长白山主要林分物种多度分布与性状分布的关系

【目的】探究长白山地区群落物种的多度分布格局及其驱动过程,以及多度分布与性状分布之间的关系,为当地森林经营与修复策略的制定提供理论依据。【方法】以长白山不同林分类型的3块5.2 hm2(次生山杨白桦林、次生针阔混交林、原始红松紫椴林)和1块5 hm2原始阔叶红松林固定监测样地为研究对象,通过采集样地内木本个体的6个关键功能性状(叶面积、比叶面积、叶片厚度、最大树高、叶片氮含量、叶片磷含量),分析样地的物种多度分布格局、功能性状分布格局以及二者之间的关系。【结果】不同林分类型中通过统计检验的模型种类各异,但所有最优模型均为统计模型。在性状分布格局中,最大树高、比叶面积和叶磷含量在4块样地均呈现正态分布。然而,功能性状分布格局转化得到的物种分布格局模型显示,尽管部分模型通过了统计检验,但与多度分布结果拟合度不高。【结论】在长白山地区,物种多样性的形成并非主要由随机过程驱动,而是受到竞争作用的显著影响,这决定了演替过程中群落物种组成的变化情况。虽然功能性状分布与物种多度分布之间存在一定的联系,但直接通过群落水平性状分布格局推断物种多度的方法尚不准确。

基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究

【目的】基于非线性回归和广义模型构建不同分位数回归和混合效应的树高预测方程,并对比分析非线性模型、不同分位点(τ=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9)模型、广义模型及非线性混合效应模型的拟合效果和预测精度,为研究林分生长和收获提供理论依据。【方法】本研究以吉林蛟河地区针阔混交林的主要树种(红松、色木槭、紫椴和水曲柳)为研究对象,基于21.12 hm2样地数据,首先在11个广泛使用的树高方程基础模型中选定基础模型;其次探究林分变量对树高的影响并构建含林分变量的广义模型;最后在基础模型和广义模型的基础上,构建分位数模型,同时考虑样方效应对树高的影响,构建混合效应模型。【结果】(1)各树种均以Richards模型拟合精度更高,且具有生物学意义,选定为基础模型;考虑林分变量与树高的相关性以及模型收敛性,加入优势木高建立的广义模型能显著提高拟合效果。(2)各树种均为中位数τ=0.5时模型拟合效果最佳,且与非线性回归预测精度相近,红松、色木槭、紫椴和水曲柳最高R^(2)值分别为0.811、0.809、0.724和0.617,广义中位数回归预测能力得到进一步提高,R^(2)值分别为0.891、0.874、0.858和0.627。(3)混合效应模型相对其他模型能显著提高预测精度,其中基础混合模型略优于广义混合模型,4个树种R^(2)值达到0.937、0.919、0.906和0.643,表明包含样方效应的混合模型能得到更准确更稳定的预测结果。【结论】与传统方法建立的基础模型和广义模型以及两者的中位数回归模型相较,基于非线性混合效应构建的树高-胸径模型预测精度更高,其中基于基础混合效应构建的吉林蛟河地区混交林树高-胸径模型更具优越性和稳定性。

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 m^(2)/hm^(2)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 m^(2)/hm^(2)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。

