长白山阔叶红松林中影响乔木幼苗存活的关键因素

应用广义线性混合模型,对长白山阔叶红松林中影响幼苗存活的生物因素和非生物因素进行分析。结果表明:(1)在群落水平上,幼苗存活率和生物因素中同种幼苗邻居显著负相关,说明在阔叶红松林群落中存在负密度制约效应。(2)生物因子和非生物因子对不同年龄阶段的幼苗存活率影响不同。对于1年生的幼苗,幼苗存活率与异种大树邻居呈显著负相关,与同种大树邻居呈显著正相关;对于2—3年生的幼苗,其存活率和同种幼苗邻居、同种大树邻居均呈显著负相关,和非生物因子相关不显著;对于4年生以上的幼苗,其存活率和土壤主成分分析的PC1(低的有机质、速效钾、速效氮等比较贫瘠的土壤)显著负相关。(3)种子的传播方式不同,幼苗存活率的影响因子也不同。对于风传播的物种,存活率与同种幼苗邻居密度显著正相关。对于重力传播的物种,幼苗存活率与土壤PC3(高的全氮和速效氮,含氮较高的土壤)、异种大树邻居、草本密度呈负相关,与林冠开阔度和草本盖度成正相关。(4)对于不同的物种,影响幼苗存活的因素也不同。紫椴的幼苗存活率与土壤PC3、异种大树邻居、草本密度呈显著负相关,与土壤主成分PC2(高的有机质和全氮等养分比较好的土壤)呈显著正相关。     

长白山阔叶红松林乔木树种幼苗组成及其年际动态

为了解阔叶红松(Pinus koraiensis)林乔木树种幼苗的组成及其年际动态, 以长白山阔叶红松林25 ha动态监测样地为平台, 在样地内150个种子收集器周围设置了600个5 m×5 m幼苗样方。基于2006–2008年连续3年的幼苗样方调查数据, 对乔木幼苗的树种组成、数量组成、空间分布特征、年际动态、新增和死亡幼苗组成等进行了分析。结果表明: (1)从树种组成来看, 该群落乔木树种的幼苗组成种类较为丰富, 共记录到21个树种, 这些树种也是样地内胸径1 cm以上乔木树种的主要组成成分。树种组成在年际间变化不大, 但各样方间表现出极大的空间变异。(2)从数量组成来看, 共记录到11,959株乔木幼苗, 以水曲柳(Fraxinus mandshurica)和紫椴(Tilia amurensis)幼苗数最多, 占总幼苗数的72.75%; 水曲柳、紫椴和红松的幼苗数量在年际间有明显波动, 其他树种年际间波动较小。(3)从新增和死亡幼苗的数量与组成来看, 共记录到15个乔木树种的新增幼苗, 其中紫椴、水曲柳、色木槭(Acer mono)、红松等10个树种在每次调查中都有新苗记录, 新苗数量在年际间随物种和样方位置表现出明显差异。(4)对各树种的幼苗、种子和大树的组成和空间分布的比较发现, 各树种的幼苗、种子和大树之间的数量组成和比例差异较大, 其中紫椴、水曲柳、色木槭和假色槭(A. pseudo-sieboldianum)的幼苗、种子在整个样地内都有分布, 春榆(Ulmus japonica)和怀槐(Maackia amurensis)幼苗的空间分布与种子和大树不一致, 糠椴(T. mandshurica)和山丁子(Malus baccata)等的幼苗、种子和大树的个体数相对都较少, 且它们的分布是一致的。     

长白山次生针阔混交林乔木幼苗存活的影响因素分析

基于长白山次生针阔混交林样地, 以520个1 m × 1 m幼苗样方中胸径小于1 cm的乔木幼苗为研究对象, 选取2013年和2014年的幼苗调查数据, 运用广义线性混合模型(GLMM)分析了生物邻体和生境异质性对幼苗存活的影响, 探讨了次生针阔混交林幼苗存活影响因素及物种共存机制。结果表明: (1)适宜大树生长的局域生境同样也适宜幼苗的存活, 幼苗存活率与土壤含水量和有效氮等土壤养分显著正相关。(2)幼苗个体之间存在明显的竞争, 较多的幼苗邻体显著降低幼苗的存活率。同种大树邻体和同种幼苗邻体与幼苗存活显著负相关, 表明存在负密度制约效应。(3)随着幼苗年龄的增加, 生境异质性对幼苗存活的影响逐渐增大。该研究证实了密度制约效应和生境异质性对幼苗存活有着重要影响, 其相对重要性随着幼苗年龄级、功能群以及物种种类而变化。     

