兴安落叶松(Larix gmelinii)林林窗分布规律的小波分析研究

采用小波分析的方法对黑龙江省大兴安岭兴安落叶松林的林窗分布进行分析,研究结果表明：兴安落叶松林样带内计算林窗分布百分率小波变换的最佳尺度为１０ｍ 。林窗分布的疏密变化尺度为２０ｍ 左右,在样地中２０×２０ｍ ２的小区域内具有较为稳定的分布特点。在样带中林窗分布呈斑块状,且斑块分布随样带的海拔的升高呈间断性分布。小波分析被证明是植被空间格局研究的简捷可靠的新方法。     

兴安落叶松(Larix gmelinii)光合能力及相关因子的种源差异

为认识我国北方森林的优势树种--兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)光合作用对环境变化的响应和适应特征,在其自然分布区内选择地理和气候差异显著的6个种源,采集种子并播植于其分布区南界的均一立地条件下26a后,测定针叶的光合能力及其相关因子,比较种源间差异及其随月份和冠层位置的变化.结果表明:最大净光合速率(Pmax)、表观光量子效率(AQY)、比叶重(LMA)和单位叶面积氮含量(Na)的种源差异显著(p<0.05),变化幅度分别为6.10～8.78 μmol CO2 · m-2 · s-1、0.0325～0.0427 μmol CO2 ·μmol-1photons、85.1～114.3 g · m-2和1.72～2.26 g · m-2.但是光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(Rd)和单位面积叶绿素含量(Chla)的种源差异不显著,平均值分别为61.2 μmol photons · m-2 · s-1、1093 μmol photons · m-2 · s-1、2.34 μmol CO2 · m-2 · s-1和0.12 g · m-2. Pmax、Chla、Na和LMA两两之间均呈极显著正相关(p<0.001).随树冠从下往上升高,Pmax、LCP、Na和LMA呈逐渐增高的趋势,这种垂直变化格局受种源的显著影响.除AQY之外,种源对光合能力及其相关因子的月份变化格局没有显著影响,多表现为7月低-8月高-9月低的变化格局.研究展示的兴安落叶松针叶的光合能力及其一些相关因子的种源间差异可能是其光合机构对种源地环境条件长期生理适应的结果.     

兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)叶片养分的空间分布格局

对中国东北温带森林生态系统主要树种兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)24个采样点72个叶片样品有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)和全钾(K)的化学组成、地理分布格局及其与气候因子的关系进行了研究.结果表明,叶片C、N、P和K含量的几何平均数分别为543.970、16.902、2.373mg/g和14.625mg/g,且叶片的C含量>N含量>K含量>P含量;叶片的C/N、C/P和N/P分别为32.183、229.226和7.123.随纬度的增加、年均温度和年均降雨量的降低,兴安落叶松叶片C、N含量和N/P显著降低,叶片C/N和K含量显著升高,叶片P含量和C/P的变化没有达到显著水平.叶片N含量随纬度与年均温度的变化与全球及其它大尺度的研究结果相反,而N/P与其一致,这与在该区域的其它物种的研究结果基本一致.这可能是由于在本研究区域北部寒温带越往高纬度地区年均温度和年均降雨量越低、生长季越短,因此成土作用弱导致植物可以吸收利用的养分越少,但是由于植物显著降低的N含量和变化不明显的P含量导致了叶片N/P随纬度的增加和年均温度和年均降雨量的降低而降低,这与全球尺度的研究结果一致.兴安落叶松叶片养分分布格局与全球尺度和中国区域研究结果的差异说明了加强区域叶片养分特征研究的重要性.叶片养分与气候因子的显著线性相关说明气候因子是影响叶片养分特征的一个主要因子.     

大兴安岭北部兴安落叶松(Larix gmelinii)林下穿透雨空间分布特征

森林冠层对降雨的水量和水质再分配是生态水文学研究的热点问题之一。为了研究兴安落叶松林下穿透雨的空间分布规律,探究森林冠层结构对穿透雨影响的生态机制,利用在兴安落叶松林下布设38个雨量筒,测定19场不同降雨事件的穿透雨数据(2013年7—8月),通过统计学方法分析冠层结构各因子与穿透雨的空间变异性规律,结果表明:观测期间,兴安落叶松林穿透雨量为148.3 mm,占同期大气降雨量的80.62%,穿透雨率随着降雨量的增加呈增加趋势;兴安落叶松林下穿透雨具有较大空间异质性,其变异程度随降雨量的增加而减小,以对数方程拟合较好(P0.01);冠层结构特征是影响穿透雨空间变异的重要因素,冠层复杂程度与穿透雨量呈负相关关系(P0.01);距树干距离、冠层厚度、叶面积指数等因素均可影响穿透雨的空间分布,以距树干距离影响最大,其与穿透雨率呈正相关关系(P0.01),而冠层厚度、叶面积指数则均与穿透雨率呈负相关关系(P0.01),但拟合效果不佳;从影响穿透雨的生态学机制来考虑,在冠层结构特征因子中,冠层厚度是决定穿透雨空间分布的最主要因素。     

