长白山原始红松林次生演替过程中土壤微生物生物量和酶活性变化

采用空间代替时间的方法,以我国东北地区温带森林长白山原始阔叶红松林成熟林(200年)和过熟林(＞200年)及其次生演替不同阶段——白桦幼龄林(20年)、白桦中幼龄林(30年)、白桦中龄林(50年)、白桦成熟林(80年)和白桦过熟林(100年)为研究对象,分析了长白山原始阔叶红松林次生演替过程中土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、氮、磷及土壤酶活性变化.结果表明:白桦幼龄林和白桦成熟林的土壤腐殖质层(A层)有机碳含量最高,分别为154.8和154.3 g·kg-1,而顶极群落原始阔叶红松林A层有机碳含量相对较低,成熟林和过熟林分别为141.8和133.4 g·kg-1.白桦中龄林和白桦成熟林的微生物生物量碳和微生物熵均高于其他林地,纤维素酶、过氧化物酶、酸性磷酸酶和纤维二糖酶的活性到中龄林和成熟林达到最高,而此阶段的多酚氧化酶活性最低,提示白桦中龄林及白桦成熟林土壤有机碳周转速度快,土壤有机碳可能处于较强的积累过程中.统计分析表明,土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、全氮和有效磷含量之间呈极显著正相关(r分别为0.943、0.963和0.953,P＜0.01).     

小兴安岭7种典型林型林分生物量碳密度与固碳能力

森林生物碳储量作为森林生态系统碳库的重要组成部分, 在全球碳循环中发挥着重要作用。以小兴安岭7种典型林型为研究对象, 通过外业样地调查与室内实验分析相结合的方法, 从林分尺度对林分生物量与碳密度进行计量, 分析了林分生物碳储量的空间分配格局, 并对林分年固碳能力与碳汇潜力进行了探讨。结果表明: 小兴安岭不同林型从幼龄林到成熟林的乔木层碳密度增长速率为: 蒙古栎(Quercus mongolica)林>兴安落叶松(Larix gmelinii)林>云冷杉(Picea-Abies)林>樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)林>山杨(Populus davidiana)林>红松(Pinus koraiensis)林>白桦(Betula platyphylla)林。7种典型林型不同龄组(幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)林分生物量碳密度分别为: 红松林31.4、74.7、118.4和130.2 t·hm^-2; 兴安落叶松林28.9、44.3、74.2和113.3 t·hm^-2; 樟子松林22.8、52.0、71.1和92.6 t·hm^-2; 云冷杉林23.1、44.1、77.6和130.3 t·hm^-2; 白桦林18.8、35.3、66.6和88.5 t·hm^-2; 蒙古栎林25.0、20.0、47.5和68.9 t·hm^-2; 山杨林19.8、28.7、43.7和76.6 t·hm^-2。红松林、兴安落叶松林、樟子松林和蒙古栎林在幼龄林时林分年固碳量较高, 其他林型在成熟林时林分年固碳量较高。7种典型林型不同龄组的林分生物量碳密度均随林龄增长而增加, 但不同林型的碳汇功能存在差异, 同一林型不同林龄的生物量碳密度增幅差异也较大。林分年固碳量在0.4-2.8 t·hm^-2之间, 碳汇能力较强、碳汇潜力较大。尤其是小兴安岭目前林分质量较差, 幼龄林和中龄林所占的比重较大, 具有较大的碳汇潜力。研究结果可为森林经营管理及碳汇功能评价提供参考。     

中国典型人工林净初级生产力与林龄的关系撤回

人工林在陆地生态系统中起着重要的碳汇作用。本研究基于我国25个研究区的5个主要造林树种(刺槐、栓皮栎、杉木、樟子松和油松)的树木年轮数据,利用各研究区不同树种的生物量方程计算标准木的年均净初级生产力(NPP)进而扩展到林分尺度,利用InTEC模型及Law模型模拟各研究区不同人工林NPP与林龄的关系。结果表明：刺槐林、杉木林和油松林NPP随林龄表现出先增加后逐渐平稳的趋势,栓皮栎林和樟子松林NPP达到峰值后则出现下降的趋势。不同人工林NPP-林龄拟合曲线出现拐点的顺序为：樟子松林11年、杉木林14年、油松林16年、刺槐林20年。其拐点NPP分别为6.65、7.58、4.70和2.59 t·hm^-2·a^-1。InTEC及Law NPP-林龄模型在大尺度范围内都有较高的拟合精度,樟子松林InTEC模型R²最低(R²=0.95),均方根误差(RMSE)为0.55 t·hm^-2·a^-1;杉木林InTEC模型R²最高(R²=...     

