生态优先多目标经营人工林——访中国林科院院长刘世荣研究员

2020年12月23日在南宁举办的首届广西“两山”发展论坛上,中国林科院院长刘世荣研究员以生态优先理念为引领,专题阐述多目标经营人工林,引起很大共鸣和关注。本刊这一期推出的“头条再报”,聚焦广西人工林怎样由“速丰”变“永丰”,恰好从实践创新上印证了“多目标经营”理论。我们特此将刘世荣的演讲以访谈形式整理出来,给更多业界人士分享。

碳中和目标下中国森林碳储量、碳汇变化预估与潜力提升途径

增强森林固碳增汇功能是减缓大气二氧化碳浓度上升和全球气候变暖的重要手段,也是实现碳中和国家战略目标的有效途径。本研究基于文献分析法和模型模拟,系统阐述中国森林碳储量和碳汇现状、动态变化与潜力提升途径。根据国家森林资源连续清查数据测算的森林植被碳储量近5年平均年增长0.152 Pg(以C计),2000s—2010s中国陆地生态系统碳汇量约229.7 Tg·a^(-1)(以C计),其中森林植被(指乔木林)碳储量约增加150.6 Tg·a^(-1)(以C计),约占整个陆地生态系统植被碳汇量的65.6%。过去70年,中国森林已从碳源转变为逐渐增强的碳汇。在森林面积保持不变的情景下,相比2000s—2010s时段,2030年后现有乔木林的生物量碳汇将有所下降;如果森林面积未来持续增加,2030—2050年中国新增乔木林的碳汇量仍将呈增加趋势。在全球变化背景下,气候变化及其引发的风险(极端干旱与热浪事件、森林火灾、病虫害等)可能会削弱森林碳汇功能。为维持并提升森林碳储量和碳汇潜力,需要采取森林碳储与碳汇双增以及森林碳汇与木质林产品碳库协同提升的策略,从保碳、增碳、扩碳和碳资源化利用的汇转移4个途径对森林资源实施保护修复、精准绿化、科学经营与合理利用以及多时空尺度的优化布局,同时重视森林土壤碳库增汇的长期效应。在林业减缓和适应气候变化框架下,森林碳汇潜力提升未来研究重点是科学推进国土绿化适宜造林地和树种选择,森林经营增汇技术,森林碳储、碳汇协同提升与木质产品库的碳汇转移与存续的时空配置优化模式,森林土壤固碳增汇机制以及潜力研究,准确评估森林碳汇对实现国家碳中和目标的贡献及其时间表和路线图。

生态流量方法应用现状研究

水资源是制约国家经济社会发展的重要因素。长期以来,水资源的过度开发利用直接影响了流域的生态保护和高质量发展。生态流量(Ecological Flow)是保障流域水生态环境可持续发展和管理的重要指标。然而当前研究方法众多,尚未进行系统性梳理。以生态流量为出发点,归纳总结国内生态流量评估的最新进展,系统地对水文学法、水力学法、生境模拟法和整体分析法等四大类共17种方法进行对比总结,评述其优缺点及适用条件,并根据国内流域的生态流量评估现状,建议在我国流域水系庞杂且气候、水文地质、下垫面和水资源开发利用等条件差异较大的情况下,因地制宜地选择生态流量评估方法。未来的生态流量研究和流域水生态管理应综合考虑气候、水文条件变化和人类活动的影响,依据生态流量目标制定、水利水电工程调度、生态流量监测、流域制度法规建设等方面系统性完善生态流量管理与研究,实现流域水资源的高质量发展。

