长白山北坡施业区植被变化及其驱动力分析

【目的】检测长白山北坡植被的变化趋势,分析植被分布与不同因素之间的关系以及森林干扰的变化情况,以期更加全面地揭示天然林资源保护工程前后研究区植被的变化情况,为评价天然林资源保护工程实施效果及制定植被资源恢复措施和生态环境保护政策提供科学依据。【方法】基于Google Earth Engine(GEE)地理数据分析云平台,使用1987—2020年的Landsat遥感数据,采用归一化植被指数(NDVI)、归一化燃烧率(NBR),结合Sen-Theil趋势分析、Mann-Kendall检验、地理探测器和LandTrendr变化检测算法,分析了白河林业局的植被覆盖时空分布特征及变化趋势,结合年均温、年平均降水量、海拔、坡度、林种和森林类型数据,研究了不同因子对植被覆盖空间分布特征的影响,并进一步分析了不同年份的森林干扰情况。【结果】1)1987—2020年研究区总体NDVI呈现提高趋势,在2000年大部分地区呈现不显著下降的趋势,而天保工程实施后研究区NDVI整体呈现上升趋势,尤其是初期提高趋势最为显著;2)温度和降水量对于NDVI空间分布的解释力最强,其次是森林类型和海拔;3)1987—2020年研究区的年干扰面积总体呈现出波动下降的趋势。2000年前森林干扰较为频繁,2000年开展天然林资源保护工程后森林干扰面积明显下降,且森林干扰主要发生在研究区中部以及北部部分区域,南部的落叶针叶林区域在研究时间内未观察到明显的干扰现象。【结论】近30年来长白山北坡植被总体呈现改善趋势,且天然林资源保护工程在植被改善以及降低干扰方面均发挥了重要作用。

长白山6种阔叶树测定树木叶面积的最适叶片数量

2019年7—8月份,在长白山阔叶红松林中选取假色槭(Acer pseudo-sieboldianum)、色木槭(Acer mono)、蒙古栎(Quercus mongolica)、紫椴(Tilia amurensis)、糠椴(Tilia mandshurica)、拧筋槭(Acer triflorum)6个阔叶树种为研究对象,在采集叶片前将树木大小划分为3个径级(小径树木(D_(1))、中径树木(D_(2))、大径树木(D_(3))),由于6种阔叶树的性状差异,树木大小3个等级对应的胸径(D)大小不一致(假色槭,D≤10 cm为D_(1)、10 cm<D≤15 cm为D_(2)、D>15 cm为D_(3);拧筋槭,D≤10 cm为D_(1)、10 cm<D≤20 cm为D_(2)、D>20 cm为D_(3);其余4个树种,D≤15 cm为D_(1)、15 cm<D≤30 cm为D_(2)、D>30 cm为D_(3)),每个等级选择3~4棵样树,每个树种选取10株;针对选取的样树、新鲜倒木,将树冠划分为上、中、下3部分,应用高枝剪等工具在树冠中部的东、西、南、北4个方位以及树冠底部、树冠上部2个方位,共6个方位,分别选取生长状况良好的叶片20片,每株树共计选取120片叶片,6个树种共采集叶片7165片(假色槭1193片、糠椴1162片、蒙古栎1139片、拧筋槭1216片、色木槭1311片、紫椴1144片),作为抽样总体。应用Excel进行数据基础分析,获取6个树种、3个胸径等级、6个取样方位的叶面积平均值和标准误差;应用R 4.2.3中的单因素方差分析法(ANOVA)对6个树种的叶面积进行方差分析,并通过多重比较法(Tukey HSD法)分析不同树种之间叶面积的差异性;应用t.test函数计算不同胸径等级、不同取样方位的差异性,分析不同树种在区分胸径等级和取样方位时叶面积均值与总体叶面积均值的差异;应用t检验法和随机抽样法,分析不同树种确定树木叶面积的最适叶片取样数量、6个树种在区分胸径和取样方位时确定树木叶面积的最适取样数量。结果表明:①不同树种的最适叶片取样数量不同,与种内的叶片变异系数密切相关。②6个树种的最适叶片取样数量分别为,假色槭644片、色木槭750片、蒙古栎677片、糠椴648片、紫椴697片、拧筋槭701片。③在径级和取样方位时对叶片取样,除了紫椴选择中等胸径树木的西方位取样,其余5个树种在野外工作环境时可选取中等胸径树木的下方位进行取样,最适叶片取样数量分别为,假色槭30片、色木槭46片、蒙古栎17片、糠椴65片、紫椴39片、拧筋槭66片。④综合试验研究结果,在野外采样时,应针对树种、胸径和取样方位,选择最适叶片取样数量,不应统一选择理论数据的25~40片叶片。

