长白山月亮湾亚高山湿地生态系统碳氮储量沿水分梯度空间分异规律及机制

湿地在全球碳氮循环中具有重要作用,揭示高海拔湿地碳、氮储量空间分异规律有助于减少其碳氮储量估算的不确定性。采用相对生长方程法与碳/氮分析仪测定法,同步测定长白山月亮湾亚高山湿地沿水分梯度(生长季水位由23 cm降低至-20 cm)依次分布的6种天然沼泽类型(下半段湖泊水分梯度的草丛沼泽-C、芦苇沼泽-L、灌丛沼泽-G和上半段阶地水分梯度的下部-LNx、中部-LNz和上部-LNs生境的落叶松泥炭藓沼泽)的生态系统碳储量、氮储量(植被和土壤)及其相关环境因子(水位、土壤有机质、全氮和全磷等),揭示高海拔湿地生态系统碳、氮储存能力沿水分梯度的空间分异规律及其形成机制,并探寻碳氮在植被、土壤和生态系统尺度上的耦合关系。结果表明:(1)其植被碳储量(2.95—59.94 t/hm^(2))和氮储量(0.044—0.733 t/hm^(2))沿水分梯度均呈下半段恒定及上半段递增的规律性,故其植被碳氮在水平空间上存在强耦合性;(2)土壤碳储量(252.05—436.86 t/hm^(2))和氮储量(10.96—18.06 t/hm^(2))沿水分梯度呈双递减型或草丛沼泽和3类生境上的落叶松泥炭藓沼泽显著高于芦苇沼泽和灌丛沼泽的变化规律性,故其土壤碳氮在水平空间上耦合性较弱,但其土壤碳、氮储量在垂直空间上的耦合性相对较强且根据其碳、氮储量的垂直变化趋势是否完全一致可分为2种类型(完全耦合型(G和LNz土壤碳氮垂直变化趋势完全一致)和基本耦合型(C、L、LNx、LNs土壤碳氮垂直变化趋势仅在表层明显不同));(3)生态系统碳储量(258.35—464.89 t/hm^(2))和氮储量(11.05—18.21 t/hm^(2))沿水分梯度呈下半段递减和上半段恒定或草丛沼泽和3类生境上的落叶松泥炭藓沼泽显著高于芦苇沼泽和灌丛沼泽的变化规律性,故其生态系统碳氮存在较强的耦合性(上半段完全耦合及下半段耦合性减弱),且其生态系统碳、氮储量均以土壤占主体且占比沿水分梯度呈递减趋势(87.13%—99.28%和95.98%—99.74%),而植被仅占次要地位且其占比沿水分梯度呈递增趋势(0.72%—12.87%和0.26%—4.02%);(4)其生态系统各组分碳、氮储量沿水分梯度空间分异的主控因子并不同,其植被碳、氮储量主要受水位所抑制,而其土壤和生态系统的碳、氮储量主要受土壤全磷所促进。因此,长白山月亮湾亚高山湿地的生态系统碳、氮储量沿水分梯度存在明显的空间分异规律,且其形成机制为微地形对水分再分配决定着植物群落类型的分布,进而控制碳氮储存能力及其两者的耦合性,故对这类环境梯度的完整性应加以重点保护。

雌雄异株东北红豆杉针叶和枝条生态化学计量特征

【目的】雌雄异株树种在维持森林生态系统的生物多样性和稳定性方面发挥着重要作用。量化雌雄东北红豆杉Taxus cuspidata 5个年龄针叶和枝条生态化学计量特征,探究东北红豆杉两性植株生长的限制性营养元素,为该种群的生态保护与恢复途径提供理论支撑。【方法】以天然成年的东北红豆杉雌雄植株为研究对象,分别采集0~4年生的针叶和枝条,分析其碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)与氮磷比(N∶P),采用标准主轴回归斜率检验同一器官两两元素之间、针叶与枝条同一元素的异速或等速增长关系。【结果】东北红豆杉雌雄植株5个年龄针叶和枝条C、N、P含量及C∶N、C∶P与N∶P的范围分别为470.25~506.75、459.73~506.13,16.17~22.47、6.85~16.02,1.33~2.51、1.00~2.61 mg·g^(-1),22.12~30.13、31.16~68.20,198.64~357.63、178.74~475.55和8.98~12.24、5.98~7.14。除了当年生针叶C、4年生针叶C、P含量和N∶P、2年生枝条P含量和C∶P及3年生枝条C含量外,东北红豆杉同一年龄针叶或枝条C、N、P含量及其化学计量比在雌雄植株间差异不显著(P>0.05)。针叶或枝条N与P之间均呈显著的正相关关系(P<0.05)。针叶P含量的变化速率高于其N含量的变化速率,两者为异速关系;而枝条N、P含量之间为等速关系。针叶N(或P)含量随枝条相应元素含量的异速增长斜率均显著小于1(P<0.05),而且针叶与枝条N含量的斜率仅为P含量的一半左右(P<0.05)。【结论】雌雄东北红豆杉针叶或枝条化学计量模式没有出现明显的性别二态性,针叶N与P含量、针叶与枝条N(或P)含量变化速率存在不协调关系,针叶或枝条均受到一定程度的N限制。

