季节(3—9月)较小.各林分全年土壤净硝化速率均较低,净氨化速率是净氮矿化速率的主要存在形式,林分类型对土壤净氨化速率有显著影响,其中杉木人工林显著低于天然林和格氏栲人工林.月份对土壤净氨化速率有显著影响,各林分土壤净氨化速率变化规律不一致,但均在11月和2月达到一年中的最低值.重复测量方差分析显示,林分类型和季节动态对土壤矿质氮库及氮矿化速率均有显著影响.温度和水分是影响土壤矿质库及氮矿化速率的重要因素,凋落物对土壤氮矿化速率的影响主要是通过质量控制而非数量控制.     

基于经验模型和机理模型的杉木人工林生物量估测对比研究

为了揭示间伐干扰下杉木人工林生物量的变化规律,研究利用江西省吉水县石阳林场的36块杉木人工林样地的实测数据和研究区气候数据,通过基于经验的引入地位指数(SI)的生物量生长方程组和基于机理的3-PG模型,模拟并预估林分生物量,分析在间伐和非间伐的情况下,不同立地的林分其生物量0-50a的变化。结果表明:(1)构建了生物量生长方程组,并在参数a、b、c中引入地位指数SI,发现改进后的模型对于基础模型拟合精度更高,且对数似然比检验表明,改进效果显著(P<0.05)。(2)通过对3-PG模型预测精度验证发现,预估值和实测值之间有很高的一致性,各因子的决定系数(R²)在0.65-0.96之间,其中,胸径和树高的R²均高于0.92;各因子的平均相对误差(MRE)不超过26%。(3)通过比较经验模型和机理模型的生物量预测发现,经验模型的预测误差MRE为16.50%,机理模型为23.52%,经验模型预估精度更高。进一步对未来预测对比分析表明,机理模型预估值高于经验模型。(4)两个模型模拟的杉木人工林生物量规律一致,即随着林龄的增加,杉木人工林林分总生物量均表现出先快速增加,后逐渐平稳的趋势;并且间伐不会改变这种趋势,但间伐林分在间伐后的生物量生长速率高于无间伐林分。此外,由于SI对经验模型影响显著,改进模型拟合效果更好,更具有生态学意义。参数化后的3-PG模型模预估精度较高,能够为江西杉木人工林生长规律研究提供依据。虽然经验模型和机理模型在对研究区杉木人工林生物量的预估上均具有较好的表现,但各具特点和局限性。经验模型参数较易获得,且经验模型预测生物量、林分胸高断面积和林分平均树高的R²、MRE均优于机理模型;但模型对于建模数据内的评价效果较好,对于建模数据外的应用具有局限性,即经验模型更适合模拟生长期间的某一阶段的林分生物量。机理模型虽然需要的参数较多,但是考虑了生态学原理,弥补了经验模型的不足,可较好解释和模拟环境因子对树木生长的影响,对校正数据之外生长阶段的林分生物量预测更有优势。     

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。     

干扰树间伐对杉木人工林林分生长和林分结构的影响

在浙江临安选择26年生杉木人工林进行干扰树间伐,以不间伐为对照,间伐3 a后,研究干扰树间伐对林分生长和林分结构的影响.结果表明:间伐3 a后,间伐林分单木平均胸径和单株平均材积生长量均显著高于对照,分别是对照林分的1.30和1.25倍;目标树的胸径和单株材积生长量均显著高于间伐林分一般树以及对照林分目标树和一般树,表明不同保留木对间伐的响应不一致.间伐后目标树的平均最近距离显著增加,生长空间较一般树明显扩大,目标树竞争压力释放显著,仅为间伐前的68.2%.间伐林分的林木株数仅为对照林分的81.5%,但蓄积生长量两者无显著差异.间伐3 a后,间伐林分14 cm径阶及以上林木株数提高了18.0%,显著高于对照林分的12.0%,表明干扰树间伐有利于较大径阶林木的生产.林木总体分布格局趋向于随机分布,符合林木分布格局随生长变化的一般性规律.干扰树间伐促进了杉木人工林的林分生长,优化了林分结构,有利于目标树的持续快速生长和较大径级林木的生产.     