大兴安岭林区兴安落叶松人工林土壤有机碳贮量

通过样地调查,研究了大兴安岭林区10、15、26和61年生兴安落叶松人工林0～ 40cm土壤有机碳(SOC)贮量,以及原始兴安落叶松林皆伐后营造人工林过程中SOC碳源/汇的变化.结果表明:随林龄的增加,兴安落叶松人工林SOC贮量呈现先减少后增加的趋势,转折点在林龄15 ～26 a.与原始落叶松林相比,兴安落叶松人工林土壤碳库初期(10 ～26 a)表现为碳源,之后逐渐转变为碳汇,林龄61 a时SOC贮量达158.91· hm-2.兴安落叶松人工林土壤碳库的垂直分布表现为初期下层SOC贮量高于上层,26 a后上层高于下层,说明人为干扰对该地区森林土壤碳库垂直分布产生了强烈的影响.大兴安岭林区兴安落叶松人工林的主伐年龄以＞60 a为宜.     

兴安落叶松(Larix gmelini)幼中龄林的生物量与碳汇功能

兴安落叶松是我国的主要用材林,由于传统上对木材的长期依赖,使得其资源受到破坏,年龄结构发生改变,成过熟的原始林日渐减少,绝大部分是次生的幼中龄林。因此,研究其幼中龄林的生物量及碳汇功能很重要。森林生物量与森林生态系统的固碳能力密切相关,生物量与碳储量的多少直接影响到森林生态系统的功能,因而生物量与碳储量问题成为不同尺度生态学研究的热点。以我国大兴安岭兴安落叶松林为研究对象,通过样地调查,并结合我国森林资源清查资料对内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松林的幼中龄林的生物量转换因子（BEF）、生物量及碳储量、碳密度、碳汇功能等进行了估算。通过实测数据及模型分析,得出以下基本结论：研究对象的BEF在0．4557与0．6988之间变动,平均值为0．5332。干、皮、枝、叶各组分生物量的分配比为：68．74：14．86：10．54：5．86。分别树干、树皮、枝、叶等组分,对其生物量与蓄积量的关系进行了拟合,建立了多组分生物量蓄积量的相关模型,分别是：干：y=0．4683x-11．291;皮：y=0．0472x＋3．5674;枝：y=0．0415x＋1．6787;叶：y=0．0197x＋1．3405,均有很好的线性关系。地上生物量随蓄积量的增加而增加,其线性关系为：B=0．5767V-4．7042。利用近期清查数据,按材积源生物量法推算总生物量为9．49×10^7t,按0．5097的含碳率计算,得出兴安落叶松林幼中龄林总的碳储量为4．84×10^7t,碳密度为19．616t／hm^2。通过两期数据对比分析,5a间所研究林分的碳储量增加0．89×10^7t,碳密度增加0．404t／hm^2,说明其发挥着一定的碳汇作用。尽管近年来大兴安岭兴安落叶松林表现出了明显的碳汇功能,但整体上碳固定能力还不强,碳密度低于我国平均森林碳密度。应通过科学经营,挖掘潜力,使大兴安岭地区的森林生态系统在全球碳循环中发挥更大的作用。     

兴安落叶松天然林生物量及生产力的研究

 依据生物量标准木237株、解析木814株以及355块标准地实测材料对内蒙古大兴安岭林区三个气候区兴安落叶松天然幼、中龄林的生物量和净初级生产力进行了分析比较。结果表明,兴安落叶松天然林的生物产量明显受热量带的影响。残差分析证实了VAR模型lnW =lna+blnD+cD或lnW=lna+bln D2H+CD2H在估测兴安落叶松天然林生物量方面的应用价值,该模型对相对生长率随D或D2H呈线性变化的情况更为适合。本文还给出了各气候区适宜的林分密度和叶面积指数范围。     