青海省东北部森林林下物种多样性的驱动因素

【目的】青藏高原是对全球气候变化响应最敏感的区域之一,青海省东北部是整个青藏高原乔木林的重要分布区域,探讨青海省东北部森林林下物种多样性的驱动机制,可以为气候变化条件下的物种多样性保护和森林经营管理提供科学依据。【方法】以青海省东北部森林为研究对象,基于29个乔木样方、116个灌木样方和116个草本样方林下物种多样性的野外调查数据,利用广义最小二乘法(GLS)分析林下物种多样性和生物(林分结构)、非生物因素(包括气候、地形和土壤等)之间的关系。【结果】(1)青海省东北部森林群落树种组成单一,多以纯林为主,物种多样性主要由林下植被贡献。29个乔木样方共调查到维管植物108种,隶属44科89属,物种组成以蔷薇科、忍冬科和小檗科植物为主。林下层中,草本物种多样性显著高于灌木物种多样性(P<0.001)。(2)气候和林分结构是影响林下物种多样性最重要的驱动因素,相对影响分别占34.9%和26.2%。(3)灌木层和草本层物种多样性的关键驱动因素不同,灌木层物种多样性主要受林分结构影响(44.0%),而草本层物种多样性主要受到土壤(28.8%)和气候(28.2%)等非生物因素的影响。【结论】青海省东北部森林群落林下灌木层植被和草本层植被物种多样性的驱动机制存在差异,因此,在生物多样性保护和森林经营管理过程中应当充分考虑不同层次物种的反馈机制。

吉林蛟河不同树种储水量分配特征与预测模型

【目的】分析吉林蛟河12个乔木树种整株及各组分含水率和储水量分配特征,构建并筛选各树种最优储水量预测模型,探讨不同树种储水量随森林发育阶段的变化,为该地区森林树种储水量估算提供模型参考。【方法】采用单因素方差分析,对比12个树种不同器官含水率和储水量占比的差异,并通过多重比较法进行显著性检验。应用肯德尔秩相关分析法,以胸径(D)、树高(H)、D2H为模型自变量,整株及各器官储水量为因变量,构建多种形式的储水量预测模型,并通过模型决定系数、参数显著性以及赤池信息准则筛选最优模型。结合林地信息,计算不同发育阶段树种的储水量。【结果】(1)12个树种器官平均含水率顺序为树叶>树根>树枝>树干。除千金榆外,其余树种在各器官储水量分配上普遍呈现树干>树根>树枝>树叶的趋势。随胸径增大,树枝储水量占比增大,而树干与树叶的储水量占比减小,树根储水量变化不显著。(2)12个树种的储水量预测模型均为对数函数形式,不同树种器官的最优模型自变量各异。(3)随着森林演替,单位面积乔木的储水量和生物量均增加。【结论】本研究揭示了储水量占比和含水率在器官间与物种间存在显著差异,其中储水量与树高、胸径之间存在种间特异性,且不同器官储水量占比随胸径增长呈现不同变化趋势。所筛选的储水量最优模型均为对数函数形式,其中单树种储水量预测模型具有较高的拟合精度,而全树种模型更适用于估算区域性储水量。本文阐明了吉林蛟河树木水分状况在不同时空尺度上的变化规律,有助于加深对生态系统动态过程的理解,并为该地区森林树种储水量的精确估算提供了可靠的模型参考。

吉林蛟河阔叶红松林谱系多样性和功能多样性对采伐干扰的响应

阔叶红松林是东北森林的典型代表,由于受到历史采伐干扰的影响,导致生态系统功能严重退化,威胁东北地区生态安全。生物多样性是生态系统功能形成和维持的重要基础,阐明采伐前后生物多样性的变化对于评估采伐干扰的影响、理解森林恢复过程具有重要意义,能够为森林生态修复与重建提供理论支持。谱系多样性和功能多样性是生物多样性的两个重要维度,然而传统的研究仍停留在物种数量层面,难以全面反映采伐干扰的影响。以吉林蛟河阔叶红松林采伐样地为对象,依托连续四次的样地清查数据,同时结合植物的系统发育和功能性状信息,探讨了不同强度采伐干扰对谱系多样性和功能多样性的影响,具体采伐设置包括:未采伐(对照),采伐15%胸高断面积(轻度采伐),采伐30%胸高断面积(中度采伐)以及采伐50%胸高断面积(重度采伐)。结果显示:①中、高强度的采伐干扰显著降低了森林谱系多样性和功能多样性,并且高强度干扰条件下森林多样性的恢复要更加困难;②采伐还影响着群落功能性状组成,随着采伐强度的增加,群落木质密度加权平均值上升而最大树高下降;③相较于采伐强度和采伐木断面积,保留木断面积与生物多样性的联系更加紧密,表明采伐后森林所达到的密度状态是影响生物多样性恢复的关键,当保留木断面积在18m^(2)/hm^(2)附近时,其与谱系多样性的关系出现显著拐点,应在阔叶红松林经营管理过程中受到更多重视。综上所述,谱系多样性和功能多样性为评价采伐的影响提供了新的视角,有助于更加全面地反映采伐干扰对生物多样性的影响,为阔叶红松林生态修复与多样性保护提供科学参照。