广西不同林龄喀斯特森林生态系统碳储量及其分配格局

基于广西喀斯特地区45块1000 m²样地的调查,研究幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林5个林龄阶段喀斯特森林植被与土壤碳储量的分配格局.结果表明: 广西不同林龄喀斯特森林总碳储量表现为幼龄林(86.03 t·hm^-2)＜近熟林(110.63 t·hm^-2)＜中龄林(112.11 t·hm^-2)＜成熟林(149.1 t·hm^-2)＜过熟林(244.38 t·hm^-2);各林龄阶段植被不同层碳储量分配均不同,乔木层所占比例占绝对优势,达到92.3%～98.7%,随林龄的增加而增长,灌木层、草本层、凋落物层所占比例分别为0.3%～1.9%、0.3%～1.2%和0.3%～2.5%,细根所占比例为0.3%～3.3%.土壤有机碳密度随土层深度的增加而递减,土壤层碳储量为51.75～81.21 t·hm^-2,所占生态系统比例为33.2%～66.2%,其随林龄的增大呈减小趋势.生态系统地上、地下部分碳储量分别为22.80～141.72和62.30～102.66 t·hm^-2,除过熟林外均为地下部分＞地上部分,地上碳储量随林龄的增大呈逐渐增加的趋势,地下碳储量的变化规律与土壤碳储量变化趋势一致.土壤层和乔木层为生态系统的主要碳库,二者所占比例达到了96%以上.     

Biomass carbon density and carbon sequestration capacity in seven typical forest types of the Xiaoxing’an Mountains,China

森林生物碳储量作为森林生态系统碳库的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用。以小兴安岭7种典型林型为研究对象,通过外业样地调查与室内实验分析相结合的方法,从林分尺度对林分生物量与碳密度进行计量,分析了林分生物碳储量的空间分配格局,并对林分年固碳能力与碳汇潜力进行了探讨。结果表明:小兴安岭不同林型从幼龄林到成熟林的乔木层碳密度增长速率为:蒙古栎(Quercus mongolica)林>兴安落叶松(Larix gmelinii)林>云冷杉(Picea-Abies)林>樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)林>山杨(Populus davidiana)林>红松(Pinus koraiensis)林>白桦(Betula platyphylla)林。7种典型林型不同龄组(幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)林分生物量碳密度分别为:红松林31.4、74.7、118.4和130.2 t·hm–2;兴安落叶松林28.9、44.3、74.2和113.3 t·hm–2;樟子松林22.8、52.0、71.1和92.6 t·hm–2;云冷杉林23.1、44.1、77.6和130.3 t·hm–2;白桦林18.8、35.3、66.6和88.5 t·hm–2;蒙古栎林25.0、20.0、47.5和68.9 t·hm–2;山杨林19.8、28.7、43.7和76.6 t·hm–2。红松林、兴安落叶松林、樟子松林和蒙古栎林在幼龄林时林分年固碳量较高,其他林型在成熟林时林分年固碳量较高。7种典型林型不同龄组的林分生物量碳密度均随林龄增长而增加,但不同林型的碳汇功能存在差异,同一林型不同林龄的生物量碳密度增幅差异也较大。林分年固碳量在0.4–2.8 t·hm–2之间,碳汇能力较强、碳汇潜力较大。尤其是小兴安岭目前林分质量较差,幼龄林和中龄林所占的比重较大,具有较大的碳汇潜力。研究结果可为森林经营管理及碳汇功能评价提供参考。     