基于地理加权随机森林的黑龙江省森林碳储量遥感估测

【目的】构建地理加权随机森林(Geographically weighted random forest,GWRF)模型估算森林碳储量以解决区域尺度范围内森林碳储量估算精度不高的问题,对科学经营管理森林、推动碳循环和碳汇相关研究、实现我国“双碳”目标有重要指导意义。【方法】以黑龙江省小兴安岭、长白山地区森林植被碳储量为研究对象,基于2015年森林资源连续清查数据和Landsat8-OLI影像,采用普通最小二乘(Ordinary least squares,OLS)、随机森林(Random forest,RF)模型、地理加权回归(Geographically weighted regression,GWR)模型以及地理加权随机森林模型分别构建不同林型及总体(不分林型)的森林碳储量估测模型,比较是否区分林分类型时,不同模型预测精度之间的差异,实现对研究区森林碳储量的精准反演。【结果】1)各个模型在区分林型时的预测精度均高于总体(不分林型)情况,以GWRF模型精度最优,其中针叶林精度最高(R^(2)=0.58,RMSE=15.97 t/hm^(2));阔叶林次之(R^(2)=0.46,RMSE=17.66 t/hm^(2));针阔混交林随后(R^(2)=0.45,RMSE=19.51 t/hm^(2));总体(不分林型)最低(R^(2)=0.40,RMSE=20.22 t/hm^(2))。2)4种模型的检验精度GWRF>RF>GWR>OLS。与OLS相比,GWRF在针叶林、阔叶林、针阔混交林和总体(不分林型)中提升的ΔR^(2)分别为0.15、0.09、0.16和0.04;降低的ΔRMSE分别为2.09、1.35、3.47和0.89 t/hm^(2);与RF相比,GWRF提升的ΔR^(2)分别为针叶林0.14、阔叶林0.06、针阔混交林0.04、总体(不分林型)0.02;降低的ΔRMSE分别为针叶林1.95 t/hm^(2)、阔叶林0.86 t/hm^(2)、针阔混交林0.67 t/hm^(2)、总体(不分林型)0.29 t/hm^(2)。3)研究区森林碳储量密度最高预测值为77.08 t/hm^(2),最低值为5.24 t/hm^(2),平均值为41.07 t/hm^(2),总量为552.04 Tg;从空间上看,森林碳储量高值分布在小兴安岭东南部、张广财岭等地区,呈现斑状不均匀性分布。【结论】相比于其他3种模型,GWRF作为局部模型,考虑到空间异质性,在区域尺度范围内估测森林碳储量有较好的应用前景。区分林分类型能提高预测精度,在今后对森林生物量或碳储量的研究中,应考虑区分林分类型建模。本研究的模型和方法有一定适应性,可为森林资源的快速和精准监测提供方法借鉴。

落叶松球蚜生物学和生态学特性研究进展

落叶松球蚜属于半翅目球蚜科,是一种以刺吸方式为害云杉和落叶松顶芽和枝梢的重要害虫。本研究首先概述了落叶松球蚜2个亚种的地理分布、寄主树种、生活史,以及各世代形态特征和生活代史等生物学特性;其次,对其空间分布型、生态位分布及各种生态因子对个体发育、种群发生和分布等生态学特性进行了总结。在综述已有研究基础上,提出未来4个主要研究方向:深入研究落叶松球蚜及与其基因型相同的球蚜物种间不同的地理种群遗传机制;深入研究落叶松球蚜与寄主植物、天敌昆虫之间的相互作用机制;建立落叶松球蚜种群的遥感监测及长期的预测预报体系;再次强调多树种混交林对实现落叶松球蚜绿色防控的重要性。研究旨在为落叶松球蚜的预测预报和绿色防控提供理论基础,并提出了一些关键的科学问题。