长白山东坡白桦-长白落叶松林优势种群结构与动态特征

白桦(Betula platyphylla)-长白落叶松(Larix olgensis)林是长白山东坡火山爆发后形成的次生林,也是暗针叶林演替系列的重要阶段,研究其优势种群的数量增长和消亡对揭示群落演替过程机理有重要意义。以长白山地区白桦-长白落叶松林优势种群为研究对象,于2020年进行标准地调查获取数据,采用径级代替龄级的方法,通过编制静态生命表,绘制存活曲线和生存分析函数曲线,计算数量动态指数,并引用谱分析和时间序列模型预测,研究了长白山东坡白桦和长白落叶松种群的年龄结构和数量动态特征。结果显示:1)白桦种群径级结构呈典型的倒"J"型分布,Ⅰ龄级个体数量占比高达52.56%;长白落叶松种群结构呈近似钟形。2)种群动态量化分析显示,白桦种群和长白落叶松种群的动态变化指数V'_(pi)均大于0,说明种群均为增长型,但后者V'_(pi)趋近于0,说明受外界干扰时,长白落叶松种群更倾向于稳定型。3)白桦和长白落叶松种群个体死亡率和消失率曲线变化趋势基本一致,存活曲线均为Deevey-Ⅱ型。4)生存分析发现,白桦种群前期(Ⅰ-Ⅳ龄级)锐减,中期(Ⅳ-Ⅶ龄级)稳定;长白落叶松种群前期(Ⅰ-Ⅲ龄级)增长,中期(Ⅲ-Ⅸ龄级)稳定,后期(Ⅸ-ⅩⅢ龄级)衰退。5)谱分析显示,白桦种群和长白落叶松种群基波均最大(1.63和0.85),表明种群天然更新受生物学特性控制。6)随着时间的推移,白桦种群个体数逐渐增多;长白落叶松种群个体数量波动较大但总体呈增加趋势。

环境因子对长白山自然保护区森林群落分布的影响

【目的】利用数量生态学的方法解析长白山自然保护区森林群落的物种组成及其与环境因子之间的关系,为该区森林生态系统的保护及可持续经营提供科学依据,并为同类研究提供参考和借鉴。【方法】借助影像资料,在长白山自然保护区从海拔750 m至1850 m沿道路从不同坡向共选取40个样点,并于2021年8-9月进行群落学调查。基于该调查数据,计算各样地不同物种的重要值,而后采用双向指示种分析(TWINSPAN)、去趋势对应分析(DCA)将样地划分为不同的群落类型,最后结合环境数据采用典范对应分析(CCA)、变差分解探索群落的分布与环境因子之间的关系。【结果】(1)结合TWINSPAN和DCA将样地划分为9种森林群落类型。(2)CCA排序结果较好地反映了群落与环境的关系,选取的10个环境因子中,海拔、坡度、年均温、平均昼夜温差、等温性、气温季节性变动系数、气温年较差、年降水量、降水量季节变化9个因子对群落分布的影响较大。(3)变差分解结果显示10个环境因子总解释量为46.8%,其中地形因子的解释部分为8.0%,气候因子的解释部分为29.1%,共同解释部分为9.7%,未能解释部分为53.2%。【结论】在长白山所调查的范围主要包括9种森林群落类型,海拔所引起的水热条件变化是影响其分布的主要环境因素,未能解释部分与群落组成的复杂性及数据中土壤特性等环境因子的缺失有关。