择伐对阔叶红松林碳密度和净初级生产力的影响

准确量化森林碳密度和净初级生产力(NPP)对于评价森林生态系统在全球碳循环中的作用至关重要.本研究以小兴安岭原始阔叶红松林和择伐(择伐强度30%,择伐对象为大径级红松)34年后的阔叶红松林为对象,采用样地清查和异速生长方程法测定了不同林分的碳密度和NPP.结果表明: 原始林和择伐林的碳密度总量分别为(397.95±93.82)和(355.61±59.37) t C·hm^-2,其中植被碳密度、碎屑碳密度、土壤碳密度分别占总碳库的31.0%、3.1%、65.9%和31.7%、2.9%、65.4%,两者的总碳密度和各组分的分配比例均无显著差异. 原始林和择伐林的NPP总量分别为(6.27±0.36 )和(6.35±0.70) t C·hm^-2·a^-1,乔木层、灌木和草本层、细根所占比例分别为60.3%、2.0%、37.7%和66.1%、2.0%、31.2%,两者的总NPP和各组分的贡献率均无显著差异.而原始林和择伐林中针、阔叶的NPP比例分别为4724∶52.76和20.48∶79.52,两者差异显著.择伐34年后阔叶红松林的碳密度和NPP均达到了择伐前水平.     

不同发育阶段杉木人工林土壤有机质特征及团聚体稳定性

为比较不同发育阶段杉木人工林土壤团聚体稳定性和有机质变化规律,选取杉木幼龄林、中龄林和成熟林为对象,研究不同发育阶段杉木林土壤总碳、总氮、可溶性有机质、微生物生物量、团聚体分布和稳定性。结果表明:随着林分的发育,表层土壤总氮含量呈增加趋势,总碳先减少后增加,3个发育阶段20~100 cm土层的总碳变化不大。可溶性有机质含量和微生物生物量均随土壤加深而显著下降,0~20 cm土层可溶性有机碳含量随着林龄增加而下降,中龄林微生物生物量碳明显低于幼龄林和成熟林,活性有机质与土壤总碳、总氮、土壤容重、p H值和含水量均存在不同程度相关关系,说明杉木人工林土壤活性有机质含量受多个土壤因素的影响。5 mm大团聚体数量和平均重量直径随林分发育呈增加趋势,团聚体破坏率下降。团聚体的稳定性随土层加深而显著下降,中龄林和成熟林深层土壤0.25 mm水稳性团聚体比例、平均重量直径、几何重量直径均大于幼龄林,团聚体破坏率低于幼龄林,表明杉木林分的发育有利于底层土壤结构的稳定。土壤团聚体稳定性与土壤粉粒含量、活性有机碳组分、总碳、总氮呈显著正相关。杉木人工林发育到成熟林阶段,土壤碳和氮得到积累,土壤团聚体稳定性显著提高。     

长白落叶松人工林乔木层生物量分布特征及其固碳能力研究

基于8~56 a长白落叶松人工林样地生物量调查数据,建立了长白落叶松林各器官生物量模型,探讨了不同林龄长白落叶松人工林干材、树皮、树枝、树叶、树根的生物量分布与变化规律及单木与林分乔木层的固碳能力。结果表明:随着林龄的增大,长白落叶松人工林林木及各器官生物量均呈现不同程度的增加趋势,单株木生物量由8 a时的0.174 kg增加至56 a时的328.196 kg,林分乔木层生物量由8 a时的0.519 t·hm-2增加至56 a时的251.39 t·hm-2,其中树干所占比例最大,且增幅最大。长白落叶松人工林单木平均碳储量为74.822 kg,56 a林分乔木层碳密度为130.455 t·hm-2,平均碳密度达63.113 t·hm-2,各器官碳储量变化规律明显。长白落叶松人工林幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林林分乔木层的年平均固碳量分别为0.087、1.193、1.703、2.124 t·hm-2,固碳量年平均增长率排序为中龄林幼龄林成熟林近熟林。研究认为,长白落叶松人工林单株木及林分各器官生物量随林龄增加具有明显的变化规律,成熟林分固碳水平最高,中龄林分后期固碳潜力最大。     

