森林景观的历史变域研究进展

历史变域概念产生于20世纪90年代,是森林生态系统管理的重要概念之一,可以为生态系统管理提供参考和目标。总结了历史变域领域近期的研究热点:火烧的历史变域研究从定量化火烧特征开始,进而探讨火烧特征的影响因素,并且从火烧特征的单一影响因素向多影响因素、从单一尺度向多时空尺度研究发展;森林景观历史变域研究由描述景观的单一结构特征深入到揭示综合结构特征及功能特征。方法的新进展包括:评估历史数据的误差、探索采样和数据分析方法、重视火疤木数据的多时空特征、以及发掘整合多种来源的历史数据。模拟自然干扰的森林管理是历史变域概念的重要应用之一,最近的研究集中在为森林管理提供更加全面的模拟自然干扰的干扰参数,并且强调这些参数的空间异质性;同时,该管理模式也面临挑战和质疑:气候变化条件下历史变域的概念是否仍旧适用?森林管理是否能够真正达到自然干扰的效果?分析了我国的研究现状,提出发展建议。     

面向生态系统服务的森林生态系统经营:现状、挑战与展望

森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性,对全球生态系统和人类经济社会发展起着至关重要和无可替代的作用。伴随着人口的不断增长和经济社会的迅猛发展,对森林资源和森林生态系统服务的需求不断高涨,而且人类对森林资源价值的认识也发生了很大程度的改变。推进森林资源可持续经营,增加森林总量、提高森林质量、增强生态功能,已成为中国林业可持续发展乃至推进中国生态文明建设和建设美丽中国的战略任务。本文全面综述了森林生态系统经营发展历程,分析了森林生态系统经营的现状和存在问题,在此基础上,提出整合基于生态系统管理与满足现代人类福祉对森林多重需求的新的森林生态系统经营理念,面向生态系统服务的森林生态系统经营理念是未来的发展趋势。森林经营发展战略表现为:1)从单纯的森林面积数量扩张,转变到提高单位面积的森林生产力和森林质量;2)从单一追求木材生产逐步转变为多目标经营,将森林林产品单一的经营目标转变为广泛的生态、经济和社会等多目标经营;3)森林经营重点从林分水平转变为森林景观的经营,强调森林景观的时空异质性和动态变化,权衡和协同多种生态系统的服务功能,倡导森林景观的多样性和连通性,提高森林与其它土地利用模式镶嵌构成的复合景观的可持续性和稳定性,增强森林生态系统对气候变化影响的适应能力;4)森林生态系统经营将从依赖传统经验的主观决策转变为信息化、数字化和智能化的决策,发展森林生态系统经营决策支持系统和森林景观恢复与空间经营规划系统。     

三维辐射传输模型在森林生态系统研究中的应用与展望

太阳辐射是森林生态系统功能与服务得以维持并发展的基础, 对森林中的辐射传输过程进行建模对于理解森林生态系统过程具有重要意义。近年来, 三维辐射传输模型的迅速发展使得冠层辐射能量分布格局与动态的准确模拟成为可能。为更好地理解三维辐射传输模型以使其更有效地服务于森林生态系统研究, 该文从模型的原理、应用及发展趋势3个角度展开论述。首先简要介绍了辐射度方法、光线追踪法等森林三维辐射传输模型常用的原理及目前代表性的模型, 然后总结了三维辐射传输模型在森林生态系统研究中的应用, 最后对模型未来如何通过提高易用性、增加多模型耦合等方式更好地应用于森林生态系统研究进行了展望。随着森林生态系统大数据的积累与过程模型的不断完善, 三维辐射传输模型将在未来森林生态理论研究与实践中发挥更加重要的作用。     

呼中林区森林景观的历史变域模拟及评价

在大兴安岭地区呼中区,将物种的年龄和分布信息进行随机化处理后,应用空间直观景观模型LANDIS对森林景观进行长时间(2500a)模拟,取物种演替稳定时间段作为模拟历史变域的数据来源.分别在景观水平和年龄类型水平上利用景观指数空间分析、主成分分析和核密度估计方法分析景观格局历史变域的模拟结果,并在二维空间坐标内,将研究区1990年、2000年森林景观特征与之比较.结果表明,各树种面积比例在模拟900a后都达到稳定状态,可作为无干扰条件下森林景观特征的历史变域;由于长期采伐,研究区1990年景观的斑块面积和破碎化程度都偏离了该历史变域,其中,过熟林偏离最明显,其斑块面积远小于历史变域,破碎化程度非常严重;虽然1990年后的采伐管理方案比之前的更为合理,但2000年的森林景观仍旧继续偏离历史变域.     