剪叶损伤与昆虫取食对兴安落叶松(Larix gmelinii)针叶中缩合单宁诱导作用的差异

单宁是植物内与抗虫性相关的重要次生代谢物质.为了研究昆虫取食及剪叶诱导对兴安落叶松(Larix gmelinii)针叶内缩合单宁含量的影响,用剪叶法和落叶松毛虫(Dendrolimus superans)幼虫取食处理5年生兴安落叶松苗,以香草醛-盐酸法测定其剩余健康针叶内缩合单宁含量的变化.结果表明:(1)处理后1～10d,剪叶4枝75%,8枝50%、75%,12枝25%、50%、75%及虫伤4枝75%的兴安落叶松健康针叶内的缩合单宁含量均明显高于对照(P<0.01),15d时,剪叶8枝75%,12枝50%的兴安落叶松针叶内的缩合单宁含量仍高于对照(P<0.05),说明剪叶与虫伤处理均能诱导缩合单宁含量增加.(2)剪叶4枝75%,8枝50%,12枝25%、75%的处理之间,诱导的缩合单宁含量差异不显著(P>0.05).剪叶8枝75%,12枝50%诱导缩合单宁含量增加幅度比其它剪叶处理大,且诱导持续时间长.说明剪叶程度虽能影响缩合单宁含量,但二者并不呈线性关系.(3)剪叶4枝75%在5d时诱导缩合单宁含量最高,虫伤4枝75%在10d时诱导缩合单宁含量最高,说明剪叶诱导的缩合单宁含量高峰早于虫伤处理.但处理后1～10d,剪叶及虫伤4枝75%的落叶松针叶内缩合单宁含量均明显高于对照(P<0.01或P<0.05),之后与对照差异不显著(P>0.05),说明在受到诱导处理后,兴安落叶松产生应激反应,使其针叶内缩合单宁含量在一定时间内先增加,后逐渐恢复到正常水平.由上可见,可以采取适当的损伤处理取得与昆虫取食相似的兴安落叶松抗性反应.     

兴安落叶松天然林碳储量及其碳库分配特征

兴安落叶松天然林作为大兴安岭林区的主要植被类型,在森林生态系统碳循环中具有重要的作用。在大兴安岭林区选择不同林龄的兴安落叶松天然林,调查其乔木、灌草、枯落物和土壤,并结合已建立的单木异速生长方程分别计算其碳储量,以期为明确该地区碳库动态及其碳库分配特征提供参考。结果表明,兴安落叶松天然林总碳储量随林龄的增加逐渐增大,由幼龄林到过熟林分别为140.46、186.63、208.64、308.62和341.03 Mg C/hm2,整体表现为碳汇,这主要与乔木碳储量随林龄的增加逐渐增大有关;乔木碳库的变化范围为45.44—212.67 Mg C/hm2,且其占总碳储量的比例也随林龄的增加逐渐增大,由幼龄林的32.60%到过熟林的62.36%;灌草碳储量占总碳储量的比例较小,仅为0.48%—0.93%;枯落物碳库在过熟林中较多,为26.11Mg C/hm2,这与过熟林较少的人为干扰有关;土壤碳储量以幼龄林最小,成熟林最高,分别为78.06和131.93 Mg C/hm2,但这与我国其他地区天然林相比均较低,这与该地区较浅的土壤发生层有关;土壤碳储量随林龄的变化并不明显,但其占总碳储量的比例却随林龄的增加逐渐减小,由幼龄林的56.01%减小到过熟林的29.35%。     

大兴安岭兴安落叶松和樟子松径向生长对气候变化的响应差异

大兴安岭是我国气候变化最为显著的地区之一,兴安落叶松和樟子松是该地区最为重要的树种,研究它们径向生长对气候变化的响应差异,可以为预测气候变化下我国北方森林动态提供科学依据。在大兴安岭地区选择6个样点共采集兴安落叶松树轮和樟子松树轮样芯451个,建立了12个标准年表。比较了1900年以来树木径向生长趋势,利用Pearson相关分析法分析各样点兴安落叶松和樟子松生长对气候因子的响应,运用线性混合模型探讨温度和降水对兴安落叶松和樟子松年径向生长的影响,通过滑动相关对比两个树种生长-气候关系的时间稳定性。结果表明: 兴安落叶松径向生长与3月平均温度呈负相关,与上一年冬季和当年7月降水呈正相关。樟子松径向生长与当年8月温度呈正相关,与当年生长季(5—9月)降水呈正相关。冬季降雪对兴安落叶松径向生长起到重要的促进作用,夏季过多降水对樟子松径向生长起到显著的限制作用。兴安落叶松和樟子松生长对气候变化的响应存在明显差异,因此,气候变化可能会影响北方森林生态系统的树木生长、物种组成以及空间分布等。     

