不同时间尺度下华北落叶松人工林冠层蒸腾与环境因子的关系

在半干旱区连续2年监测华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树干液流、气象因子和土壤体积含水量,分析不同时间尺度下人工林冠层蒸腾与环境因子的关系。结果表明:不同时间尺度下,华北落叶松人工林冠层蒸腾的季节变化均呈单峰曲线,即先增大后减小的趋势;2016年、2017年日蒸腾量分别为1.58 mm/d和1.71 mm/d,生长季蒸腾总量分别为241.30 mm和260.97 mm。在日尺度下,气温、太阳辐射强度和饱和水汽压差是影响华北落叶松人工林冠层蒸腾主要环境因子;月尺度下,气温、风速、降水和土壤水分是冠层蒸腾的主要影响因子;冠层蒸腾与降水、大气相对湿度的相关关系由日尺度下的负相关到月尺度的正相关,相关性增强。总体来看,随时间尺度由小到大,气温、风速、大气相对湿度、降水、土壤水分对冠层蒸腾的影响作用增大,而太阳辐射强度、饱和水汽压差的作用减弱;在未来增温增雨趋势下,研究区生长季将延长,华北落叶松人工林冠层蒸腾量可能会加大。

持续推进定位观测 筑起大青山绿色屏障

内蒙古自治区地处祖国北疆,横跨东北、华北、西北,内邻八省(区),外接蒙古国和俄罗斯,东西直线距离2400公里,南北跨度1700公里,土地占全国总面积的12.3%,是我国重要的生态安全屏障。针对自治区生态安全屏障这一重大战略问题,开展生态系统定位观测研究,凝聚科技成果,梳理区域规律性问题,指导生态保护与修复非常必要,也是实现科技支撑北方生态安全屏障建设的重要路径。

非生物因子对森林种子更新影响的研究进展

天然更新是森林自我繁衍的主要策略,影响着森林群落结构及生物多样性的变化与发展。种子更新过程受种源、光照、土壤、水分、温度等非生物因子的影响,也受动物、林下灌草层、病原真菌等生物因子的影响,间伐、火灾等干扰也会影响种子更新。从种源、光照、土壤、枯落物4个非生物因子着手,论证了种子数量和质量对森林种群更新的影响;不同的光照条件影响种子萌发、幼苗形态特征和生理特征的改变;土壤的理化性质直接地、间接地影响种子更新和幼苗的生长;枯落物一方面为种子提供了相对安全的环境,另一方面枯落物对不同种子存在一定的化感作用,影响种子萌发。通过研究种子更新的影响因子,以阐明森林种群更新规律。从不同方面着手研究森林种子更新的特点,以期为种子更新研究提供借鉴和参考。建议重视珍稀濒危物种和生态脆弱区树种的种子更新研究,提高其种子更新能力将有利于生态脆弱区森林质量的提升,更好地保护珍稀濒危物种。种子更新过程复杂,各种因素相互作用、相互影响,今后需要系统地研究种子更新影响因子,重视种子更新各阶段各因子的影响。

宁夏六盘山三种针叶林初级净生产力年际变化及其气象因子响应

利用年轮生态学方法和生物量经验方程,在宁夏六盘山研究了华山松天然林及华北落叶松和油松人工林等3种针叶林的年初级净生产力(NPP)及其与气象因子间的关系。研究表明:3种针叶林生物量的年际变化均符合逻辑斯蒂方程,林分的现存生物量(t/hm2)为华北落叶松林最大(141.96),华山松林(130.99)次之,油松林最小(123.29)。3种针叶林NPP存在显著的年际差异和种间差异,林分的NPP(t.hm-.2a-1)为华北落叶松林(6.72)>油松林(5.76)>华山松林(2.66);NPP年际变化在华山松林呈现"快速增加-缓慢增加-缓慢减小"的趋势,而华北落叶松林和油松林为快速上升的趋势。3种针叶林的NPP随年降水量的变化行为不同,华山松林极轻微地增大,华北落叶松林和油松林均是先增加后降低;然而在极端干旱年份或极端湿润年份,3种针叶林的NPP都趋向于相同的较低值,其原因可能分别是水分胁迫和低温胁迫。气象因子对林分NPP的影响具明显的"滞后效应"和种间差异。华山松林NPP与上年11月和当年9、11月的降水量显著负相关;油松林NPP与上年9月及当年4月的降水量显著相关;上年和当年9月的降水量均与华北落叶松林NPP显著正相关。上年6月的温度和当年3与6月的月均温及月均最高温能显著影响3种针叶林的NPP,但存在种间差异,其中华山松林NPP与当年与上年生长季各月的温度均呈不同程度的负相关,而油松林和华北落叶松林则多呈不同程度的正相关。