中国森林生态系统N平衡现状

由于N饱和生态系统的出现,森林生态系统作为环境污染储蓄库的认识受到挑战。收集了近十余年来全国各地森林N素循环的研究资料,通过对目前大气N沉降、森林生物固N、森林生态系统N的流失、淋失、挥发等各项收支参数的分析,借助农田养分收支平衡的估算思路和方法对全国森林生态系统N平衡进行了估算。结果表明,我国森林生态系统N的输入大于输出,全国森林生态系统年容纳大气N约为736万t,其中约176万t来自于大气N沉降,约599万t来自于生物固N。而进入到森林生态系统中的N约16万t固定在木材中用以维持森林蓄积的增加,其余绝大部分则保存于森林土壤,使得森林土壤全N含量大约以每年0.002%的速率增长。但不断增加的N素输入并未导致森林生态系统N饱和,全国的森林蓄积仍保持增长的趋势,森林生态系统在N的生物地球化学循环过程中起着重要的调节作用,仍是环境N的储蓄库,对于调节气候,防治污染具有重大作用。     

中国森林生态系统碳汇现状与潜力

巩固和提升森林碳汇,是实现中国“碳中和”目标的重要路径之一。研究总结梳理了近10年来有关中国森林碳储量及其变化的研究文献,一方面在于探明中国森林碳汇现状和潜力以及对实现“碳中和”的贡献,同时分析当前森林碳汇计量与模拟预测研究的差距与不足,更好地支撑国家碳中和实施路径与行动方案。通过整合分析,1999—2018年间中国森林生态系统碳储量年均增长量约(208.0±44.5)TgC/a或(762.0±163.2)TgCO₂-eq/a,其中生物质、死有机质和土壤有机碳库的年均增长量分别约为(168.8±42.4)TgC/a、(12.5±8.1)TgC/a和(26.7±10.9)TgC/a。此外,木质林产品和森林之外的其它林木碳储量分别增长(49.0±15.1)TgC/a和(12.0±11.1)TgC/a。预计中国乔木林生物质碳储量年变化量将从1999—2018年间的(145.9±38.3)TgC/a增长至2030—2039年间的(171.9±60.5)TgC/a,到2050—2059年间逐渐下降至(146.9±57.7)TgC/a。2050—2059年间中国森林生态系统碳...     

基于森林生态系统服务权衡与协同的森林可持续管理

森林是水库、钱库、粮库、碳库,提供多种生态系统服务,对缓解全球气候变化、维护国土生态安全和促进经济社会可持续发展具有基础性、战略性作用。科学认识不同森林生态系统服务间的权衡与协同对实现森林多重效益和开展森林可持续管理至关重要,但森林生态系统服务间的协同或权衡关系存在较大不确定性、因不同研究而异,导致如何通过森林经营实现森林生态系统多种服务成为关键挑战。全面梳理森林生态系统多种服务之间协调与权衡研究现状后发现：(1)研究聚焦森林碳汇、木材供应、生物多样性、森林游憩等多种服务之间的关系与影响因子;天然林的协同效应高于人工林,林龄、林分密度、树种组成、气温、海拔、社会偏好、管理政策等是主要驱动因素;(2)对比不同森林经营模式或管理措施对森林生态系统多种服务的影响,可持续经营是协同实现森林多种效益的有效途径;(3)气候变化与森林生态系统多种服务之间的相互作用取决于气候因子种类与变化程度、森林类型、森林管理方式、区域环境等,当前重点围绕IPCC发布的未来气候变化情景开展研究;(4)借助InVEST、FSOS、CASA等工具,模拟优化森林管理情景,探索兼顾森林多目标的管理方案。同时,系统总结现有研...     