兴安落叶松林碳平衡和全球变化影响研究

利用CENTURY模型模拟兴安落叶松林的C循环并探讨全球变化对其C循环的影响,结果表明,兴安落叶松林是一个C汇,年净吸收C2.65t.hm^-2,气候变化和大气CO2浓度增加将对北方森林的生长有利,使其净吸收C的能力增强,温度上升2℃时,兴安落叶松林的植物总生物量和生产力均增加,而土壤C含量降低,降水减少20％比降水增加20％时其植物总生物量,生产力和土壤C含量变化的幅度大,说明温度是大兴安岭地区森林生长的主要限制因子。     

促进兴安落叶松天然更新的出苗条件研究

根据４０多块标准地调查,促进更新措施后兴安落叶松１年生幼苗出现的频度及数量与种子年关系很大,幼苗更新效果最好的是种子年当年,更新频度可达６０％以上,幼苗平均为１．０—２．０×１０３株·ｈａ－１,其他年份促进的效果较差．同时,也与迹地类型、种源状况和整地质量关系较大．一般在山坡中、下部,土壤湿润的杜香落叶松和藓类越桔落叶松林迹地促进效果较好,其更新频度为６０—７０％．绝大部分更新幼苗出现在表土裸露、无杂草灌木、土壤湿润的地方．更新频度与植被盖度呈明显的衰减指数相关．促进地块距下种林墙最好不超过６０ｍ范围．     

大兴安岭不同落叶松林植被土壤微生物多样性

利用选择性培养基,研究了杜香-落叶松林(LLV)、草类-落叶松林(HLV)、柴桦-落叶松林(BLV)、皆伐-落叶松林(CL)、火烧-落叶松林(LFB)5个样地土壤微生物的数量、种群组成、Shannon指数(H)、丰富度(S)、Pielou均匀度指数(J)、Simpson优势度(D)。从5个样地共分离到细菌24属,优势菌属主要为短杆菌属(Brevibacterium)、芽孢杆菌属(Bacillus)、棒杆菌属(Corynebacterium)、微球菌属(Micrococcus);放线菌为链霉菌的6个类群,优势类群主要为白色类群(Albosporus)和黄色类群(Flavus);真菌20属,优势菌属为青霉属(Penicillium)和头孢属(Cephalosporium)。兴安落叶松林不同样地微生物的多样性指数(H)、丰富度指数(S)、均匀度指数(J)及优势度指数(D)随样地不同而发生变化,细菌的多样性和丰富度指数为LLVHLVLFBCLBLV,放线菌为BLVHLVLLVLFBCL,真菌为CLHLVBLVLFBLLV。     

Response of tree growth to nitrogen addition in a Larix gmelinii primitive forest

 氮沉降对树木生长的影响是全球变化研究的一个核心问题。该文通过设置4种氮添加水平(对照(0)、低氮(20 kg N·hm^-2·a^-1)、中氮(50 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(100 kg N·hm^-2·a^-1)), 研究了模拟氮沉降对落叶松(Larix gmelinii)原始林树木胸径生长的影响。结果表明: 中氮和高氮添加对落叶松胸径相对生长率有显著影响, 而且这种影响随施氮年限的增加而增强。不同高度的树木对氮添加的响应有很大差异, 较低树木(树高<16.5 m)的生长对氮添加无显著响应, 而较高(树高>16.5 m)的树木在中氮和高氮处理下胸径生长有显著加速(胸径相对生长率增幅>79.5%), 但随着树木高度的进一步增加, 这种加速作用明显下降。研究结果显示氮添加会促进落叶松胸径生长, 这种促进作用主要发生在较高的落叶松个体中。     

