长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用研究

用密闭静态箱式法观测了长白山阔叶红松林生态系统生长季中的土壤呼吸作用。结果表明, 长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用日动态呈单峰曲线, 在 18∶0 0左右达到最大值。土壤呼吸作用在生长季中的动态呈单峰曲线, 7月最大。 6、7、8、9各月平均土壤呼吸作用分别为 0.2 2、0.32、0.2 3和 0.13gC·m-2 ·h-1。温度升高可以提高土壤呼吸作用强度, 地下 5cm的土壤温度比气温更能准确地反映土壤呼吸作用的动态变化 ;土壤水分含量在一定范围内增加可使土壤呼吸作用强度增加, 但水分过多也会对土壤呼吸产生抑制作用而导致土壤碳排放减少。     

长白山阔叶红松林的温度效应

森林温度特征的研究是揭示森林生态系统功能、评估森林环境效益的基础.对2004年长白山阔叶红松林林内外空气温度和土壤温度进行了观测,结果表明:林内外空气温度、土壤温度明显不同.白天林内气温一般低于林外,夜间高于林外.昼间气温差夏季较大,7月平均差值为1.6 ℃;夜间气温差冬季较大,1月平均差值为1.5℃.空气温度和土壤温度的日振幅总是林内小于林外,7月空气温度日振幅林内比林外低1.7℃,4月土壤温度日振幅林内比林外低5.8℃.     

长白山阔叶红松林夏季温度特征研究

森林是陆地生态系统的重要组成部分 ,而森林生态系统的生产、呼吸等生态过程都受温度的制约。对森林温度特征的研究 ,是揭示森林生态系统功能 ,评估森林对环境综合效益的基础。早在 2 0世纪初 ,德国学者Ｇｅｉｇｅｒ[8] 就作了赤松林气温日变化研究 ,随之 ,后人也作了大量的相关工作 ,对森林温度特征认识逐步深化[1～ 3,5,7] 。长白山阔叶红松林是我国东北东部中温带湿润气候区最重要的森林植被类型 ,是中国东北样带东部最典型的生态系统。它对调节气候 ,稳定生态平衡有着重要作用。此研究通过对长白山阔叶红松林林内空气温度与土壤温度进行…     

长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用

选择处于全球变化中国东北样带东部典型生态系统的长白山阔叶红松林作为研究区,采用动态气室-CO₂红外分析法测定了森林生态系统不同退化阶段的土壤呼吸作用.结果表明：在生长季,长白山阔叶红松林不同退化阶段的土壤呼吸动态变化呈单峰型曲线,在7-8月达到最大值;不同退化阶段林地土壤呼吸大小顺序为：杨桦林＞蒙古栎林＞阔叶红松林＞硬阔叶林＞裸地.其中,杨桦林和蒙古栎林样地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的1.4和1.3倍,硬阔叶林和裸地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的88%和78%.     

山杨白桦混交次生林与原始阔叶红松林土壤呼吸作用比较

 比较利用静态箱式法测定长白山原始阔叶红松林(Pinus koraiensis)和次生杨桦混交林的土壤呼吸作用表明,两者土壤呼吸作用的日动态均主要受温度影响,次生林土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较原始林提前1～2 h;两者具有明显的季节动态,其中8月土壤呼吸速率最大;在生长季,土壤呼吸速率与土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;生长季(5～9月)次生林土壤释放CO₂量(3 449.4 g·m^－2)约为原始林(2 674.4 g·m^－2)的1.3倍,这可能是由于次生林内具有比原始林较高的温度和较低的土壤含水量,更有利于根系生长代谢和土壤微生物的活动引起的。     