基于LUCC的1986–2022年松花江流域陆地生态系统碳储量动态监测

流域尺度的土地利用/土地覆盖变化(LUCC)动态监测和陆地生态系统碳储量估测,可以为土地利用优化、提高陆地生态系统碳储量、实现“双碳”目标提供建议。该研究基于1986–2022年Landsat 5 TM和Landsat 8 OLI影像,应用随机森林获取松花江流域1986–2022年10期高精度的土地利用分布图,并结合生态系统服务综合价值评估利权衡(InVEST)模型、Mann-Kendall检验和Theil-Sen Median趋势分析,对松花江流域36年间土地利用类型和生态系统碳储量变化进行动态监测。结果发现,流域内各土地利用类型面积由大到小依次为耕地>有林地>草地>未利用地>水域>建设用地>疏林地>灌木林地,耕地、有林地和草地为研究区主要土地利用类型。1986–2022年间耕地面积增加11462.68 km^(2),有林地面积减少18567.21 km^(2)。建设用地为研究区变化最快地类,变化率为5.3%,面积增加3505.82 km^(2)。疏林地变化率为4.7%,仅次于建设用地,但由于其面积变化较小,对流域影响不大。未利用地变化速率为4.5%,其面积增加了5385.43 km^(2)。流域内陆地生态系统碳储量空间分布存在明显的空间异质性,碳储量高值区分布在大小兴安岭和长白山脉;中值区分布在兴安盟、松嫩平原和三江平原;低值区分布在大庆和白城。36年间该流域内陆地生态系统碳储量整体呈现减少趋势,减少区域主要分布在碳储量高值区,碳储量增加区域则是零星分布。1994、2002和2018年松花江流域生态系统碳储量出现3次恢复,且均与有林地面积变化有关。在保障已有林地面积不再减少的基础上,增加有林地面积,持续开展林业工程,可以有效阻止碳储量下降,恢复研究区生态系统碳储量。

基于集合卡尔曼滤波的帽儿山森林多源LAI产品重建及融合校正方法

【目的】现有叶面积指数(LAI)产品大多存在分辨率低、数据异常和精度低等问题,难以满足某些应用需求。因此,本研究提出一种多源LAI数据的融合方法,以减少不同来源数据的差异并提高产品精度。【方法】以帽儿山实验林场的阔叶林和针叶林区域为研究区,基于2017年的MODIS、VIIRS和PROBA-V的LAI产品,利用多年LAI数据作为先验知识建立LAI背景库修正低质量数据,对3种LAI数据集进行混合像元分解的降尺度处理,基于Sentinel-2反射率产品耦合集合卡尔曼滤波(EnKF)算法、LAI动态模型和辐射传输模型进行数据同化,最后对同化后的3种LAI数据进行赋权融合,使用实测数据进行精度评价。【结果】在阔叶林,同化后的MODIS、VIIRS和PROBA-V LAI与实测数据的相关系数分别为0.59、0.56和0.62,比原始数据提升了0.57、0.52和0.57;均方根误差分别为0.37、0.31和0.14,比原始数据减小了1.23、1.69和1.06。在针叶林,同化后的MODIS、VIIRS和PROBA-V LAI与实测数据的相关系数分别为0.59、0.49和0.56,比原始数据提升了0.52、0.30和0.40;均方根误差分别为0.24、0.28和0.19,比原始数据减小了1.22、0.67和1.35。通过融合方法,阔叶林LAI和针叶林LAI的相关系数分别为0.83和0.76,比同化后数据的相关性更高;均方根误差分别为0.15和0.13,比同化后数据的误差更小。【结论】通过数据同化提升了3种LAI产品精度,融合后LAI较同化后单一LAI具有更高的精度和可靠性。

大兴安岭多年冻土区典型森林秋季冻融期土壤活性碳变化特征

探究大兴安岭多年冻土区3种林型秋季冻融期土壤活性碳变化特征及其主要影响因素,为多年冻土区森林土壤碳汇管理提供帮助。以兴安落叶松林(LY)、樟子松林(ZZ)和白桦林(BH)为研究对象,于2022年10月10日至11月18日对不同土层(0~5、5~10、10~20 cm)土壤进行取样,测定其土壤活性碳组分(可溶性有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳)质量分数,探究其动态特征及其影响因子。结果显示,10月10日至11月18日兴安落叶松林、白桦林和樟子松林土壤温度均随气温下降而降低,变化范围分别为-0.49~3.71、-2.10~2.39、-1.04~3.48℃。3种林型不同土层土壤可溶性有机碳(DOC)质量分数随着温度的降低呈先升高后降低的变化趋势,微生物量碳(MBC)质量分数先减少后增加,易氧化有机碳(ROC)质量分数则波动式变化,变化范围分别为78.75~214.32、101.06~988.40、1.52~13.94 g/kg,其中,白桦林土壤DOC和ROC质量分数显著高于兴安落叶松林和樟子松林,而土壤MBC质量分数在兴安落叶松林中最高。3种活性碳在不同林型内均呈“表聚效应”,且冻融期内土壤DOC质量分数增加,土壤MBC质量分数减少,但土壤ROC质量分数变幅不大。兴安落叶松林土壤活性碳组分质量分数变化主要受土壤水分和微生物量氮影响,铵态氮是影响白桦林3种土壤活性碳的主导因子,樟子松林3种土壤活性碳的主要影响因子是土壤pH。研究表明,冻融作用对大兴安岭多年冻土区典型森林土壤活性碳影响较大,增加了土壤DOC质量分数,降低了土壤MBC质量分数,对ROC质量分数的影响相对较小。