阔叶红松林林木与林分生长对采伐干扰的响应

提升森林质量、修复生态功能是东北阔叶红松林生态修复的核心,而阐明林木与林分生长对采伐干扰的响应机理是其中的关键。森林对采伐干扰的响应会受到空间尺度、时间尺度以及干扰程度等因素的综合影响。以往的研究侧重于比较不同采伐处理下林木生长的相对大小,而忽视了不同恢复时间下,林木和林分生长随干扰程度的变化。以吉林蛟河阔叶红松林采伐样地为对象,基于连续四次样地调查数据(2011、2013、2015、2018年),分别探讨了林木和林分生长在不同恢复阶段对不同程度采伐干扰的响应,并通过构建分段模型确定采伐干扰阈值。结果显示:林木和林分生长对采伐干扰的响应并不一致,采伐促进了林木生长,并且林木生长量随采伐强度的升高而升高;采伐降低了林分生产力,林分生产力随采伐强度的升高而降低。林木和林分生长对采伐干扰的响应存在时滞效应:林木和林分生长在采伐后两年内并无显著变化,而在采伐三年后才发生明显变化。此外,分段模型的结果显示:当保留木断面积为21.6 m²/hm²时,林分生产力最高,表明通过密度调整使阔叶红松林胸高断面积维持在21.6 m²/hm²附近,可使林分处于较高的生产力水平、促进森林恢复。研究结果能够为制定科学的阔叶红松林生态修复策略提供技术支撑。     

长白山原始阔叶红松林不同演替阶段地下生物量与碳、氮贮量的比较

以我国东北长白山自然保护区内同一海拔水平的原始阔叶红松林及其次生林--白桦山杨成熟林和幼林为对象,对不同演替阶段林地地下生物量与碳、氮贮量进行了研究.结果表明,随着演替的进行,白桦山杨幼林、成熟林和阔叶红松林根系生物量分别为2.437、2.742和4.114 kg·m^-2,根系碳贮量分别为1.113、1.323和2.023kg·m^-2,土壤碳贮量分别为11.911、11.943和12.87 kg·m^-2,林地地下碳贮量分别为13.024、13.266和14.610kg·m^-2.3块林地中根系氮贮量分别为0.035、0.032和0.039 kg·m^-2,土壤氮贮量分别为1.207、1.222和0.915kg·m^-2,林地地下氮贮量分别为1.243、1.254和0.955 kg·m^-2.在长白山地区次生林演替和恢复过程中林地地下部分是潜在的碳汇,而土壤氮贮量则没有明显的变化规律.     

林龄对红松和落叶松人工林土壤温室气体通量的影响

探讨人工林发育过程中土壤温室气体排放及其机制,可为森林温室气体通量估算提供理论依据.采用室内培养方法研究了黑龙江省帽儿山地区不同林龄(15、30和50年生)红松(Pinus koraiensis)和落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤温室气体排放/吸收速率及其调控因素.结果 表明:30年生红松和落叶松人工林...     

亚热带森林林分更新对地表径流4种盐基离子浓度的影响

地表径流不仅是水循环的重要组成部分,也是森林物质迁移的重要途径,其动态过程可能受林分更新的调控,目前仍缺乏必要的关注.通过对福建省三明市米槠(Castanpsis carlesii)次生林、杉木(Cunning-hamia lanceolata)人工林、杉木人工幼林和米槠人工幼林近5年的定位观测,探讨林分更新对地表径流...     

基于MODIS和CASA模型的伊春市森林植被NPP变化特征及其影响因子分析

植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)是判定生态系统质量状况和碳汇的重要因子,反映了植被群落的生产能力和生态过程,对调节全球碳平衡、增强生态服务功能具有重要的意义.本文基于MODIS卫星遥感资料和改进的CASA模型,利用2000-2019年MOD17A3HGF的NPP年际数据和气象...     

