中国科学院长白山森林生态系统定位站综合研究概况

中国科学院长白山森林生态系统定位站是从事森林生态系统的结构,功能和生产力研究的科研基地,是中国科学院陆地生态系统科研规划中列入的五个重点生态系统科学研究基地之一。其目的在于用系统生态学的观点和方法研究森林生态系统中物质转化与能量流动的规律,研究各个成分之间的相互关系,阐明森林生态系统的结构与功能及其调节控制的原理,为有效地提高     

气候变化对森林演替的影响

森林演替是森林生态动力源驱动下森林再生的生态学过程,自20世纪初建立群落演替理论以来,演替研究成为生态学研究中的热点．客观准确地认识森林演替规律,研究森林演替动力学机理及其模型,是科学管理森林生态系统的需要;对于天然林保护工程与森林植被的恢复重建,具有重要的理论与实际意义．干扰是森林循环的驱动力,导致森林生态系统时空异质性,是更新格局和生态学过程的主要影响因素．它可改变资源的有效性,干扰导致的林隙是森林循环的起点．回顾了目前演替研究的几种方法,即马尔科夫模型、林窗模型(GAP)、陆地生物圈模型(BIOME)和非线性演替模式．介绍了气候变化对森林演替的影响;并在已有成果的基础上,提出了目前研究存在的问题及未来的发展方向．     

生物多样性-生产力关系研究进展——基于文献计量分析

生态系统的结构和功能是生态学研究的核心内容。早期基于野外调查的生态学研究强调生产力表征的环境梯度对生态系统结构的影响,而基于控制试验的生态学研究则强调生态系统结构变化对生态系统功能的影响。围绕这两类研究所支持理论间的争论是当前生态学的前沿、热点和难点,其中最具代表性的科学问题是生物多样性与以生产力为代表的生态系统功能间是否存在一般性关系。为深入了解生物多样性-生产力关系研究脉络,分析其对生态学研究范式与理论发展的影响以及对未来研究方向的启示,以Web of Science核心合集数据库中的相关文献为数据源,结合文献计量分析和文献综述,系统总结了多样性-生产力关系研究进展。结果表明：(1)生物多样性-生产力关系研究推动了生态学研究范式由以样带调查为主的观察性研究向以控制试验为主的实验性研究的转变,促进了全球联网控制试验研究的发展。(2)研究聚焦的生态系统类型由最初的北美普列利草原逐渐向其它草地、灌丛、森林等多样的生态系统过渡,研究结论及其生态学理论的普适性逐渐增强。(3)该研究推动了对生物多样性不同维度(如功能多样性和系统发育多样性)在生态系统中作用的认识,促进了学界对除生产功能外的生态...     

白马雪山国家级自然保护区典型森林生态系统服务

生态系统服务是近年来生态学研究的热点领域,对关键区域生态系统服务的研究具有重要意义.云南省白马雪山国家级自然保护区地处青藏高原南延部分,拥有独特的地理位置,是生物多样性保护的热点区域.本文对该保护区森林生态系统的生物量与生产力、水源涵养、营养物质循环等3项服务的功能量进行了评估.结果表明:保护区森林总生物量2215.86×104t,生产力171.84×104t·a-1;水源涵养量11964.56×104m3;N、P、K年吸收量分别为26025.94t、2638.57t、12016.85 t.研究表明,保护区森林生态效益显著,对于维持当地以及周边地区的生态安全具有重要意义.     

环境因子对森林净生态系统生产力的影响

净生态系统生产力(net ecosystem production,NEP)是生态系统净的碳积累速率,可以指示生态系统碳汇/碳源的状态,当NEP为正值时指征生态系统为碳汇,反之则为碳源。在全球环境变化背景下,NEP已作为生态系统碳循环的核心概念被深入研究。本文以NEP为出发点,综述了5个主要非生物环境因子(水分、温度、氮沉降、大气CO2浓度增加和时空尺度)对森林生态系统NEP的影响。从文献分析表明NEP受生态系统本身性质和各环境影响因子及其之间相互作用的调控。本文最后指出,合理运用Meta分析、生态学联网研究、设计和开展长期观测、多尺度与多因子的科学试验在未来研究中的重要性和必要性,相关研究的开展将有利于全面理解和正确评估环境因子对净生态系统生产力的影响,对研究和预测全球变化对陆地生态系统碳循环的影响具有重要意义。     

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.     

辽宁省冰砬山森林立地分类的研究

森林立地的研究是人工林集约经营的基础,正确地选择宜林地,科学造林,真正做到适地适树,必须进行森林立地分类。森林立地分类应是以现代森林生态学和生态系统理论为依据,研究植被(立木、下木、地被物)和地形、植被与土壤以及地形和土壤的关系。在揭     

中国森林生态系统氮循环特征与生产力间的相互关系

为了更好地了解森林生态系统净初级生产力(NPP)与氮循环之间的关系,本文对中国主要森林生态系统类型中净初级生产力(NPP)、枯落物氮、植被年氮积累量和土壤氮矿化速率之间的关系进行了研究分析.结果表明,我国森林生态系统净初级生产力与枯落物氮、植被年氮积累量和土壤氮矿化速率之间均存在比较显著的相关关系.其中相关性最显著的是净初级生产力与氮矿化速率之间的相关关系(R₂=0.7,n=37),其次是净初级生产力与植被年氮积累量之间的相关关系(R₂=0.60,n=37).     