东北常见树种叶色季节动态和影响因子研究

【目的】探究东北常见树种叶色季节动态变化及影响因素,以期为揭示植物叶片呈色机理和东北地区园林景观配置提供依据。【方法】本研究选取北美红枫、白桦、紫叶稠李和金叶榆等10种东北常见园林绿化树种为试材,对其色差参数(L*、a*、b*)、色素含量及可溶性糖含量进行测定,并与取样周期内的平均温度进行相关性分析。【结果】不同树种叶片中的色素含量及比例存在显著差异。在整个转色期,叶色季节动态受平均温度和内部各色素含量的综合影响。其中,所有色差参数与叶绿素含量、平均温度呈显著负相关(P<0.05),a*与花色苷含量呈显著正相关(P<0.05)。同时,相关性分析表明,叶片中可溶性糖含量在转色期变化并不显著,与叶色变化无显著相关性。【结论】随平均温度降低,秋色叶黄色树种及红色树种叶片中叶绿素含量逐渐降低。在黄色树种中类胡萝卜素与叶绿素比值升高,而红色树种花色苷与叶绿素比值升高。常色叶树种中紫叶稠李和辽东桤木叶片颜色及色素含量较为稳定,而紫叶李和金叶榆在后期出现复绿现象,分别由于花青素含量降低和叶绿素含量升高导致。

CO2储存通量估算方法对森林生态系统碳收支估测的影响

准确测定森林生态系统中CO2储存通量(Fs)对于以涡动协方差(EC)法估算生态系统碳收支具有重要意义,而Fs不同算法引起的森林碳收支估测误差还未被全面评估。本研究利用2018年帽儿山落叶阔叶林的开路EC系统和8层CO2/H2O廓线系统(AP100, Campbell Scientific Inc., USA)数据,比较了2-min平均廓线(P2 min)、30-min平均廓线(P30 min)和30-min平均EC单点法(Ps)3种不同方法估算的Fs对净生态系统交换(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总初级生产力(GPP)估算结果的影响。结果表明:Fs估算方法对森林碳通量的影响总体上随时间尺度增大而不断增大,表明通量数据插补和拆分会进一步放大Fs估算方法的影响。在年尺度上,P2 min法和Ps法的NEE分别比P30 min法的低36.3%和29.4%;P2 min法的Re比P30 min法和Ps法高8.7%;而P2 min法的GPP比P30 min法的高5.4%,Ps法则比P30 min法的低2.1%。传统的P30 min法忽略了CO2浓度的瞬时变化,Ps法缺少林冠层内部CO2浓度变化,因此两者低估了真实Re。近似瞬时廓线的方法(2-min平均)具有更高的时间与空间分辨率,能够更加准确地估算非平坦地形和复杂冠层结构的森林碳收支,这对解决EC法在复杂条件下森林Re和GPP低估、净碳汇高估具有重要启示。

黑龙江省帽儿山温带阔叶树种不同器官的生态化学计量特征

【目的】量化共存树种的碳、氮、磷含量及其计量关系的器官间和种间差异,探讨共存树种养分元素的器官间分配策略和种间利用差异,以期增强对整树水平的碳、氮、磷储量和分配格局的认识。【方法】选取黑龙江省帽儿山天然次生林中的10个共存阔叶树种,研究叶、枝、皮、边材、心材、树桩、大根(5 mm<直径≤30 mm)、粗根(2 mm<直径≤5 mm)和细根(直径≤2 mm)9个器官的碳含量(C)、氮含量(N)、磷含量(P)以及碳氮比(C:N)、碳磷比(C:P)和氮磷比(N:P),用变异系数表达器官和树种间的差异,用标准主轴回归斜率检验元素两两之间的异速或等速增长关系。【结果】树种、器官及其交互作用对C、N、P及C:N、C:P、N:P影响显著(树种对C:P影响不显著除外);从均值来看,资源获取器官(叶和细根)的C、N、P及N:P显著高于其他器官,木质部(边材、心材)的C:N、C:P显著高于其他器官;从种间变异来看,叶元素含量及其计量比的种间差异均较低;细根N、C:N和N:P的种间差异均较高,而P和C:P的种间差异均较低,表明该地区树木将有限的氮元素优先分配给光合器官;大部分器官的元素间相关关系不显著,表明单一器官的养分计量关系不能直接反应其他器官或整树水平的计量关系;器官间C和N、C和P相关关系因树种而异,但N和P关系各树种高度一致。【结论】树木器官间的C、N、P、C:N、C:P和N:P的差异与器官功能分异紧密相关。总体上温带森林树种将受限的氮元素优先分配到叶,同时氮也会限制木材固碳。各器官对碳、氮、磷元素的利用在群落共存种间存在明显差异,可能有助于降低种间竞争。无论是种内还是种间,一个器官的养分含量及其计量关系均不能直接反应其他器官的情况,因此仅用某一器官来量化整树水平的碳、氮、磷储量及其分配格局是不准确的,今后相关研究应充分考虑元素含量的器官间和种间差异。