宁夏六盘山华北落叶松人工林植被碳密度特征

【目的】定量研究宁夏六盘山地区华北落叶松人工林的植被碳密度特征并揭示主要影响因子,以期为合理经营森林增强森林的碳汇等服务功能提供科学依据。【方法】在半湿润的香水河小流域和半干旱的叠叠沟小流域,设立不同坡位、密度、林龄的林分样地进行野外调查,并结合宁夏六盘山森林生态定位站多年积累的样地调查数据。根据经验方程,依据林分生长特征计算林分的生物量及其组成,利用各种生物量的碳含量计算得到植被碳密度。【结果】六盘山华北落叶松林植被碳密度为0.70-74.10 t·hm^-2,平均为30.96 t·hm^-2;对调查林分的各生长指标（密度、树高、胸径、郁闭度、林龄）而言,碳密度都是在一定范围内随结构指标增加而升高,但在密度、树高、胸径达到一定阈值（密度为1 300株·hm^-2、树高为12 m、胸径为14 cm）后就变成缓慢增加,在郁闭度达到阈值0.7后趋于稳定;碳密度随林龄的变化是小于18年生前增加缓慢,19-27年生时快速增大,达到27年生后又增加缓慢;近10年华北落叶松林植被碳密度持续增加,其中半湿润区条件下的碳密度年增量（5.57 t·hm-2·a^-1）显著（P〈0.05）大于半干旱区（2.58 t·hm^-2a^-1）。【结论】基于本研究对森林植被碳密度特征研究结果的综合分析,并考虑促进林下自然更新、形成林分复层结构、维持较高植物多样性、降低森林生态耗水、提高抵抗风雪灾害能力等方面的林分结构要求,认为六盘山华北落叶松林的多功能理想林分应是郁闭度在0.7左右、密度不高于1 300株·hm^-2,这有利于同时实现固碳增加、产水较多、自然更新和结构稳定等多重要求。

六盘山南坡华北落叶松人工林冠层LAI的坡面尺度效应

叶面积指数(LAI)是评价森林的生长、结构及众多服务功能的重要参数,受坡面上环境条件变化影响而有坡面变化与尺度效应,对此需要深入理解和精细刻画。在六盘山半湿润区香水河小流域选择了33年生华北落叶松人工林的一个斜坡长480.6m、水平长398.2m的东南坡向的典型坡面,在整个坡面上建立了宽30 m的调查样带,均匀分为空间连续的16个样地,在2014年生长季中期测定了林冠层LAI,并分析其坡面变化规律。结果表明:林冠层LAI存在明显的坡面差异,其坡面平均值为3.11,变化在2.66—3.49,变幅为0.83,变异系数为0.09;LAI总体上随着从坡顶向下的坡长增加呈波动性增大趋势,在坡面中部(水平坡长188.45 m时)达到最大,之后稍微减小。森林冠层LAI存在着坡面空间尺度效应,即冠层LAI的顺坡滑动平均值(Y_1)随水平坡长(X,m)增加而逐渐增大,平均每100 m升高0.12,其回归关系式为:Y_1=-2×10^(-8)X^3+8×10^(-6)X^2+5×10^(-4)X+2.6523,(R^2=0.99);各样地LAI与整个坡面平均值的比值(Y_2,小数)随水平坡长(X_1,m)增加呈现为波动性的非线性变化,其回归关系式为:Y_2=-9×10^(-9)X_1~3+2×10^(-6)X_1~2+1×10^(-3)X1+0.829,(R^2=0.78),可基于此式将特定坡位样地的实测LAI推算整个坡面的估计值。造成研究坡面上LAI坡位变化的主要原因是不同坡位(海拔)样地的气温与土壤含水量的差异。