吉林蛟河针阔混交林乔木幼苗组成及其密度格局影响因素

以吉林蛟河次生针阔混交林42 hm ²固定监测样地中209个幼苗监测站内的乔木幼苗为研究对象, 基于2016和2017年幼苗调查数据, 探究幼苗物种组成、数量动态等特征, 并运用广义线性混合效应模型分析了幼苗密度与生物邻体及其生境因素的相关性。结果表明: (1)该样地内所有幼苗监测站共调查到幼苗4 245株, 分属10科12属18种, 新生幼苗的数量在物种和调查年份间均有明显差异, 其中水曲柳(Fraxinus mandschurica)和紫椴(Tilia amurensis)幼苗表现出大量出生和死亡的动态特征。(2)群落水平上, 幼苗密度与局域同种成体胸高断面积之和、土壤全磷和有效钾等养分含量显著正相关, 适宜大树生长的生境同样适宜幼苗的生长。(3)水曲柳幼苗密度的影响因素与群落水平一致, 红松(Pinus koraiensis)存在明显的生境偏好, 在湿度较小、土壤全磷、有效氮和有效磷含量较低的生境中密度更高。相对于多年生幼苗, 同种成年邻体对当年生幼苗密度影响更加显著。该研究证实了扩散限制和生境过滤共同影响幼苗密度格局, 生物邻体和生境异质性的相对重要性随幼苗物种种类和年龄级变化。     

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.     

长白山阔叶红松林的温度效应

森林温度特征的研究是揭示森林生态系统功能、评估森林环境效益的基础.对2004年长白山阔叶红松林林内外空气温度和土壤温度进行了观测,结果表明:林内外空气温度、土壤温度明显不同.白天林内气温一般低于林外,夜间高于林外.昼间气温差夏季较大,7月平均差值为1.6 ℃;夜间气温差冬季较大,1月平均差值为1.5℃.空气温度和土壤温度的日振幅总是林内小于林外,7月空气温度日振幅林内比林外低1.7℃,4月土壤温度日振幅林内比林外低5.8℃.     

长白山阔叶红松林蒸散量的测算

2001年7－9月应用水量平衡法对长白山阔叶红松林蒸散量进行了测定,同时应用波文比（BREB）法对其蒸散量进行了估算,两种方法得到的总蒸散量分别为288.18mm和214.94mm,均小于该时段的降雨量301.9mm。通过两种方法分别得出了各月平均日蒸散量,并通过第二种方法计算出每日的蒸散量及每日不同时刻的蒸散速率,从而对水量平衡法和BREB方法测算阔叶红松林蒸散量的可行性及其精度进行了验证。     

长白山阔叶红松林物种多度和空间分布格局的关系

应用随机分布多度模型和聚集分布多度模型,探讨不同研究尺度下物种多度和空间分布格局的关系.结果表明,预测的物种多度不仅受物种分布面积大小的影响,还受其聚集程度的影响.物种多度和空间分布格局的关系存在着明显的尺度效应,即随着研究尺度的增加,无论是随机分布多度模型还是聚集分布多度模型,通过物种空间分布格局来预测物种多度的准确度都在下降.聚集分布多度模型预测物种多度的结果要好于随机分布多度模型,这表明该区大多数物种是聚集分布的.由于物种的空间分布格局不同,不同物种多度的预测值和真实值之间的差异也不同.因此,为了进一步提高模型预测的准确性,进一步考虑不同物种的生活史特性是必要的.     

择伐干扰后长白山阔叶红松林乔木竞争强度变化

以长白山区阔叶红松林为研究对象,采用空间代替时间的方法,对于不同年度进行中度择伐后形成的天然次生林进行群落学调查,并应用GIS软件将林木树干点位置及树冠投影数字化,得出树干点坐标及树干投影面积.运用Hegyi的竞争指数模型计算择伐干扰后不同恢复阶段红松阔叶林的竞争强度,从林分整体出发,分析和探讨了择伐干扰后28年恢复期间阔叶红松林乔木竞争强度变化.结果表明,中等强度择伐对阔叶红松林主林层竞争强度影响不大,择伐干扰后林分竞争主要发生在次林层,林分的竞争强度随时间推移不断增加,在28年后达到最大,树冠投影面积中重叠面积与非重叠面积比例的变化趋势与林分整体竞争强度的变化趋势相类似,从减弱林分对红松及其它珍贵阔叶树种的竞争角度看来,阔叶红松林的择伐周期至少应该在15年或更长一点,并应该在第一次择伐后15年时开始对次林层进行有针对性的抚育.     

