短时暴雨对小兴安岭凉水阔叶红松林地表甲虫群落的影响

全球变化背景下,气候变化引起的降水异常变化对诸多生态过程和功能均有重要影响,但目前关于极端降水事件对土壤动物群落组成及多样性的影响研究非常有限。2018年7月24—25日,凉水国家自然保护区发生以大到暴雨为主的连续降雨,日降雨量达到50—100 mm,造成较严重的破坏,属于极端降水事件(短时暴雨)级别。在凉水国家级自然保护区阔叶红松林内,分别于暴雨发生前期(7月19日—24日)、暴雨结束初期(7月29日—8月3日)和后期(8月4日—8月14日),采用陷阱法捕获地表甲虫,阐明短时暴雨对地表甲虫群落组成及多样性的影响。结果表明:此次实验共捕获650只、35种,地表甲虫群落、步甲科和隐翅虫科的个体数量在暴雨发生前期、暴雨结束初期和后期并没有显著差异,说明短时暴雨对上述群落个体数量没有显著影响,而葬甲科的个体数量在暴雨结束初期显著少于暴雨发生前期和暴雨结束后期。因土壤动物群落不同类群生活习性不同,短时暴雨对地表甲虫群落不同类群与优势种的影响各不相同。例如:优势种Pterostichus maoershanensis、Pterostichus adstrictus和Aulonocarabus canaliculatus暴雨结束初期的个体数量均显著少于暴雨发生前期的个体数量,优势种P.maoershanensis暴雨结束后期的个体数量极显著少于暴雨结束初期和暴雨发生前期,优势种Nicrophorus tenuipes暴雨结束初期的个体数量极显著少于暴雨发生前期。地表甲虫群落和步甲科在暴雨发生前期、暴雨结束初期和后期的的多样性指数(H′)和优势度指数(D)呈逐渐减少的趋势,步甲科暴雨结束后期的多样性指数(H′)、优势度指数(D)和均匀度指数(J)均显著少于暴雨发生前期(P0.05)。地表甲虫群落在暴雨结束初期和后期的beta多样性均显著高于暴雨发生前期,说明地表甲虫群落在暴雨结束初期和后期存在较高的群落物种替换,即暴雨导致地表甲虫群落较大的物种组成差异。本文表明,短时暴雨对小兴安岭凉水阔叶红松林的地表甲虫群落物种组成和多样性产生一定的影响,对群落不同类群及优势物种产生不同的影响,并导致地表甲虫群落在暴雨后较大的物种替换。     

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.     

长白山原始阔叶红松林土壤有机质组分小尺度空间异质性

土壤有机质(SOM)对于维持生态系统生产力具有非常重要的意义,有机质的组成、空间分布和空间关联性是影响和控制诸多生态系统过程的重要因素。应用地统计学方法,对长白山原始阔叶红松林局部尺度内0—20 cm土壤有机质与活性有机质的空间异质性进行了研究,并通过交叉半方差分析探讨了二者之间的相关性。研究结果表明:(1)总体上来说,土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、颗粒态有机碳(POC)和颗粒态有机氮(PON)空间异质性较小;而土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)和表层(0—10 cm)溶解性有机碳(DOC)的空间异质性较大;(2)SOC、TN、MBC、DOC、POC和PON随着深度的增加空间自相关性增加;而溶解性有机氮(DON)的空间自相关性随深度的增加变化不大;(3)SOC与TN在表层和下层(10—20 cm)均存在空间上的正相关关系;(4)SOC、TN在表层和下层分别与MBC、MBN、DOC、DON和POC呈空间上的正相关性,但是与PON之间的空间相关关系较差;(5)不同土层深度的土壤活性有机质之间的相关关系存在差异。在表层,除POC,PON外,其余土壤活性有机质组分在空间上两两相关;但是随着土壤深度的增加,活性有机质变量之间在空间上两两相关。研究结果表明土壤有机质组分在长白山原始阔叶红松林小尺度内存在不同空间异质性和空间关联性,这为人们更好的理解森林生态系统功能(如土壤养分循环)提供了重要的理论依据。     

