小兴安岭三种林型叶面积指数的估测

利用Winscanopy2006冠层分析仪测定2009年7月初至11月初小兴安岭白桦次生林、谷地云冷杉林、阔叶红松林的有效叶面积指数(LAI_e),并将经过木质部分所占比率、冠层水平集聚和簇内集聚校正的11月初LAI_e作为真实叶面积指数(LAI_t),结合凋落物法测定3种林型的LAI_t及其季节动态.结果表明： 调查期间,白桦次生林的LAI_e在7月达到峰值(2.21),谷地云冷杉林、阔叶红松林的LAI_e在8月达到峰值,分别为2.57、2.68.白桦次生林、谷地云冷杉林、阔叶红松林的LAI_t均在7月达到峰值,分别为3.44、3.86、6.93;相对于本文探讨的方法,光学仪器所测定的LAI_e在最高叶面积指数期分别低估33.1%、32.9%、66.0%;而在整个调查期内,谷地云冷杉林和阔叶红松林LAI_e平均低估22.8%和56.5%,白桦次生林平均高估13.2%.
     

小兴安岭白桦次生林叶面积指数的估测

叶面积指数(LAI)是量化冠层结构最常用的参数之一,准确估测LAI对森林生态系统结构特性的研究具有重要意义.利用半球摄影图像法和LAI-2000法及半球摄影图像法结合凋落物法估测了小兴安岭白桦次生林LAI及其动态变化.首先对该林型叶凋落末期(11月初)的半球摄影图像进行合理校正(包括木质部分所占比例α,冠层水平集聚指数ΩE,校正值作为该时期常绿树种的真实LAI(LAIt),结合各调查期的凋落物数据,得到落叶季节(7-11月)的LAIt,并以该值为参考值,对比分析了两种光学仪器法估测值.结果表明:两种光学仪器法在LAI最大时期低估(分别低估2.83％、6.20％),其他时期显著高估(平均高估118.13％、89.34％),但两种光学仪器法与探讨方法估测值存在很好的相关性:LAIt=-1.1393+1.0934·LAIHP,R2=0.80; LAIt=-0.1712+0.6259·LAILAI-2000,R2=0.83.研究结果可为将来方便、快捷、准确的估测白桦次生林的LAI提供参考.     

小兴安岭十种典型森林群落凋落物生物量及其动态变化

在小兴安岭地区选取10种典型森林群落分别设置样地,研究该地区不同群落类型凋落物的年产量、月动态变化以及组成特征.结果表明:10种群落类型中年均凋落物量大小依次为椴树红松林(4.08t· hm-2·a-1)＞蒙古栎红松林(3.83 t·hm-2·a-1)＞云冷杉红松林(3.55 t·hm-2·a-1)＞云冷杉林(3.44t· hm-2·a-1)＞枫桦红松林(3.43t·hm-2· a-1)＞山杨次生林(3.26 t·hm-2·a-1)＞白桦次生林(3.04 t·hm-2·a-1)＞枫桦次生林(2.96 t·hm-2·a-1)＞杂木林(2.95 t·hm-2·a-1)＞白桦落叶松林(2.91 t·hm-2·a-1).凋落物各组分中均以落叶为主,约占凋落总量的60％以上,枝仅占凋落量的5.7％-9.4％.凋落物月动态模式主要有两种:单峰型的有蒙古栎红松林、椴树红松林、枫桦红松林、枫桦次生林、山杨次生林、白桦次生林、杂木林,高峰期在8-10月份;双峰型的有云冷杉红松林、云冷杉林、白桦落叶松次生林,前两种群落的凋落高峰期在4月和9月,后者高峰期在8月和10月.不同群落类型年凋落量差异显著,原始红松林凋落量高于天然次生林,且凋落高峰出现时问以及各组分所占比例与群落类型有关,同时也与树种生物学特性有关.     