地形对阔叶红松林幼苗更新的影响

依托黑龙江凉水国家级自然保护区9 hm²典型阔叶红松林动态监测样地的900个2 m×2 m多年生幼苗(H≥30 cm,DBH<1 cm)样方,基于2006、2008和2010年3次调查数据,分析了地形对幼苗建立的影响.结果表明: 样地内共有乔木幼苗26种,2006、2008和2010年的乔木幼苗总数分别为4514、6464和5611株·hm^-2.其中个体数前10位树种的幼苗数量占幼苗总数的90%以上.地形对8个主要乔木幼苗的分布有显著的影响,其中暴马丁香、冷杉、色木槭、春榆、花楷槭、紫椴和青楷槭幼苗与其成树分布基本一致,而红松幼苗的空间分布与成树分布有所不同.暴马丁香、冷杉、裂叶榆、青楷槭和紫椴幼苗的死亡与地形显著相关.暴马丁香、春榆、红松、冷杉、水曲柳、色木槭和紫椴新增幼苗与地形显著相关.
     

Composition and seasonal dynamics of seed rain in broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest in Changbai Mountain, China

To explore the composition and spatio-temporal dynamics of seed rain in broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest, 150 seed traps were set up in a 25 hm2 plot in Changbai Mountain. Seeds, fruits, anthotaxy and others in seed traps were collected, identified and divided into 4 types. From 2005 to 2006, we collected 47 different types. Total number of seeds and fruits was 121291, including 23147 mature seeds and fruits (19.1% of the total). Tilia amurensis and Fraxinus mandshurica, with the most seeds and fruits, accounted for 90% of the total. The analysis on seasonal dynamics of seed rain showed that there were the largest number of seeds and fruits between July and October, which were composed of immature seeds and fruits. In mid-October, mature seeds and fruits reached their peak, but immature seeds and fruits still accounted for high proportion. There were 91 traps that contained 100–200 mature seeds and fruits, and one trap without any mature seed or fruit. The largest number of species found in a trap was 7, and usually 3 or 4 species were found in most of the traps. There were obvious relationships between spatial patterns of mature seeds and fruits and their parent trees, indicating that their mature seeds and fruits were not dispersed far from their parent trees.     

Effects of biotic neighbors and habitat heterogeneity on tree seedling survival in a secondary mixed conifer and broad-leaved forest in Changbai Mountain

Aims Our study aimed to understand the effects and the relative importance of biotic neighborhood and habitat heterogeneity for tree seedling survival in a secondary mixed conifer and broad-leaved forest in Changbai Mountain, north-eastern China.
Methods The generalized mixed linear model was used to examine the relative effects of biotic neighborhood and habitat heterogeneity on seedling survival over two years.
Important findings Our results showed that both biotic neighborhood and habitat heterogeneity had significant effects on the seedling survival at community level. The local environment suitable for the adult growth was also suitable for seedling survival. The soil moisture and soil available nitrogen exhibited significant positive effects on seedling survival. On the other hand, seedling density had significant negative effects on seedling survival due to the individual competition. Particularly, we found significant negative density-dependent effects on seedling survival which was caused by conspecific adult and seedling neighbors. As expected, with the increasing of seedling survival age, the habitat heterogeneity became more important on seedling survival. These results suggest that both local biotic neighborhood and habitat heterogeneity drive seedling survival in this temperate forest, and their relative importance varies with different seedling age classes and species traits.     

Drivers of composition and density pattern of tree seedlings in a secondary mixed conifer and broad-leaved forest,Jiaohe, Jilin,China

以吉林蛟河次生针阔混交林42 hm ²固定监测样地中209个幼苗监测站内的乔木幼苗为研究对象, 基于2016和2017年幼苗调查数据, 探究幼苗物种组成、数量动态等特征, 并运用广义线性混合效应模型分析了幼苗密度与生物邻体及其生境因素的相关性。结果表明: (1)该样地内所有幼苗监测站共调查到幼苗4 245株, 分属10科12属18种, 新生幼苗的数量在物种和调查年份间均有明显差异, 其中水曲柳(Fraxinus mandschurica)和紫椴(Tilia amurensis)幼苗表现出大量出生和死亡的动态特征。(2)群落水平上, 幼苗密度与局域同种成体胸高断面积之和、土壤全磷和有效钾等养分含量显著正相关, 适宜大树生长的生境同样适宜幼苗的生长。(3)水曲柳幼苗密度的影响因素与群落水平一致, 红松(Pinus koraiensis)存在明显的生境偏好, 在湿度较小、土壤全磷、有效氮和有效磷含量较低的生境中密度更高。相对于多年生幼苗, 同种成年邻体对当年生幼苗密度影响更加显著。该研究证实了扩散限制和生境过滤共同影响幼苗密度格局, 生物邻体和生境异质性的相对重要性随幼苗物种种类和年龄级变化。     

