黑龙江丰林自然保护区1958~2016年气温变化特征分析

基于丰林自然保护区近58年(1958~2016)的平均气温、最低气温和最高气温数据资料,运用时间序列趋势分析方法、Mann-Kendall检验法,分析丰林自然保护区年、季的气温变化特征。结果表明:近60年来丰林自然保护区平均、平均最低、平均最高气温均以冬季增温最明显,其中,平均最低气温冬季增温趋势最显著,每10年平均增温0.87℃,表明丰林自然保护区研究时段内(1958~2016年)的气候增暖贡献最大的是冬季;丰林自然保护区平均气温的年、生长季、春季、冬季均温在20世纪90年代中期为显著升温期,平均最低气温的年、春季、冬季均温“降–升”突变均发生在20世纪80年代初,90年代初进入显著升温期,生长季均温突变发生在本世纪初,平均最高气温的年、生长季、春季均温突变均发生在20世纪80年代初,冬季均温突变期为90年代初,均通过0.01显著性水平检验。综上,丰林自然保护区年及各季一致的增温趋势与东北20世纪50年代末以来的持续升温趋势大背景同步。

大兴安岭永久冻土区7种沼泽类型土壤温室气体排放特征

气候变暖及永久冻土退化将会增加冻土湿地的温室气体排放,但关于大兴安岭永久冻土区沼泽湿地温室气体通量及主控因子尚不明确。采用静态箱-气相色谱法,同步原位观测大兴安岭永久冻土区7种天然沼泽类型(草丛沼泽-C、灌丛沼泽-G、毛赤杨沼泽-M、白桦沼泽-B、落叶松苔草沼泽-LT、落叶松藓类沼泽-LX、落叶松泥炭藓沼泽-LN)土壤CO2、CH4和N2O通量及土壤温度、水位、化冻深度及土壤碳氮含量、碳氮比、pH值及含水量,揭示永久冻土区沼泽土壤温室气体通量及其主控因子。结果表明:1)7种沼泽类型土壤CO2年均通量(125.12-163.33 mg m^-2 h^-1)相近;2)CH4年均通量(-0.007-0.400 mg m^-2 h^-1)呈草丛显著高于其他沼泽5.6-65.7倍(P<0.01);3)N2O年均通量(1.52-37.90μg m^-2 h^-1)呈阔叶林沼泽显著高于其他类型2.0-23.9倍,针叶林沼泽显著高于草丛、灌丛沼泽2.9-6.2倍(P<0.05);4)CO2主控因子为土壤温度和水位;CH4主控因子为土壤温度和化冻深度;N2O受到多种环境因子综合调控,共同可以解释N2O变化的26%-99%;5)土壤增温潜势(11.05-15.37 t CO2 hm^-2 a^-1)相近,且均以CO2占绝对优势地位,但草丛以CH4占次要地位,森林沼泽则以N2O占次要地位。综合对比国内外现有研究结果发现目前大兴安岭永久冻土区沼泽土壤仍处于CO2、CH4和N2O低排放阶段。