7年穿透雨减少对锐齿槲栎光合固碳及生物量碳储量的影响

气候变化背景下不断加剧的干旱事件对树木的生长及碳积累产生显著影响。然而,树木光合固碳能力及生物量碳储量对相对长期干旱的连续响应机制的研究仍然有限。选择70年生的天然锐齿槲栎(Quercus aliena var.acuteserrata)林,探究长期模拟穿透雨减少对锐齿槲栎光合固碳潜力和生物量碳储量的影响。研究结果表明,连续7年的穿透雨减少处理显著降低了锐齿槲栎的光合固碳能力,其叶片净光合速率(A)、最大羧化速率(V_(cmax))、最大电子传递速率(J_(max))、最大光化学效率(F_(v)/F_(m))均明显降低,且穿透雨减少处理增强了A与气孔导度(g_(s))、J_(max)、F_(v)/F_(m)之间的相关性。在适应长期干旱过程中,锐齿槲栎通过增加比叶面积(SLA)、叶片栅栏组织与海绵组织的比值、气孔密度等叶片形态及结构特性变化,降低冠层叶面积(LAI)指数和蒸腾水分散失及提高水分利用效率(WUE)缓解和适应干旱胁迫的不利影响。但是,长期穿透雨减少仍然降低了锐齿槲栎的生物量碳储量。穿透雨减少处理7年后,叶生物量碳下降30.6%、茎生物量碳下降34.3%、地下生物量碳下降26.4%,总生物量碳下降32.8%。同时,地下/地上生物量碳比值显著提高,表明锐齿槲栎通过增加地下碳投入和生长适应干旱胁迫。在未来降雨格局变化下,锐齿槲栎生长及叶性状的适应性调整是该树种能够长期生存的重要策略。研究为评价全球气候干化背景下暖温带锐齿槲栎林光合固碳能力和碳储量的变化提供了科学依据。

西南高山亚高山区植被活动增强对区域蒸散的影响

【目的】研究全球气候变化背景下西南高山亚高山区植被活动增强对蒸散的影响,揭示该地区植被水资源需求动态,为优化区域水资源分配、保障水资源安全提供理论依据。【方法】基于2001—2020年MOD16数据蒸散指标(实际蒸散、潜在蒸散以及实际蒸散与潜在蒸散之比),利用线性拟合、SEN趋势分析、偏相关分析、多元逐步回归分析等方法,阐明温度、降水、相对湿度、气压、日照时数、风速等气象因子和归一化植被指数等植被因子对西南高山亚高山区蒸散指标的影响及其贡献率。【结果】1)西南高山亚高山区实际蒸散出现年内峰值的时间略滞后于潜在蒸散,二者呈空间分布差异性。研究区域年实际蒸散在246.0~1191.3 mm之间,峰值出现在7月下旬,其中雅鲁藏布江上游亚高山段、藏南亚高山区实际蒸散较高,怒江北部实际蒸散较低;年潜在蒸散在538.0~2314.9 mm之间,峰值出现在5月下旬至8月中旬,其中雅砻江上游和金沙江上游亚高山段南部地区潜在蒸散较高。2)西南高山亚高山区实际蒸散多年平均值为627.8 mm,整体呈显著增加趋势(P<0.05),增速约2.93 mm·a^(-1),显著增加区域主要分布在嘉陵江上游、岷江上游、大渡河、雅砻江上游、金沙江上游亚高山段、澜沧江上游和怒江部分地区;潜在蒸散多年平均值为1500.6 mm,整体呈不显著降低趋势,速度约2.57 mm·a^(-1),降低区域主要分布在雅砻江上游、金沙江上游亚高山段和藏南亚高山区。实际蒸散与潜在蒸散之比多年平均值为0.43,呈显著上升趋势(P<0.05)。3)西南高山亚高山区实际蒸散的主要影响因素及作用大小排序为:气温>降水>归一化植被指数>相对湿度>气压>日照时数>风速,潜在蒸散的主要影响因素及作用大小排序为:气温>日照时数>降水>相对湿度>风速,实际蒸散与潜在蒸散之比的主要影响因素及作用大小排序为:气温>相对湿度>归一化植被指数>日照时数>气压。4)实际蒸散增加主要与植被活动增强有关,由归一化植被指数升高主导实际蒸散增加的区域占比近63%;潜在蒸散降低主要与日照时数减少有关;归一化植被指数升高、日照时数减少对实际蒸散与潜在蒸散之比的正向作用抵消增温对实际蒸散与潜在蒸散之比的负向作用,导致其上升。在Budyko模式下,实际蒸散与潜在蒸散之比的变化显示研究区域由水分限制向能量限制的方向发展。【结论】近20年来西南高山亚高山区植被活动增强对区域蒸散产生显著影响,由此引发的流域水量平衡和土壤水分供给的长期可持续问题值得密切关注。