樟子松人工固沙林稳定性的研究

提出了人工林稳定性的内涵及其评价标准．分析了影响沙地樟子松人工林稳定性的各种干扰因子,通过对沙地樟子松人工林造林成活、生长情况、对不良外界环境的抗御能力、林分寿命、林分结构和生产力的综合评价分析,认为沙地樟子松引种人工林基本上是稳定的;而生长在立地较好的丘间低地的林分,其稳定性大于沙丘顶部的林分;从抗枯梢病角度看,幼林的抗性大于中林;从林分密度和生产力角度来看．红花尔基沙地樟子松林稳定性高于章古台．     

厄尔尼诺及南方涛动对杉木生长影响的研究

通过对２０多年来ＥＮＳＯ事件的发生与杉木人工林胸径生长关系的研究,探讨全球气候异常对林生长动态的影响。结果表明：厄尔尼诺及南方涛动杉木人工林胸径生长存在显著影响（α＝０．１０）。以南方涛动为自变量,建立杉木人工林胸径生长模型,模拟精度达９３．６１％,为林木生长预测提供了新途径。     

杉木人工林林分叶面积动态变化规律

叶面积与树木生长密切相关,是量化树木潜在生产能力的重要因子,其动态变化直接驱动林木生长的变化,但目前学者们对于林分叶面积动态变化规律却持有不同的观点。以亚热带不同气候区杉木人工林为研究对象,基于54个样地,共144株解析木的数据,采用6种生长方程通过非线性混合效应模型分别构建杉木单木叶面积模型和林分密度模型,将二者相乘得到林分叶面积动态变化模型,进而探究其动态变化规律。结果表明,以样地作为随机效应因子,考虑Logistic方程a参数上的随机效应,同时不考虑异方差结构的混合模型(样地水平)作为单木叶面积的最优模型;以地区作为随机效应因子,考虑Logistic方程a参数上的随机效应,同时不考虑异方差结构的混合模型(总体平均水平)作为林分密度的最优模型;林分叶面积动态变化呈单峰形式,幼龄阶段增长较快,达到峰值后迅速下降,之后下降幅度减少。本研究在考虑林分自然稀疏的前提下从生长模型的角度证明了杉木林分叶面积动态变化呈单峰型,而非达到顶峰后保持不变,同时也表明林分叶面积达到顶峰后下降是由于林分密度的降低引起的。研究结果对于合理经营不同气候梯度的杉木人工林具有重要意义。     

粤北不同经营措施对人工林年均固碳量的影响

基于粤北林农参与林业碳汇项目的人工林调查数据,分析了粤北不同经营措施对人工林年均固碳量的影响;并运用代表当地普遍经营水平所模拟的材积生长方程计算得出常规经营模式下的杉木碳储量,与参与林业碳汇项目情景所监测的杉木碳储量进行比较。结果表明,不同经营方式下的试验林的年均固碳量具体表现为VI（1.5667 t·hm^-2）-2）-2）-2）-2）-2）-2）,采用科学合理经营模式下的人工林与采用粗放经营模式下的人工林相比较,年均固碳量相对较高;试验林II、III 和IV 的年均固碳量总体呈III IV II 的趋势,而它们的林分密度总体呈III IV II 的趋势,在当地采用了更高林分密度的杉木人工林,其林分的年均固碳量反而较低;杉木的监测碳汇量与预估碳汇量相比有22%-53%的增长,参与林业碳汇项目的杉木人工林碳储量高于当地普遍经营水平的碳储量。该研究有助于了解粤北不同经营措施的人工林固碳情况以及促进林业碳汇的发展。     

造林密度对杉木幼林生长及空间利用的影响

为了探讨不同造林密度对杉木人工林林分生长及林分空间利用的影响,选取福建省三明市福建农林大学莘口教学林场8年生不同造林密度(2400、3100、3400、4200和4400株·hm-2)杉木人工纯林为研究对象,对林分平均胸径、树高、枝下高、冠幅、单株叶面积、根幅、根深和根系密度等指标进行调查,结果表明:随着造林密度的增大,杉木林分平均树高、胸径、单株材积和蓄积量均呈现先增大后减小的规律,造林密度为3400株·hm-2时平均树高达到最大值(9.87 m),造林密度为3100株·hm-2时林分平均胸径和平均单株材积均最大,林分蓄积量最大值出现在4200株·hm-2。随着密度的增大,林分枝下高逐渐增高,冠幅、单株叶面积和叶面积指数逐渐减小。造林密度为2400株·hm-2时,林分枝下高最低,冠幅、单株叶面积和叶面积指数均最大。杉木根幅和单株根量逐渐减小,根深和粗根密度逐渐增大,而细根密度则先增大后减小,最大值出现在3400株·hm-2。随着年龄的增长,个体间空间竞争激烈,林分密度过大会限制林木群体的生长发育。在林分生长过程中,适时采用间伐、抚育等措施,可使人工林各发育阶段形成合理的群落空间结构,从而获取最大的木材收益。     