长白山阔叶红松林的生态价位

森林生态系统的众多服务功能在近年来受到国际社会的广泛关注,生态系统服务评价方法和案例在国内外也有很多研究.在我国实施天然林保护工程的背景下,基于生态系统服务评价的思路,提出生态价位的相关概念和等级划分方法,并以长白山阔叶红松林为对象,进行了初步研究.生态价位是某生态系统的生态系统服务价值的大小程度,根据现实情况和研究目的不同,具体可以衍生出基本生态价位、现实生态价位、潜在生态价位及生态价位差的概念.应用这一组概念,不通过直接评价某一类型或某一地区的生态系统的各种服务价值,而是以相对比较的方式说明研究对象的生态价值的大小程度和分布特征.在长白山自然保护区和森林资源保护较好的两个林场范围内,选取不同群落和物理环境特征的典型阔叶红松林生态系统样地进行了调查,并对劲松林场进行区域性生态系统调查.研究结果表明在自然状态下,阔叶红松林的生态价位可以用基本生态价位表示,采用群落生物量作为基本生态价位的划分标准,分为4级BEVL Ⅰ,群落生物量0～120 t/hm2;BEVL Ⅱ,群落生物量120～240 t/hm2; BEVL Ⅲ, 群落生物量240～360 t/hm2; BEVL Ⅳ, 群落生物量>360 t/hm2;对受到人为干扰的阔叶红松林,则根据其所处物理环境、群落结构组成及人为干扰程度3方面8个主要因子,采用层次分析法得到森林生态系统服务价值综合指数(EI),据此将现实生态价位划分为3级REVL Ⅰ,综合指数1.000～1.874,REVL Ⅱ,综合指数1.874～2.749;REVL Ⅲ,综合指数2.749～3.623;对于由于人为干扰造成的生态系统质量下降的阔叶红松林,在计算综合指标的过程中假定群落结构组成处于最佳状态而无人为干扰,根据上面标准,可划分潜在态价位等级PEVL并计算生态价位差DEVL,据此分析造成生态价位下降的原因及相应的管理技术;在区域尺度,通过趋势面分析技术,将样地点的现实和潜在生态价位等级扩展到整个调查区域,从而可以分析区域生态系统服务下降的程度并提出相应的经营规划和管理对策.对典型样地的计算表明生态价位差与现实生态价位评价指数的比值最高达28.9%,该类型的生态系统服务价值可提高的空间巨大;对区域生态价位变化的分析表明,由于不合理人为干扰的存在,40%以上立地的生态价位等级发生改变,大大降低了该地区的森林生态系统的服务功能.对生态价位假说的初步研究为长白山阔叶红松林的保护和经营提供了一条新思路.     

长白山阔叶红松林蒸散量的测算

2001年7－9月应用水量平衡法对长白山阔叶红松林蒸散量进行了测定,同时应用波文比（BREB）法对其蒸散量进行了估算,两种方法得到的总蒸散量分别为288.18mm和214.94mm,均小于该时段的降雨量301.9mm。通过两种方法分别得出了各月平均日蒸散量,并通过第二种方法计算出每日的蒸散量及每日不同时刻的蒸散速率,从而对水量平衡法和BREB方法测算阔叶红松林蒸散量的可行性及其精度进行了验证。     

长白山阔叶红松林土壤无机氮空间异质性

利用地统计学方法,研究了长白山阔叶红松林内土壤表层(0～10cm)铵态氮和硝态氮的空间异质性.结果表明:长白山阔叶红松林内土壤表层铵态氮和硝态氮的半方差函数可用球状模型或高斯模型拟合.土壤表层铵态氮和硝态氮的空间分布均呈现中等程度的空间自相关,结构比范围分别在0.70%～41.47%和32.26%～52.66%;铵态氮的空间自相关尺度小于硝态氮,变程分别为8.87和9.76m.土壤表层铵态氮和硝态氮在空间上呈斑块状分布;铵态氮的空间异质性程度高于硝态氮,硝态氮与土壤水分呈显著负相关关系(r=-0.3743,P0.05),而铵态氮与土壤水分无显著的相关关系.     

长白山阔叶红松林太阳辐射分光谱特征

根据对林冠上方和林下太阳辐射的观测及气象站资料,分析了长白山阔叶红松林太阳辐射分光谱特征。结果表明,长白山阔叶红松林区太阳总辐射、直接辐射、散射辐射的光合有效辐射系数有一定的日变化和年变化,年平均值分别为０．４６、０．４３、０．５６。阔叶红松林中不同树种的单叶对于太阳总辐射的反射率、透射率、吸收率的平均值分别为２７．０％、２３．４％、４９．６％。单叶的分光谱反射、透射和吸收的特点是,单叶对紫外辐射     

长白山阔叶红松林生长季反射率特征

根据长白山阔叶红松林气象观测塔上太阳总辐射和反射辐射资料 ,计算了 2 0 0 1年 5月 2 2日～10月 14日森林下垫面的每日整点反射率 .结果表明 ,森林的反射率与太阳高度角有关 ,在太阳高度角很小的日出和日落附近反射率较高 ,太阳高度角大于 30°时反射率变化不大 ,反射率的日变化曲线为U形 .森林的反射率与天空状况有关 ,晴天条件下低太阳高度时的反射率高值明显 ,U形曲线突出 ,昙天时曲线两端高值相对较低 ,U形曲线也相对平坦 ,阴天的日变化曲线则没有明显的规律 ,在某范围内波动 .生长季反射率的变化特点为 6月上旬较高 ,6月下旬稍有下降 ,7～ 9月较稳定 ,10月上旬则逐渐下降 ,反映了冠层叶片物候变化特征 .     