碳同位素技术在森林生态系统碳循环研究中的应用

碳同位素技术对碳素在生态系统中的迁移动态具有很好的示踪作用,在生态学各领域研究中应用广泛。土壤、大气、植物是森林生态系统的重要碳库,植物是大气和土壤交换碳元素的重要介质。本文简要总结了碳同位素技术在研究碳元素在植物体内以及植物、土壤、大气碳库之间的迁移规律和生态学过程中的应用,展望了该技术在森林界面学中的应用前景。     

森林演替在南亚热带森林生态系统碳吸存中的作用

研究了鼎湖山南亚热带森林同一演替系列中3个不同演替阶段(马尾松针叶林、马尾松荷木混交林和季风常绿阔叶林)生态系统碳贮量和分配格局特征,并探讨了该地区森林演替过程中生态系统碳吸存潜力和速度。结果表明:(1)针叶林各组分碳素含量高于阔叶林对应组分的碳素含量(后者是前者的72.0%～94.5%)。两个森林植物碳素含量,不同层次比较,均为乔木层>灌木层>草本层,不同器官比较,以根或干最高。(2)乔木层生物量随森林演替进展而增加。针叶林、混交林和阔叶林乔木层生物量分别为:143.5t/hm2、270.1t/hm2和407.8t/hm2,其中大部分由干和皮组成(各器官占乔木层生物量的比例平均为:叶2.8%、枝19.3%、干和皮混合57.0%、根20.9%)。林下层生物量为4.23～14.10t/hm2,是乔木层的1.0%～9.8%,随森林演替进展而减少。(3)土壤容重随深度增加而增加,但随森林演替进展而减少。与土壤容重相反,土壤有机碳含量随深度增加而明显减少,但随森林演替进展而增加。(4)3种类型森林生态系统碳总贮量分别为135.8t/hm2、215.1t/hm2和259.7t/hm2。生态系统碳贮量在各组分的格局十分相似,植被、土壤和凋落物层所占比例均分别约为67.6%、30.2%和2.2%。与其它地带森林比较,鼎湖山保护区森林植被与土壤碳贮量之比和表层(0～20cm)的土壤碳占整个     

Models for forest ecosystem management: a European perspective

BACKGROUND: Forest management in Europe is committed to sustainability. In the face of climate change and accompanying risks, however, planning in order to achieve this aim becomes increasingly challenging, underlining the need for new and innovative methods. Models potentially integrate a wide range of system knowledge and present scenarios of variables important for any management decision. In the past, however, model development has mainly focused on specific purposes whereas today we are increasingly aware of the need for the whole range of information that can be provided by models. It is therefore assumed helpful to review the various approaches that are available for specific tasks and to discuss how they can be used for future management strategies. SCOPE: Here we develop a concept for the role of models in forest ecosystem management based on historical analyses. Five paradigms of forest management are identified: (1) multiple uses, (2) dominant use, (3) environmentally sensitive multiple uses, (4) full ecosystem approach and (5) eco-regional perspective. An overview of model approaches is given that is dedicated to this purpose and to developments of different kinds of approaches. It is discussed how these models can contribute to goal setting, decision support and development of guidelines for forestry operations. Furthermore, it is shown how scenario analysis, including stand and landscape visualization, can be used to depict alternatives, make long-term consequences of different options transparent, and ease participation of different stakeholder groups and education. CONCLUSIONS: In our opinion, the current challenge of forest ecosystem management in Europe is to integrate system knowledge from different temporal and spatial scales and from various disciplines. For this purpose, using a set of models with different focus that can be selected from a kind of toolbox according to particular needs is more promising than developing one overarching model, covering ecological, production and landscape issues equally well.     

Wildfires in the western Canadian boreal forest: Landscape patterns and ecosystem management

Abstract. Mimicking of natural disturbance for ecosystem management requires an understanding of the disturbance processes and the resulting landscape patterns. Since fire is the major disturbance in the boreal forest, three widely held beliefs about fire behavior and resulting landscape patterns are examined in light of the empirical evidence available. These beliefs are: (1) that there is a ‘natural’ fire frequency for boreal ecosystems; (2) that the landscape mosaic created by wildfire is generally one of small, younger patches embedded within a matrix of older forest; and (3) that forest flammability is largely controlled by fuel accumulation. Despite the apparently logical basis for such beliefs, they are not well supported by empirical evidence. This discrepancy is explained by problems such as failure to appreciate the relationship between number of fires and area burned and inappropriate extrapolations or generalizations from other regions and vegetation types. The most important implications for management are that the natural disturbance processes producing landscape patterns in the boreal forest generally operate at much larger scales than management units, and that humans may have more indirect (through landuse change) rather than direct (through fire suppression) effects on the frequency of wildfires.     