杉楠混交与人工杉木林自养机制的恢复

自养机制的形成是人工林可持续经营的目标之一.本研究通过混交模拟杉木人工林不同恢复阶段林分,观察比较发现从退化的杉木林阶段到地带性树种比例较低的混交林、地带性树种比例较高的混交林和地带性树种纯林阶段凋落量、N、P、K、Ca和Mg5种元素的归还量逐渐增加,特别是5种养分元素的循环速率也不断增大,其中N、Mg的循环速率由杉木纯林的0.1左右增大到火力楠纯林的0.5以上,与此同时林分土壤有机质含量和养分含量也不断增加,表明退化杉木人工林在恢复过程中随着林内地带性火力楠树种混交比例的增加,林分的自养机制逐渐获得重建.从杉木人工林可持续经营角度来看,杉阔混交比例的确定应以林分自养机制的形成和土壤养分状况的改善为标准.     

中亚热带4种森林凋落物量、组成、动态及其周转期

为研究亚热带次生林保护对森林生态系统养分循环等功能过程的影响。采用凋落物直接收集法,比较湘中丘陵区3种次生林(马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎+青冈常绿阔叶林)和杉木人工林的凋落物量、组成特征及其周转期。结果表明:4种林分年凋落物量在414.4—818.2 g m-2a-1之间,3种次生林显著高于杉木人工林,3种次生林两两之间差异不显著,落叶对林分凋落物量的贡献最大,占林分凋落物量的59.9%—66.6%。杉木人工林和南酸枣落叶阔叶林的凋落物量月动态变化呈"双峰型",马尾松+石栎针阔混交林、石栎+青冈常绿阔叶林呈"不规则型"。优势树种的凋落物量对其林分凋落物量的贡献随林分树种多样性的增加而下降,杉木、马尾松凋落物量的月动态与其林分凋落物量的月动态基本呈一致变化趋势,但南酸枣、青冈、石栎没有一致的变化趋势。杉木人工林凋落物分解率最低(0.31),周转期最长(3.2 a),南酸枣落叶阔叶林分解率最高(0.45),周转期最低(2.2 a),凋落物的分解速率和周转随林分树种多样性增加而加快。可见,次生林凋落物量大,且分解快,周转期短,有利于养分归还和具有良好地力维持的能力。     

一种高生产力和生态协调的亚热带针阔混交林——杉木火力楠混交林的研究

 通过八年杉木针阔混交林的综合定位研究,筛选出一种高生产力和生态协调的人工林一以8杉木2火力楠为优势的混交林。林分的蓄积量和乔木层贮存的能量分别比杉木纯林高13.7%和11.3%,杉木火力楠混交林提高了林分的光能利用率,改善了林内小气候;增加了林地有机质的含量;促进了土壤中有益微生物的繁衍和土壤理化性质的改良,提高了土壤肥力和蓄水保水能力;增强了林分对害虫自我抑制能力。     

辐射变化对中亚热带杉木人工林净CO2交换的影响

太阳总辐射是影响森林生态系统碳交换的重要因子.为认识辐射变化对杉木人工林碳交换的影响,本研究利用开路式涡度相关系统和气象梯度观测系统测得的CO2通量和气象因子长期定位监测数据,用晴空指数(kt)表示太阳辐射情况,分析了kt对中亚热带杉木人工林生长季(4-10月)净C02交换(NEE)的影响.结果 表明:晴天时的太阳总辐...     