光合特性与长白山阔叶红松林主要树种凋落叶分解速率的关系

【目的】阐明长白山阔叶红松林乔木树种和灌木树种凋落叶分解之间的差异,探讨光合参数与植物凋落叶分解速率之间的关系,为揭示叶片经济学谱的普适性提供依据。【方法】以19个乔木树种和11个灌木树种作为研究对象,采用网袋法做分解试验,2019年10月26日布设分解袋,2020年4月26日、6月26日、8月26日、10月26日回收分解袋;通过Olson负指数衰减模型拟合分解系数,使用Li-6400便携式光合测定仪测定原位活体叶片的光响应曲线,拟合光合参数,分析相关性,并进行回归分析。【结果】(1)乔木树种中,红松分解系数最小(0.24),黄檗最大(1.05);灌木树种中,毛榛分解系数最小(0.52),瘤枝卫矛最大(1.63);灌木树种分解系数总体高于乔木树种(P=0.003)。(2)光合参数表现为光饱和点处的净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、叶片羧化速率(CE)、光饱和点(LSP)、最大净光合速率(P_(max))、光补偿点(LCP)、蒸腾速率(T_(r))、气孔限制值(L_(s))、暗呼吸速率(R_(d))这9个光合参数的均值乔木树种高于灌木树种(P<0.05),胞间CO_(2)浓度(C_(i))和水分利用效率(WUE)在乔灌木树种之间不存在显著差异(P>0.05)。(3)乔灌木树种分解系数(k)与P_(n)、LSP、P_(max)、G_(s)、CE、LCP呈显著负相关关系,与R_(d)无明显相关性;P_(n)和P_(max)存在多重共线性,逐步回归结果表明P_(n)对k的解释和指示作用最强。【结论】光照强度通过影响叶片形态以及养分含量进而影响凋落叶的分解速率,使得乔木树种虽然有更高的光合参数,但分解系数比灌木树种更低,即分解速率更慢,存在光照强度—叶片形态、养分含量—凋落叶分解速率的连通关系;P_(n)、G_(s)、CE、LSP、P_(max)、LCP基本符合叶经济学谱理论,P_(n)可以解释和预测叶凋落物的分解速率。

假色槭叶片数量的简便估计法

【目的】目前关于估计单株树木叶片数量方法的研究较少,本研究结合嵌套式回归的原理,介绍一种通过目测确定单株树木叶片数量的方法,为叶生物量和叶面积的研究奠定理论基础,为估计群落尺度的叶生物量和叶面积指数提供更加方便快捷的手段。【方法】本方法的原理是:(1)将枝条划分为枝轴,枝轴为任意级别枝条去掉分枝后的主轴;(2)确定单个枝轴上的叶片数量;(3)通过枝条的分枝关系建立枝条容量-枝轴数量查找表,确定枝条和枝轴的数量关系;(4)将枝条所包含的所有枝轴上的叶片累加得到枝条的叶片数量;(5)计算单株树木的叶片数量。采用该方法对长白山北坡假色槭的单株叶片数量进行估计。【结果】在所测量的25株树中,容量为1至容量为7的枝条上的平均枝轴数分别为1.0、3.0、8.9、32.9、105.0、323.0、1015.3,枝轴上的平均叶片数为2.9片,通过计算25株样树的单株叶片数量并绘制散点图,散点大致呈指数型分布,符合树木的一般生长规律。建立了预测假色槭叶片数量的最适方程,即y=261.60DBH 1.65,根据检验结果,使用该方法预测的假色槭叶片数量偏大15.58%。【结论】本方法正确、可靠,具有工作量小、效率高的特点,整个估计过程中无破坏性取样。若结合单片叶的面积、干质量等指标,可以使群落尺度的叶生物量和叶面积指数的计算更加快捷。

