基于抚育间伐效应的落叶松人工林直径分布动态模拟

基于黑龙江省孟家岗林场长白落叶松人工林5块固定样地(其中1块为对照样地,4块为抚育间伐样地,断面积强度为3.7%~49.7%)1974—2014年(林龄为19～59 a)复测的31次胸径数据,采用三参数Weibull分布函数拟合5块样地各年份直径分布,研究了直径分布曲线随林龄的动态变化规律,并分析了抚育间伐对林分直径分布曲线及Weibull分布参数的动态影响.构建了基于抚育间伐效应的Weibull分布参数预测的联立方程组模型,分别采用三阶段最小二乘法及度量误差法估计了模型的参数.结果表明: 未间伐林分(对照)直径分布曲线随林龄增加由“高峰狭窄”(林木直径分布集中)状态逐渐向“低峰宽广”(林木直径分布分散)状态过渡;抚育间伐后,林木直径分布曲线均较抚育间伐前右偏加剧,峰度变高,径阶变窄,对称性下降;间伐强度越大,伐除的中小径阶树木越多,直径分布曲线较间伐前左侧截尾明显,峰度增高,径阶分布范围变小.低强度抚育间伐使得参数a值变大,b值变小,对参数c的影响不明显;高强度抚育间伐使得参数a的增量变大,b值变小,参数c值变小.参数预测联立方程组模型的拟合结果表明,参数b的预测模型拟合效果最好,R²>0.98;参数c预测模型拟合效果稍差,但R²>0.91;三阶段最小二乘法拟合结果与度量误差联立方程组方法区别不大,两种方法检验结果均较好,模型精度都>97%,拟合效率均>0.92.所建立的模型能够较好地模拟抚育间伐效应下落叶松人工林直径分布动态变化,为科学合理经营森林提供了依据.     

红松、白桦的氮营养行为及其种间分异

对红松、白桦的吸收空间和吸收N素的时间(季节)、数量、形态的研究表明,在混交情况下,白桦表现出较典型的浅根性特征,吸收根主要集中在土壤表层;红松则具有深根性趋势,其吸收根在下层土壤空间的分布明显增加.白桦吸收N素养分的季节比较集中,具有明显的峰期;而受白桦庇荫的红松则在整个生长季中一直比较平缓地吸收N素,峰期不甚明显.白桦对N的消耗量较大;而红松对N的消耗量则相对较小,N利用效率比白桦高34%.在对N素养分化学形态的偏向选择性方面,白桦较喜NO₃^--N,而红松则较偏好NH₄⁺-N.     

红松,白桦的氮营养行为及其种间分异

对红松、白桦的吸收空间和吸收N素的时间 (季节 )、数量、形态的研究表明 ,在混交情况下 ,白桦表现出较典型的浅根性特征 ,吸收根主要集中在土壤表层 ;红松则具有深根性趋势 ,其吸收根在下层土壤空间的分布明显增加 .白桦吸收N素养分的季节比较集中 ,具有明显的峰期 ;而受白桦庇荫的红松则在整个生长季中一直比较平缓地吸收N素 ,峰期不甚明显 .白桦对N的消耗量较大 ;而红松对N的消耗量则相对较小 ,N利用效率比白桦高 34% .在对N素养分化学形态的偏向选择性方面 ,白桦较喜NO-3 N ,而红松则较偏好NH 4 N .     