纳秒脉冲激光制备黑硅及其光学性能的研究

利用纳秒脉冲激光器在常温常压室内环境下扫描刻蚀单晶硅片,通过改变扫描方式和扫描的线间距制备了各种不同结构的黑硅样品,重点研究了扫描方式、扫描间隔、高温吹氧退火时间等对黑硅光致发光(PL)特性的影响,以及不同参量制备的硅表面微结构对光吸收率的影响。利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、光学显微镜、拉曼和荧光光谱仪、吸收光谱仪等对制备的黑硅样品形貌、光吸收和PL发光特性进行了检测与表征,获得了吸收率高于90%且具有良好发光性能的黑硅结构样品。研究发现,采用线性扫描方式制备的黑硅样品的PL光谱主要分布在红光波段,而采用正交扫描方式制备的黑硅样品的PL光谱中在近红外900 nm附近有稳定的发光峰;此外,在黑硅样品中还观察到630 nm附近的电子局域态发光,并通过建立对应的物理模型解释了其发光机理。

宝天曼8种阔叶树木材密度的解剖学决定因素及其与叶性状的协同与权衡

【目的】探究影响木材密度的解剖学机制,揭示茎叶解剖和生理性状的协同与权衡关系,有助于阐明不同树种适应环境的生理生态机制。【方法】选择宝天曼天然林中常见的8种落叶阔叶树,测定木材密度、木质部导管及纤维等解剖性状、叶片压力-容积曲线参数等21个茎叶性状,探究决定木材密度的解剖学性状,分析茎叶性状的协同和权衡关系。【结果】1) 8个树种的木材密度与组成木质部的导管、薄壁组织和纤维组织这3大组织的比例都不相关,更多受到纤维细胞性状的影响。2)对木材密度影响最大的木质部性状是纤维细胞腔占横截面的比例,其次是纤维细胞壁占纤维细胞的比例、纤维细胞壁厚与腔直径比、纤维细胞壁厚度等性状。3)木材密度与叶片单叶面积、失膨压时相对含水量和弹性模量呈负相关。4)失膨压时相对含水量与导管水力直径、最大导管直径、平均导管直径、纤维细胞腔面积、纤维细胞腔直径呈正相关;与导管密度、纤维细胞壁厚与腔直径比、纤维细胞壁占横截面比例呈负相关。【结论】木材密度主要由纤维细胞性状决定,而非导管和薄壁组织性状;高的叶片忍耐失水能力耦合于致密的茎纤维细胞和木材密度。

2017-2022年河南宝天曼站森林生态系统日尺度气象数据集

气象数据是评估全球气候变化的重要基础性资料,是研究生态系统水碳循环、物候变化、生物多样性以及生态系统演变的重要依据。宝天曼森林生态系统国家野外科学观测研究站(简称“宝天曼站”)位于我国北亚热带向暖温带的过渡地带,地理位置独特。宝天曼站始建于1993年,2005年获原国家林业局正式批准,并于2021年入选了国家野外科学观测研究站,是中国森林生态系统研究网络(CFERN)和国家野外科学观测定位研究站之一。本研究依据《大气环境要素观测数据整理方法》,对气象数据进行整编。本数据集包含了2017-2022年宝天曼站基本大气要素日尺度数据,包括温度、相对湿度、气压、风速、风向、降水量、土壤温度(10、20、30、40、50 cm土壤日均温度)、土壤湿度(10、20、30、40、50cm土壤日均湿度)等指标,为全球变化的背景下森林生态系统的各项研究提供基础资料。