长白山西坡施业区森林植被动态变化及其成因

以天保工程区之一——吉林森工集团松江河林业有限公司的林区为例(研究区),在谷歌地球引擎(GEE)平台上选取1990—2021年间所有可用的陆地卫星数据,经预处理、修正,计算归一化植被指数(NDVI),以最大值合成法求得年均值,获得研究区1990—2021年间的植被覆盖变化数据;根据研究区情况及实际需要,将土地覆盖类型分类为落叶阔叶林、常绿针叶林、落叶针叶林、针阔混交林、耕地、草地、水体、人造地表,由高精度地表覆盖分类数据集(GLC_FCS30)获得1990、2000、2010、2020年4期土地覆盖(利用)数据。应用Sen+MK趋势分析,监测植被变化趋势;应用干扰和恢复趋势检测(LandTrendr)方法,选取归一化燃烧率构建时间序列数据,监测对森林植被的干扰;分析天保工程区森林植被的动态变化特征及其成因。结果表明:研究区1990—2021年土地覆盖格局呈现林地面积增加趋势;研究区归一化植被指数呈现总体上升趋势,其中2000—2015年,即天保工程实施后归一化植被指数增速最快、植被显著增加趋势明显;森林植被的每年被干扰面积比呈现减少趋势,其中2015—2021年森林植被的平均年被干扰面积比最小;天保工程政策的实施,促进森林植被恢复。

长白山高山苔原季节性雪斑土壤呼吸对温度响应的模拟研究

利用LI-8100土壤呼吸测定系统,在室内控制温度条件下测定了长白山高山苔原季节性雪斑大白花地榆(Sanguisorba sitchensis(=S.stipulata))群落土壤呼吸对温度的响应过程,并根据野外连续测定的全年温度,估算了雪斑群落土壤呼吸的季节变化,同时模拟气温升高对土壤呼吸的影响。雪斑土壤温度全年大部分时间维持在0℃以上,极端温度变动幅度不超过20℃。模拟计算了10cm深土壤的呼吸强度,海拔2036m处为307.1gC·m–2·a–1,海拔2260m处的呼吸量为270.9gC·m–2·a–1。由于积雪时间长,冬季呼吸占很大比例,而且随着海拔的升高比例加大。从海拔2036m到2260m,积雪期土壤呼吸分别占全年的42.5%(125.4gC·m–2·a–1)和49.7%(128.7gC·m–2·a–1)。模拟气温升高1℃并假设积雪时间减少20天,冬天的呼吸量减少8%左右,但全年总呼吸量增加8%左右。升温后,平均增加的呼吸量为0.25gC·kg–1·a–1(或22.65gC·m–2·a–1),冬季呼吸量减少0.118gC·kg–1·season–1(或10.81gC·m–2·season–1)。

林下人参生理特性和生长与林内生态因子的关系

结合模拟试验，对林下人参的生理活动及生长过程与林内生态因子的关系进行 了观测研究．结果表明，林内光照、水分、温度等因子与林下人参生长的关系极为密切．一 般林内光照在中等条件下，即相对光照在１０～３５％左右．林分郁闭度约０．６～０．８，土壤含 水量在 ３５～４０％时人参生长最好；林下人参的物候进程及生长与温度的关系密切．林内 温度在５℃左右人参芽胞开始萌动，１５℃左右地上茎高生长进入速生期，６月上旬生长停 止．因此，人为调节各种生态因子在适宜的范围内有利于林下人参的生长．

高山带雪斑对牛皮杜鹃群落生产力的影响

研究了长白山高山带雪斑牛皮杜鹃（Rhododendron aureum）群落的生产力特征及其同微生境条件的关系,以阐明寒冷条件下碳蓄积特征。结合土壤温度连续观测,测定了雪斑不同部位的群落生产力以及土壤养分特征。牛皮杜鹃群落的积雪时间超过240d,土壤温度在-1~0℃的时间长达150d,是非雪斑地段的3倍以上。尽管雪斑的热量条件不如周围优越,但是群落生产力相对高出很多。雪斑中心的牛皮杜鹃群落近3 a的现存量（1707g/m2）是边缘无雪地段（288g/m2）的6倍。雪斑中心的土壤养分水平比周围高,雪斑同时为植物提供了极端低温条件下的避难场所。苔原生态系统生产力的维持依赖于寒冷季节的相对温暖环境,而不是生长季节的热量水平。