基于抚育间伐效应的长白落叶松人工林两阶段枯死模型

1972和1974年分别在黑龙江省江山娇林场及孟家岗林场设置10块长白落叶松人工林固定样地(8块抚育间伐样地、2块对照样地),采用连年复测数据,分析抚育间伐对人工长白落叶松样地枯死与单木枯死的影响.基于二分类变量Logistic回归,建立了样地枯死及样地内单木枯死概率的两阶段模型(Ⅰ:抚育间伐后样地水平枯死概率模型;Ⅱ:枯死样地中单木水平枯死概率模型),采用广义估计方程(GEE)方法对模型参数进行估计.根据敏感度和特异度曲线相交点确定枯死概率最优临界点.结果表明: 样地数据按照抚育间伐次数分为4组分别建模(模型1～模型4).在模型1中,地位指数、林分年龄的自然对数、抚育间伐年龄及强度为显著自变量;模型2～模型4采用主成分分析法建模,主成分包含林分年龄、每公顷株数、平均胸径及抚育间伐因子,说明抚育间伐因子对样地枯死概率有显著影响.抚育间伐对枯死样地中单木枯死概率无显著影响,单木枯死概率模型中显著性自变量为林分初植密度、年龄、林木胸径的倒数及林分中大于对象木的所有林木断面积之和.样地枯死概率模型及单木枯死概率模型Hosmer和Lemeshow拟合优度检验均不显著,模型AUC均在0.91以上,估计正确率均超过80%,说明模型拟合效果较好.     

抚育间伐对长白落叶松人工林土壤碳、氮及其组分的影响

抚育间伐作为重要的森林经营措施之一,能够改变林分结构和稳定性,进而影响森林生态系统的生物地球化学循环.然而,抚育间伐对森林土壤碳、氮循环的影响程度如何尚不明确,尤其缺少长期试验结果报道.本研究以黑龙江省孟家岗林场经过4种不同强度和频度的抚育间伐处理后的60年生长白落叶松人工林为研究对象(4次低强度的间伐,LT4;3次中等强度的间伐,MT3;2次高强度间伐,HT2;不进行间伐的对照,CK),从酸水解法划分土壤碳、氮库(活性碳、氮库Ⅰ,活性碳、氮库Ⅱ和惰性碳、氮库)的角度研究了抚育间伐对长白落叶松人工林土壤总有机碳、全氮的影响机制.结果表明: 抚育间伐显著增加了土壤有机碳和全氮含量,增幅分别高达48.7%～50.3%和28.9%～42.7%.抚育间伐均增加了3种碳、氮组分的含量,而增加的程度因碳、氮组分和抚育间伐措施的不同而异.与活性碳库Ⅰ和活性碳库Ⅱ的增加程度相比,惰性碳库的增加程度最大,LT4、MT3和HT2处理下惰性碳库分别增加71%、69%和75%.此外,抚育间伐也显著增加了惰性碳占土壤总有机碳的比例.LT4显著提高了土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵,而MT3和HT2对微生物生物量碳、氮和微生物熵却无显著影响.抚育间伐可能通过产生较多的粗木质残体于土体中,增加土壤木栓质和木质素等顽固组分的输入,进而导致土壤惰性碳含量增加,降低有机质的分解,最终导致土壤有机碳增加.     

杨树新无性系冠层特性及叶片的空间分布

对11个5年生黑杨无性系的冠层特性进行了研究,供试无性系的冠层特性不存在显着差异。但在不同层次、不同部位间差异显着。垂直分布上的差异主要体现于叶片大小上,而水平分布的的差异则主要体现于叶片数目上。群体总的冠层分布模式为叶面积从上至下,从内到外逐渐增加。     

利用竞争指数评价水曲柳落叶松种内种间空间竞争关系

林木之间的竞争包括地上和地下两部分。竞争影响空间的确定对预测生长有重要的意义。本研究将竞争影响空间划分为两部分：距对象本最近的一圈,称为内圈,包括地上和地下竞争影响;除最近一圈以外称为外圈,主要为地下竞争影响。在此基础上将竞争指数分解为不同的竞争指数分量。并以水曲柳和落叶松纯林和混交林为例,定量地分析了竞争影响空间内地上竞争和地下竞争,种内和种间竞争影响大小。结果表明,纯林中两树体最近一圈内地上和     

Leaf hydraulic traits of larch and ash trees in response to long-term nitrogen addition in northeastern China

