中国温带阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化特征

土壤有机碳矿化与陆地生态系统碳循环和全球气候变化关系密切,为准确评估中国温带小兴安岭阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化特征及变化规律。以年代序列法代替群落次生演替过程,采用室内恒温培养(碱液吸收法)测定阔叶红松林不同演替系列(中生演替系列、湿生演替系列、旱生演替系列)6种群落类型土壤有机碳矿化量和矿化速率。3个演替系列土壤有机碳含量均表现出一致的剖面变化特征,随着土层深度的加深有机碳矿化量逐渐降少。且不同演替系列土层间有机碳矿化量不同,中生演替系列原始阔叶红松林土壤有机碳累计矿化量最大,其次为旱生演替系列,湿生演替系列最小。3个演替系列土壤有机碳矿化速率随时间变化呈现基本一致的趋势,即培养前期快速下降、后期逐渐趋于平稳。3个演替系列6种群落类型土壤有机碳矿化差异显著,表现为原始阔叶红松林白桦次生林云冷杉红松林红松枫桦次生林蒙古栎红松林蒙古栎、黑桦次生林。阔叶红松林不同演替系列土壤有机矿化采用非线性指数拟合效果较好。阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化与土壤全氮、凋落物量显著正相关,与土壤含水率、容重、土壤酸碱度显著负相关。不同演替系列群落的演替历史、土壤质地和养分状况等生态因子是导致阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳矿化差异的原因。     

小兴安岭原始阔叶红松林与枫桦次生林土壤呼吸及其各组分特征的比较研究

原始阔叶红松林是我国温带典型的地带性顶极植被类型,枫桦次生林是其典型的次生林类型之一,对二者土壤呼吸及其各组分特征的研究有助于准确评价该地区的碳平衡。本研究主要测定了2013和2014年2个生长季原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤呼吸（R_S）,并量化了土壤呼吸的各个组分（异养呼吸R_H和自养呼吸R_A）,与此同时测量了土壤10 cm处温度以及土壤含水率。研究结果表明,土壤呼吸及其各组分有着明显的季节变化特性,其大小的变化主要受温度的影响,土壤10 cm处的温度可以解释R_S 64%~70%、R_H 56%~65%、R_A 77%~79%的变异。对于温度的敏感性,原始阔叶红松林土壤呼吸Q₁₀值>枫桦次生林土壤呼吸Q₁₀值,而在单一林型中的比较,R_A Q₁₀值 > R_S Q₁₀值 > R_H Q₁₀值。此外,总体Q₁₀值随着季节有着明显的变化,且随着温度的升高有降低的趋势。原始阔叶红松林和枫桦次生林R_S年平均速率分别为3.92和4.06 μmol·m^-2·s^-1,R_H年平均速率分别为2.97和2.85 μmol·m^-2·s^-1,R_A年平均速率则分别为0.96和1.17 μmol·m^-2·s^-1。原始阔叶红松林土壤呼吸以及土壤土壤自养呼吸要稍低于枫桦次生林,而原始阔叶红松林异养呼吸则高于枫桦次生林异养呼吸,但差异不显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林R_S平均年通量分别为942和971 g C·m^-2·a^-1,R_H年通量分别为709和677 g C·m^-2·a^-1,R_A年通量则分别为215和276 g C·m^-2·a^-1。原始阔叶红松林R_S年通量略高于枫桦次生林R_S年通量,但差异不显著。我们的实验结果表明,小兴安岭地区枫桦次生林正向演替的过程中,植被演替变化对土壤呼吸及各组分的影响并不明显,相较于环境因子温度和湿度要小的多。     

长白山原始阔叶红松（Pinus koraiensis）林及其次生林细根生物量与垂直分布特征

以我国东北长白山自然保护区内同一海拔梯度的原始阔叶红松林及其次生林——白桦山杨成熟林和白桦山杨幼林为对象,采用土钻取样法对不同演替阶段细根生物量的变化、细根垂直分布规律及其影响因子进行系统地研究。研究结果表明,在原始阔叶红松林的正向演替过程中,林地细根的总生物量逐渐增加,其中主要乔木细根的生物量逐渐增加,而灌木和草本细根的生物量则逐渐降低。在演替过程中,细根的垂直分布逐渐加深。在长白山地区,3块林地中细根生物量的组成分布受林分植被组成的影响;细根的垂直分布与土壤容重、水分含量以及不同土层中C、N含量存在一定的相关性,但与土壤温度则不存在相关关系。     