长白山阔叶红松林林层群落结构与生产力的关系

【目的】探究长白山阔叶红松林不同林层群落结构与林分生产力的关系,分析林分生产力的影响因素,为温带森林的恢复与可持续经营提供科学依据。【方法】基于长白山自然保护区阔叶红松林40 hm^(2)固定监测样地2年(2014和2019年)植被调查数据,以样地内胸径(DBH)≥5 cm的木本植物为对象,根据胸径将阔叶红松林群落划分为优势木层、亚优势木层、中等木层和被压木层,运用R4.0.3软件计算各林层物种多样性、结构多样性和林分密度,与生产力进行相关性分析并构建结构方程模型,探讨不同林层物种多样性、结构多样性和林分密度对生产力的影响。【结果】1)林分密度与生产力显著正相关(P<0.05),且相关关系随林层上升而下降。2)Pearson相关性分析结果显示,生产力与代表物种组成α多样性的香农威纳指数显著正相关(P<0.05),且随林层上升相关关系减弱;反之,代表物种组成β多样性的香农熵指数与生产力存在显著负相关(P<0.05),但该相关关系在中等木层和亚优势木层不显著。此外,物种均匀度指数与生产力显著负相关(P<0.05),相关系数随林层上升先增大后减小;胸高断面积基尼系数和胸径均匀度指数与生产力显著负相关(P<0.05),且该相关关系随林层上移而减弱,在优势木层与生产力无显著相关性。胸径香农威纳指数与生产力呈显著正相关(P<0.05),且随林层上移相关关系降低,相关系数由0.44降至0.31。3)不同林层林分密度对生产力均有显著影响(P<0.001),且随林层上升其作用强度逐渐降低,路径系数由0.59降至0.27;物种多样性在被压木层和中等木层对生产力有显著正向作用(P<0.05),在优势木层和亚优势木层对生产力无显著影响;结构多样性在被压木层和中等木层通过作用于物种多样性和林分密度间接影响林分生产力,在优势木层和亚优势木层则直接作用于林分生产力。【结论】各林层林分密度对生产力均有显著影响(P<0.05),且随林层上升对生产力的作用强度逐渐降低,群落物种多样性和结构多样性对生产力的作用方向和强弱在不同林层表现各异。深入探讨不同林层物种多样性和结构多样性以及其如何影响森林生产力,在现代森林经营管理中尤为重要。