采伐对温带小兴安岭岛状冻土区森林湿地碳源/汇的影响

【目的】北方泥炭地对气候变暖引起的冻土退化可能具有正负反馈作用,但其对采伐干扰引起的冻土退化如何响应却仍不清楚。【方法】采用静态箱-气象色谱法和相对生长方程法,同步测定温带小兴安岭岛状冻土区落叶松-泥炭藓沼泽不同采伐处理(D-对照、Z15-轻度择伐15%、Z45-强度择伐45%、J-皆伐)(采伐试验已10 a)样地的土壤呼吸年净碳排放量(CO2与CH4)、植被净初级生产力及年净固碳量及相关环境因子(温度、水位、化冻深度及土壤碳氮含量等),并依据生态系统净碳收支平衡,揭示采伐干扰对温带岛状冻土区森林湿地碳源/汇的中期影响规律及影响机制。【结果】1)择伐(Z15和Z45)使其土壤CH4年均通量(0.07~1.53 mg·m^-2h^-1)提高5.7~6.4倍(P>0.05),皆伐却使其显著提高20.9倍(P<0.05);2)采伐(择伐与皆伐)使其土壤CO2年均通量(84.94~106.35 mg·m^-2h^-1)降低14.5%~20.1%(P>0.05);3)采伐干扰改变了CH4排放的主控因子(由气温及5~10 cm土壤温度所控制转化为由气温、0~40cm土壤温度、水位、化冻深度及土壤碳氮比综合控制),但未改变CO2排放的主控因子(由温度、水位、化冻深度、土壤有机碳含量及碳氮比综合控制);4)其植被净初级生产力(3.94~7.18 t·hm^-2a^-1)和年净固碳量(1.79~4.46 tC·hm^-2a^-1)呈现出随采伐强度增大而递减趋势,皆伐和Z45使两者显著降低28.7%~45.1%和28.7%~59.9%(P<0.05),而Z15对其无显著影响(-1.8%和-2.7%,P>0.05);5)采伐干扰10 a后,择伐使其碳汇功能(-0.34~2.31 tC·hm^-2a^-1)初步得到恢复(Z15高于D 18.5%及Z45低于D 48.7%,P>0.05),而皆伐维持弱碳源(-0.34 tC·hm^-2a^-1,P<0.05)。【结论】在中国温带小兴安岭岛状冻土区森林湿地碳汇管理实践中宜采取中、低强度的择伐方式,而应避免对其进行皆伐。

采伐对大兴安岭非连续冻土区毛赤杨沼泽碳源/汇的影响

【目的】气候变暖引起冻土退化将会增加冻土之上湿地的温室气体排放,但有关采伐干扰对冻土湿地温室气体排放有何影响仍不清楚。【方法】运用静态箱-气相色谱,相对生长方程等方法,测定寒温带大兴安岭冻土生境毛赤杨沼泽林4种不同采伐处理(对照(D)、轻度择伐15%(Qz)、重度择伐45%(Zz)及皆伐(J))的土壤呼吸年碳排放量(ACE)(CO2和CH4),植被净初级生产力(NPP)与年净固碳量(VNCS)及相关环境因子(土壤温度、水位、化冻深度、土壤碳氮含量、雪被厚度等),依据生态系统净碳收支平衡,揭示采伐干扰对冻土生境毛赤杨沼泽林生态系统碳源/汇的影响规律及其机制。【结果】(1) Zz和J显著降低土壤CH4年均通量(0.008~0.019 mg/(m2·h))52.6%~57.9%,而Qz与对照相近(-10.5%,P>0.05),且其季节动态趋势存在2种类型(D、Qz双峰型-低排放及Zz和J双峰型-低吸收)。(2) Qz、Zz和J显著降低土壤CO2年均通量(103.69~133.65 mg/(m2·h))14.4%~22.4%(P <0.05),且其季节动态趋势存在2种类型(D、Qz单峰型-峰值于夏末及Zz和J单峰型-峰值提前于盛夏)。(3)其土壤CH4通量受土壤温度、水位、雪被厚度综合控制,土壤CO2通量受土壤温度、土壤有机碳含量、化冻深度综合控制。(4) NPP(5.07~8.83 t/(hm2·a))和VNCS(2.10~3.83 t/(hm2·a))呈现随采伐强度增大而递减趋势,Qz与D相近(P> 0.05),Zz和J显著低于D 13.7%~36.9%和14.2%~43.5%(P <0.05),J又显著低于Zz 26.9%和34.2%(P <0.05)。(5)净生态系统碳收支(-0.42~1.30 t/(hm2·a))存在显著差异性,D、Qz、Zz均表现为碳的吸收汇,且Qz的汇强显著高于D和Zz 1.6和1.2倍(P <0.05),但J已转化为碳的排放源(-0.42 t/(hm2·a),P <0.05)。【结论】择伐干扰8年后寒温带冻土区毛赤杨沼泽林的碳汇功能已恢复,而皆伐后仍维持碳源,故在湿地碳汇管理中适宜采取择伐而应避免皆伐。