长白山红松针阔混交林与开垦农田土壤呼吸作用比较

利用静态箱式法测定长白山红松(Pinus koraiensis)针阔混交林及其开垦农田的土壤呼吸作用。结果表明,两者土壤呼吸作用的日动态和季节动态均主要受温度影响,农田土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较林地提前,最大值出现在12∶00左右,比林地提前6 h左右,最小值在凌晨5∶00左右,早于林地2~3 h;在生长季,土壤呼吸速率与10 cm土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;农田土壤温度高于林地,但在整个生长季(5~9月)林地土壤释放CO₂量(2 674.4 g·m^-2)约为农田(1 285.3 g·m^-2)的2倍;观测期间,农田土壤呼吸速率占林地的比例范围在23.4%~76.3%之间,说明土壤呼吸作用还受不同土地利用方式下植被类型等的影响。农田和红松针阔混交林土壤呼吸作用的Q₁₀值分别为3.07和2.92,农田土壤呼吸作用的Q₁₀ 值估计可能偏大。森林转变为农田后,环境、生物因子以及土壤养分含量和物理性质发生改变,共同影响土壤呼吸作用的强度和动态特征。     

长白山自然保护区阔叶红松林林隙干扰状况的研究

 本文研究了长白山自然保护区阔叶红松林林隙干扰的基本规律,得到了描述林隙干扰状况的一些重要参数。结果表明扩展林隙在阔叶红松林中所占的面积比例是27.36％,而实际林隙所占的面积比例为13.05％,林隙干扰的频率每年约为0.15％;林隙的分布格局是均匀式的。形成林隙最重要的方式是掘根风倒,其次为干基折断;大多数的林隙都是由1～4株形成木形成的,林隙形成木主要是由红松、水曲柳、蒙古栎和紫椴组成;阔叶红松林的主林层乔木在直径为40～60cm和高度为25～30m时,形成林隙的可能性最大。     

小兴安岭南坡红松林动态模拟

用林窗模型研究了小兴安岭南坡红松针阔混交林长期动态变化过程。通过有效性检验证明所得模型能够合理地预测森林的组成、结构和动态。以经营数据估计模型的参数后,运行模型模拟１２个树种６００ａ的演替动态,结果表明次生裸地的森林在几个世纪后能恢复到以红松为主的针叶树占优势的群落,演替呈现为树种组成差别很大的３个阶段：第１个阶段为０到７０ａ,这时阳性先锋树种在群落中占据优势,无论树种组成,生物量,生产力,阳性树种占的比例都最大;第２个阶段为７０～３００ａ,在这个阶段中,硬阔叶树占优势,呈现了树种多样性最大的一个阶段,阳性阔叶树种还未退去,耐阴针叶树种已开始增多;第３个阶段为３００ａ之后,针叶耐阴树种开始在群落中占据优势,并且整个群落的树种组成、生物量和生产力变化很小,林分的各种特性呈现具有一定波动的相对稳定态。     

长白山阔叶红松林样地(CBS)：群落组成与结构

 阔叶红松(Pinus koraiensis)林是中国东北地区的地带性植被,长白山区是阔叶红松林的核心分布区。参照巴拿马Barro Colorado Island (BCI) 50 hm² 热带雨林样地的技术规范,于2004年在长白山自然保护区的阔叶红松林内建立了一块25 hm²的固定样地（简称CBS）,这是目前中国科学院生物多样性委员会中国森林多样性动态研究网络中最北端的一块,也是全球温带地区最大的一块森林样地。2004年夏的第一次调查结果表明,样地内胸径≥1 cm的木本植物有52种,隶属于18科32属。总的独立个体数为38 902,包括分枝的总个体数为59 121。植物组成上属典型的长白山植物区系,同时混有一些亚热带和亚寒带成分。群落优势种明显,个体数最多的前3个种的个体数占到总个体数的60%,前14个种占到95%,而其余38个种只占到5 %。从物种多度、 胸高断面积、平均胸径和重要值来看,群落成层现象显著,具有比较明显的优势种。主要树种的径级结构近似于正态分布或双峰分布,而次林层和林下层树种则表现出倒 “J" 形或 “L"形。红松、紫椴(Tilia amurensis)、蒙古栎(Quercus mongolica)、 水曲柳(Fraxinus mandshurica)、色木槭(Acer mono)和春榆(Ulmus japonica )几个主要树种的空间分布随物种、径级的变化表现出不同的分布格局,其它一些树种的分布格局也表现出一定的空间异质性。     