森林生态系统碳循环的基本概念和野外测定方法评述

全球气候变化与森林生态系统碳循环息息相关,定量评估森林碳收支是生态系统与全球变化研究的重要任务。30年来森林生态系统碳循环研究已经取得了长足的进展,但全球和区域森林碳收支仍然存在很大的不确定性。这一方面与森林生态系统本身的复杂性有关,另一方面也与具体研究方法有关。评述了森林生态系统碳循环的基本概念和主要野外测定方法,为我国森林生态系统碳循环研究提供可参考的方法论。从生态系统碳浓度、密度、通量、分配和周转5个方面回顾了碳循环相关概念,指出碳浓度和碳储量是对碳库的静态描述,而碳通量和碳周转是对碳库的动态描述。净初级生产力是测量最普遍的碳通量组分,但大多数情况下因忽略了一些细节而被系统低估。普遍使用的净生态系统生产力,由于没有包含非CO2形式的水文、气象和干扰过程产生的碳通量,通常情况下高于生态系统净碳累积速率。在详细介绍碳通量组分的基础上,改进了森林生态系统碳循环的概念模型。重点讨论了碳通量的3种地面实测方法:测树学方法、箱法和涡度协方差法,并指出了其注意事项和不确定性来源。针对当前碳循环研究的突出问题,建议从4个方面减小碳循环测定的不确定性:(1)恰当运用生物量方程估算乔木生物量;(2)尽可能全面测定生态系统碳组分;(3)给出碳通量估算值的不确定性;(4)多种途径交互验证。     

森林生态系统年净初级生产力和生境复杂度对小型兽类物种多样性影响

本研究主要探讨黄龙自然保护区森林生态系统年净初级生产力水平和栖息地复杂程度对小型兽类物种多样性的影响。将调查区按海拔高度分为4 个调查点,每点的年净初级生产力水平各不相同,分别为: 24.9 MJ / (m²·a) ; 21.5 MJ / (m²·a) ; 17.5 MJ / (m²·a) 和14.1 MJ / (m²·a) 。在选择调查点时,同时考虑栖息地复杂程度,在生产力水平较高的调查点选择栖息地复杂程度较低的地点,而在生产力较低的调查点选择栖息地复杂程度较高的地点调查,以便分析森林生态系统年净初级生产力水平与栖息地复杂程度对小型兽类物种多样性的影响。采用鼠铗捕获小型兽类。结果表明,小型兽类物种多样性与森林生态系统年净初级生产力水平有密切关系,随着海拔升高,森林生态系统年净初级生产力的降低,所捕获的小型兽类生物量随之降低,其物种多样性也随之下降。小型兽类物种多样性也与栖息地复杂程度有关,森林生态系统年净初级生产力水平在一定范围内,大于17.5 MJ / (m²·a) ,栖息地复杂度的增加可以降低年净初级生产力水平对小型兽类物种多样性的影响。然而,森林生态系统年净初级生产力水平降低到一定程度时,小于14.1 MJ / (m²·a) ,生产力水平则为影响小型兽类物种多样性的主要因子。此外,小型兽类的生物量与森林生态系统年净初级生产力和栖息地复杂程度也有类似的关系。     

中国主要森林生态系统公益的评估

 为生态系统管理提供科学的量化指标，以我国森林为研究对象，根据全国第3次森林资源清查资料(1984～1988)及Costanza等(1997)的森林生态系统公益资料计算了我国38种主要森林类型生态系统公益的总价值约为117.401亿美元，其中以森林营养循环的贡献最大(约占40％)，而原材料(包括木材、燃料、饲料)的贡献仅占15％，反映出森林生态系统公益的显著性。 研究发现，各森林类型的生态系统公益(Va)与其总生产力(Tp)具有良好的相关关系：Ln(Va)＝108.21(Tp)0.93，R2＝0.844。这对于简化生态系统公益的评估具有重要意义。本研究为合理保护和可持续利用森林资源提供了科学的量化依据。     

森林生态系统生物物理参数遥感反演研究进展

论述了利用遥感技术反演推算森林生态系统主要生物物理参数：叶面积指数、吸收光合有效辐射、净第一性生产力和生物量的技术、方法和模型及各个参量之间的相互关系研究进展,阐述了各研究方法、模型的特点、优势及局限性。特别论述了净第一性生产力的森林冠层光合作用理论模型基础、微波遥感估算森林生物量的应用优势和理论模型,展示了遥感技术在森林生态学研究中广阔的应用前景,同时也指出现有研究中各生物物理参数的定量遥感估算还有待进一步深入研究。     