内蒙古自治区湿地生态状况评价

湿地生态状况评价可为湿地保护、管理及合理利用提供参考依据。利用层次分析法(AHP)和德尔菲法对内蒙古自治区第2次湿地资源调查的159个重点湿地进行湿地生态状况评价。结果表明:生态状况评价等级为“好”的湿地有39个,占评价湿地总数的24.53%,占评价湿地总面积的28.98%;生态状况评价等级为“中”的湿地有51个,占评价湿地总数的32.07%,占评价湿地总面积的30.88%;生态状况评价等级为“差”的湿地有69个,占评价湿地总数的43.40%,占评价湿地总面积的40.14%。全区重点调查湿地的生态状况总体评价结果为中等,部分地区的湿地存在一定威胁,湿地保护有待进一步加强。

六盘山主要树种叶片稳定性碳同位素组成的时空变化特征

为了认识树种叶片水分利用效率的种内和种间差异及随水分生境条件和季节的变化特征,2010年6—9月份,在宁夏六盘山香水河小流域(半湿润区)和叠叠沟小流域(半干旱区),测定了两种不同水分生境内主要树种的叶片稳定碳同位素组成(δ13C)。结果表明:同一树种叶片δ13C值存在着明显的冠层部位差异,但各树种表现各异,其中华北落叶松(Larix prin-cipris-rupprechtii)、白桦(Betula platyphylla)和油松(Pinus tablaeformis)表现为上部>中部>下部,而华山松(Pinus arman-dii)和辽东栎(Quercus liaotungensis)为下部>上部>中部。各树种叶片的δ13 C值表现出明显的季节变化特征,但其变化随水分生境条件而异。在半湿润区,各树种的δ13 C值在生长季初期较高,但随生长季的持续而降低;在半干旱区,各树种的δ13C值呈现出"高—低—高"的变化态势。在两种不同水分生境下,华北落叶松和沙棘(Hippophae rhamnoildes)叶片的δ13 C值存在着明显的种内个体差异:旱季,同一树种在半干旱区树木叶片的δ13C要大于半湿润区;但雨季两地树木叶片的δ13C差异不大,说明这种季节差异受当地降雨量的季节分配格局影响较大。

宁夏六盘山香水河小流域华北落叶松人工林乔木层生物量的坡面变化和尺度效应

生物量受坡面环境条件变化影响而有坡面变化与尺度效应。本文在六盘山半湿润区的香水河小流域选择了33 a生华北落叶松人工林的一个斜坡长480 m,水平长398 m的典型坡面,在整个坡面上建立了宽30 m的调查样带,均匀分为空间连续的16个样地,在2014年生长季中期调查不同坡位的样地生物量,分析其坡面变化规律。结果表明:生物量存在明显的坡位差异。坡面生物量t·hm-2平均值为118.59,其变化范围为96.19 139.18,变幅为42.99,变异系数为0.12;随着离坡顶距离的增加,生物量总体上呈现先升高后降低的变化趋势,在坡面的中上部(水平坡长为87.71 m)达到最大。生物量存在坡面空间尺度效应,即随着相对坡长(X1)的增加,生物量的顺坡滑动平均值(Y1)先增大后减小,其回归关系式为:Y1=23.004 X13-60.834 X12+31.786 X1+123.43(R2=0.84),坡面尺度效应表现为每100 m水平坡长生物量变化的数值为6.12 t·hm-2;各样地生物量与整个坡面平均值的比值(Y2,小数)随相对坡长有很好的非线性关系,基本上呈先增加后下降、后趋于稳定的变化趋势,其关系式为Y2=1.7226X13-2.844 5X12+1.033 8X1+1.000 1(R2=0.57),可基于此将特定坡位样地的生物量换算成整个坡面的估算值。造成生物量坡面变化的主要原因是太阳辐射和光照时间随海拔的变化等多种因素造成的。