全球气候变化对小兴安岭阔叶红松林影响的动态模拟研究

应用林窗模型(Forest Gap Model)及4种大气环流模式(General Girculation Models,GCMs) CO₂加倍"平衡响应"数值试验结果模拟了小兴安岭阔叶红松林对未来气候变化的动态响应过程.结果表明,在美国高达空间研究实验室(Goddard Institute for Space Studies,简记GISS)和美国俄勒冈州立大学(Oregon State University,简记OSU)GCMs预测的CO₂倍增未来气候情景下,与本底生物量(目前气候条件下)相比,阔叶红松林生物量逐渐升高,目前云冷杉阔叶红松林将逐渐向枫桦、紫椴和裂叶榆阔叶红松林演变;但在普林斯顿大学地球流体动力学实验室(Geophysical Fluid Dynamics Laboratory,Princeton University,简记GFDL)和英国气象局(United Kindom Meteorological Office,简记UKMO)GCMs预测的未来情景下,由于较大幅度的增温,云冷杉红松林将向以蒙古栎、紫椴和裂叶榆为主要树种的阔叶林演变.未来增温速率决定了阔叶红松林未来的演替方向.     

长白山阔叶红松林和杨桦次生林土壤有机碳氮的协同积累特征

次生演替是森林土壤有机碳、氮库变化的重要驱动因素.本研究以长白山原始阔叶红松林和杨桦次生林为例,通过成对样地途径,研究了森林土壤有机碳、氮的数量分布及其协同积累特征,探讨了次生演替导致的温带森林土壤碳库和碳汇效应变化及其碳氮耦合机制.结果表明: 杨桦次生林比原始阔叶红松林在土壤表层和亚表层(0～20 cm)积累了更多的有机碳和氮,其土壤C/N值也显著低于阔叶红松林;相对于阔叶红松林,杨桦次生林土壤(0～20 cm)有机碳储量平均增加了14.7 t·hm^-2,相当于29.4 g·m^-2·a^-1的土壤碳汇增益.土壤有机碳和全氮在不同林型的不同土层中均表现为极显著正相关,二者具有明显的协同积累特征.与阔叶红松林生态系统相比,相对富氮的杨桦次生林生态系统的上部土层中氮对有机碳的决定系数明显高于阔叶红松林,说明杨桦次生林土壤有机碳的积累在更大程度上依赖含氮有机质积累.在有机质最丰富的表层(0～10 cm),两种林型间轻组有机碳、氮储量无显著差异,但杨桦次生林重组有机碳、氮的含量、储量及分配比例均显著高于阔叶红松林,其中,重组有机碳储量平均增加了8.5 t·hm^-2,表明次生演替过程中土壤有机碳、氮库的增加主要在于矿物质结合态稳定性土壤有机碳、氮库的增容.凋落物分解和稳定性土壤有机质形成中的碳氮耦合机制是次生演替过程中土壤有机碳、氮库变化的重要驱动机制.     

小兴安岭原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤有机碳库比较研究

土壤有机碳含量是全球生态系统碳储量变化的重要指标之一,本研究以空间替代时间序列的方法,分别选取了小兴安岭地区原始阔叶红松林和枫桦次生林并测定土壤有机碳库、土壤全氮含量、土壤微生物量碳及土壤相关理化性质,结果表明,土壤有机碳含量(SOC)、土壤全氮含量(TN)、土壤微生物量碳(MBC)、土壤含水率等指标随着土壤层的深度增加而逐渐减少最后趋于稳定,而土壤容重随着土壤层的加深而增大。在原始林中0~10和10~20cm层的SOC、TN含量差异不显著,而次生林则差异显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林的土壤有机碳密度(SOCD)分别为21.46和21.3 kg·m^-2,差异不显著。原始林和次生林的平均有机碳含量分别为35.79,28.6 g·kg^-1,土壤全氮含量分别为2.86,1.83 g·kg^-1,枫桦次生林MBC与SOC的线性相关性高于原始林。结果表明原始林土壤肥力高于次生林,在今后次生林的管理中应适当混栽针叶树种,原始林中应适当间伐使地下碳储量增加。     