不同采伐强度对阔叶红松林主要树种空间分布格局和物种空间关联性的影响

分析采伐后森林群落中物种的空间格局有助于认识该格局形成的生态学过程、种群的生物学特性及其与环境因子之间的相互关系,并对制定可持续的森林经营方案具有重要意义。以长白山地区经历不同采伐方式形成的阔叶红松林次生林为研究对象,利用空间点格局分析的研究方法,探讨了采伐对阔叶红松林主要树种空间分布格局、种间关联性以及更新的影响。研究结果显示:较低强度的择伐对阔叶红松林主要树种的空间分布格局、种间关联性的改变较小,群落可以在较短时间内恢复。中等强度的择伐减少了成年树种对幼树的抑制作用,可以促进森林的天然更新。皆伐后,森林的群落结构,物种的空间分布格局、种间关联性都发生显著变化,尽管更新状况良好,但要恢复到伐前水平仍需要较长时间。择伐不仅通过改变主要树种的密度对阔叶红松林群落结构产生影响,还通过改变物种空间关联性改变群落的结构动态。因此,在制定森林生态系统经营管理方案时,不仅要选择适合的采伐强度,还要综合考虑采伐时物种的选择以及种间关系。     

胜山阔叶红松林粗木质残体空间分布格局

为探究胜山阔叶红松(Pinus koraiensis)林粗木质残体(Coarse woody debris, CWD)的形成过程及机制,采用点格局分析法对10.4 hm²大型样地内不同分类的CWD 的空间格局、空间关联性进行了研究。结果表明:(1) 总CWD 在0-7 m尺度聚集分布,7-50 m尺度随机分布。(2) 腐烂等级5级CWD 、倒木、伐根在所有尺度随机分布;其他CWD 随尺度增大由聚集分布转为随机分布,但格局尺度不同(在2-10 m之间)。(3) 大、中径级与小径级CWD 在0-4 m、0-6 m尺度正相关;高腐烂等级与低腐烂等级CWD 在0-5 m尺度以内正相关;枯立木与倒木在0-4 m尺度正相关;落叶松(Larix gmelinii)CWD与小径级、腐烂等级2级的红皮云杉(Picea koraiensis)CWD 在0-3 m尺度正相关,与中径级、腐烂等级1、2级在13-16 m尺度负相关。胜山阔叶红松林CWD 的形成是由树种特性、小尺度的个体竞争、大尺度的自然衰老、外界干扰、生境异质性等共同决定的;大、中径级对小径级CWD、先形成对后形成CWD、枯立木对倒木具有一定的正向影响,落叶松对红皮云杉CWD 在小尺度有正向影响,而在稍大尺度有负面影响;在一定程度上揭示了该林型CWD 的形成过程和机制。     

森林土壤物理性质的空间异质性研究

土壤空间质性是土壤的重要属性之一。采用地统计的理论和方法,研究了阔叶红松林上层土壤物理因子的空间异质性。变异函数分析结果表明,土壤水分、容重、毛管持水量和孔隙讴具有明显的空间异质性。在０～１０ｃｍ土层深,空间异质性尺度为１１～１３ｍ,１１～２０ｃｍ土层深为６～８ｍ,空间异质性程度随尺度变化。自相关部分的空间异质性在０～１０ｃｍ和１１～２０ｃｍ土层深为５２．９％～７３．７％和６９．３％～９３．６％,     