凉水原始阔叶红松林与白桦次生林植物多样性的比较研究

采用典型抽样法和生态群落学调查法对黑龙江凉水国家级自然保护区紫椴（Tilia amurensis）红松（Pinus koraiensis）林、蒙古栎（Quercus mongolica）红松林及白桦（Betula platyphylla）次生林的植物群落结构特征和物种多样性进行了研究。结果表明,紫椴红松林有维管束植物31种,隶属21科,25属;蒙古栎红松林有维管束植物32种,隶属25科,28属;白桦次生林有维管束植物31种,隶属20科,28属。白桦次生林乔木层和草本层的物种丰富度S指数显著高于2种阔叶红松林,而其灌木层的物种丰富度S指数最低;3种林型乔木层的Simpson物种多样性指数无显著差异,紫椴红松林的灌木层Simpson指数显著高于其他2种林型,3种林型草本层之间的Simpson指数差异显著;紫椴红松林乔木层的Shannon-Wiener物种多样性指数显著低于其他2种林型,白桦次生林灌木层的Shannon-Wiener指数显著低于2种阔叶红松林,蒙古栎红松林草本层的Shannon-Wiener指数最高;此外,蒙古栎红松林乔木层的Pielou均匀度指数显著高于其他林型,而3种林型灌木层的Pielou指数无显著差异,紫椴红松林草本层的Pielou指数最低。     

受干扰长白山阔叶红松林林分组成及冠层结构特征

通过样地调查对不同干扰方式产生的过伐天然林、次生白桦林和人工落叶松林等群落的结构组成进行分析和分类探讨 ,并选取了林窗片断和叶面积指数两个能表示群落冠层结构的指标进行分析。结果表明 ,林窗片断值分别为 :原始阔叶红松林 0 194、原始阔叶类 0 185、结构转换型 0 315、结构保留型 0 36 3、结构破坏型 0 2 35、严重干扰类型 0 5 5 0、次生白桦林0 2 13和人工落叶松林 0 2 2 7;叶面积指数分别为 :原始阔叶红松林 1 76 6、原始阔叶类 1 6 80、结构转换型 1 2 5 0、结构保留型 1 0 2 8、结构破坏型 1 5 5 0、严重干扰类型 0 6 35、次生白桦林1 731和人工落叶松林 1 4 73。     

基于光学仪器法测定谷地云冷杉林叶面积指数的季节变化

利用半球摄影法(DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪两种光学仪器法(间接法)以及凋落物法(直接法),研究了小兴安岭谷地云冷杉林叶面积指数(LAI)的季节变化,并构建了不同季节直接法与间接法测定的LAI间的相关关系.结果表明: 在整个试验期间,DHP测定的LAI比直接法测定值低估40%～48%, LAI-2000植物冠层分析仪的低估范围为15%～26%;不同时期直接法与DHP和LAI-2000植物冠层分析仪测定的LAI均显著相关, 且均可合并为A、B、C 3类预测模型, 可以分别预测5和11月, 6、9和10月, 7和8月的LAI.本研究结果可为高效、准确地测定针叶林LAI的季节变化提供参考.     

长白山西坡风灾区森林恢复状况

以长白山西坡风灾迹地（阔叶红松林、云冷杉林、岳桦林）的样地调查资料为基础,研究了各林型森林群落遇灾23年后的恢复特征.结果显示：3种林型的恢复速度为阔叶红松林>云冷杉林>岳桦林,并且它们与各自对照的群落共有度指数分别为0.49、0.44、0.33.风灾对各林型的乔木组成和多样性的影响不同：阔叶红松林中,风灾显著增加了乔木总数量,但对乔木种数和α多样性指数没有显著影响（P>0.05）;云冷杉林中,风灾仅显著降低了Shannon多样性指数和Simpson优势度指数;岳桦林中,除Pielou均匀度指数,其余多样性指数都因风灾而显著降低.各林型优势树种组成变化及更新情况对风灾的响应也与林型相关：阔叶红松林与对照区的优势树种组成显著不同,而云冷杉林及岳桦林受灾前后的优势树种组成差异均不大;阔叶红松林的幼树更新情况较好,云冷杉林有少量更新,岳桦林带几乎没有林木更新.表明风灾对森林群落的影响在23年后仍未消除,森林在风灾干扰后的恢复需要一个漫长的过程.     