典型黑土区不同树种退耕还林地土壤活性有机碳差异及其影响因素

为探究东北典型黑土区不同退耕还林树种对土壤有机碳及其活性组分含量的垂直分布的影响,并分析其影响因素,为黑土修复工作及树种筛选提供理论依据。在东北典型黑土区分别选择以小黑杨(Populus×xiaohei)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)和落叶松(Larix gmelinii)为造林树种的退耕还林地为研究对象,测定不同深度土壤有机碳、微生物量碳和溶解性有机碳含量,探究其在不同树种退耕还林地间的差异及其与土壤理化性质、土壤酶活性和植物细根生物量的关系。结果表明:在5—15 cm处小黑杨林下土壤溶解性有机碳含量(1578.56 mg/kg)显著低于落叶松(1936.98 mg/kg)和樟子松(2046.07 mg/kg)林,樟子松林下土壤微生物量碳含量(2151.53 mg/kg)显著高于小黑杨(1298.32 mg/kg)和落叶松(1164.75 mg/kg)林(P<0.05);在15—30 cm处小黑杨林下土壤溶解性有机碳含量(1541.57 mg/kg)显著低于落叶松(1957.04 mg/kg)和樟子松(1881.31 mg/kg)林,樟子松林下土壤微生物量碳含量(2256.99 mg/kg)显著高于小黑杨(1708.50 mg/kg)和落叶松(1200.55 mg/kg)林(P<0.05)。土壤pH、土壤全磷含量、土壤含水量和土壤容重在不同树种退耕还林地间存在显著差异。土壤有机碳和溶解性有机碳含量随土壤深度增加逐渐降低,微生物量碳含量在不同土壤深度间没有显著差异。土壤溶解性有机碳和微生物量碳含量与土壤磷含量显著正相关,土壤有机碳与土壤氮含量、植物细根生物量和β⁃1,4葡萄糖苷酶活性显著正相关(P<0.05)。退耕还林后不同树种退耕还林地土壤有机碳含量差异不显著,但不同树种退耕还林地间土壤溶解性有机碳和土壤微生物量碳含量存在显著差异。土壤全磷是对3个树种退耕还林地土壤有机碳、溶解性有机碳和微生物量碳分布影响最大的因素。

基于多基线PolInSAR基线选择的森林高度反演方法

为了解决单基线PolInSAR在更宽的森林高度范围内反演森林高度误差大的问题,提出了多基线PolInSAR的基线选择方法。使用JPL/NASA于2016年2月27日在加蓬森林区域获得UAVSAR L波段5个轨道的多基线全极化PolInSAR数据反演森林高度,基于相干分离最大算法(Maximum coherence difference,MCD)使复相干达到最大分离,改进PROD方法与ECC方法,并对这两种方法进行对比分析,同时使用NASA于2016年3月4日获取的激光雷达数据LVIS RH100验证反演的森林高度。通过绘制两种基线选择方法对应的k z、冠层复相干幅度与LVIS RH100的密度图来评估ECC方法和PROD方法选择基线的差异,并结合获得的森林高度图、误差图、密度图,分析对比两种基线选择方法的优劣。反演的森林高度出现低估高大森林(误差为负值)、高估低矮森林(误差为正值)的现象,同时低矮与高大森林区域的误差较大,且ECC方法的低估或高估的程度比PROD方法大,精度低于PROD方法。ECC方法将相干区域的线性程度作为判断标准,PROD方法综合考虑了复相干的相干分离程度(相干直线的拟合效果)与复相干幅度,在一定程度上缓解了ECC方法低估高大森林与高估低矮森林的问题,反演的森林高度优于ECC方法,精度比ECC方法提高了9.63%。PROD方法更适用于反演低矮与高大森林,ECC方法更适用于反演中等高度的森林。