黑龙江省穆棱东北红豆杉林物种组成与群落结构

【目的】东北红豆杉系红豆杉属的第三纪孑遗的珍贵乔木,国家一级保护植物。本研究旨在分析东北红豆杉大样地的物种组成与群落结构及东北红豆杉与其他主要树种的种间空间关联性,为进一步探讨东北红豆杉林群落生物多样性的形成与群落维持机制提供依据。【方法】参照BCI(Barro Colorado Island)中50 hm2样地的技术规范,于2014年在黑龙江省穆棱东北红豆杉国家级自然保护区建立1块25 hm^2的固定监测样地,并对样地内DBH≥1 cm的木本植物进行每木调查。【结果】样地内木本植物共57种,其中乔木32种,灌木21种,藤本4种,隶属于22科38属,包括裸子植物2科4属6种、被子植物20科34属51种;所有树种的平均胸径为7.83 cm,物种丰富度为63 877株,当取样面积为21 hm2时所有物种全部出现;样地内所有个体的径级分布呈倒"J"型,其中东北红豆杉的径级分布呈正态分布型,毛榛呈"L"型,其余主要树种紫椴、色木槭、簇毛槭、青楷槭、枫桦、臭冷杉和红松均呈倒"J"型;在小于50 m的尺度内,紫椴、色木槭、毛榛、青楷槭和枫桦均呈聚集分布,臭冷杉、簇毛槭、东北红豆杉均呈先聚集分布,再随机分布,后均匀分布,红松呈在聚集分布和随机分布间波动;东北红豆杉与色木槭的空间关联性在小尺度(1,3和5 m)上呈负相关,随着空间尺度增大呈相互独立,当空间尺度大于30 m时呈正相关,东北红豆杉与簇毛槭、青楷槭、枫桦、毛榛和红松的空间关联性在不同空间尺度上均呈负相关,东北红豆杉与臭冷杉在不同尺度上基本呈负相关,仅在个别尺度呈相互独立,东北红豆杉与紫椴在不同尺度上基本呈相互独立,仅个别尺度呈负相关。【结论】东北红豆杉林具有较高的物种多样性,大部分树种的更新良好,而东北红豆杉更新极差;不同物种具有不同生境偏好,物种空间分布与生境紧密关联;红松、臭冷杉、紫椴、青楷槭、毛榛、枫桦、簇毛槭与东北红豆杉可能存在生态位分化。

透光抚育对长白山阔叶红松林冠下红松光合作用的影响

以长白山阔叶红松林为研究对象,通过对不同冠层郁闭度冠下生长季节（5—10月份）红松光响应曲线的测定,研究透光抚育对红松光合作用的影响。结果显示：红松光合作用光响应曲线显著的季节变化模式反映了红松对当地水热等气候条件的适应性。表观量子效率与太阳辐射量呈显著负相关（r=0.9,p〈0.05）,温度和降水解释了最大净光合速率季节变化的70%;暗呼吸速率与日照时间显著负相关（r=0.92,p〈0.05）。红松光合作用光响应曲线随冠层郁闭度变化模式清晰。红松生产力在0~0.3郁闭度组,特别是在0.2~0.3郁闭度组为最优,对应的红松最大净光合速率最优,暗呼吸速率最小。

森林水源涵养功能研究进展

森林水源涵养功能是生态系统服务功能之一,是森林生态功能评价的重要组成部分。森林作为陆地上最重要的生态系统,起到涵蓄土壤水分、补充地下水和调节河川径流的作用。根据目前森林水源涵养功能的研究现状,分别对3个作用层(林冠层、枯落物层、土壤层)的生态作用和机制进行归纳和总结,以期为今后相关方面的研究提供一定的借鉴和指导。

气候因子对小兴安岭红松径向生长及固碳动态的影响

以黑龙江丰林国家级自然保护区(128°58′~129°15′E,48°2′~48°12′N)为试验地,测量并计算小兴安岭阔叶红松林优势树种红松(Pinus koraiensis)生长轮宽度,应用树木年代学原理及气候时间序列分析方法,分析红松固碳动态、气候因子对红松径向生长及固碳的影响。结果表明:红松固碳,与上年12月份和当年8、9月份的月平均气温呈极显著负相关(P<0.01),与上年12月份降水量呈显著负相关(P<0.05)、与当年5月份降水量呈显著正相关(P<0.05);固碳大年,气温偏低月份出现在夏季(除1997年),其中2 a(1964、1969年)夏季各月份(6-8月份)气温均偏低,其它年夏季有2个月份气温偏低,固碳大年降水量偏多月份多出现在夏季不同月份。说明夏季气温对红松径向生长有抑制作用,气温越高,越容易形成窄生长轮,夏季降水量对小兴安岭地区红松的固碳有促进作用,此时降水越多,越容易形成宽生长轮。

