基于BEPS模型的塞罕坝植被净初级生产力时空变化分析研究

叶面积指数(leaf area index,LAI)是北部生态系统生产力模拟模型(boreal ecosystem productivity simulator,BEPS)的关键驱动数据,获取高精度LAI对区域森林生态系统碳循环十分重要,然而当前大多研究采用的MODIS LAI产品缺乏可信度。为此,基于LAI动态模型、PROSAIL辐射传输模型和层状贝叶斯网络(Hierarchical Bayesian Network,HBN)构建数据同化系统,获得空间分辨率为20 m的LAI数据,驱动BEPS模型,模拟塞罕坝机械林场2011—2021年的植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP),并对NPP时空变化特征及影响因子进行分析。结果表明,基于贝叶斯同化方法获得的高分辨率LAI数据极大提高了MODIS LAI产品的精度;基于同化后的LAI数据驱动BEPS模型获取模拟森林NPP,与样地实测数据计算NPP间相关性较高(R^(2)=0.77);2011—2021年塞罕坝机械林场植被NPP平均值为307.4 g/(m^(2)·a),森林NPP呈现平稳增长趋势;不同植被类型模拟NPP存在较大差异,针叶林、落叶林及混交林模拟NPP分别为484.9、402.4、287.9 g/(m^(2)·a);植被NPP与温度因子相关性较高,偏相关系数为0.2~0.8,而植被NPP与降水量的相关性总体而言相对较低,其偏相关系数为-0.3~0.4,在该地区降水量对植被NPP的影响较低,温度为该地区NPP变化的主导因子。研究结果可获取高空间分辨率的LAI数据,为森林生态系统碳循环的精准时空模拟提供依据。

塞罕坝地区3个树种径向生长对气象因子的响应

为了明确塞罕坝地区华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)和云杉(Picea meyeri)3个树种径向生长对气象因子的响应,分析了3个树种的年轮宽度年表与气象因子的关系。研究结果表明,塞罕坝地区气候具有暖干化的变化趋势;华北落叶松径向生长同时受气温、降水和SPEI(标准化降水蒸散指数)的显著影响,樟子松主要受气温和降水的显著影响,云杉主要受降水和SPEI的显著影响,受气温的影响较小;华北落叶松径向生长与前一年10月份和当年6、7月份气温,以及当年生长季(5—9月份)平均气温呈显著负相关关系,樟子松与当年6、7月份的气温呈负相关关系,但与8月份呈正相关关系;华北落叶松、樟子松和云杉均受前一年和当年降水的共同影响,对气象因子的响应存在明显滞后性。综合3个树种的年表波动以及对降水和气温的响应来看,华北落叶松对气候变化更为敏感,更易受到高温和干旱的双重胁迫,在塞罕坝暖干化的气候变化趋势之下,更容易出现衰退现象;其次为樟子松,云杉气候变化的敏感度最低,而稳定性最高。

塞罕坝地区云杉立木材积表的研究

森林蓄积是森林生物量的主要组成部分,是各类森林资源监测的重要指标,为了准确估算塞罕坝地区云杉蓄积量,指导该地区云杉林的经营,本研究基于塞罕坝地区云杉样木实测数据,建立了该地区云杉林的二元材积模型和一元材积模型,根据以上2个模型构建了塞罕坝地区云杉林的二元立木材积表和一元立木材积表,并分析了经营措施对云杉林高径比的影响,比较了2个立木材积表的适用性,得出以下结论:(1)云杉林的高径比随抚育强度的增加而降低,随密度的增加而增加;(2)塞罕坝云杉林最优的二元、一元材积模型分别为V=0.00008506D 1.969 H 0.684,V=0.000140D 2.400;(3)应用t检验证明在塞罕坝地区,以上2个材积模型建立的材积表均有良好的适用性;(4)一元材积表计算出的未抚育林分蓄积量比二元材积表偏低,而抚育后计算出的云杉林蓄积量则略高于二元材积表的计算结果。

不同地表基质类型理化性质探索与研究——以河北塞罕坝示范区为例

本文以河北塞罕坝示范区为例,通过野外调查、取样化验等工作手段,对塞罕坝示范区地表基质类型进行探索划分,分析研究不同基质类型的理化性质特征。在此基础上,对氮、磷、钾土壤养分元素进行了综合等级评价。研究结果表明,细砂土基质具有容重小、孔隙率小、保水性较好、养分元素含量高、有机碳含量高等特点,更适宜塞罕坝地区林草植被生长。