落叶松原始林树木生长对氮添加的响应

氮沉降对树木生长的影响是全球变化研究的一个核心问题。该文通过设置4种氮添加水平(对照(0)、低氮(20 kg N·hm^-2·a^-1)、中氮(50 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(100 kg N·hm^-2·a^-1)), 研究了模拟氮沉降对落叶松(Larix gmelinii)原始林树木胸径生长的影响。结果表明: 中氮和高氮添加对落叶松胸径相对生长率有显著影响, 而且这种影响随施氮年限的增加而增强。不同高度的树木对氮添加的响应有很大差异, 较低树木(树高<16.5 m)的生长对氮添加无显著响应, 而较高(树高>16.5 m)的树木在中氮和高氮处理下胸径生长有显著加速(胸径相对生长率增幅>79.5%), 但随着树木高度的进一步增加, 这种加速作用明显下降。研究结果显示氮添加会促进落叶松胸径生长, 这种促进作用主要发生在较高的落叶松个体中。     

落叶松人工林树干形状模型和可变参数

对以往树木干形的一系列可变参数削度方程进行比较,根据模型拟合统计量(残差平方和及相关指数),选出其中对落叶松干形拟合效果较好(残差平方和较小、相关指数较高)的模型,并根据模型中可变参数的意义提出了5种描述干形的指数.结果表明:Lee等提出的削度方程的拟合效果较好,可以用来描述落叶松人工林的树干形状;5种描述干形的指数分别为根部梢头削度率、影响点、圆柱体和抛物线体范围值、最小可变参数、最小可变参数所在的相对高度,这些指数可以作为比较干形的方法和工具.较大密度(870株.hm-2)和较小密度林分(275株.hm-2)的林木干形质量都较差,只有适中密度林分(487株.hm-2)的落叶松干形质量较好.     

兴安落叶松老头林对大兴安岭森林景观变化的影响研究

采用空间直观景观模型LANDIS ,以大兴安岭呼中林业局为研究区 ,研究对老头林进行采伐和不进行采伐预案下的森林景观变化动态。结果表明 ,在对老头林不进行采伐预案下 ,各物种的过熟林分布面积要高于进行采伐预案下的分布面积。老头林的存在能使森林景观组分和格局具有更高的稳定性 ,对采伐等干扰具有更大的抗性。因此 ,保护老头林对于大兴安岭森林的可持续发展具有重要的生态学意义。     

基于结构方程模型的兴安落叶松天然林更新影响因素

以大兴安岭新林林业局翠岗林场49块兴安落叶松不同蓄积占比的固定样地调查数据为基础,分别从林分非空间结构、林分空间结构、林木多样性、土壤条件和立地条件5个方面37项观测指标,在相关性分析的基础上,构建林分尺度更新密度和更新多样性(包括树高和地径)的结构方程模型,并计算各路径的直接、间接和总影响系数,量化和提取影响大兴安岭地区兴安落叶松天然林更新密度和更新多样性的关键可控因素,为该地区森林的可持续经营提供理论基础和技术依据。结果表明: 对林分更新密度影响最大的潜变量依次为:林分非空间结构(-0.410)>林木多样性(0.380)>土壤条件(0.250)>立地条件(0.249)>林分空间结构(0.197);对林分更新多样性影响最大的潜变量依次为:土壤条件(0.778)>立地条件(0.748)>林分空间结构(0.684)>林分非空间结构(0.287)>林木多样性(0.105)。综合来看,影响更新密度和多样性的共性观测变量主要为:pH值、全钾、树种多样性、树高多样性、角尺度和单位蓄积。在后续经营中,可通过采伐或补植阔叶树种的方式来优化和调整林分的树种组成、多样性、土壤pH值和养分等特征,最终达到促进天然更新的目的。     

大兴安岭中部天然次生林种子雨动态

本研究于2018—2019年对大兴安岭中部白桦林、针叶林和针阔混交林3种林型的种子雨落种量进行了动态监测,并对3种林型主要树种的种子雨季节动态、落叶动态、种子雨千粒重、种子雨年际变化和种子雨空间格局进行了分析。结果表明: 各林型中兴安落叶松种子雨和白桦种子雨呈现明显的单峰型分布。针阔树种(落叶松、樟子松、云杉、白桦、山杨)的落叶量呈现出明显的季节动态,各林型落叶量大多在9月中上旬达到高峰。在针阔混交林和针叶林中,处于高峰期的兴安落叶松种子雨千粒重明显大于初始期和末尾期的兴安落叶松种子雨千粒重,3种林型下白桦千粒重在季节上未表现出明显的差异。兴安落叶松和白桦的种子雨均呈现出明显的年际变化,2018年为种子散种量的丰年,2019年为歉年。两年时间内,所有种子雨的空间格局在总体上均表现为聚集分布,种子雨和幼苗幼树在空间分布格局上存在一致性。