基于随机森林偏差校正和多源遥感数据的天然次生林地上生物量估测

【目的】以多源遥感数据为基础,在郁闭度较高的天然次生林中采用非参数模型及随机森林偏差校正模型估测森林地上生物量(Aboveground biomass,AGB),为大尺度估测森林生物量提供了依据。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场142块森林资源连续清查固定样地复测数据、机载激光雷达(Airborne laser scanning,ALS)和多光谱Landsat8 OLI影像为数据源,提取46个特征变量(其中ALS:24个;OLI:22个特征变量)后进行特征变量筛选,利用多元逐步回归(Multiple stepwise regression,MSR)、支持向量机(Support vector machine,SVM)、随机森林(Random forest,RF)和随机森林偏差校正(Bias-Corrected RF,BCRF)构建森林AGB估测模型,采用调整决定系数(R_(adj)^(2)),均方根误差(RMSE)和相对均方根误差(rRMSE)对估测结果进行精度评价。【结果】多源遥感数据要优于单一数据源,非参数模型(RF(R_(adj)^(2)=0.68,RMSE=49.71 t·hm^(-2),rRMSE=32.48%)和SVM(R_(adj)^(2)=0.64,RMSE=52.80 t·hm^(-2),rRMSE=35.28%))优于传统的MSR模型(R_(adj)^(2)=0.52,RMSE=57.29 t·hm^(-2),rRMSE=43.26%)的估测精度。选择最优的RF估测模型进行偏差校正,BCRF的rRMSE=21.84%,此时的生物量估测效果最佳(较RF模型的rRMSE下降10.64%)。当AGB在100~200 t·hm^(-2)范围内,非参数算法(SVM、RF和BCRF)对AGB估测效果最佳(与MSR模型相比RMSE由48.87 t·hm^(-2)减小到13.72~23.55 t·hm^(-2),rRMSE由28.15%下降至8.69%~16.13%);特别地,当AGB小于100 t·hm^(-2)时,BCRF模型可以改善RF模型AGB估测的饱和现象,模型预测性能提升11.0%(RMSE与RF相比减小27.66 t·hm^(-2),rRMSE下降10.99%)。【结论】以多源遥感数据结合为基础,BCRF模型对AGB的估测精度更高,效果更稳定,且BCRF可以有效地削弱生物量估测中出现的小值偏大的现象。

中国东北目夜蛾科(部分)、尾夜蛾科、瘤蛾科和夜蛾科(鳞翅目)分类学研究进展

通过文献整理和标本材料,根据现行分类系统,综述东北三省夜蛾总科传统夜蛾科的分类学研究进展,直观简要地阐明其自然环境、动物地理、研究简史和夜蛾种类等相关研究的发展过程。

帽儿山温带落叶阔叶林净生态系统碳交换的日变化及光响应特征

光合有效辐射(PAR)是影响白天净生态系统碳交换(NEE)变化的主要环境因子,但坡面地形水平测量的PAR与超声风速仪倾斜校正后的NEE坐标系统并不匹配。本研究以平均坡度9°、坡向296°的帽儿山温带落叶阔叶林为例,研究2016年生长季(5-9月)NEE的日变化规律及其驱动因子,评估水平和坡面平行辐射表测量PAR在光响应参数估计以及其他驱动因子对NEE解释方面的差异。结果表明:生长季各月NEE日变化均呈上、下午不对称的单峰曲线,NEE日出约2.5 h后变为负值(净碳吸收),在12:00左右达到峰值,日落前2 h再次接近零。日吸收峰7月最大,5月最小。从整个生长季来看,坡面平行与水平测量PAR的时滞和差异导致通过水平辐射表测得的PAR值拟合得到的光合量子效率(α)和白天呼吸速率(Rd)分别增大13.3%和11.5%,最大光合效率(Amax)降低7.7%;上午与下午的NEE光响应曲线不对称,下午的Rd和Amax均大于上午。光响应参数还受天气条件影响,多云Amax大于晴天,但α和Rd大多小于晴天。但逐月来看,水平测量辐射的Amax和Rd普遍低于倾斜测量辐射的值,尤其是多云下午的Amax。辐射表安装方式还影响空气温度(Ta)与饱和水汽压差(VPD)对NEE的解释,除9月Ta外,基于坡面平行辐射表的全天NEE残差与Ta和VPD的相关性(r为0.082~0.219和0.162~0.282)高于基于水平辐射表的NEE残差(r为0.013~0.197和0.098~0.224)。本研究表明,倾斜地形水平测量PAR可对NEE的环境解释带来明显误差,这对山地植被辐射测量方法以及陆地生态系统碳通量的科学解释具有重要意义。