塞罕坝地区唇形科野生植物资源调查与研究

为了掌握塞罕坝地区野生唇形科植物资源本底资源现状,2018—2019年,通过样线调查和样地调查相结合的方法,对塞罕坝地区唇形科(Labiatae)野生植物资源进行了初步调查,并对唇形科植物区系组成及其特点进行了研究。结果显示:塞罕坝地区野生唇形科植物共13属19种。唇形科植物属的地理成分以旧世界温带区系成分占绝对优势,占总属数的61.54%,占总种数的63.16%。

河北省塞罕坝地区樟子松人工林的生物量

为了解塞罕坝地区樟子松人工林生长状况及生物量大小,给该地区樟子松林的经营及生态功能的评价提供科学依据,建立了该地区樟子松生物量模型,并对樟子松林生物量的大小及其分配规律进行了探讨。研究结果表明,该地区单株各器官生物量的最优模型形式均为CAR类型,且均达到显著或极显著水平,分别为W_干=0.026 8 D^(2.643 6)、W_枝=0.061 2 D^(1.862 7)、W_叶=0.112 4 D^(1.542 9)、W_果=0.000 04 D^(3.311)和W_整=0.093 D^(2.342 9);I地位级樟子松平均单株生物量明显高于II地位级,但林分总生物量则相反;与其他分布地区相比,该地区樟子松林生物量处于较高水平;樟子松生物量分配由高到低依次为干、枝、叶、果,其所占比重分别为50.87%~80.66%、10.76%~23.54%、7.31%~24.28%和0.34%~1.25%;树干生物量所占比重随林分年龄及胸径的增加而增加,枝和叶所占比例则随林分年龄和胸径的增加而逐渐下降。

塞罕坝地区人工林采伐迹地更新的树种选择研究

针对塞罕坝地区3.5万hm2华北落叶松人工林,从迹地更新的树种选择方面,系统研究和总结了塞罕坝地区人工林采伐迹地更新的可供选择树种,探索出了不同立地条件下人工林迹地更新的树种选择问题。对塞罕坝机械林场人工林迹地更新技术的研究结果表明,人工林采伐迹地更新的树种选择问题,其核心问题是适地适树问题,特别是选树适地。在塞罕坝机械林场的大部分地区,华北落叶松一代林的生长表现和经济效益均明显优于其他乔木树种。在华北落叶松一代人工林采伐迹地上进行连作,尽管其表现明显优于其他供试乔木树种,但还是在一定程度上存在衰退的问题。在华北落叶松人工林一代林的采伐迹地上进行更新造林,首选树种仍为华北落叶松,但第三代人工林是否还可以将其作为首选,需要进一步研究论证。

冀北坝上及坝下地区华北落叶松林土壤碳储量的比较

为了解冀北坝上坝下地区华北落叶松林土壤碳汇功能的差异,对河北省北部坝上坝下地区的华北落叶松林的土壤有机碳含量及碳密度进行了对比研究。结果表明,坝下地区华北落叶松人工林各土层土壤有机碳含量高于坝上地区,但其差异随土层深度的变化而有所不同;坝上及坝下地区18年生华北落叶松林土壤有机碳密度未表现出明显差异,分别为15.6 kg/m^(2)和13.2 kg/m^(2);40年生华北落叶松林土壤有机碳密度则有显著差异,分别为21.9 kg/m^(2)和27.9 kg/m^(2);坝上及坝下地区华北落叶松人工林土壤有机碳含量的垂直分布表现出不同的变化趋势,坝上地区土壤有机碳含量随土壤深度增加而下降的趋势较缓,而坝下地区下降趋势更为明显。

塞罕坝地区樟子松立木材积表研究

基于塞罕坝地区的实测数据建立了该地区樟子松人工林的二元材积模型、一元胸径立木材积模型和一元地径立木材积模型,分别为V=0.00006938D^(1.763)H^(1.037)(R^2=0.997)、V=0.000123D^(2.494)(R^2=0.970)和V=0.00001235D^(3.017)(R^2=0.950)。通过以上模型建立了该地区的二元立木材积表、一元胸径立木材积表和一元地径立木材积表。t检验表明,以上材积表在该地区有良好的适用性。该地区的二元立木材积模型与大兴安岭地区及辽宁地区的樟子松立木材积模型有明显差异,对于分布于不同地区的相同树种应分别建立不同的材积表。