Stand density and species richness affect carbon storage and net primary productivity in early and late successional temperate forests differently

How stand density and species richness affect carbon (C) storage and net primary productivity (NPP) changes with forest succession is poorly understood. We quantified the C storage of trees and the aboveground NPP in an early successional secondary birch forest (birch forest) and a late successional mixed broadleaf-Korean pine (Pinus koraiensis) forest (mixed forest) in northeastern China. We found that: 1) tree C storage in the mixed forest (120.3 Mg C ha^?1) was significantly higher than that in the birch forest (78.5 Mg C ha^?1), whereas the aboveground NPP was not different between the two forest types; and 2) only stand density had a positive linear relationship with tree C storage and aboveground NPP in the birch forest. In the mixed forest, both tree C storage and aboveground NPP were significantly affected by the combination of the stand density and species richness. The tree C storage to stand density and species richness relationships were hump-shaped. The aboveground NPP increased with increasing stand density, but its relationship to species richness was hump-shaped. We conclude that the effect of stand density and species richness on tree C storage and aboveground NPP was influenced by forest stand succession, and such effects should be considered in studying stand density- and species richness- ecosystem function (e.g., C storage and NPP) relationships in temperate forest ecosystems.     

2000—2015年中国东北森林生产力和碳素利用率的时空变异

中国东北森林生态系统是重要的碳汇功能区,也是对环境变化响应的敏感区,分析其植被生产力和碳素利用效率的变化特征及其对气候变化的响应对于区域碳收支的准确评估和预测具有重要意义.本研究利用MODIS的长期监测数据,结合植被类型分布数据,对中国东北森林生态系统2000—2015年生产力(净初级生产力NPP、总初级生产力GPP)和碳素利用率(NPP/GPP)时空变化特征进行分析.结果表明: 研究期间,东北森林生态系统平均NPP和GPP分别为346.4和773 g C·m^-2·a^-1,平均NPP/GPP为0.45.不同森林类型的NPP和GPP依次为针阔混交林>落叶阔叶林>针叶林,NPP/GPP在不同森林类型间无显著差异.NPP和GPP呈现出东南高、西北低的空间分布特点.2000—2015年间,东北森林生态系统NPP、GPP和NPP/GPP呈波动增加趋势,固碳能力逐步增强.NPP、GPP和NPP/GPP的变化趋势和变化速率表现出空间差异性,在大兴安岭南部地区显著增加,在大兴安岭北部地区显著下降,其余区域呈微弱增加趋势.与气候因子的相关性分析表明,年降水量的增加是驱动东北森林生态系统NPP、GPP和NPP/GPP波动增加的主要因素.     

Contrasting responses of net primary productivity to inter-annual variability and changes of climate among three forest types in northern China

Aims A lack of explicit information on differential controls on net primary productivity (NPP) across regions and ecosystem types is largely responsible for uncertainties in global trajectories of terrestrial carbon balance with changing environment. The objectives of this study were to determine how NPP of different forest types would respond to inter-annual variability of climate and to examine the responses of NPP to future climate change scenarios across contrasting forest types in northern China.Methods We investigated inter-annual variations of NPP in relation to climate variability across three forest types in northern China, including a boreal forest dominated by Larix gmelinii Rupr., and two temperate forests dominated by Pinus tabulaeformis Carr. and Quercus wutaishanica Mayr., respectively, and studied the responses of NPP in these forests to predicted changes in climate for the periods 2011–40, 2041–70 and 2070–100 under carbon emission scenarios A2 and B2 of Intergovernmental Panel on Climate Change. We simulated the responses of NPP to predicted changes in future climate as well as inter-annual variability of the present climate with the Biome-BGC version 4.2 based on site- and species-specific parameters. The modeled forest NPP data were validated against values in literature for similar types of forests and compared with inter-annual growth variations reflected by tree-ring width index (RWI) at the study sites.Important findings Inter-annual variations in modeled NPP during the period 1960–06 were mostly consistent with the temporal patterns in RWI. There were contrasting responses of modeled NPP among the three forest types to inter-annual variability of the present climate as well as to predicted changes in future climate. The modeled NPP was positively related to annual mean air temperature in the L. gmelinii forest (P < 0.001), but negatively in the P. tabulaeformis forest (P = 0.05) and the Q. wutaishanica forest (P = 0.03), while the relationships of modeled NPP with annual precipitation for the three forest types were all positive. Multiple stepwise regression analyses showed that temperature was a more important constraint of NPP than precipitation in the L. gmelinii forest, whereas precipitation appeared to be a prominent factor limiting the growth in P. tabulaeformis and Q. wutaishanica. Model simulations suggest marked, but differential increases in NPP across the three forest types with predicted changes in future climate.     