亚高山森林生态系统过程研究进展

亚高山森林是以冷、云杉属为建群种或优势种的暗针叶林为主体的森林植被。亚高山森林在庇护邻近脆弱生态系统、保育生物多样性、涵养水源、碳吸存和指示全球气候变化等方面具有十分重要且不可替代的作用和地位,其多样化的植被和土壤组合为研究生态系统过程提供了天然的实验室。亚高山森林的群落演替与更新、生物多样性保育、水文生态过程、生物元素的生物地球化学循环以及亚高山森林生态过程对气候变化的响应等研究已取得了明显的进展。但有关全球变化条件下的亚高山森林土壤生物多样性和冬季生态学过程等研究明显不足。全球气候变化背景下的冬季生态学过程、极端灾害事件对亚高山森林生态系统过程的影响、亚高山森林生物多样性的保育机制、亚高山森林土壤生物多样性与生态系统过程的耦合机制等可能是未来研究的前沿科学问题。     

《森林微生物生态学入门》简介

日本小川真所著《森林微生物学入门》(菌通森森林微生物生態学入門)一书,是把微生物生态学引入森林生态系统研究的一本专著。著者主张森林生态系统研究不仅要从宏观出发,把追溯客观规律做为主流,而且要对该系统中每个成员的生态生理习性、结构功能及其演变过程做全面了解和探讨。强调指出在森林生态系统研究中必须要对微生物和森林相互关系予以重视,以正确揭示出其基本规律并提出合理营林措施。该书集中体现了著者这一指导     

外生菌根菌与森林树木的相互关系

生态系统的每个过程都伴随着各种微生物的活动,其中最重要的功能群之一是菌根真菌(菌根菌)。一般认为,菌根菌是自然界多数植物生存最基本的组成部分,陆地上约90％以上的高等植物都具有菌根菌。这些菌类的菌丝体与植物根系结合形成菌根,使植物生长成为可能,使不同种类植物的根系联在一起。根据菌根菌入侵植物根系的方式及菌根的形态特征,菌根可分为外生菌根、内生菌根和内外生菌根3组共7种类型。外生菌根主要出现在松科、桦木科、壳斗科等树种的森林生态系统中,在根系表面形成菌丝鞘,部分菌丝进入根系皮层细胞间隙形成哈氏网表面。菌根菌剂在森林经营中得到广泛地应用。外生菌根菌对森林树木的作用可归纳为：1)促进造林或育苗成活与生长;2)提高森林生态系统中植物的多样性、稳定性和生产力;3)对森林生态系统的综合效应,主要表现在增加植物一土壤联结,改善土壤结构,促进土壤微生物,增强植物器官的功能;4)抗拮植物根部病害病原菌等。树木与菌根菌相互关系研究主要包括：1)菌根共生的机理;2)菌根菌在退化森林生态系统恢复与改造中的作用;3)菌根菌的分布格局与森林生态系统服务功能的关系;4)菌根菌对森林生态系统的综合效应,如菌根菌与森林植物群落结构、物种多样性以及森林系统稳定性和生产力的研究。     

森林生态系统健康与野生动植物资源的可持续利用

研究了森林生态系统健康与野生动植物资源之间的关系,以及人类活动对森林生态系统健康的影响,提出了以下三个论点：(1)野生动植物资源是构成森林生态系统的基本物质内容。野生动植物资源对森林生态系统具有不可估量的影响和作用。(2)野生动植物资源的减少是森林生态系统健康状况下降的“显示器”。森林生态系统健康状况的下降或衰退,会导致野生动植物资源数量或种类的减少甚至种群灭绝。(3)森林生态系统是野生动植物资源与人类活动关系的集合体和反映体。人类与野生动植物资源是对立又统一的矛盾综合体,而森林生态系统健康与否就取决于这二者的关系。如果人类对野生动植物资源在保护的基础上进行合理的利用,就能保证森林生态系统的结构的完整和功能的良好,因此森林生态系统处于健康的状态;但若人类对野生动植物资源过度利用而不加保护,那么随着野生动植物资源的逐渐衰竭,森林生态系统将逐渐失去某些功能且变得支离破碎,也就无法保持健康的状态。提出了维持森林生态系统健康并实现野生动植物资源可持续利用的解决途径：(1)实行森林的可持续经营。森林可持续经营是指长期保持森林的生产力和可再生性,以及森林生态系统的物种和生物多样性。(2)发展“接近自然的林业”。近自然林业是在服从自然规律的前提下为人类的木材及林产品利用目的而设计的容许有一点偏离自然的森林模式,以森林生态健康为目标的建设方法。     

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。     

中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

边缘效应及其对森林生态系统影响的研究进展

边缘效应是生态学和生物保护的重要概念之一,它在研究生态系统尺度和景观生态系统尺度的能量流和物质流等生态过程中具有重要作用.本文对边缘效应的内涵、特征、定量评价(包括定量分析基础、强度、影响区、模型等)、应用研究等方面进行阐述,分析了边缘效应研究中存在的不足,总结了边缘效应对森林生态系统的影响及其研究方向,以期为森林经营、保护区管理等生产实践提供借鉴.