塞罕坝林区落叶松人工林可持续发展浅议

首先肯定了落叶松是一个优良的用材林树种,特别是建国以来,在塞罕坝林区内,所营造的落叶松人工林保存面积5×104万hm2,在河北乃至华北地区为最集中连片的用材林基地,并对国土绿化、改善生态环境及增加林业主副产品发挥了巨大作用。并指出按可持续发展理论衡量,塞罕坝林区大面积高密度落叶松人工纯林存在着严重的生态弊端:病虫害防治困难;森林防火困难;土壤理化性质恶化;林内太阳辐射严重受影响;林间地被植物减少。最后根据可持续发展理论,提出了对塞罕坝林区落叶松人工纯林的改造方略。

塞罕坝地区樟子松人工林生长规律及经济效益分析

通过对塞罕坝不同海拔高度的樟子松人工林取样调查,探讨了不同环境下林木胸径、树高的生长规律,并根据不同地区林分木材生产情况分析了塞罕坝地区不同海拔樟子松人工林生长的经济效益。结果表明,坝下地区樟子松人工林生长好于坝上地区,经济效益也高于坝上地区。

塞罕坝地区主要害鼠的空间分布型及抽样技术研究

通过调查塞罕坝地区不同林分类型以及林龄害鼠的危害,采用聚集度指标分析法和回归方程分析法分析该地区主要害鼠的空间分布型,明确御道口牧场以及塞罕坝机械林场草原鼢鼠和达乌尔黄鼠空间分布类型、分布的成分以及形成的原因,并确立相关抽样技术。研究表明:塞罕坝机械林场的优势种为达乌尔黄鼠,御道口牧场的优势种为草原鼢鼠,且两种害鼠均为聚集分布,其分布基本成分均为个体群,且个体间互相吸引,影响草原鼢鼠以及达乌尔黄鼠聚集分布是由于其本身的聚集行为和环境的异质性共同作用的结果;种群密度的抽样方法采用理论抽样模型和序贯抽样技术,确定了林间不同害鼠密度时最适抽样数。害鼠空间分布类型及抽样技术的确定为塞罕坝地区鼠害的预测预报及综合防控提供了技术支撑。

河北塞罕坝地区森林鼠害发生及防控对策研究

为了弄清塞罕坝地区森林鼠害危害,为森林鼠害综合治理及林木保护提供有效依据,调查研究了塞罕坝地区森林害鼠种类、分布以及地理区划,分析了森林害鼠在不同林地受害率及防控效果,并提出了综合防控对策。研究结果表明:塞罕坝坝上地区共有害鼠种类15种,4科,11属;地下鼠5种,其余均为地上鼠,地下鼠达乌尔黄鼠和草原鼢鼠为优势种,褐家鼠和黑线姬鼠这2种害鼠为世界动物地理区划东洋区、古北区广布两界种,其余13种均为古北界种,小家鼠为原古北界种,现全球广布;分析连续3 a森林鼠害在不同林分的发生及防治,森林鼠害受害率逐年略呈下降趋势,不同林分类型危害中阳坡危害程度轻于阴坡,混交林危害程度轻于纯林,表明综合防控效果明显;森林鼠害综合防控策略应侧重生物防治和生态控制技术相结合,适时辅以化学防治。

塞罕坝地区松线小卷蛾主要识别特征与防治策略

通过室外调查及室内饲养的方法,对塞罕坝地区松线小卷蛾生物学特性进行了观察研究,并开展了防治试验。结果表明,松线小卷蛾在塞罕坝地区1年发生1代,以卵越冬;通过营造混交林、加强抚育管理、3%高渗苯氧威喷烟等方式防治效果显著。