Composition and seasonal dynamics of seed rain in broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest in Changbai Mountain, China

To explore the composition and spatio-temporal dynamics of seed rain in broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest, 150 seed traps were set up in a 25 hm2 plot in Changbai Mountain. Seeds, fruits, anthotaxy and others in seed traps were collected, identified and divided into 4 types. From 2005 to 2006, we collected 47 different types. Total number of seeds and fruits was 121291, including 23147 mature seeds and fruits (19.1% of the total). Tilia amurensis and Fraxinus mandshurica, with the most seeds and fruits, accounted for 90% of the total. The analysis on seasonal dynamics of seed rain showed that there were the largest number of seeds and fruits between July and October, which were composed of immature seeds and fruits. In mid-October, mature seeds and fruits reached their peak, but immature seeds and fruits still accounted for high proportion. There were 91 traps that contained 100–200 mature seeds and fruits, and one trap without any mature seed or fruit. The largest number of species found in a trap was 7, and usually 3 or 4 species were found in most of the traps. There were obvious relationships between spatial patterns of mature seeds and fruits and their parent trees, indicating that their mature seeds and fruits were not dispersed far from their parent trees.     

长白山阔叶红松(Pinus koraiensis)林种子雨组成及其季节动态

为了解阔叶红松(Pinus koraiensis)林的种子雨组成及其在时间和空间上的动态变化,在长白山阔叶红松林25 hm2样地内,设置了150个种子收集器,收集掉落于种子收集器中的果实、种子等.所有收集到的样品分别鉴定其种类并分为成熟种实、未成熟种实、花序和果实或种子碎片及其附属物4类,计算各类别的数量,而后分别烘干秤重.从2005年6月到2006年11月,共收集到隶属11科12属20种的种实及其生殖器官残体.累计收集到121291粒种实,其中成熟种实23147粒,仅占所有种实总个体数的19.1%.种实数最多的树种是紫椴(Tilia amurensis)和水曲柳(Fraxinus mandshurica),两个树种种实的个体数占总个体数的90%.对2006年5月～11月种子雨季节动态的分析发现:种实在7月中旬至10月下旬数量极大,但主要由未成熟种实组成;在10月中旬出现成熟种实散落高峰,但未成熟种实仍占一定的比例.按每个收集器收集到的成熟种实数统计,成熟种实数量在100～200之间的收集器数量最多.按每个收集器收集到的树种数统计,收集器中最多收到的树种数为7,树种数为3和4的收集器个数最多.对6个主要树种成熟种实所在收集器的空间分布进行分析发现,紫椴和水曲柳的成熟种实在整个样地都有分布,春榆(Ulmus japonica)、糠椴(T. mandshurica)、色木槭(Acer mono)和假色槭(A. pseudo-sieboldianum)则只在样地的局部区域收集到成熟种实.成熟种实的空间分布与母树的空间分布大都表现出明显的相关性,表明这些树种的成熟种实并没有扩散到离母树较远的距离.     

长白山红松针阔叶混交林主要树种树干呼吸速率

采用土壤呼吸气室,于2003年4—10月原位测定了长白山红松针阔叶混交林主要树种红松、蒙古栎、水曲柳和紫椴的树干呼吸, 监测了树干温度及林内温度. 结果表明: 4个树种的树干呼吸速率均有明显的季节变化, 其中7月的呼吸速率最高, 10月最低, 呈单峰曲线. 各树种的树干呼吸速率日变化均为“S”型曲线, 并在4:00达到最低,而呼吸速率峰值出现时间有所不同,红松、蒙古栎、水曲柳和紫椴的呼吸速率峰值分别在18:00、20:00、16:00和14:00.不同树种的树干呼吸对温度变化的响应也不相同, 其树干呼吸Q₁₀值在2.24～2.91之间变化,为水曲柳＞蒙古栎＞红松＞紫椴.