木质素降解真菌的筛选及其对森林地表可燃物的降解效果

【目的】筛选帽儿山人工林地表可燃物中的木质素降解真菌,探究木质素降解菌对不同森林地表可燃物的分解效果,以期找到能够有效降解森林可燃物的真菌菌种,为应用生物降解方法降低森林地表可燃物载量从而降低森林火灾发生概率与森林火险指数提供理论依据和基础数据。【方法】采集东北林业大学帽儿山实验林场尖砬沟森林培育实验站的落叶松、胡桃楸、水曲柳纯林与胡桃楸-落叶松、水曲柳-落叶松混交林内的凋落叶,采用添加抗生素的麦芽浸粉(MEA)培养基进行真菌的分离培养,之后采用愈创木酚平板显色法进行初筛,根据测定菌株的显色情况及菌落圈与显色圈比值筛选高活性木质素降解酶菌株,复筛利用苯胺蓝平板脱色法对菌株木质素氧化酶系进行定性测定,对2次筛选获得的菌株进行形态学及分子鉴定,然后以胡桃楸、水曲柳、落叶松3种可燃物样品作为分解基质,接入木质素降解菌单一及混合菌液,于28℃恒温培养7 d,分别测定经培养后基质中的木质素含量,分析木质素分解规律。【结果】由MEA培养基筛选出的9株真菌有5株在PDA-愈创木酚培养基上发生了显色反应,且菌株B6和Y3的R/r <1,即该2株菌能优先降解木质素;苯胺蓝平板脱色试验结果显示菌株B6和Y3均可使培养基蓝色褪去,即均具有LiP与MnP酶活性;经形态学及分子鉴定,菌株B6为白囊耙齿菌Irpex lacteus,菌株Y3为桦褶孔菌Lenzites betulinus;地表可燃物样品降解试验结果显示,经单一菌液与两者混合菌液培养后,样品中木质素含量均有下降,且经混合菌液处理后的3种可燃物基质表现出相对较好的降解效果;3种基质降解率从高到低依次为水曲柳>胡桃楸>落叶松;菌种Y3对木质素的降解效果较菌种B6好。【结论】混合菌液对可燃物中木质素的分解能力较单一菌液强;菌株B6和Y3之间无拮抗作用,混合后产生协同效应,使木质素降解酶系活力提高,从而可提高木质素降解率;菌种Y3降解能力强于B6;可燃物样品中木质素降解效果因基质不同而存在差异,阔叶可燃物比针叶可燃物易分解。经筛选出的木质素降解菌能有效降解可燃物中的木质素,可在一定程度上减少森林地表可燃物载量,从而降低森林火灾风险。

近40年帽儿山林场森林景观格局的动态变化及影响因素

【目的】研究帽儿山林场森林景观格局的动态演变,分析其变化规律和驱动因素,进一步提出合理有效的改进措施,为森林可持续经营提供指导。【方法】以1983、1993、2004、2016年共4期二类调查数据为基础,采用面积转移矩阵、景观格局指数及结构方程模型等方法对帽儿山林场森林景观的动态变化及影响因素进行分析。【结果】1)2016年有林地占区域总面积的86.77%,是林场景观的基底,有林地景观以软阔叶混交林、硬阔叶混交林为主;有林地景观面积总体呈现上升的趋势,1983—1993年间有林地景观面积减少了378.6 hm^(2),1993—2004、2004—2016年间面积分别增加了1 730.8 hm^(2)和499.4 hm^(2);由于自然环境和人为干扰的影响,有林地中各类植被也发生了不同程度的变化,相比1983年,2016年软阔叶混交林面积减少了1 183.20 hm^(2),杨树林面积增加了1 618.89 hm^(2),硬阔叶混交林面积增加了1 457.07 hm^(2),针阔叶混交林面积增加了767.87 hm^(2)。2)增加的有林地主要来自耕地(1 280.84 hm^(2))、造林地(1 050.46 hm^(2))、疏林地(779.14 hm^(2))和未利用地(619.30 hm^(2)),其中耕地转入的面积最大。3)景观水平上斑块数量、斑块密度、斑块形状指数、香农多样性指数和香农均匀度指数均降低,斑块结合指数和最大斑块指数增加,说明景观破碎度降低,分布趋于聚集。4)从第Ⅰ阶段到第Ⅲ阶段,结构方程模型中自然因素(坡度、坡位和海拔)的总影响分别是0.319 6、0.168 5和0.109 2,距离因素(距道路、河流和居民点的距离)的总影响分别是0.271 2、0.222 6和0.201 0,经营措施的总影响分别是0.280 0、0.030 0和0.020 0,距离因素对森林景观的影响显著且稳定,自然因素和经营措施前期影响显著,后两期影响逐渐减弱。【结论】有林地景观面积平稳增加,景观分布更加聚集的同时景观多样性降低,自然和距离因素对森林景观影响显著,人为因素促进了森林的正向演替。

目标树经营对兴安落叶松人工林土壤胞外酶的影响

【目的】分析目标树经营6年后土壤养分与土壤胞外酶活性的变化以及二者之间的关系。探讨目标树经营在提高人工林土壤肥力中的作用,为加速形成优质高产的人工林提供理论基础和实践支撑。【方法】以大兴安岭地区松岭林业局绿水林场30年生的兴安落叶松人工林为研究对象,在目标树经营与未经营林分各设置3块30 m×30 m的样方,在每个样方按0~10、10~20、20~40 cm 3个土层分别取样,并测定土壤酶活性和土壤养分含量。【结果】1)在同一土层下,与对照相比,经营组中土壤有机碳的含量在0~10 cm土层中显著增加了18.5%,碳氮比在0~10 cm和10~20 cm两个土层中分别显著增加了40.5%和21.8%,有效磷含量在0~10 cm土层中显著增加了30.1%,微生物量碳含量在0~10 cm和10~20 cm两个土层中分别显著增加了64.2%和37.8%,微生物量氮含量在0~10 cm土层中显著增加了32.3%。而经营组中的全氮含量在0~10 cm土层中显著减少了19.8%。2)经营组中的多酚氧化酶活性在0~10 cm土层中显著提高了16.8%,β葡萄糖苷酶活性在0~10 cm和10~20 cm两个土层中分别显著降低了45.8%和45.1%,木糖苷酶活性在0~10、10~20和20~40 cm 3个土层中分别显著降低了146.8%、220.4%和246.1%。3)冗余分析表明,目标树经营引起的土壤有机碳和全磷含量的变化可能是引起土壤酶活性变化的主要原因。【结论】目标树经营对兴安落叶松人工林的土壤养分和胞外酶活性均有显著的影响,且目标树经营引起土壤养分的变化是影响胞外酶活性变化的主要原因。