丰林国家级自然保护区不同海拔红松光合特性分析

为了揭示不同海拔对红松光合作用的影响规律,在黑龙江省丰林国家级自然保护区内,选择不同海拔样地(低海拔、高海拔),采用光合分析仪(li-6400)进行光合基本参数和光响应曲线(6~9月)测定。结果表明: 6~9月份生长季内,高海拔样地红松净光合速率、最大净光合速率均高于低海拔样地,差异不显著;光补偿点和光饱和点随着海拔的高度的增加而升高;在AQY无明显变化情况下,除6月份外,高海拔红松Rd均低于低海拔红松。海拔高度的变化对红松光合特性有明显的影响。高海拔红松的光合能力优于低海拔红松。

中国森林植被与土壤碳储量估算研究进展

森林生态系统碳储量在陆地生态系统碳循环研究中占有十分重要的地位,对全球气候变化产生重要影响.基于植被和土壤碳储量两方面,总结概述了中国森林生态系统碳储量的研究现状和发展趋势,同时对碳储量估算方法进行了系统分析,以期为森林碳汇研究提供参考,为国家参与应对气候变化政策和行动提供技术支撑.

不同坡向红松光合特性分析

为了揭示不同坡向对红松光合作用的影响规律,在黑龙江省小兴安岭丰林国家级自然保护区内,6~9月份运用光合分析仪(li-6400)对不同坡向(阳坡、阴坡)样地进行光合基本参数和光响应曲线测定。结果表明:阳坡红松的净光合速率、水分利用效率和气孔导度在6~9月份均显著高于阴坡红松,表现出对季节变化更强的适应性。由方差结果可知,不同坡向红松净光合速率和水分利用效率差异极显著(p<0.01),坡向对红松净光合速率和水分利用效率影响较大,说明坡向是引起红松光合特性差异的主要原因,阳坡红松可以更好地利用光能,有更强的光转化的能力。

阔叶红松林细根分布及周转

采用根钻法和内生长土芯法对小兴安岭阔叶红松林3种林型(云冷杉红松林、椴树红松林、蒙古栎红松林)细根(≤2 mm)的生物量、垂直分布、生产与周转进行了研究,考察了细根生物量与土壤环境的相关性。结果表明:3种林型的活细根生物量均高于死细根生物量,且随土壤深度增加而逐渐降低;0-10 cm土层,3种林型活细根生物量在幼龄林和成熟林之间差异显著;细根生物量与土壤有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳、全氮、C/N、含水率之间呈显著正相关,与土壤水溶性碳、pH、容重之间呈显著负相关(P<0.05);细根年生产量在0.14-0.64 kg·m^(-2)·a^(-1)之间,年死亡量在0.07-1.43 kg·m^(-2)·a^(-1)之间,云冷杉红松林成熟林细根周转率较高(1.61 a^(-1)),椴树红松林幼龄林细根周转率最低(0.63 a-1)。

浅析地形因子对植物叶片功能性状的影响

植物与环境因子的相互关系是植物生态学的热点问题之一。植物叶片功能性状因环境因子的改变而改变,反映了植物对环境变化的适应机制。该文以地形因子为切入点,分析了植物叶片功能性状对地形因子的响应规律,旨在探究全球气候变化背景下植物适应环境的生态策略,为有效预测环境变化对陆地生态系统的影响提供一定的理论依据。

浅析树木径向生长对气候变化的响应

树木生长-气候关系对准确评估气候变化对森林生态系统影响、预测森林生产力与植被动态至关重要。探究温度、降水及两者协同影响下,树木径向生长的趋势和规律,旨在探索树木生长对气候变化的响应机制,为森林保护与管理提供科学依据。

浅析植物叶片功能性状对气候变化的响应

植物功能性状是植物与环境因子相互作用的结果。植物功能性状既反映了植物对环境因子的响应,也能显著影响生态系统过程与功能。该文综述了植物叶片功能性状对气候变化的响应,旨在探讨植物功能性状对气候变化的响应机制和生态对策,以期为生物多样性保护和生态系统可持续发展提供参考。