宁夏六盘山3种典型植物群落水分利用特征及其组分的季节变化

为深入认识干旱缺水区水通量分配和植被类型变化对群落水分利用特征的影响,在宁夏六盘山叠叠沟小流域,利用热扩散技术、微型蒸渗仪、树干径向变化记录仪及文献资料等方法研究了三种典型植物群落的蒸腾(Tr)、蒸散(ET)和水分利用效率(WUE)及组成的季节变化。结果表明:生长季三种植物群落ET(mm)为:华北落叶松林(429.7)>沙棘林(379.3)>草地(206.9),分别大于、约等于、小于同期的降雨量,均呈现低—高—低的月变化趋势。冠层蒸腾是蒸散的主要分量,生长季Tr/ET为:华北落叶松(48%)>沙棘(39%);华北落叶松林Tr/ET随季节持续降低,沙棘林Tr/ET随季节先升高后降低,最大为50.4%。生长季WUE(g/kg)为:草地(3.1)>华北落叶松林(2.7)>沙棘林(2.35)。其中,华北落叶松林WUE变化与其Tr/ET月变化相同,从WUE在林分各层的分布来看,乔木层WUE为4.04g/kg,草本层为1.36g/kg;沙棘林WUE表现为生长季前、中期较高而后期较低的变化趋势,其中灌木层WUE为2.32g/kg,草本层WUE为2.37g/kg;草地WUE在生长季前、中期均保持在3.2~4.8g/kg。研究表明:无论是在水分充足季节(生长季中期),还是水分有限季节(生长季初期和末期),植被不可能完全利用所有的降水,但水分利用特征存在种间差异。

宁夏六盘山8种木本植被的叶片水分利用效率

为了解宁夏六盘山地区主要树种的叶片水分利用效率(WUE)的种间和水分生境差异及季节变化,2010年6-9月份在宁夏六盘山具有半湿润气候和较多树种的香水河小流域和具有半干旱气候及较少树种的叠叠沟小流域,选择8个主要树种测定其叶片的WUE。结果表明,(1)在香水河小流域,树种叶片WUE大小排序为油松Pinus tablaeformis>山桃Prunus davidiana>沙棘Hippophae rhamnoides>辽东栎Quercus liaotungensis>华北落叶松Larix principris-rupprechtii>华山松Pinus armandii>少脉椴Tilia paucicostata>白桦Betula platyphylla;在不同生活型之间,叶片WUE的大小排序基本上呈现出灌木>小乔木>常绿针叶树>落叶针叶树>落叶阔叶树的变化规律;所有8个测试树种的叶片WUE的季节变化均为生长季初期较高,在中后期持续降低,但季节变幅随树种而异。(2)对2个小流域共有的测试树种(华北落叶松、山桃和沙棘)的叶片WUE进行了比较,结果表明存在着明显的水分生境差异,即在半干旱区极显著(p<0.01)大于半湿润区,前者为后者的2.03倍以上。(3)对于沙棘、山桃、油松和华北落叶松,它们在较干旱气候类型立地和较干旱季节条件下都具有较高的叶片WUE,属抗旱能力较强的生态型节水树种,可选为干旱缺水区主要造林树种。此外,树种叶片WUE同时具有保守性和变异性,说明可采取适度抗旱锻炼来在一定范围内提高造林树种的WUE。

内蒙古大青山华北落叶松人工林乔木层碳密度年增量与气象因子的关系

以内蒙古大青山华北落叶松人工林为研究对象,通过树木年轮法和异速生长方程法,计算华北落叶松人工林生物量、碳密度及其年增量的年际变化,并分析碳密度年增量与气温、降水、湿度等气象因子的关系。研究发现:华北落叶松人工林碳密度随着林龄增加的变化曲线可用逻辑斯谛生长方程拟合,在1979—2016年,碳密度由1.05 t/hm^(2)增加到76.83 t/hm^(2)。华北落叶松人工林碳密度年增量存在显著的年际差异,总体上呈波动性的“慢⁃快⁃慢”趋势,碳密度年增量最高达到3.72 t hm^(-2)a^(-1),多年平均为2.05 t hm^(-2)a^(-1)。华北落叶松人工林碳密度年增量与上年6月和当年6—8月的降水量显著正相关,与上年11月降水显著负相关;与上年11—12月、当年2月和12月的温度和大气相对湿度分别呈正、负相关;与上年7月、9月及当年8—9月的温度保持显著或极显著正相关。研究表明,温度、湿度和降水主要通过生长季的长短和土壤可利用水分及冬季的雪害冻害影响华北落叶松人工林的碳汇潜力,在未来该地区升温增湿的气候变化趋势下华北落叶松人工林的固碳潜力可能会增强。