林下植被和凋落物对寒温带森林生长季土壤CH_(4)通量的影响

为进一步探究林下植被和凋落物管理对我国寒温带森林生长季土壤CH_(4)通量的影响,采用静态箱-气相色谱法对大兴安岭北部4种林型(白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林)4种处理(自然状态、去除凋落物、去除林下植被以及去除林下植被和凋落物)的土壤CH_(4)通量排放特征进行观测研究。结果表明:该地区森林生长季土壤均表现为CH_(4)的汇,4种林型不同处理后土壤CH_(4)通量表现为单峰变化趋势,吸收峰值出现在7月或8月。自然状态4种林型土壤CH_(4)平均吸收通量表现为白桦林(-79.23±14.92)μg m^(-2)h^(-1)>山杨林(-64.27±9.60)μg m^(-2)h^(-1)>樟子松林(-62.54±15.48)μg m^(-2)h^(-1)>兴安落叶松林(-48.73±12.26)μg m^(-2)h^(-1),兴安落叶松土壤CH_(4)平均吸收通量显著小于其他三种林型(P<0.05)。相比于自然状态,4种林型在去除凋落物后土壤CH_(4)吸收通量提高了2.12%—12.15%,但变化幅度均没有达到显著水平(P>0.05)。去除林下植被后4种林型CH_(4)吸收通量提高了0.84%—20.55%,且只有山杨林吸收增加达到显著水平(P<0.05)。同时去除林下植被和凋落物后,对白桦林和樟子松土壤CH_(4)通量影响不显著(P>0.05),但对山杨林和兴安落叶松林影响显著(P<0.05)。总之,去除凋落物或林下植被均会提高土壤对CH_(4)吸收,去除林下植被对土壤CH_(4)通量的影响要大于去除凋落物的影响,但不同林型不同处理之间还存在差异。

植被控制对人工更新紫椴幼树叶片性状和生长量的影响

【目的】紫椴是我国北方地区特有树种,具有重要的生态和经济价值,全光条件下紫椴更新困难,植被控制通过改变光照条件和土壤质量能够促进目的树种生长,研究植被控制强度对紫椴叶片性状和幼树生长量的影响,探讨最适宜于其更新的植被控制强度。【方法】以株行距为1.5 m×1.5 m的紫椴人工林(5年生)为对象,设置不同植被控制强度T30、T50、T75(清除幼树周围半径30、50、75 cm的所有植被)的处理组和对照组(CK),测定叶片的形态、气体交换参数、光合色素和养分含量及幼树生长量等指标,通过方差分析揭示植被控制强度对叶片形态、光合和生理性质及幼树生长量的影响。【结果】光照强度与植被控制强度呈线性正相关(P<0.05),光照强度在T75组最大(84.43±7.30×10^(3)lx)。紫椴叶片形态指标(叶长、叶宽、单叶面积和比叶面积)均在CK组最大,随着植被控制强度的增加而减小,在T75组达到最小。叶片净光合速率在T30组最大(12.12±1.28μmol·m^(-2)·s^(-1)),胞间CO_(2)浓度在CK组最大(263.14±8.77μmol·mol-1),均随植被控制强度增大而减小。叶片气孔导度和蒸腾速率则随植被控制强度的增大而增加,分别在T75组达到最大(0.17±0.02 mol·m^(-2)·s^(-1)和7.02±1.21 mmol·m^(-2)·s^(-1))。植被控制对紫椴幼树叶片的全碳、全氮和全磷含量具有显著影响(P<0.05),但对叶碳氮磷化学计量比没有显著影响。植被控制提高了叶片中可溶性糖和淀粉的含量,降低了叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量,促进了地径生长量,抑制了树高生长量。【结论】随着植被控制强度的变化,紫椴叶片形态、化学计量和生理特征均发生适应性变化,低光条件下,紫椴幼树增加叶片面积、比叶面积、光合色素及营养元素的吸收来提高对光能的捕获能力,增强其光合作用,促进幼树生长。紫椴幼树在T30处理下,净光合速率和地径生长量最大,生存竞争力最强,因此,以幼树为中心对半径30 cm范围的植被控制,是促进紫椴幼树人工恢复的最佳方式。