长白山几种主要森林群落木本植物细根生物量及其动态

2005年在长白山北坡选择5种垂直植被带典型植物群落类型阔叶红松林、白桦林、山杨林、云冷杉林和岳桦林,利用钻取土芯法对细根分布及细根生物量进行了研究.研究结果表明,不同森林群落细根现存生物量存在一定的差异,其中白桦林最高,月平均细根现存生物量为5.1340 t/hm^2、其次为云冷杉林（5.0530 t/hm^2）、岳桦林（4.9255 t/hm^2）、阔叶红松林（4.4919 t/hm^2）和山杨林（3.9372 t/hm^2）;不同群落细根现存量月动态变化也有较大差异,月均最高最低相差阔叶红松林约为72﹪、白桦林近73﹪、山杨林26﹪、云冷杉林56﹪、岳桦林144﹪.在生长季节内不同群落细根发生和死亡也是不均匀的,春季所有群落都会产生大量的细根,一些群落在初秋（9月份）出现另一个较高的峰值,同时发现每次细根大量发生后,都随之产生大量细根的死亡,生长季末群落死亡细根生物量往往是最高的.调查群落72.9﹪以上的细根集中于土壤表层0～10cm的范围内,不同群落略有差别,在所研究的5种森林群落中,不同月份0～10cm土层中细根生物量几乎都表现出白桦林＞阔叶红松林＞云冷杉林＞岳桦林＞山杨林.     

小兴安岭典型阔叶红松林不同演替阶段凋落物分解及养分变化

2006年10月—2008年11月,以小兴安岭地区典型阔叶红松林不同演替阶段[白桦次生林、择伐后的阔叶红松林(简称择伐林)、原始阔叶红松林]的混合凋落叶以及阔叶红松林优势树种(枫桦、紫椴和红松)的凋落叶为对象,采用网袋分解法分析阔叶红松林演替阶段中凋落叶的残留率和养分元素的动态变化.结果表明:各种凋落叶的残留率与时间均呈指数关系,凋落叶年分解系数(k)在0.137～0.328,其分解50%和95%的时间分别在2.340～4.989 a和9.360～21.796 a;不同演替阶段凋落叶的k值差异不显著,其中混合凋落叶k值的大小顺序为阔叶红松林择伐林白桦林,而其他凋落叶没有表现出明显的规律;在凋落叶分解过程中,C、P和K不断释放,且形式有所差异,其中C为线性衰减模式,P和K为一元多次方程模式;N虽有不同程度的积累,但无明显规律性.     

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.     

不同栽植密度对斑叶稠李苗木培育质量的影响

以斑叶稠李（Padus maackii）1年生苗木为研究对象,通过4种不同栽植密度（60、80、100、120 株·m^-2）试验,测定其苗木形态、生物量、光合速率及养分含量,旨在探明不同密度对斑叶稠李苗木生长及养分含量的影响,为其高质量苗木培育提供理论依据。结果表明：（1）栽植密度显著影响苗木生物量,各密度下苗木根、茎、叶生物量由大到小顺序均为80 株·m^-2 > 60 株·m^-2 > 100 株·m^-2 > 120 株·m^-2;60和80 株·m^-2密度下斑叶稠李苗木质量指数显著高于100和120 株·m^-2密度处理。（2）栽植密度显著影响苗木侧根数,在80 株·m^-2的密度下达到最大;（3）80 株·m^-2密度较其它密度显著提高了苗木氮、磷、钾养分含量。（4）叶生物量、根生物量和侧根数与苗木各质量指标间Pearson相关性系数均达到了显著水平（P<0.1）,而光合速率和主根长与苗木各质量指标均不相关（P>0.1）。综合以上结果,斑叶稠李1年生苗木最适栽植密度为80 株·m^-2,且密度处理主要影响斑叶稠李苗木叶生物量、侧根数及根生物量指标,进而影响苗木质量。     