林分密度和林龄对华北落叶松人工林生长特征的影响

以内蒙古大青山华北落叶松水源涵养林为研究对象,分析林分密度和林龄对生长过程的影响。结果表明:华北落叶松人工林胸径和树高在11林龄前增长缓慢,12~27龄时增长加快,为速生期,到27龄后又增长变缓,且逻辑斯蒂生长方程很好地拟合其随林龄的生长的变化过程。树高对林分密度的敏感性不大,随着林分密度的增加,树高表现为略微降低;但胸径明显减小,且林龄越大,密度效应越显著。在林龄16龄后林分密度增大导致林木胸径减小,引起胸径明显减小的密度为低于1 500株/hm^2。林分生物量随密度增加一直增大,在研究的年龄阶段(10~40年)其密度效应还不明显,但以培育大径材为目标的林分密度不高于1 500株/hm^2。

华北落叶松人工林净初级生产力对气象因子的响应

以内蒙古大青山华北落叶松人工林为研究对象,利用树木年轮学和解析木法,推算过去41年人工林净初级生产力的年际变化,分析净初级生产力与气温、降水、湿度等因子的关系。结果表明:净初级生产力年际差异较大,总体上呈现出波动性的先增加后减小的趋势,净初级生产力多年平均为3.83 t/(hm^(2)·a),最高为6.93 t/(hm^(2)·a)。净初级生产力与上一年6月、11月、当年6—8月的降水显著相关;与上一年11—12月、当年2月和12月的大气相对湿度显著负相关;与上一年9月、7月、当年2月、8—9月的平均气温,以及与上一年11—12月、当年12月的平均气温和平均最高温度均呈显著或极显著正相关。总体来看,生长季的降水和气温、冬季的气温和湿度,即气温决定的生长季长短、降水决定的土壤水分、冬季温湿度决定的冻害是影响初级净生产力的主要因素,在未来该地区温度升高、降水增加的趋势下华北落叶松林生产力可能会增加。

内蒙古大青山白茬子沟小流域典型森林植被的冠层降水再分配特征

利用生长季观测的降雨数据,分析了内蒙古大青山白茬子沟小流域白桦次生林和华北落叶松人工林林冠降雨截留、穿透雨及树干径流与降雨量的关系,以及降雨林冠截留过程的特征。结果表明:两种林分林冠截留量与降雨量的关系吻合对数回归模型;穿透雨量、树干径流量与降雨量均呈明显的一元线性关系,穿透雨量和树干径流量均随着降雨量的增加而增加。不同林分的林冠截留量、穿透雨量和树干径流量的月动态变化与总降水量的月变化基本一致;林内穿透雨率超过73%,冠层截留率9.81%~26.22%,树干径流0.72%~9.10%。

内蒙古大青山森林生态系统健康风险评价

在内蒙古大青山设立不同植被类型、坡位、密度、林龄的林分样地进行调查,结合森林资源二类调查相关数据,在科学性、代表性、可操作性及系统性原则指导下,从森林结构、功能、环境三大方面选择森林未覆盖率、人工林面积占有率、近成过熟林面积占有率、近成过熟林蓄积量占有率、针叶林面积占有率、林分郁闭度、单位面积森林生产力、综合侵蚀面积风险程度指数、综合有害生物灾害面积风险指数、综合气象灾害风险指数、综合火灾面积风险指数等11类风险因素为森林健康风险评价指标体系,利用层次分析法确定各指标权重,运用功效系数法得到了11个森林健康风险评价指标的水平值,最后采用综合指数法和功效系数法构建风险评价模型,计算得到风险综合评价指标值,对森林健康风险进行了类比评价。研究表明,大青山自然保护区的森林健康风险综合指数为0.5736(综合法)或0.6125(功效系数),风险等级均处于轻度,今后应加强森林结构的优化。