兴安落叶松和水曲柳叶片水力性状对长期氮添加的响应大气氮沉降影响树木水力结构,进而影响树木的生长和生存。然而,目前关于叶片水力性状对氮沉降的响应尚不明确,而且该响应可能与物种或植物功能型有关。本研究以中国东北地区水曲柳 (Fraxinus mandshurica,阔叶被子植物)和兴安落叶松(Larix gmelinii,针叶裸子植物)人工林为研究对象,利用长达16年的施氮(10 g N m⁻² yr⁻¹)试验研究了氮添加对两种树种叶片水力性状的影响。用自然干燥法测定了叶片压力-容积曲线,用复水动力学法量化了叶片最大水力导度(K_{leaf_max})和抗栓塞阻力(P_50leaf)。研究结果表明,与水曲柳相比,兴安落叶松具有较高的K_{leaf_max}和较强的干旱容忍性(即较低的质壁分离点的相对含水量(RWC_tlp)和弹性模量(ε),较负的P_50leaf)。此外,氮添加增加了水曲柳的叶膨压损失点水势(π_tlp)、叶饱和含水量时的渗透势(π₀)和叶水容(C_{leaf_mass}),但对兴安落叶松的这些性状影响不显著,表明水曲柳对氮添加更敏感。氮添加增加了水曲柳和兴安落叶松的K_{leaf_max}和P_50leaf。水曲柳的π_tlp和π₀均与叶密度(LD)正相关,而C_{leaf_mass}与LD负相关。兴安落叶松的K_{leaf_max}与LD正相关,P_50leaf与LD负相关。两个树种的K_{leaf_max}与P_50leaf均呈负相关关系。我们的研究表明,长期氮添加降低了这两个重要造林树种的叶片干旱容忍性,这一发现加深了我们对氮沉降背景下树木水力表现的理解。     

水曲柳落叶松人工混交林中树木个体生长的竞争效应模型

本研究从水曲柳落叶松混交林中树木的种内种间竞争机制出发,对与距离有关的竞争模型和邻体干扰模型进行了改进,提出了以竞争指数分量和竞争效应系数来量化树木间的空间竞争。根据野外的实测数据,以年材积生长量为因变量各竞争指数分量为自变量,通过多元回归分析建立了树木个体生长的竞争效应模型,回归结果有很好的拟合优度。本研究为空间竞争模型的进一步改进和生态学研究植物竞争生长关系提供了新的思路。     

混交比例对长白落叶松和水曲柳混交林碳储量及其分配格局的影响

以长白落叶松和水曲柳混交林为研究对象,根据长白落叶松和水曲柳的栽植行数比选择4种不同行状混交比例的林分(类型Ⅰ:5∶3;类型Ⅱ:6∶4;类型Ⅲ:5∶5;类型Ⅳ:1∶1),建立长白落叶松和水曲柳生物量似乎不相关模型,分析林分各林层和生态系统碳储量的差异及其分配规律。结果表明: 不同林分类型的乔木层碳储量为39.86～50.12 t·hm^-2,类型Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ的乔木层碳储量显著高于类型Ⅲ;林下植被层碳储量为0.10～0.30 t·hm^-2,类型Ⅱ的林下植被层碳储量显著高于其他类型;凋落物层碳储量为4.43～6.96 t·hm^-2,类型Ⅱ、Ⅲ凋落物层碳储量显著高于其他类型;土壤层碳储量为34.97～54.66 t·hm^-2,类型Ⅱ土壤层碳储量显著高于其他类型。在整个生态系统中,林分类型Ⅰ~Ⅳ碳储量分别为90.43、108.27、85.83、89.92 t·hm^-2,类型Ⅱ生态系统碳储量显著高于其他类型。乔木层和土壤层为生态系统主要碳库,分别占生态系统碳储量的43.3%~55.7%和38.7%~50.5%。建议在未来的营林造林中,以6行长白落叶松和4行水曲柳交替种植。     