塞罕坝自然保护区柳属植物资源及保护利用研究

通过路线踏查及样方调查,对塞罕坝自然保护区柳属植物种的分布、用途、面积、出现频率、数量和生长情况进行了研究,结果表明:塞罕坝国家级自然保护区有10种野生柳属植物,主要分布在千层板、北曼甸、阴河和三道河口4个林区,分布总面积约为2 455.85hm2;粉枝柳、北沙柳、五蕊柳、越桔柳、小穗柳、乌柳是出现频率较高的种类,分别为57.27%、76.36%、81.82%、56.36%、72.73%、51.80%;从数量组成来说,粉枝柳、北沙柳、五蕊柳、越桔柳和小穗柳具有较多的数量,分别为1 140株、3 547株、3 380株、1 548株、3 118株,而三蕊柳、黄柳和崖柳数量总体较少,分别为55株、77株和86株。基于柳属植物资源状况,建议加强宣传,采取封禁保护、恢复湿地、控制湿地旅游等措施减少牲畜和人为破坏。

河北塞罕坝自然保护地整合优化探索

对河北塞罕坝3类自然保护地现状进行了概括,剖析了保护地存在的交叉重叠,村庄、农田及争议林地,保护价值不高的人工商品林等问题。探索整合优化方案,以期有效解决塞罕坝自然保护地交叉重叠问题、多头管理、区划不合理等问题,实现保护地的高效管理。

塞罕坝地区十字花科野生植物资源调查与研究

为了掌握塞罕坝地区野生十字花科植物资源本底资源现状,2018—2019年,通过样线调查和样地调查相结合的方法,对塞罕坝地区十字花科(Cruciferae)野生植物资源进行了初步调查,并对十字花科植物区系组成及其特点进行了研究。结果显示:塞罕坝地区野生十字花科植物共12属17种。十字花科植物属的地理成分以北温带区系成分占绝对优势,占总属数的50.00%,占总种数的47.06%。

塞罕坝地区加速天然林生物群落演替的经营对策

塞罕坝地区存在少部分林分复杂、自然分化严重、林内树木部分枯死的天然林,为了加速天然林内生物群落演替,结合停止天然林商业性采伐作业项目,该文通过调查自然分化严重的典型天然林,针对存在的问题提出了相应的对策建议。

河北塞罕坝地区鸭科鸟类的调查

2018年11月至2021年3月调查了河北塞罕坝地区湿地鸭科鸟类,共记录鸭科6属16种,旅鸟10种,占总种数的62.5%,夏候鸟6种,占总种数的37.5%。古北种11种,占总种数的68.75%,全北种4种,占总种数的25%,古北—东洋种只有1种,占总种数的6.25%;绿头鸭和斑嘴鸭为常见种;国家二级保护鸟类有3种。

不同林龄华北落叶松人工林生态化学计量特征

【目的】探究C、N、P含量及化学计量特征随时间的变化以揭示人工林的养分循环规律,为人工林的高效经营提供参考。【方法】以塞罕坝机械林场幼龄林(14年生)、中龄林(20年生)、近熟林(37年生)的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林为研究对象,采用方差和回归分析的方法,分析针叶和土壤C、N、P含量及化学计量比随林龄的变化规律。【结果】①不同林龄同一土层土壤P含量差异显著(P<0.05),华北落叶松近熟林土壤P含量显著低于幼龄林和中龄林土壤P含量,C、N含量差异不显著(P>0.05);同一林龄不同土层土壤C、N含量随土层厚度增加呈下降趋势,P含量变化趋势不明显;随着林龄增长和土层厚度的加深,土壤C/N、C/P和N/P(碳氮比、碳磷比和氮磷比)均呈先下降后上升趋势。②不同林龄针叶C和P含量差异不显著(P>0.05),N含量差异显著(P<0.05),华北落叶松中龄林针叶N含量显著低于幼龄林和近熟林针叶N含量;不同林龄针叶C/N、C/P和N/P差异显著(P<0.05),中龄林针叶C/N最高,而近熟林针叶C/P和N/P最高。③不同林龄落叶松林P含量和C/P在针叶与土壤之间呈显著正相关(P<0.05),而C/N在针叶与土壤之间呈显著负相关(P<0.05)。【结论】华北落叶松中龄林生长受土壤N含量限制,而近熟林生长受P含量限制,幼龄林生长尚未表现出土壤养分亏缺。在不同生长阶段进行合理施肥有利于华北落叶松的生长。