单株华北落叶松树冠穿透雨的空间异质性

林水问题是生态水文学研究的核心问题之一。为了研究降雨通过华北落叶松树木冠层的空间分异规律,2016年生长季在1株样树冠层下机械布置了32个雨量筒,测定了22场不同降雨事件的穿透雨量,利用地统计学方法分析穿透雨的空间变异性规律。结果表明:树冠下存在着穿透雨的最小区域和有汇集降雨作用的"漏斗"区域;在比较了不同雨量筒布设方案的穿透降雨变化后发现,在距离树干1/3冠幅半径的同心环上测定的穿透雨量可基本接近整个树冠下的穿透雨量平均值;半方差函数分析表明,穿透雨率的基台值C+C_0随降雨量增大而减小,C_0/(C+C_0)随降雨量的增大而增大,说明较小降雨量时,冠层结构是引起穿透雨空间变异的主要因素;降雨量较大时,冠层结构的影响减弱,其空间分布差异主要受随机因素影响。

内蒙古林科院树木园油松人工林蒸散特征

林分蒸散是森林水量平衡的主要组成部分,以内蒙古林科院树木园油松人工林为研究对象,同步监测树干液流、树干茎流、林内穿透雨和气象因子,分析了油松人工林蒸散及其组成。结果表明:整个生长季林分蒸散、冠层蒸腾、冠层截留、林地蒸散分别为392.53 mm、83.68 mm、68.90 mm和239.95 mm,分别占同期降水量的163.36%、34.83%、28.67%和99.86%;林分蒸散的月变化总体呈先增大后减小的变化趋势,最大值出现在8月,其次是7月、6月、5月和9月,分别占同期降水量的125.43%、174.07%、126.27%、232.13%、319.20%,均大于同期降水量。蒸散组分中,冠层蒸腾总体呈下降趋势,变化范围为7.49~20.96 mm;冠层截留主要受降水的影响,最大值出现在8月;林地月蒸散呈单峰型的变化趋势,8月的林地蒸散最大,为62.95 mm,5月的最小。自然降水已不能满足树木园油松林分的蒸散消耗,需要采取合理人工补水措施,保证城市环境森林植被的水分需求。

半干旱区4种人工林植被的水文功能特征

以内蒙古林科院树木园4种人工林(华北落叶松、油松、杨树和锦鸡儿)为研究对象,从林冠层、枯落物层和土壤层等方面分析了4种人工林植被的水文功能。研究结果表明:整个生长季4种植被的林冠截留率为油松林(28.67%)>杨树林(26.00%)>锦鸡儿林(20.42%)>华北落叶松林(18.82%);不同人工林植被枯落物最大持水深差别较大,以杨树林(6.68 mm)最大,油松林(3.67 mm)次之,锦鸡儿林(2.84 mm)和华北落叶松林(2.79 mm)最小;土壤最大贮水深表现为华北落叶松林(572.50 mm)>油松林(483.54 mm)>锦鸡儿林(459.24 mm)>杨树林(439.77 mm),土壤有效贮水深为杨树林(152.94 mm)>华北落叶松林(134.08 mm)>锦鸡儿林(131.23 mm)>油松林(81.57 mm)。综合来看,林地的水源涵养功能以土壤层为主,4种人工林植被的林地总蓄水能力为华北落叶松林>油松林>锦鸡儿林>杨树林。

内蒙古大青山华北落叶松人工林雪害研究

以雪害比较严重的内蒙古大青山的华北落叶松人工林为研究对象,分析林分受害率与立地环境和关键林分结构特征指标的关系。结果表明:大青山华北落叶松林雪害主要有断梢、断干、倒伏等几种情况,林缘处的受害率变化为5. 56%~84. 44%,非林缘处受害率为0~12. 30%。华北落叶松林的立地条件与雪害程度密切相关。高海拔处和林缘处的林分更易受到雪害;底坡位样地有利于落叶松抵御雪害;坡向与林分雪害密切相关,依次为东北坡>北坡>西北坡。在高径比大于0. 64后,雪害出现;大于0. 9后,林分受害率随高径比增大快速升高,把林分高径比降到0. 64左右或维持在不超过0. 9的范围内,是提高森林抵抗雪灾能力的可行营林措施。