长白山四种森林类型凋落物分解动态

2003年5月—2004年9月在长白山自然保护区北坡4个森林类型阔叶红松林、红松云冷杉林、岳桦云冷杉林和岳桦林内,利用凋落物原位减少法对4种森林类型的凋落物分解动态进行了研究。结果表明,凋落物现存量最大的为红松云冷杉林,依次为阔叶红松林、岳桦云冷杉林、岳桦林;凋落物分解速率与时间均呈指数关系,凋落物年分解常数为0.25～0.47,分解95%所需时间为18～39年,其中阔叶红松林凋落物年分解常数最大,依次为岳桦林、红松云冷杉林、岳桦云冷杉林。同一类型森林中,不同植物组分的年分解系数不同,一般是阔叶最大,针叶最小。     

长白山北坡主要森林群落凋落物现存量月动态

以长白山北坡4种主要森林群落类型为研究对象,于2006年群落生长季节(5-10月)每月初采用直接收获法对森林凋落物现存量进行连续定位调查研究。结果表明:各群落内凋落物现存量大小依次为阔叶红松林(6.43 t/hm²)>白桦林(6.02 t/hm²)>云冷杉林(5.51 t/hm²)>山杨林(5.50 t/hm²);凋落叶和枝现存量占现存凋落物总量的比例最大,达50%以上,其次为半分解物(>35%),花果皮等所占比例较少,各占总量的10%和5%以下。凋落物现存量月动态阔叶红松林、白桦林和山杨林呈双峰型变化,峰值出现在5月和7月;云冷杉林则呈单峰型变化,峰值仅出现在7月。位于相近海拔高度的阔叶红松林、白桦林和山杨林,凋落物各组分现存量月动态变化趋势相似,其中白桦林和山杨林变化趋势基本相同,凋落枝、皮及半分解物现存量5月和7月较高,凋落叶则呈现下降趋势,而阔叶红松林凋落叶和枝现存量5月和7月较高,而位于较高海拔的云冷杉林,则与前者呈现不同变化趋势,8月前波动较大,从5月开始明显上升,7月达到峰值,8月后曲线渐趋平缓或略有下降。进一步对阔叶红松林和云冷杉林内凋落叶现存量月动态进行比较得出,阔叶红松林7月份凋落叶现存量高不完全取决于红松叶现存量,主要由色木槭、紫椴和水曲柳等阔叶树种叶凋落物现存量变化决定,而云冷杉林则取决于红松和云冷落叶的凋落物的量。     

长白山北坡3个森林群落主要树种种间联结性

长白山是东亚大陆在我国境内唯一具有高山冻原的山地,分析长白山北坡3个群落乔木种的种间关联性尚未见报道。调查了长白山北坡海拔700—1700m的森林群落,根据调查资料,进行了TWINSPAN分类和种间联结性分析。结果表明:(1)35个样方被分为3个群落类型,即原始阔叶红松林、天然次生林和云冷杉林。34个树种被分为五类,第一类和第二类主要为阴性或中性偏阴性的硬阔叶树种,第三类和第四类主要为阳性或中性偏阳的软阔叶树种,第五类主要为针叶树种。(2)原始阔叶红松林建群种总体关联性呈不显著负相关,天然次生林和云冷杉林呈不显著正相关。(3)原始阔叶红松林、天然次生林和云冷杉林分别有89%、76%、47%的种对间关联程度紧密,植物群落稳定性与种间关系并非趋于正相关。     

冻融期去根处理对小兴安岭6种林型土壤微生物量的影响

春季冻融期,在小兴安岭的阔叶红松(Pinus koraiensis)林、谷地云冷杉(Picea koraiensis-Abies nephrolepis)林、阔叶红松择伐林、白桦(Betula platyphylla)次生林、红松人工林、兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林的去根处理样地和对照样地进行野外取土实验,分析了根去除对上述林型土壤微生物量的影响以及与土壤环境因子的关系。结果表明:冻融循环期间对照样地和去根处理样地的林型、土壤层次、取样时间均显著地影响土壤微生物量碳(MBC)(P0.05),对照样地中各林型的土壤微生物量氮(MBN)差异显著,而去根处理样地中各林型的MBN没有显著差异(P0.05);冻融循环期间去根处理显著地减少了大部分林型及土层(谷地云冷杉林0—10 cm及择伐林外)的MBC,而去根处理对大部分林型及土层(阔叶红松林0—10 cm,谷地云冷杉林和择伐林的10—20 cm除外)的MBN没有显著影响。说明在小兴安岭春季冻融期根系对土壤微生物量的影响不可忽视。     