东北阔叶红松林地表葬甲群落多样性及其空间变异特征

为了探明我国东北阔叶红松(Pinus koraiensis)林地表葬甲多样性及其空间变异特征,在胜山、丰林、凉水和长白山的4个大型森林动态监测样地内,通过布置900个陷阱调查了36 hm²范围内的地表葬甲群落基本特征。基于群落物种数量、个体数量和总体长,分析了地表葬甲多样性及其空间变异性。结果表明：(1)东北阔叶红松林区域物种库包含12个葬甲物种,密度为0.018只/m²,总平均体长达0.32 mm/m²。北方花葬甲(Nicrophorus tenuipes)是东北阔叶红松林内的广布物种,黑葬甲(Nicrophorus concolor)等五个物种具有明显的生境偏好,仅存在于单个局域物种库内。(2)物种数量、个体数量和总体长在胜山、丰林、凉水和长白山样地存在明显差异,其中纬度较低的局域物种库(凉水、长白山)可维持更高的物种多样性,纬度最高的局域物种库(胜山)维持较低的物种多样性。(3)地表葬甲群落在胜山和丰林样地存在显著的空间自相关性,在凉水和长白山样地则不显著。(4)葬甲群落具有较明显的空间异质性,长白山样地的空间变异...     

凉水自然保护区阔叶红松林林分空间结构特征及其与影响因子关系

根据凉水自然保护区28块典型阔叶红松林样地的5个林分空间结构参数和18个影响因子数据,采用典范对应分析(CCA)方法,对凉水自然保护区阔叶红松林林分空间结构与影响因子间关系进行分析。研究结果表明:(1)研究区域阔叶红松林整体具有较好的林分空间结构,其水平分布格局主要表现为随机分布,树木生长整体处于中庸状态,林木的整体混交程度较高;(2)林分空间结构的CCA排序较好的揭示了该区林分空间结构与影响因子的关系;CCA第一排序轴反映了林龄、坡度、阔叶比和坡向的变化,第二排序轴反映了坡向、土壤有机质和平均胸径的变化,上述6因子的组合是决定林分空间结构特征的主要影响因子;(3)影响林分空间结构的变量中,地形、土壤和林分因子共解释了林分空间结构变化的59.20%,其中纯地形因子占30.68%,纯林分因子占19.01%,纯土壤因子占8.21%,未能解释部分为40.80%。     

长白山阔叶红松林叶片气孔导度与环境因子的关系

通过对阔叶红松林主要树种叶片的野外测定,研究了长白山阔叶红松林叶片气孔导度对环境因子的响应,结果表明,阔叶红松林叶片的气孔导度与瞬时光合有效辐射（PAR）和温度（Ta）呈正相关,而与水汽压亏损（PVD）呈负相关。对气孔导度模型的验证表明：Jarvis的非线性模型比Ball的线性模型更适于阔叶红松林叶片的气孔导度模拟。长白山阔叶红松林叶片的气孔导度对环境因子的响应模型为：gs=PAR（1.606T2a＋118.19Ta-1878.67）/（355.70＋PAR）（-430.433＋VPD）。此模型有助于进一步估算叶片光合作用,通过尺度化模拟阔叶红松林群落生产力以及土壤-植物-大气系统之间的水热交换奠定了基础。     

胜山阔叶红松林蚂蚁巢穴对其他地表节肢动物多样性的影响

为了阐明蚂蚁巢穴对其他地表节肢动物群落组成和多样性的影响,于2019年在胜山自然保护区的原始阔叶红松林内开展实验,并采用陷阱法收集地表节肢动物.共捕获地表节肢动物92266只,分别为蜈蚣目、盲蛛目、马陆目、蜘蛛目,大头蚁属和步甲科、隐翅虫科、葬甲科这8个类群;蚂蚁巢穴存在及到蚂蚁巢穴的不同距离对其他地表节肢动物个体数量...     