透光抚育强度对小兴安岭“栽针保阔”红松林凋落物水文效应的影响

为了揭示“栽针保阔”及透光抚育在恢复东北温带地带性顶极植被阔叶红松林过程中对凋落物层水文效应的影响规律,采用样地调查法和室内浸泡法,同步测定小兴安岭山杨-红松林、白桦-红松林和蒙古栎-红松林(冠下栽植红松25～35年)在不同透光抚育强度(对照,轻、中、强度透光抚育)下的凋落物量、凋落物持水过程、最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量。结果表明: 透光抚育对3种林型凋落物蓄积量(7.32～15.58 t·hm^-2)影响不同,使蒙古栎-红松林(各强度)、山杨-红松林(轻、中度)及白桦-红松林(强度)分别显著提高24.3%～34.6%、15.3%～19.3%和27.1%。凋落物未分解、半分解层的持水量(W)、吸水速率(V)随浸泡时间(t)变化符合W=alnt+b(R²＞0.908)、V=ktⁿ(R²≥0.999)函数关系。各透光抚育(除强度透光抚育山杨-红松林外)使3种林型凋落物层最大持水量(17.86～45.12 t·hm^-2)、最大拦蓄量(16.10～34.19 t·hm^-2)和有效拦蓄量(13.42～27.42 t·hm^-2)分别显著提高30.1%～74.8%、27.4%～83.6%和26.7%～86.0%,且改变了各林型间凋落物层有效拦蓄量的差异。透光抚育显著增强了中期“栽针保阔”红松林凋落物层的水文生态功能,蒙古栎-红松林、山杨-红松林和白桦-红松林依次采取轻、中和强度透光抚育的效果最佳。     

青海三江源地区三种天然圆柏林更新特征

为明确青海三江源地区3种天然圆柏林的更新特征及其主导影响因子,对天然林保护与经营提供参考,本研究评价了圆柏林天然更新等级,分析了林分因子和林地土壤因子对圆柏林天然更新的影响.结果 表明:3种天然圆柏林更新不良,更新潜力不足.大果圆柏林、祁连圆柏林和密枝圆柏林平均更新密度分别为332、279和202株·hm-2,更新个体...     

Variation in Carbon Storage and Its Distribution by Stand Age and Forest Type in Boreal and Temperate Forests in Northeastern China

The northeastern forest region of China is an important component of total temperate and boreal forests in the northern hemisphere. But how carbon (C) pool size and distribution varies among tree, understory, forest floor and soil components, and across stand ages remains unclear. To address this knowledge gap, we selected three major temperate and two major boreal forest types in northeastern (NE) China. Within both forest zones, we focused on four stand age classes (young, mid-aged, mature and over-mature). Results showed that total C storage was greater in temperate than in boreal forests, and greater in older than in younger stands. Tree biomass C was the main C component, and its contribution to the total forest C storage increased with increasing stand age. It ranged from 27.7% in young to 62.8% in over-mature stands in boreal forests and from 26.5% in young to 72.8% in over-mature stands in temperate forests. Results from both forest zones thus confirm the large biomass C storage capacity of old-growth forests. Tree biomass C was influenced by forest zone, stand age, and forest type. Soil C contribution to total forest C storage ranged from 62.5% in young to 30.1% in over-mature stands in boreal and from 70.1% in young to 26.0% in over-mature in temperate forests. Thus soil C storage is a major C pool in forests of NE China. On the other hand, understory and forest floor C jointly contained less than 13% and <5%, in boreal and temperate forests respectively, and thus play a minor role in total forest C storage in NE China.