白桦和落叶松苗木对其纯林土壤养分的生物检测

利用35年生白桦、落叶松纯林土壤分别栽植白桦、落叶松1年生苗木,通过对苗木生长、生物量、叶片养分及土壤养分变化的研究,对两种土壤的肥力进行评价,探讨白桦、落叶松混交林种间互作机制.结果表明:白桦纯林土壤全氮、碱解氮含量显著高于落叶松纯林土壤(P<0.05),落叶松纯林土壤全磷、全钾、速效磷含量显著高于白桦纯林土壤(P<0.05).盆栽第1年,白桦纯林土壤上的白桦苗木苗高、地径和生物量分别比在落叶松纯林土壤上增加69%、52%和65%(P<0.05),落叶松苗木分别增加12%、8%和37%(P>0.05).以白桦纯林土壤为基质时,白桦、落叶松苗木叶片氮浓度高于落叶松纯林土壤,而磷浓度低于落叶松纯林土壤.白桦凋落量大且分解速度快,落叶松对土壤磷具有活化作用,导致白桦纯林土壤氮素有效性较高,落叶松纯林土壤有效磷含量较高.推测两树种混交时,土壤氮、磷的互补作用可能对林分产量产生有益的作用.     

Response of larch species to climate changes

Global warming has changed the distributions of forests of northeastern China. Larix are very important species in this area. Predicting the potential distributions of Larix species and their responses to climate change would attract more and more attention.This paper predicted the potential distributions of three Larix species based on 'climatic-topographic' relationships by logistic regression. The results showed that L. gmelinii is predicted to retreat northwestward by 220 km by 2050 and by 270 km more by 2100; L. olgensis var. changpaiensis is predicted to retreat northwestward by 200 km by 2050 and by 190 to 300 km more by 2100; L. principis-rupprechtii is predicted to retreat northeastward by 200 km by 2050 and by 250 to 400 km more by 2100. This indicated that L. gmelinii could have its optimum latitude moved into Russia, L. olgensis var. changpaiensis could move to the Small Xing'an Mountains and L. principis-rupprechtii would move to the middle part of the Great Xing'an Mountains.     

水曲柳和落叶松人工林根系分解与养分释放

采用埋袋法对水曲柳和落叶松粗根(5～10 mm)、中根(2～5 mm)、细根(＜2 mm)的分解速率及其养分释放进行了为期2年的研究.结果表明,水曲柳粗根、中根和细根年分解系数分别为0.3649、0.4381和0.2720,落叶松依次分别为0.1967、0.1955和0.2464.通过养分分析发现,根系分解过程释放大量C和养分.分解150 d后,两树种所有级别根系的可溶性糖释放均超过90%.水曲柳粗根和中根K的释放均在40%左右,细根K的释放为71%,落叶松所有级别的根系K的释放均在95%以上.在根系分解第2年,两树种粗根和中根N的释放在50%左右波动,P在40%左右波动,两树种细根N和P的释放均达到60%.因此,根系分解在C和养分循环中起重要作用,如果将其忽略,土壤有机质和养分元素的循环将会被严重低估.     

氮胁迫对水曲柳幼苗养分吸收、利用和生物量分配的影响

树木受到环境胁迫时发生形态和生理上的改变,以便获取对其生长发育限制最严重的资源．在东北林区凋落物因受温度影响分解速度和有机物矿质化过程缓慢,森林树木常受到氮营养胁迫．通过温室栽培试验,对氮胁迫下水曲柳幼苗生长的生理学和形态学指标进行了研究．结果表明,在氮胁迫下,水曲柳幼苗的净氮吸收速率和净磷吸收速率都会减少,但在生长前期氮利用效率和磷利用效率高于氮供给充足(8mmol·L^-1)和过量(16mmol·L^-1)时的氮利用效率和磷利用效率．当氮供给浓度不足时,叶重比减少,而特定叶面积和根重比增加．相对生长速率随氮供给浓度增加而增加．在氮胁迫下净同化速率下降,导致总生物量下降．在幼苗生长前期,水曲柳幼苗处于氮胁迫时根／茎比显著大于氮供给充足或过量时的根／茎比。而在生长后期。根／茎比没有显著差别．