杉木根系分泌物化感作用研究

对一代杉木纯林、二代杉木纯林和杉楠混交林中杉木根系分泌物化感作用进行了研究 ,结果表明 3种林分杉木根系分泌物都降低了杉木幼苗的鲜重、胚根长度和胚芽长度 ,抑制了杉木幼苗的生长。其中不同林分类型的杉木根系分泌液对杉木种子幼苗生长的抑制程度之间的关系是 :一代≈二代 >混交。     

不同林龄、树种落叶松人工林径向生长与气候变化的关系

研究人工林径向生长与气候变化的关系对全球气候变暖背景下人工林合理经营有着重要的意义。该文对在辽东山区广泛栽培的黄花落叶松(Larix olgensis)和日本落叶松(Larix kaempferi)人工林, 运用树木年轮气候学方法建立了辽宁草河口和湾甸子林场落叶松人工林年表, 分析了落叶松径向生长对气候变化的响应以及气候条件、树种、立地条件和林分因子(林龄、密度、蓄积量等)的相对影响程度。结果发现在影响年轮-气候关系的因素中, 气象因子的潜在蒸发散(PET)的影响力最大; 林龄、密度和蓄积量同时也具有重要的影响作用。中龄落叶松人工林径向生长主要与气温呈正相关关系, 成熟落叶松人工林径向生长主要与气温呈负相关关系; 而其他因素, 如树种、立地条件等的影响作用不大。这表明在气候变暖背景下随着林龄增加, 林分会逐渐受到气温升高导致的水分亏缺的限制, 导致明显的生长下降趋势, 因而气候变暖对成熟落叶松人工林威胁更为严重, 所以要注重对成熟林的优先保护, 同时可以预测, 随着东北地区今后气候进一步变暖, 可能将逐步影响到林龄更小的林分的生长, 因此需要进一步研究如何在落叶松人工林经营中采取科学的措施来更好地应对未来气候变化。     

不同林龄、树种落叶松人工林径向生长与气候变化的关系

研究人工林径向生长与气候变化的关系对全球气候变暖背景下人工林合理经营有着重要的意义。该文对在辽东山区广泛栽培的黄花落叶松(Larix olgensis)和日本落叶松(Larix kaempferi)人工林,运用树木年轮气候学方法建立了辽宁草河口和湾甸子林场落叶松人工林年表,分析了落叶松径向生长对气候变化的响应以及气候条件、树种、立地条件和林分因子(林龄、密度、蓄积量等)的相对影响程度。结果发现在影响年轮-气候关系的因素中,气象因子的潜在蒸发散(PET)的影响力最大;林龄、密度和蓄积量同时也具有重要的影响作用。中龄落叶松人工林径向生长主要与气温呈正相关关系,成熟落叶松人工林径向生长主要与气温呈负相关关系;而其他因素,如树种、立地条件等的影响作用不大。这表明在气候变暖背景下随着林龄增加,林分会逐渐受到气温升高导致的水分亏缺的限制,导致明显的生长下降趋势,因而气候变暖对成熟落叶松人工林威胁更为严重,所以要注重对成熟林的优先保护,同时可以预测,随着东北地区今后气候进一步变暖,可能将逐步影响到林龄更小的林分的生长,因此需要进一步研究如何在落叶松人工林经营中采取科学的措施来更好地应对未来气候变化。     

间伐对杉木人工林碳储量的长期影响

间伐改变了林分环境,影响林木生长及碳储量,准确评估间伐后人工林碳储量变化对碳汇林业的发展具有重要意义.在浙江开化采用下层间伐法,开展了3种间伐处理(对照、中度和强度间伐)对22年生杉木人工林碳储量及其组分分配影响的研究.强度间伐(总间伐强度50%)和中度间伐(总间伐强度35%)均在第7年和第14年进行共计2次间伐,对照在林木生长中期(第14年)进行1次轻度间伐(间伐强度15%).结果表明： 树干碳储量的比例随间伐强度增大而增加,树枝、叶和根碳储量的比例则略有降低,表明间伐有利于树干碳储量的累积.中度和强度间伐处理杉木人工林乔木层碳储量随间伐强度增加而减小,碳储量分别为对照的89.0%和83.1%.第1次间伐后2 a乔木层碳储量显著减少,第2次间伐后8 a,间伐处理乔木层碳储量恢复速率较快,强度间伐乔木层碳储量增量接近对照.林下植被层、凋落物层和土壤层碳储量在不同间伐处理间差异不显著.对照、中度和强度间伐杉木人工林系统总碳储量分别为169.34、156.65和154.37 t·hm^-2,不同间伐处理间差异不显著.可见,试验区杉木人工林间伐15 a后不会导致生态系统总碳储量降低.