吉林蛟河针阔混交林不同尺度下生物量稳定性及影响因子

【目的】探讨不同空间尺度下物种多样性、结构多样性、物种异步性、林分密度和环境因素对群落生物量稳定性的影响及相互之间的作用路径,旨在解析生物量的稳定性在不同空间尺度上的主要驱动因素,为森林的可持续经营及科学管理提供理论基础。【方法】以吉林蛟河针阔混交林为研究对象,利用2010—2020年的样地群落调查数据,通过结构方程模型探讨20 m×20 m和40 m×40 m两个空间尺度上生物因素(物种多样性、结构多样性、物种异步性、林分密度)和非生物因素(地形因子、土壤理化性质)与群落生物量稳定性间的关系及作用机制。【结果】在20 m×20 m空间尺度上,生物量稳定性与物种异步性、结构多样性、林分密度均有显著正向关系,非生物因素中地形因子(坡度、凹凸度)与生物量稳定性呈正相关关系;而在40 m×40 m空间尺度上,生物量稳定性与物种异步性呈现显著正相关,非生物因素中土壤理化性质(速效钾、全磷和速效氮)与生物量稳定性呈现负相关关系。结构方程模型分析表明,在20 m×20 m空间尺度上,物种异步性对生物量稳定性的影响高于林分密度和结构多样性,路径系数为0.40。土壤理化性质(全钾、全氮和速效氮)通过显著影响物种多样性间接作用于生物量稳定性,路径系数为0.10。在40 m×40 m空间尺度上,生物因素中只有物种异步性对生物量稳定性有显著正向影响,路径系数为0.64。地形因子(坡度、凹凸度)通过调整结构多样性间接作用于林分生物量稳定性,路径系数为0.35。【结论】在不同的空间尺度上,虽然生物因素与非生物因素对生物量稳定性的作用路径和影响力不尽相同,但物种异步性均为生物量稳定性的主要驱动因子。在20 m×20 m空间尺度上,物种异步性、林分密度、结构多样性等生物因素通过直接正向效应来影响生物量稳定性,非生物因素通过间接效应作用于生物量稳定性;在40 m×40 m空间尺度上,林分生物量稳定性主要影响因子则是物种异步性和土壤理化性质。

阔叶红松林林隙结构与树种多样性关系研究

对阔叶红松林林隙与林下不同层次树种多样性进行比较,探讨林隙大小及发育阶段与树种多样性间的关系.结果表明,林隙与林下树种多样性存在显著差异(P<0.01).与林下相比,林隙更新层树种多样性、丰富度和均匀度增大,生态优势度减小(P<0.01);演替层树种多样性、丰富度和均匀度减小,生态优势度增大(P<0.0001).林隙中不同层次树种多样性随着林隙大小呈现出相反的变化趋势.长白山阔叶红松林林隙演替层树种多样性和丰富度总体上呈单峰形变化,中等大小林隙(100～250m2)中树种多样性和丰富度较高,生态优势度较小.而更新层树种多样性和均匀度在≥250m2和<100m2的林隙中最大,在200～250m2的林隙中最小;生态优势度在200～250m2的林隙中达到最大.更新层和演替层树种对林隙面积大小反应不同,有利于更新层幼苗建立的林隙面积并不是演替层幼树发育和成活的最适面积;随林隙年龄的增加,更新层和演替层树种多样性在不同层次上呈互补关系.

拖拉机对集材道土壤及苗木生长影响的研究

集材道土壤受拖拉机反复走行作用产生地表轧乱和土壤压实现象，造成水土流失和腐殖质丧失，这对更新苗木的生长产生了不良影响．本文通过实地调查测定，应用灰色系统理论，研究了拖拉机集材时集材道上土壤硬度、孔隙度的变化及对苗木生长的影响。在履带式拖拉机集材道上，土壤的硬度、孔隙度都比轮式拖拉机集材道上的大。与土壤硬度相比，孔隙度对苗木生长的影响更大些。从而得出了就苗木高生长而言，履带式拖拉机比轮式拖拉机的损害要小。

长白山阔叶红松林早春草本层植物的数量特征

通过对长白山西部５０年代择伐过的阔叶红松林早春阶段（４月２５日～２９日）草本植物的调查，结果表明其分布是均匀的，没有明显的优势种，生态优势度较低．ＳｈａｎｎｏｎＷｉｅｎｅｒ多样指数、种数及个体总数明显与坡向、坡位有关．

世界森林生态采伐理论的研究进展

本文综述了世界森林生态采伐理论的研究进展，介绍了新林业理论、“接近自然的林业”理论、多效益理论、林业分工论、森林多功能论、效益协同论、“船迹”理论、森林效益永续论、木材培育论、法正林理论，同时也探讨了中国森林经营模式。