面向生态系统服务的森林生态系统经营：现状、挑战与展望

森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性,对全球生态系统和人类经济社会发展起着至关重要和无可替代的作用。伴随着人口的不断增长和经济社会的迅猛发展,对森林资源和森林生态系统服务的需求不断高涨,而且人类对森林资源价值的认识也发生了很大程度的改变。推进森林资源可持续经营,增加森林总量、提高森林质量、增强生态功能,已成为中国林业可持续发展乃至推进中国生态文明建设和建设美丽中国的战略任务。本文全面综述了森林生态系统经营发展历程,分析了森林生态系统经营的现状和存在问题,在此基础上,提出整合基于生态系统管理与满足现代人类福祉对森林多重需求的新的森林生态系统经营理念,面向生态系统服务的森林生态系统经营理念是未来的发展趋势。森林经营发展战略表现为:1)从单纯的森林面积数量扩张,转变到提高单位面积的森林生产力和森林质量;2)从单一追求木材生产逐步转变为多目标经营,将森林林产品单一的经营目标转变为广泛的生态、经济和社会等多目标经营;3)森林经营重点从林分水平转变为森林景观的经营,强调森林景观的时空异质性和动态变化,权衡和协同多种生态系统的服务功能,倡导森林景观的多样性和连通性,提高森林与其它土地利用模式镶嵌构成的复合景观的可持续性和稳定性,增强森林生态系统对气候变化影响的适应能力;4)森林生态系统经营将从依赖传统经验的主观决策转变为信息化、数字化和智能化的决策,发展森林生态系统经营决策支持系统和森林景观恢复与空间经营规划系统。

长江上游森林植被水文功能研究

长江上游森林林冠截留量与林分郁闭度呈正相关， 当亚高山冷杉林的林分郁闭度为0．7时(5～7月)， 平均截留率为24％， 当郁闭度在0．3时(5～7月)， 平均截留率降为9．5％；从枯落物持水量来看， 箭竹冷杉林最大(6．0mm)， 藓类冷杉林最小(2．8mm)， 主要因为前者有较多的落叶伴生树种和灌木。岷江冷杉原始林的土壤最大持水量、枯落物最大持水量、苔藓层最大持水量比皆伐后形成的其他森林类型要大2．3～17．2倍， 从而具有更好的水源涵养功能。植被对径流的影响初步结论是， 森林大流域的年径流量常常大于少林或无林流域的径流量；不同采伐强度径流量比较是皆伐迹地＞择伐迹地＞原始森林。与全国其他森林类型的蒸发散研究比较显示， 长江上游森林的相对蒸散率较低， 为30％～40％， 这主要是由于海拔较高， 降水量大所致。

中国天然林资源保护工程综合评价指标体系与评估方法

天然林资源是国家重要的战略资源与生态资源,在维护国土生态安全、应对气候变化、保护生物多样性等方面发挥着不可替代的重要作用。作为覆盖范围最广、投资规模最大的天然林资源保护工程(简称天保工程)自2000年正式启动以来,对长江上游、黄河上中游地区以及东北、内蒙古、新疆、海南等重点国有林区的森林资源保护修复、区域生态环境改善及经济社会可持续发展等多方面都产生了巨大、深远影响。天保工程二期于2020年结束,全面定量评估天保工程的生态、经济和社会综合效益和国内外的巨大影响,可为全面推进我国天然林资源保护修复提供科技支撑,为后续政策修订提供决策依据。本文基于空间信息技术、样地调查、生态站观测、比较分析等手段,构建了适用于天保工程的综合评价指标体系与评估方法,涵盖森林资源、生态效益、社会经济效益、生态修复措施和政策设计5个方面,对全面贯彻落实国家生态文明战略和《天然林保护修复制度方案》具有重要的现实意义和深远历史意义,为开展全国性的重大生态工程评估提供借鉴和参考。