黑龙江省不同地点蒙古栎林生态特点研究

通过对黑龙江省６个地点的天然蒙古栎林的结构和更新特点的分析,蒙古栎林可划分为不同特点的蒙古栎群落,即纯蒙古栎群落、蒙古栎桦树群落、蒙古栎槭树群落、蒙古栎红松群落和蒙古栎松混交林群落,其演替趋势如下：红蒙古栎群落、蒙古栎桦树群落至蒙古栎槭树落、蒙古栎红松群落,再至蒙古栎红松混交林群落,蒙古栎群落类型的多样性主要反应群落不同的演替阶段,造成蒙古栎群落多样的原因是人类活动和自然因素作用的结果,随着群落的演替,蒙古栎的优势地位逐渐被消弱,乔木种类丰富度增多,草本种类丰富度增多;蒙栎的相对密度下降,林内环境由于干燥逐渐变中性至较湿润,蒙古栎幼苗和幼树在总幼苗和幼树中所占的比例下降,耐荫物中色木槭等的幼苗和幼树所占比例上升;在演替过程中,蒙古栎分布格局－聚集分布的聚集程度逐渐降低,并向随机分布的方向发展。     

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。     

冻融交替对长白山不同林型土壤两种温室气体排放的影响

以长白山5种林型土壤(硬阔叶林、红松阔叶林、次生白桦林、长白松林和蒙古栎林)为对象,利用原位培养连续取样法研究了冻融过程中5种林型土壤CO2和N2O排放特征及相关机理.结果 表明:冻融期5种林型土壤是CO2和N2O的源.次生白桦林和红松阔叶林土壤CO2和N2O的平均通量显著高于其他3种林型.除硬阔叶林外,各林型土壤CO...     

长白山阔叶红松林不同演替阶段土壤团聚体粒径组成及有机碳含量变化

阔叶红松林是我国东北重要的原生群落,其土壤团聚体在森林生态系统碳固定中具有重要作用.本研究采用空间代替时间的方法,选取白桦幼龄林、白桦中龄林、白桦成熟林、阔叶红松成熟林和阔叶红松过熟林5个不同演替序列,通过湿筛法研究长白山天然针阔混交林群落恢复演替中土壤团聚体粒径组成及有机碳含量的变化.结果表明: 土壤团聚体粒径组成受演替过程影响较大,不同演替阶段下土壤团聚体各粒级所占比例差异显著.团聚体平均质量直径随演替的进行表现为先升高再降低的单峰形式,且最高点出现在白桦成熟林阶段.土壤中不同粒级的团聚体内有机碳含量随着演替的进行呈先增加后略有下降的趋势,且团聚体内有机碳含量最大值出现在阔叶红松成熟林阶段.在同一演替阶段下,0～5和5～10 cm土层(除演替末期的阔叶红松过熟林外)中的各粒径团聚体内有机碳含量都随着粒径的减小而增加,而10～20 cm土层中的各粒径团聚体内有机碳含量都随着粒径的减小而减小.从演替初期的白桦幼龄林到演替末期的阔叶红松过熟林,每个样地内的同一粒径团聚体内有机碳含量均具有明显的垂直分布特性,均随着土层深度的增加而显著降低.     

三种温带森林大型土壤动物群落结构的时空动态

对帽儿山3种典型森林群落大型土壤动物进行了连续6个月的野外调查研究。通过系统分析,共获得大型土壤动物3604只,隶属于3门6纲17目50科。其中正蚓科(Lumbricidae)、线蚓科(Enchytraeidae)和石蜈蚣目(Lithobiomorpha)为优势类群,常见类群11类。结果表明:(1)水平分布上,密度和生物量红松人工林最高,其次为硬阔叶林,蒙古栎林最少;类群数硬阔叶林最多,蒙古栎林最少;香农指数和丰富度指数均为蒙古栎林最高,红松人工林最低;优势度指数与两者相反;均匀度指数蒙古栎林最高,硬阔叶林最低;(2)垂直分布上,个体密度、类群数及生物量均差异显著(P < 0.001)。3个样地大型土壤动物个体密度表聚性明显;类群数红松人工林自凋落物层向下减少,硬阔叶林和蒙古栎林0-10 cm最多;生物量在0-10 cm土层最大;香农指数随深度增加而减小,优势度指数则相反;(3)在时间变化上,5月和10月个体密度和类群数较多,9月生物量最大;香农指数和优势度指数差异显著(P < 0.01),其他指数各月间无明显差异;(4)与土壤环境因子关系上,总有机碳含量与类群数、个体密度及生物量显著正相关,容重与香农指数显著负相关;典型对应分析结果表明,不同类群大型土壤动物与环境相关性不同。     