森林碳汇功能的研究进展

因全球温室效应和气候变化影响,以及森林对CO2的固定作用,使林业碳汇得到了世界各国的广泛支持和发展。文章主要围绕森林植被碳汇、土壤碳汇研究现状,森林碳汇功能的不确定性以及森林管理与碳汇的关系4个方面对国内外森林碳汇的研究进展简要综述,为森林碳汇的科学研究提供基础。

环境胁迫下雌雄异株植物的生理差异响应特征

雌雄异株植物对维持物种多样性具有重要意义,是陆地生态系统必不可少的组成部分。探究干旱、极端温度、盐胁迫以及重金属污染等环境胁迫下,雌雄异株植物的生理差异响应特征及研究进展,为雌雄异株植物的保护和利用提供理论支撑。

小兴安岭两种林型的土壤有机碳研究

为阐明小兴安岭两种原始红松林土壤有机碳变化特征及其影响机制,采样分析了云冷杉红松林与椴树红松林土壤总有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳及土壤理化性质。结果表明:两种林型土壤总有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳含量垂直分布特征一致,均自上向下逐渐减少;土壤总有机碳与易氧化碳含量表现为:云冷杉红松林<椴树红松林,同海拔高度变化(云冷杉红松林<椴树红松林)一致(仅10—20cm土层,云冷杉红松林的两个因子高于椴树红松林,但差异不显著),两种林型土壤微生物量碳含量的差异在不同土壤层次有所不同,但差异均不显著;两种林型间土壤活性碳占总有机碳比率的差异在不同土层无一致的规律性;两种活性碳、总有机碳与土壤全氮、C/N之间为显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)正相关,与土壤容重呈极显著负相关(p<0.01)。

伴生东北红豆杉针阔混交林种子雨时空动态

【目的】种子雨是种群生态学和恢复生态学研究的热点问题,对森林更新有重要作用。分析穆棱伴生东北红豆杉的针阔混交林种子雨的组成及其时空动态,为温带针阔混交林种子生态学大尺度和长时序的研究提供数据支持。【方法】2014年1月至2018年12月,调查监测穆棱东北红豆杉林25 hm^(2)样地内161个面积为0.5 m^(2)的种子收集器内的物种并计数。【结果】群落5年间共收集到种子604250粒,种子雨密度为1501.2粒·m^(-2)·a^(-1),种子隶属于9科11属16种,占群落木本植物物种总数的28.07%;5年间收集到种子总数≥200粒的有10个树种,种子最多的2个树种依次为枫桦、紫椴;种子雨具有明显的季节动态,在秋季出现高峰,种子产量占全年的65.20%,群落年际间种子雨产量2014年和2018年显著高于其他3个年份(P<0.05);10个主要树种种子雨年际变异系数为0.351~1.170,空间变异系数为0.928~4.927,空间分布格局均呈现聚集分布状态。东北红豆杉5年间在35个收集器中收集到257粒种子,占群落种子总数的0.04%;种子雨有大小年差异,2次种子雨高峰间隔2 a,年际变异系数为1.113;空间变异系数为4.927,空间上呈聚集分布。【结论】伴生东北红豆杉针阔混交林种子雨产量在北方温带针阔混交林中处于较高水平,群落优势种对种子雨贡献占绝对优势,种子雨物种组成与群落物种构成相似系数低;10个树种种子雨年际变异系数支持高纬度地区种子产量年际变化低于低纬度地区的假说;10个树种种子雨在空间上均呈聚集分布,但各树种种子雨高密度斑块分布位置不同。东北红豆杉为群落的伴生树种,种子雨密度相对较小,存在种源限制。

生物多样性与生产力的关系及其对环境因素的响应

生物多样性丢失是全世界面临的一个严峻问题,它会严重地影响到生态系统的功能。生物多样性与功能多样性间的关系,生物多样性对初级生产力的影响及其对环境因素的响应机制,尚不十分清晰。浅析生物多样性与生产力的关系及其对环境因素的响应策略,为生态系统生物多样性保护、生物多样性恢复及生态系统的可持续发展提供理论支持。