长江上游退化天然林恢复重建的生态对策

综述长江上游退化天然林的干扰体系、退化特征及恢复重建的研究现状,分析长江上游退化天然林恢复重建面临的主要问题,基于生态恢复重建的理论基础,阐述并拓展封山育林的传统概念。退化天然林恢复重建的基本对策是:依据自然演替的规律,仿拟天然老龄林的物种组成和群落结构,充分利用和启动自然调节机制,并根据自然演替的关键环节采用功能群替代或目的物种导入等辅助的人工措施,促进土壤和群落功能的修复,跨越或缩短某些演替阶段,加快恢复演替进程,尽可能利用乡土树种定向恢复以大径级、高经济价值林木为目标的森林群落。根据长江上游退化天然林的现状、类型及其特点,提出4种恢复重建的组合模式:1)封禁保护原始老龄林;2)封育重建严重退化生境;3)封育调整天然次生林群落结构与定向恢复调控;4)封育改造低效人工纯林。

中国主要森林生态系统水文功能的比较研究(英文)

基于中国不同区域生态站的观测资料 ,着重从降雨截留 (林冠截留、枯枝落叶层截持和土壤蓄水 )、调节径流和蒸散等 3个方面对我国主要森林生态系统的水文生态功能进行了比较研究。各生态系统林冠年截留量在 134～ 6 2 6mm间变动 ,由大到小排列为 :热带山地雨林 ,亚热带西部山地常绿针叶林 ,热带半落叶季雨林 ,温带山地落叶与常绿针叶林 ,寒温带、温带山地常绿针叶林 ,亚热带竹林 ,亚热带、热带东部山地常绿针叶林 ,寒温带、温带山地落叶针叶林 ,温带、亚热带落叶阔叶林 ,亚热带山区常绿阔叶林 ,亚热带、热带西南山地常绿针叶林 ,南亚热带常绿阔叶林 ,亚热带山地常绿阔叶林。枯落物持水量可以达到自身干重的 2～ 5倍 ,但也因林型而异。土壤非毛管持水量变动在 36～ 142mm之间 ,平均 89mm。常绿阔叶林的非毛管持水量通常高于 10 0mm ,而寒温带 /温带落叶阔叶林和常绿针叶林通常低于 10 0mm .土壤的非毛管持水量通常占生态系统中截持水量的 90 % ,其次是枯落物和林冠层。这说明 ,森林土壤在调节降雨截留中占有重要地位 ,其水文功能的大小取决于土壤结构和空隙度 ,而这些恰恰又受枯落物和森林植被特征的影响。森林皆伐后 ,一般地表径流会显著地增加 ,而适当抚育措施则对地表径流影响不大。

中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是陆地上最大的碳储库和碳吸收汇。国内外研究表明,土壤亚系统在调节森林生态系统碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于森林类型的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对森林土壤碳储量和变率的科学估算,以及土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限。综述了近十几年来我国森林土壤碳储量和土壤碳过程的研究工作,主要包括不同森林类型土壤碳储量、土壤碳化学稳定性、土壤呼吸及其组分、土壤呼吸影响机制、气候变化与土地利用对土壤碳过程的影响等;评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,讨论了尚未解决的主要问题,并分析了未来土壤碳研究的发展趋势,以期为促进我国森林土壤碳循环研究,科学评价森林土壤碳固持潜力及其稳定性维持机制和有效实施森林生态系统管理提供科学参考。