帽儿山3种森林生态系统土壤动物与土壤呼吸及其相互关系研究

土壤呼吸是森林生态系统碳循环的关键过程,土壤动物可通过自身代谢及影响微生物活动调控土壤呼吸,因此研究土壤动物与土壤呼吸的相互关系对进一步揭示生态系统碳循环的规律和机理具有重要意义。通过野外定点,以帽儿山3种森林生态系统的土壤呼吸及土壤动物为研究对象,探讨不同森林生态系统的土壤呼吸、土壤动物个体密度和生物量的时间变化规律及二者相互关系。结果表明:(1)3种森林生态系统土壤总呼吸速率与土壤异养呼吸速率均呈现先增强后减弱的时间动态变化(P<0.05),且不同森林生态系统土壤异养呼吸速率差异显著(P<0.05),表现为硬阔叶林最高,红松人工林最低;(2)3种森林生态系统土壤动物生物量也具有显著的时间动态变化(P<0.05),均在9月份达到最大,且不同森林生态系统土壤动物个体密度显著不同(P<0.05),蒙古栎林土壤动物个体密度显著小于红松人工林与硬阔叶林;(3)通过回归分析可得,土壤动物数量及生物量的增加抑制了土壤呼吸速率,尤其在生长季初期、末期。研究表明土壤动物可通过抑制微生物生命活动和降低根系呼吸从而对土壤总呼吸及异养呼吸产生负反馈作用,三者是不可分割的整体,与土壤温度、水分等环境因子共同调控着土壤呼吸。     

蒙古栎红松林演替模型FOROAK的研究

以森林动态斑块理论为基础建立了蒙古栎（ＱｕｅｒｃｕｓｍｏｎｇｏｌｉｃａＦｉｓｃｈ．）红松（ＰｉｎｕｓｋｏｒａｉｅｎｓｉｓＳｉｅｂ．ｅｔＺｕｃｃ．）林动态变化的林窗模型ＦＯＲＯＡＫ,该模型包括对树木生长的生物学过程和影响树木生长的环境因子模拟两部分。用两种不同面积大小的样地分析森林动态,确定蒙古栎红松林林窗面积为０．０５ｈｍ２。以实际调查数据检验模型,证明所得模型能合理预测森林变化过程,在预测树种组成上精度很高,实际调查和预测的树种断面积组成比在６０、１００和２７０年非常接近,在森林发育后期观测样地的树种组成与预测结果吻合程度良好。对裸地上森林模拟,表明森林的动态过程规律是,蒙古栎和白桦（ＢｅｔｕｌａｐｌａｔｙｐｈｙｌａＳｕｋａｃｚ．）在林分发育开始占优势,中期形成阔叶树和针叶树混交,但以阔叶树为主的森林,后期渐被红松取代。对现实原始林预测显示,森林未来３００年变化稳定,红松株数和生物量变化很小。     

长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用

选择处于全球变化中国东北样带东部典型生态系统的长白山阔叶红松林作为研究区,采用动态气室-CO₂红外分析法测定了森林生态系统不同退化阶段的土壤呼吸作用.结果表明：在生长季,长白山阔叶红松林不同退化阶段的土壤呼吸动态变化呈单峰型曲线,在7-8月达到最大值;不同退化阶段林地土壤呼吸大小顺序为：杨桦林＞蒙古栎林＞阔叶红松林＞硬阔叶林＞裸地.其中,杨桦林和蒙古栎林样地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的1.4和1.3倍,硬阔叶林和裸地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的88%和78%.     

蒙古栎红松林演替模型FOROAK的研究

Based on forest dynamics theory, gap model FOROAK was developed for simulating long-termdynamics of Mongolian oak (Quercus rnongolica Fisch. )-Korean pine (Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. )forest. The model included two parts: biological growth and environmental impacts on growth. Different areapatches were used in simulating forest changes. The results showed that this forest gap was 0.05 hm2. Themodel testing demonstrated that it could reasonably simulate forest dynamic process, and had a very highaccuracy to predict species compositions. The observed species basal areas was similar to the predicted at 60,100 and 270 year forests, the observed species compositions were similar to the predicted at old forest period.Complex changes were found through modeling forest dynamics of bare ground. Mongolian oak and white birch( Betula platyphylla Sukacz. ) dominated at early stage, forest dominated by broad leaved species was formedat middle stage, and then Korean pine dominated at latter stage. The prediction of current primary forestshowed that it was steady during the next 300 year period, the number of trees and the biomass of Korean pine changed very little.