长白山北坡土壤氮矿化时空分异特征

利用土壤温度连续观测数据,基于文献报道的土壤氮矿化测定数据,对长白山主要林型的年矿化量进行模拟计算,同时修正了以往利用气温计算造成的偏差以及相关模型中的参数错误。根据长白山各植被带的土壤温度观测数据,对各植被带的矿化量进行估计。位于基带的针阔混交林的矿化量为58.5 kg.hm-.2a-1,红松云冷杉林为34.5 kg.hm-.2a-1,岳桦云冷杉林为28.5 kg.hm-2.a-1,苔原为19.6 kg.hm-2.a-1。建立了通用于各植被带的土壤矿化对温度(t)的综合回归模型(y=0.038255e(0.1392t))。同时用所建立的综合方程,模拟计算了各海拔高度土壤氮矿化季节变化,并指出海拔每升高100m矿化速率降低2.31 kg.hm-.2a-1。

江西千烟洲湿地松人工林碳蓄积及其与水分的关系

为揭示人工造林对碳循环的贡献以及碳蓄积同水分利用的关系,通过树干解析方法建立南方湿地松(Pinus elliottii)生长模型,并利用树干液流计测定水分消耗过程,分析了从个体到群落尺度的生物量积累特征以及水分消耗规律,包括材积方程、生物量方程、树木生长方程,同时计算单位面积年耗水量及其与生物量积累的相关关系。试验区内湿地松的直径连年生长量从造林初期开始就一直呈下降趋势;20年生的湿地松人工林密度为1599株/hm2(初植密度5000株/hm2),蓄积量为157m3/hm2,最大蓄积量为209m3/hm2。目前湿地松林地上生物量为72.061t/hm2,生物量积累速率为8493kg/(hm2.a)(折合碳约为4370kg/(hm2.a)),与通量观测得到的净交换量(NEE)结果基本一致。树干液流测定结果显示,湿地松树干液流速度平均为21495cm3/(cm.2a),林地通过树木蒸腾耗散的水分为4769.643t/(hm2.a),相当于477mm的降水量,为全年降水的48%;最大耗水量相当于634mm降水;水分消耗量与地上干物质形成的比例为562∶1,将生物生长量折算成蓄积量计算则水分消耗系数为1091∶1。NPP与林分耗水速度之间呈显著的正相关关系,包括日变化和月变化。

长白山近期火山爆发对高山亚高山植被的影响

距今1580±70年(公元408±70年)长白山火山爆发,植被遭严重破坏。火山锥体上部的偃松群落因历次火山爆发而消失.近期火山爆发前,高山、亚高山上部植被与现代相似,只是林线由原来海拔2200m 左右下降到现在的2000m.今后林线将继续回升.

航空激光雷达用于森林测量的数据处理方法研究

航空激光雷达是最近十几年开发的最新测量技术。利用激光扫描器所获得的高度数据可以建立精密的地形模型,同时可以获得森林生产力的信息。无论是地形测量还是植被估算,在数据处理时都需要将来自地表和植被的信号分离开,即滤波。数据滤波的方法很多,但是都不成熟,而且处于技术保密状态。本文介绍目前主要的信号分类方法,并开发了动态阈值分离法。该方法以森林为解析对象,通过反复运算逐渐逼近,完成地表和植被的分离,从而实现了地形与森林测量的双重目的。通过引入地形因子把原地形转换为理想平地,大大减少了过度滤波或者滤波不充分的情况。本方法基本实现自动处理,容易操作。利用本方法计算的高度误差(均方差,RMS)为0.4—0.5m。本方法还适用于城市地区高程模型的建立。

嵌套式回归建立树木生物量模型

该文介绍了一种建立树木生物量模型的简单快速方法——嵌套式回归。基本原理是以枝轴为基本单位,逐级拟合。过程是把枝条分解成枝轴,从枝轴到枝条,再到单株,拟合不同层次或尺度的生物量模型。建立枝轴生物量方程,估计各级枝轴生物量,将枝轴生物量(实测值或模拟值)总和起来便得到枝条生物量。由于样本单元之间有包含关系,实际测定的样本很小,具有快速实用的特点。检验结果显示,模型预测值和实测值具有较高的一致性。