Climate change implications of shifting forest management strategy in a boreal forest ecosystem of Norway

Empirical models alongside remotely sensed and station measured meteorological observations are employed to investigate both the local and global direct climate change impacts of alternative forest management strategies within a boreal ecosystem of eastern Norway. Stand‐level analysis is firstly executed to attribute differences in daily, seasonal, and annual mean surface temperatures to differences in surface intrinsic biophysical properties across conifer, deciduous, and clear‐cut sites. Relative to a conifer site, a slight local cooling of ?0.13 °C at a deciduous site and ?0.25 °C at a clear‐cut site were observed over a 6‐year period, which were mostly attributed to a higher albedo throughout the year. When monthly mean albedo trajectories over the entire managed forest landscape were taken into consideration, we found that strategies promoting natural regeneration of coniferous sites with native deciduous species led to substantial global direct climate cooling benefits relative to those maintaining current silviculture regimes – despite predicted long‐term regional warming feedbacks and a reduced albedo in spring and autumn months. The magnitude and duration of the cooling benefit depended largely on whether management strategies jointly promoted an enhanced material supply over business‐as‐usual levels. Expressed in terms of an equivalent CO₂ emission pulse at the start of the simulation, the net climate response at the end of the 21st century spanned ?8 to ?159 Tg‐CO₂‐eq., depending on whether near‐term harvest levels increased or followed current trends, respectively. This magnitude equates to approximately ?20 to ?300% of Norway's annual domestic (production) emission impact. Our analysis supports the assertion that a carbon‐only focus in the design and implementation of forest management policy in boreal and other climatically similar regions can be counterproductive – and at best – suboptimal if boreal forests are to be used as a tool to mitigate global warming.     

森林生态系统损害评估体系与管理制度研究

生态环境损害事件会破坏或者损害动植物生境与生态系统平衡,乃至对我国生态安全造成威胁。然而目前针对森林生态系统损害鉴定评估工作存在评估体系不完善、定量化评估方法不足、损害赔偿管理制度不健全等问题,且缺乏对人类活动与森林生态系统相互作用的整体受损情况进行剖析。基于此,综合考量人类活动与森林生态系统状况的受损范畴与界限,剔除其中交叉重复的内容,遵循科学性、系统性、可比性、可操作性等4项原则,构建了森林生态系统损害评估指标体系。该体系基于受损对象,涉及了人身安全损害、人类活动损害、森林生态系统功能损害和其他损害共计4项一级指标,包括身体损害、精神损害、经济林果品损失、林副产品损失、加工制造业损失、森林旅游损失、科研文史损失、土壤保持损失、水源涵养损失、防风固沙损失、固碳释氧损失、大气净化损失、应急处理费、调查评估费共14项二级指标,以及22项三级指标,并运用市场价值法、替代成本法、影子工程法、恢复成本法等方法明确了各项指标的价值量化方法。文章还从林业技术部门和司法行政部门两个方面,对森林生态系统损害管理制度进行了探讨。林业技术部门管理制度主要分为事前预防、事中响应和事后评估,包括安全规划、风险控制、损害溯源、应急救援措施、技术方案与修复标准制定等;司法行政部门管理制度主要分为监督管理、立法管理和社会机制,包括名册记录（编制）、违法违规追责、赔偿制度完善、森林损害基金和公众参与办法的建立等。旨在为森林生态系统损害评估技术的定量化、标准化,以及管理制度的健全化提供参考依据。     

森林经营决策支持系统的设计与实现及在采伐中的应用

我国传统的森林经营方式比较落后,数字化水平不高,决策过程比较盲目.在地理信息系统平台中集成森林动态模型,建立森林经营决策支持系统,可以充分发挥地理信息系统的可视化、空间分析以及模型模拟预测功能,加强处理森林在较大时空尺度上的动态变化的能力.本文设计并实现了森林生长率模型、景观采伐模型和矩阵模型,开发了森林经营决策支持系统,回答森林采伐经营中“采多少,采哪里,怎么采”的三个主要问题,在长白山区的露水河林业局和三岔子林业局进行应用,为提高我国森林可持续经营管理的数字化水平提供了技术支持.