长白山风倒区植被恢复26年后物种多样性变化特征

20世纪80年代后期,长白山遭受了罕见的台风袭击,原始森林遭到了大面积破坏。为了弄清风倒区自然恢复26a后的植被恢复状况,通过调查和对比分析风倒区和相邻的原始林区(对照区)3种典型森林类型的物种多样性的特征,评估了风倒区植被的恢复状况。结果表明,与没有受到干扰的对照区相比,阔叶红松林风倒区乔木层物种丰富度和α多样性差异性不显著(P0.05),而云冷杉林和岳桦林风倒区的乔木层物种丰富度和α多样性显著降低;阔叶红松林风倒区的灌木层物种丰富度和α多样性均呈降低趋势,且丰富度差异性显著,云冷杉林和岳桦林风倒区的灌木层α多样性显著升高;阔叶红松林和云冷杉林风倒区的草本层α多样性显著降低,但岳桦林风倒区草本层α多样性变化不显著。阔叶红松林乔木层更新恢复的较好,灌木层和草本层更新较差;云冷杉林和岳桦林均是乔木层更新较差,灌木层更新较好;云冷杉林草本层物种较单一,岳桦林变化不大。经过风干扰后的长白山不同海拔森林物种组成和多样性还需要较长时间才能恢复到干扰前水平。     

中国温带阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化特征

土壤有机碳矿化与陆地生态系统碳循环和全球气候变化关系密切,为准确评估中国温带小兴安岭阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化特征及变化规律。以年代序列法代替群落次生演替过程,采用室内恒温培养(碱液吸收法)测定阔叶红松林不同演替系列(中生演替系列、湿生演替系列、旱生演替系列)6种群落类型土壤有机碳矿化量和矿化速率。3个演替系列土壤有机碳含量均表现出一致的剖面变化特征,随着土层深度的加深有机碳矿化量逐渐降少。且不同演替系列土层间有机碳矿化量不同,中生演替系列原始阔叶红松林土壤有机碳累计矿化量最大,其次为旱生演替系列,湿生演替系列最小。3个演替系列土壤有机碳矿化速率随时间变化呈现基本一致的趋势,即培养前期快速下降、后期逐渐趋于平稳。3个演替系列6种群落类型土壤有机碳矿化差异显著,表现为原始阔叶红松林白桦次生林云冷杉红松林红松枫桦次生林蒙古栎红松林蒙古栎、黑桦次生林。阔叶红松林不同演替系列土壤有机矿化采用非线性指数拟合效果较好。阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化与土壤全氮、凋落物量显著正相关,与土壤含水率、容重、土壤酸碱度显著负相关。不同演替系列群落的演替历史、土壤质地和养分状况等生态因子是导致阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化差异的原因。     

小兴安岭5种林型土壤呼吸时空变异

原始阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林、次生白桦林、人工落叶松林是小兴安岭乃至东北地区的重要森林类型。采用红外气体分析法比较测定了这几种森林类型的土壤呼吸及其相关环境因子,分析探讨了这几种森林类型土壤呼吸的时空变异。结果表明:各林型土壤呼吸与5 cm深土壤温度(T5)呈显著的指数相关,并且土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度及其相互作用的回归模型可以解释各林型土壤呼吸约71%的季节变异。生长季平均土壤呼吸速率为次生白桦林(3.59μmolCO.2m-.2s-1)>谷地云冷杉林(3.52μmolCO.2m-.2s-1)>阔叶红松择伐林(3.44μmolCO.2m-.2s-1)>原始阔叶红松林(2.58μmolCO.2m-.2s-1)>人工落叶松林(2.29μmolCO.2m-.2s-1),说明土壤呼吸对原始阔叶红松林人为干扰的响应是不同的。各林型Q10值介于1.84(人工落叶松林)—2.32(次生白桦林)之间。在整个生长季,各林型之间土壤呼吸的变异系数变化幅度为19.74%—37.39%,而各林型内土壤环间其变化幅度为32.13%—60.20%,显著大于样地间的变化幅度14.28%—35.70%(P<0.001),说明土壤呼吸在细微尺度上的差异更大。土壤湿度可以解释各林型(阔叶红松林除外)内部土壤呼吸15.8%—33.5%的空间异质性。     