辽西阜新地区主要树种抗旱性的研究

本文从显微结构,根系分布和水分生理生态特点等方面,综合研究了辽西半干旱地区主要树种的抗旱性。结果表明,侧柏、樟子松、蒙古栎、黄榆、元宝枫的抗旱性强,林分可在干年阳坡稳定生长;花曲柳适作伴生树种;油松、刺槐在造林初期生长良好,但在严重干旱年份未达成材生长便开始衰退,甚至枯干。前者适于阴坡造林,后者适于沟坡、沟底及山下腹坡脚处造林。

利用影像判读与群落监测分析长白山针叶林动态(英文)

基于不同空间尺度即永久标准地的群落学调查与卫星遥感监测相结合研究了长白山亚高山针叶林的结构与动态 .标准地两次调查的间隔为 11年 .结果表明 ,每 10年的死亡率为 7%～ 9% ,进界比率为18%～ 2 0 % .鱼鳞云杉、臭冷杉及岳桦可以在林冠下顺利完成更新 ,而长白落叶松为先锋种 ,只能在林窗或裸地更新 .落叶松为云杉及冷杉提供良好的更新条件 ,从而在维持亚高山森林的稳定性上起着重要作用 .成熟林密度 (10 0 0株·hm-2 左右 )变化不大 .利用美国陆地卫星TM图像分析 1984～ 1997年植被变化表明 ,大规模的风倒等自然干扰很容易检测出来 .从景观尺度上 ,利用TM图像监测植被变化非常有效 .不同反射强度变化的象素数量统计结果表明 ,群落的进展演替与逆向演替同时存在 ,并处于相对平衡状态 .但由于图像分辨率 (30m× 30m)的关系 ,林窗很难同噪声区分开来 .长白山亚高山针叶林带因有大量的落叶松斑块而呈现出镶嵌结构 ,这种镶嵌结构被定义为亚高山植被的顶极状态 .在小尺度上 ,例如面积仅为几公顷的标准地 ,特别是混有落叶松等先锋树种的群落 ,种类组成随时间而变化 ,但是卫星图像分析结果证明 :整体上 ,亚高山植被处于稳定状态 .

数字照片在树干解析上的应用

介绍了一种利用摄影测量技术开展树干解析的新方法。通过求算横截面积,换算成理论直径及年轮宽度。此法可以提高测量精度,特别是在树干横截面不规则的情况下,可以提高准确度。选择一个基本圆满的圆盘,直接测量直径和由面积换算比较年轮宽度,二者差异平均为10%,最大达32%。由于图像上直接测量的是面积,树皮的横截面可以更加准确获得,而传统的方法无法克服这个缺点。数字照片还是储存年轮信息的理想形式,便于保存和复查。本法使用的是普通的数码照片,方便适用,是开展森林精密测量简单易行手段。

树木年轮照片测量的区段校正

树木年轮宽度可以利用数码照片进行测定,但照片的几何变形需要进行校正。本文介绍一种分区段对图像进行校正的方法,对各区段分别确定像素分辨率,以此计算对应区段内的年轮宽度。基本过程是首先按1cm或更小的间隔测定区段的像素密度以及像素分辨率,然后测定以像素为单位的年轮宽度,再根据每个年轮所在区段的像素分辨率计算年轮实际宽度。所使用的图像处理软件是普及型软件,操作简单,方便实用,并可以获得较高的测定精度。

生态恢复的卫星遥感监测——江西省兴国县为例(英文)

利用遥感手段研究了江西省兴国县造林及生态保护所带来的植被变化。使用数据为1985和2000年LandsatTM的2个时期图像以及土地利用的GIS数据。利用图像差值法计算近红外光(波段4)的辉度变化,以此分析植被动态。结果显示,兴国县植被在面积上变化不大,略有增加,但是植被状况有所改善,和当地多年造林的成效是一致的。研究结果还表明,利用卫星图像定量评价植被变化是一个有效而简洁的方法,包括面积、生产力、分布状况等。