兴安落叶松人工群落生量物与净初级生产力的研究

本文于1988年对帽儿山林场老山人工林实验站21年生兴安落叶松[Larix gmelini (Rupr) Rupr.]人工林群落生物量、生物量增量、枯死量、凋落量及凋落物层现存量等进行了测定和研究,在此基础上,推算了群落净初级生产力。结果表明:落叶松人工林群落的生物量为145.615t/ha,其中乔、灌、草各层的植物量分别为142.358t/ha、2.686t/ha和0.571t/ha;落叶松林净生产量为13.861t/ha·a,其中乔、灌、草各层净生产量分别为12.539t/ha·a,0.874t/ha·a和0.448t/ha·a;林分立枯量为3.122t/ha,年凋落量为3.577t/ha,林地凋落物层现存量为23.20t/ha。与其它森林植物群落相比,落叶松人工林群落具有较高的生物生产力。

中国天然林保护、生态恢复与可持续经营的理论与技术

全面总结了近年来中国在天然林保护与生态恢复的理论与技术实践方面所取得的研究进展。高度凝练出了天然林动态干扰与保育技术、典型退化天然林的生态恢复技术和天然林景观恢复与空间经营技术等三方面的创新成果,形成了天然林保护与生态恢复的理论与技术创新体系,对今后天然林保护、生态恢复与可持续经营进行了展望。

沙木蓼和沙枣对地下水位变化的生理生态响应Ⅱ.叶片光合作用及其对温度和光的反应

在甘肃民勤沙生植物园内 ,研究了两种优势旱生植物沙木蓼 (Atraphaxisfrutescens)和沙枣 (Elaeagnusangusti folia)的光合生理等特性对不同地下水深度 (1 .4～ 3 .4m)的响应。结果表明 :1 )地下水深度的变化导致了这两种旱生植物净光合速率 (Pn)、蒸腾速率 (E)、气孔导度 (Gs)、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值、光量子效率、CO2 羧化效率等的显著变化 ;2 )两种植物均能较好地适应地下水深度为 3 .4m的水分胁迫 ;3)两种植物对地下水深度变化的适应方式略有不同 ,沙木蓼主要通过一定程度地净光合速率的降低、并保持一定的水分利用率来适应干旱 ,而沙枣则通过净光合速率的较大幅度降低以增加其水分利用率来适应干旱 ;4)地下水深度的变化并未导致两种植物光合作用适宜温度的明显变化 ,但却引起了在适宜温度下净光合速率的显著下降。沙枣是非豆科固氮植物 。

中国森林生产力对气候变化响应的预测研究

根据中国不同地理区森林生产力和气候环境变量的数据构建了中国森林气候生产力模型，以此为基础研究了气候变化对中国森林生产力的影响。结果表明：在所构建的模型中，除海拔高度与净生产力的相关模型外，其它模型均有较高的实用价值，模型的拟合曲线变化，基本反映了中国森林现实生产力的地理分布格局；中国森林生产力的分布格局主要取决于气候环境中的水热条件，水分条件是决定中国大部分地区森林生产力水平和地理分布格局的主导因素；根据７个ＧＣＭｓ大气环流模型预测合成的２０３０年的气候情景，研究气候变化对中国森林生产力影响的结果是：气候变化并没有改变中国森林第一性生产力的地理分布格局，即从东南向西北森林生产力递减趋势不变，但不同地域的森林生产力有不同程度的增加。气候变化后中国森林生产力变化率的地理分布格局与森林第一性生产力的地理分布格局相反，呈现从东南向西北递增的趋势。

气候变化对中国森林生产力的影响 Ⅰ.中国森林现实生产力的特征及地理分布格局

本文从生产力与环境关系角度,比较分析了森林第一性生产力的地理分布特征,阐述了层的生产力与环境间的关系以及种生产力与群落结构间的关系。结果表明:森林净生产力,地上部年凋落量随纬度和海拔高度的增加而减少,而凋落物现存量呈相反的变化趋势,森林生产力的地理分布与环境水热条件密切相关;森林生物量无明显的地理规律性变化,但多物种复杂结构的成熟天然林生物量较高;层的生产力随环境条件产生相互排斥或补充各异变化;种的生产力反映了种在群落中的地位和作用,决定群落的结构特征。