帽儿山地区森林冠层叶面积指数的地面观测与遥感反演

叶面积指数(leaf area index,LAI)是陆地生态系统最重要的结构参数之一,遥感和基于冠层孔隙率模型的光学仪器观测是快速获取LAI的有效方法,但由于植被叶片的聚集效应,这些方法通常只能获取有效叶面积指数(effective LAI,LAIe).本文以东北林业大学帽儿山实验林场为研究区,利用LAI2000观测森林冠层LAIe,并结合TRAC观测的叶片聚集度系数估算了森林冠层LAI,并通过分析基于Landsat5-TM数据计算的不同植被指数与LAIe之间的关系,建立了该区森林LAI遥感估算模型.结果表明:研究区阔叶林的LAI和LAIe基本相当,而针叶林的LAI比LAIe大27%;减化比值植被指数(reduced simple ratio,RSR)与该区LAIe的相关性最好(R2=0.763,n=23),最适合该区LAI的遥感提取.当海拔<400 m时,LAI随海拔高度的上升而快速增大;当海拔在400～750 m时,LAI随海拔高度的上升缓慢增大;当海拔>750 m时,LAI呈下降趋势.研究区森林冠层LAI与森林地上生物量存在显著的正相关关系.     

辽东次生林区主要阔叶林型叶面积指数季节动态

蒙古栎（Quercus mongolica）、花曲柳（Fraxinus rhynchophulla）和胡桃楸（Juglans mandshurica）林是我国东北天然次生林区具有代表性的主要林型。本研究以该3种林型为对象,利用数码相机外带鱼眼镜头获得3种林型的半球面影像,再利用专用软件Gap Light Analyzer处理分析获得了叶面积指数、林冠孔隙度和林下光照因子等参数。结果表明,3种林型的叶面积指数变化总体趋势是一致的,均呈先上升再下降的单峰曲线,蒙古栎林和胡桃楸林都是在7月中旬或8月中旬达到最大峰值,花曲柳林是在8月中旬或9月中旬达到最大峰值;3种林型冠层孔隙度的变化总体趋势也是一致的,呈先下降再上升的单峰曲线,不同样地峰值出现的时间也不同,最低峰值在6、7、8、9月中旬均有出现;通过对不同月份的叶面积指数、林下散射光、林下直射光的变异系数分析表明,7—9月叶面积指数的空间格局是影响林下散射光空间分布的主要因素。叶面积指数与林冠孔隙度呈指数相关。     

小兴安岭典型阔叶红松林不同演替阶段凋落物分解及养分变化

2006年10月—2008年11月,以小兴安岭地区典型阔叶红松林不同演替阶段[白桦次生林、择伐后的阔叶红松林(简称择伐林)、原始阔叶红松林]的混合凋落叶以及阔叶红松林优势树种(枫桦、紫椴和红松)的凋落叶为对象,采用网袋分解法分析阔叶红松林演替阶段中凋落叶的残留率和养分元素的动态变化.结果表明:各种凋落叶的残留率与时间均呈指数关系,凋落叶年分解系数(k)在0.137～0.328,其分解50%和95%的时间分别在2.340～4.989 a和9.360～21.796 a;不同演替阶段凋落叶的k值差异不显著,其中混合凋落叶k值的大小顺序为阔叶红松林择伐林白桦林,而其他凋落叶没有表现出明显的规律;在凋落叶分解过程中,C、P和K不断释放,且形式有所差异,其中C为线性衰减模式,P和K为一元多次方程模式;N虽有不同程度的积累,但无明显规律性.     