基于模型数据融合的长白山阔叶红松林碳循环模拟

 充分、有效地利用各种陆地生态系统碳观测数据改善陆地生态系统模型, 是当前我国陆地生态系统碳循环研究领域亟待解决的重要问题之一。该研究以2003~2005年长白山阔叶红松林的6组生物计量观测数据和涡度相关技术测定的碳通量数据为基础, 利用马尔可夫链-蒙特卡罗方法对陆地生态系统模型的关键参数(即碳滞留时间)进行了反演, 进而预测了长白山阔叶红松林生态系统碳库、碳通量及其不确定性。反演结果表明, 长白山阔叶红松林叶凋落物和微生物碳的平均滞留时间最短, 为2~6个月; 其次是叶和细根生物量碳, 二者的平均滞留时间为1~2 a; 慢性土壤有机碳的平均滞留时间为8~16 a; 碳在木质生物量和惰性土壤有机质库中的滞留时间最长, 平均滞留时间分别为77~109 a和409~1 879 a。模拟结果显示, 碳库和累积碳通量模拟值的不确定性将随着模拟时间的延长而增大。当气温升高10%和20%时, 长白山阔叶红松林总初级生产力年总量将分别增加6.5%和9.9%, 净生态系统生产力(NEP)年总量的变化取决于土壤温度的变化。若土壤温度保持不变, NEP年总量将分别增加11.4%~21.9%和17.6%~33.1%; 若土壤温度也相应升高10%和20%, NEP年总量的增幅反而下降甚至低于原来的水平。假设气候和植被保持在2003~2005年的状态, 2020年长白山阔叶红松林NEP年总量为(163±12) g C·m^–2·a^–1, 土壤呼吸年总量为(721±14) g C·m^–2·a^–1。马尔可夫链-蒙特卡罗方法是反演模型参数、优化模拟结果和评估模拟结果不确定性的有效方法, 但今后仍需在惰性土壤碳滞留时间的估计、驱动数据和模型结构的不确定性分析、模型数据融合方法方面进行深入研究, 以进一步提高碳循环模拟的准确性。     

红松阔叶林中红松种子的分布及更新

天然阔叶红松林的红松种子经过动物活动的处理,在林内呈四个层次的垂直分布．其中在地被物下是以簇状埋藏着,数量相当多,尤其在红松密林中高大树木的周围,这些簇状分布的种子成为红松天然更新的基础。在次生阔叶林中红松种子埋藏量则很小。而埋藏位置与红松幼苗适生生境的不吻合是红松天然更新的主要障碍。     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤呼吸季节和昼夜变化特征及影响因子比较

 由于受到多种生物和非生物因素的影响,土壤呼吸在不同时间尺度上的动态变化可能不一致。对不同时间尺度的土壤呼吸动态变化的研究有助 于深入了解土壤呼吸变化的机理,也有利于精确推算土壤碳的排放。采用红外CO₂分析法测定哀牢山中山湿性常绿阔叶林季节间(2004年4月～ 2005年3月)和昼夜间 (2004年7、9和11月及2005年1、3和5月共6次)的土壤呼吸。哀牢山中山湿性常绿阔叶林中土壤呼吸的季节变化显著,其中 湿季(5～10月)的土壤呼吸高于干季(11月～翌年4月),全年土壤呼吸的平均值为0.442 g CO₂&;#8226;m^－2&;#8226;h^－1。6 次测定的土壤呼吸日变化模式并不 相同,7和9月、翌年1和3月夜间土壤呼吸大于昼间土壤呼吸,11月和翌年5月则相反;5、7和9月昼夜间的土壤呼吸最大值与最小值的差异比11 月、翌年1和3月的测定结果大。季节间土壤呼吸与土壤温度(p=0.000)和土壤含水量(p=0. 007) 均有显著的指数相关,土壤温度可以解释土壤 呼吸变化的56.1％,土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的11.1％。不同季节测定的土壤呼吸日变化与土壤温度、气温和土壤含水量则没有显著 的指数相关。由土壤呼吸与土壤温度拟合的指数方程计算Q₁₀值,在温度为 5.9～16.6 ℃内,全年土壤呼吸的Q₁₀值为4.53,在温度为5.9～ 11.0 ℃内,干季土壤呼吸的Q₁₀值为7.17,在温度为10.3～16.6 ℃内,湿季土壤呼吸的Q₁₀值为2.34。在不同时间尺度上,生物和非生物因素 对哀牢山中山湿性常绿阔叶林的土壤呼吸表现出不同的影响。土壤呼吸的季节变化主要受非生物因子温度和水分变化的调控,而土壤呼吸的昼 夜变化则可能主要受植物的生理活动周期性等生物因素的影响。通过温度的指数函数关系,用土壤呼吸的瞬时值来推算土壤呼吸的日通量和年 通量时,需要考虑温度和水分外的其它生物因子的影响。     

林窗模型BKPF模拟红松针阔叶混交林群落对气候变化的潜在反应

用森林动态模型ＢＫ荭松针阔叶混交林群落在气候变化和ＣＯ２倍增后的反应得出,在气候变化５０ａ后现存的天然红松林林木总株数减少２０％以上,地上部分生物量将减少９０％以上,蒙古栎的生物量占锯林分的５７％以上,林分生产力与现在气候条件下比较接近,略高４％,但主要以蒙古栎、山杨、白桦为主,林分叶面积指数大幅度减少。