红松阔叶林倒木贮量动态的研究

在森林倒木研究的基础上探讨长白山红松阔叶林倒木贮量的动态,涉及红松阔叶林倒木分解及其贮量的动态规律。研究表明,倒木分解,除心腐木外,均由表及里进行;倒木分解速率在其它生态条件相同时因树种、直径和部位而异。红松阔叶林倒木贮量动态包括现有倒木贮量和倒木年输入量两个分解动态过程,现有倒木贮量在头100年其干重迅速减少,其中椴树比红松尤速,前者分解91%,后者为72%.林地倒木贮量动态与倒木年输入量分解动态相似,但前者在分解初期贮量增加较大,因为部分现有倒木未完全分解;100年后趋于一致,并恒定于16～17t·hm^-2,直至群落的顶极阶段结束.     

长白山阔叶红松林中红松与紫椴的空间分布格局及其关联性

以长白山阔叶红松林25hm2样地调查数据为基础,采用点格局分析方法O-ring统计,分析了红松与紫椴两个优势树种在主林层、次林层和林下层的空间分布格局,以及各林层之间的种内和种间关联性.结果表明:在小尺度上,红松和紫椴总体上呈聚集性分布,但不同林层的分布格局各异.物种在较低的林层呈明显的聚集分布,而在较高的林层则呈随机或规则分布,聚集度随林层的增高而降低.主林层与次林层红松在<11m的尺度内呈明显的正相关.主林层与次林层、林下层紫椴之间呈负相关.红松和紫椴在整体上表现为正相关,但不同林层间的关联性各异.主林层红松与3个林层紫椴之间没有明显的关联性;次林层红松与次林层紫椴在>4m的尺度上呈负相关,而与林下层紫椴没有明显的关联性;主林层紫椴与次林层红松在0~100m尺度内都表现为显著正相关.     

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.     

长白山阔叶红松林能量平衡和蒸散

利用开路涡动相关系统的连续观测结果,分析了长白山阔叶红松林2008年能量平衡各分量和蒸散量的特征,并对生长季和非生长季能量各分量和蒸散量的差异进行了比较.结果表明:该观测系统能量闭合度为72%,处于国际同类观测的中等水平;能量各分量日、季差异显著,生长季森林生态系统最主要的能量支出项为潜热通量,约占可用能量的66%,非生长季最主要的能量支出项为感热通量,约占可用能量的63%.长白山阔叶红松林2008年蒸散量为484.7 mm,占同期降水量(558.9 mm)的87%,证实森林蒸散耗水是我国北方温带森林最主要的水分支出项.     

小兴安岭带岭林区红松阔叶林景观多样性与稳定性研究

选取具有典型代表性的黑龙江省小兴安岭带岭林业局东方红林场为研究对象,在应用地理信息系统软件对现行森林经营措施进行分析的基础上,探讨了该林场景观分类、景观变化动态分析的结果和成因,并应用马尔可夫转移模型进行景观模拟预测.结果表明,研究期间东方红林场一级分类和二级分类的景观多样性指数较低,有林地面积占整个研究区域的91%以上,构成了景观的基质;1985～1993年间,有林地优势地位加强,优势度从0.611增加到0.692,顶极群落优势度增加70%;在以择伐为主伐更新措施条件下,红松阔叶林在201～209年间将达到稳定状态,面积为13 120～13 22 hm²,成为当地稳定的顶极植被群落.     

降水变化驱动下红松阔叶林土壤真菌多样性的分布格局

红松阔叶林生态系统是中国东北地区地带性顶极植被,具有重要的生态学意义,长白山是研究温带森林对大气降水变化正负反馈的理想地带.本文以长白山原始红松阔叶林为研究对象,基于末端限制性片段长度多态性分析技术,分析了降水控制样地(增、减30％)和对照样地的0 ～5 cm和5～ 10 cm表层土和红松根际土真菌多样性的空间异质性.结果表明:降水的增加和减少均能提高土壤真菌的多样性,但优势种群有所变化.表层土中,片段长度超过500 bp的T-RFs丰度随降水增加而提高,根际土中对降水变化响应的T-RFs分别为380、455和487 bp,且根际土的响应模式较表层土复杂.典范对应分析结果表明,土壤pH、有机碳含量、总氮和有效磷等对真菌群落组成影响显著.