北京地区油松、侧柏人工林叶面积指数变化规律

叶面积指数(LAI)是群体结构的重要参数,也是衡量林分质量的重要指标。通过光学测量方法和遥感技术等手段测量的大范围LAI需要进一步的地面实测验证。以北京十三陵林场为研究区,利用CI-110植冠分析仪和野外实测的69个油松和侧柏林分LAI为基础,分析了有效叶面积指数(LAIe)与实测叶面积指数(LAIa)的关系。结果表明,油松林的LAIe/LAIa之值在35.52%~36.36%;侧柏林的LAIe/LAIa之值在14.60%~16.72%。由于测定的油松、侧柏林分郁闭度在0.5~0.8,符合生态公益林的经营要求,因此油松、侧柏林的LAI是合适的,可以作为油松、侧柏林林分质量调控的一个重要依据。     

利用直接法和间接法测定针阔混交林叶面积指数的季节动态

利用光学仪器法能够快速、高效地测定森林生态系统的叶面积指数(leaf area index, LAI)。然而, 评估该方法测定针阔混交林LAI季节动态准确性的研究较少。该研究基于凋落物法测定了小兴安岭地区阔叶红松(Pinus koraiensis)林LAI的季节动态, 其结果可代表真实的LAI。参考真实的LAI, 对半球摄影法(digital hemispherical photography, DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪测定的有效叶面积指数(effective LAI, L_e)进行了评估。首先对DHP测定LAI过程中采用的不合理曝光模式(自动曝光)进行了系统校正。同时, 测定了光学仪器法估测LAI的主要影响因素(包括木质比例(woody-to-total area ratio, α)、集聚指数(clumping index, Ω_E)和针簇比(needle-to-shoot area ratio, γ_E))的季节变化。结果表明: 3种不同方法测定的LAI均表现为单峰型的季节变化, 8月初达到峰值。从5月至11月, DHP测定的L_e比真实的LAI低估50%-59%, 平均低估55%; 而LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e比真实的LAI低估19%-35%, 平均低估27%。DHP测定的L_e 经过自动曝光, α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 但仍比真实的LAI低估6%-15%, 平均低估9%; 相对而言, LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e经过α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 各时期与真实的LAI的差异均小于9%。研究结果表明, 考虑木质部和集聚效应对光学仪器法的影响后, DHP和LAI-2000植物冠层分析仪均能相对准确地测定针阔混交林LAI的季节动态, 其中, DHP的测定精度高于85%, 而LAI-2000植物冠层分析仪的测定精度高于91%。     

Measuring seasonal dynamics of leaf area index in a mixed conifer-broadleaved forest with direct and indirect methods

利用光学仪器法能够快速、高效地测定森林生态系统的叶面积指数(leaf area index, LAI)。然而, 评估该方法测定针阔混交林LAI季节动态准确性的研究较少。该研究基于凋落物法测定了小兴安岭地区阔叶红松(Pinus koraiensis)林LAI的季节动态, 其结果可代表真实的LAI。参考真实的LAI, 对半球摄影法(digital hemispherical photography, DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪测定的有效叶面积指数(effective LAI, L_e)进行了评估。首先对DHP测定LAI过程中采用的不合理曝光模式(自动曝光)进行了系统校正。同时, 测定了光学仪器法估测LAI的主要影响因素(包括木质比例(woody-to-total area ratio, α)、集聚指数(clumping index, Ω_E)和针簇比(needle-to-shoot area ratio, γ_E))的季节变化。结果表明: 3种不同方法测定的LAI均表现为单峰型的季节变化, 8月初达到峰值。从5月至11月, DHP测定的L_e比真实的LAI低估50%-59%, 平均低估55%; 而LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e比真实的LAI低估19%-35%, 平均低估27%。DHP测定的L_e 经过自动曝光, α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 但仍比真实的LAI低估6%-15%, 平均低估9%; 相对而言, LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e经过α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 各时期与真实的LAI的差异均小于9%。研究结果表明, 考虑木质部和集聚效应对光学仪器法的影响后, DHP和LAI-2000植物冠层分析仪均能相对准确地测定针阔混交林LAI的季节动态, 其中, DHP的测定精度高于85%, 而LAI-2000植物冠层分析仪的测定精度高于91%。