森林采伐量的最优控制

本文针对我国目前森林面临着可采资源锐减、生态环境日趋恶化等严峻问题,应用最优控制理论,提出了森林采伐量的最优控制策略。森林采伐量采用这一控制策略,既可收获最多的木材总量,又能保证森林总蓄积始终保持在最优水平上,实现森林永续利用。同时,森林的社会效益、经济效益和生态效益都可得到最大限度地发挥,即可满足经济建设对木材的需要,又能使森林生态环境得到保护。从而使我国森林工业摆脱目前的困难。

采伐迹地清理方式对水土流失及更新苗木的影响

定点观测研究表明，不同清理方式对迹地的水土流失及更新苗木的成活与生长有很大差异。对未清理、带堆清理和火烧清理作了比较试验。火烧清理方式造成的水土流失与养分流失都大大超过未清理和带堆清理，但坡度小于１６°时，尚不至造成严重的水土流失，坡度大于２３°时，应禁止采用火烧法，这是火烧不利的一面。有利的一面是有助于提高造林成活率和促进更新苗木的生长。不论哪种清理方式，苗木成活率均随坡度的增高而降低。

论森林生态采伐问题

论述了生态采伐产生的历史背景，概念，体系；提出了生态采伐的原则与技术。

采伐迹地清理方式对水土流失及更新苗木的影响

定点观测研究表明，不同清理方式对迹地的水土流失及更新苗木的成活与生长的影响有很大差异，对未清理、带堆清理和火烧清理作了比较试验。火烧清理方式造成的水土流失与养分流失都大大超过未清理和带堆清理，但坡度小于１６°时，尚不至造成严重的水土流失，坡度大于２３°时，应禁止采用火烧法，这是火烧不利的一面。有利的一面是有助于提高造林成活率和促进更新苗木的生长。不论哪种清理方式，苗木成活率均随坡度的增高而降低。

拖拉机集材对迹地土壤条件及苗木生长影响的研究(Ⅰ)——拖拉机集材对迹地土壤条件的影响

目前东北林区森林采运70%是采用拖拉机半拖集材,主要有J—50(履带式)和J—80(轮式)两种机型,集材道上土壤不仅受拖拉机反复走行的作用,而且还有拖曳木材捆的影响,产生地表轧乱和土壤压实现象,造成水土流失和腐殖质丧失。本文通过实地调查测定,应用计算,研究了集材道土壤硬度和孔隙度,并得出结论:对于集材道上的土壤硬度和孔隙度,履带式的都比轮式的大。

长白山红松针阔混交林中倒木的分布格局

红松针阔混交林是我国东北东部山地稳定的地带性天然森林植被．开展其倒木的研究，不仅能有效地监测红松针阔混交林的动态，而且能加深倒木生态功能的认识，为合理管理倒木资源提出对策．通过研究得知，风害是长白山红松针阔混交林林木死亡的主要原因，红松阔叶林有５０％的死亡木是由于根拔、干折和冠折等风害造成的；阔叶红松林风害导致的死亡占３６．８４％，倒木的年输入量，红松阔叶林小于阔叶红松林．倒木的分布方向与主风方向关系不大．

长白山红松针阔混交林倒木对天然更新的影响（Ⅰ）──倒木自身特点对天然更新的影响

通过调查分析，长白山红松针阔混交林倒木影响天然更新的主要方式是通过林木风倒或枯死形成林冠空隙，从而促进天然更新，而在倒木上更新较少。这和云冷杉林大部分是直接在腐烂的倒木上完成天然更新截然不同。

非平衡热力学与生态系统

现代生态系统是以人类为中心的自然生态系统和社会系统的耦合系统。从热力学观点看,生态系统中生物与环境的物质、能量流动必然引起系统熵的变化。本文从非平衡热力学角度讨论生态系统的热力学本质;生态系统的信息熵;生态系统类比;生态平衡。