长白山杨桦次生林采伐林隙幼苗更新动态

采用样线调查法,从林隙大小和林隙年龄2个方面研究长白山杨桦次生林经营采伐形成的林隙及其更新特征。结果表明：〈50m^2的林隙占7%,50-100m^2的占21%,100-150m^2的占36%,150-200m^2的占29%,〉200m^2的占7%;林隙一般由7-10株山杨、白桦或山槐被伐后形成;林隙内更新幼苗的种类组成较简单,但分布极不均匀;林隙内更新幼苗的种数、个体密度、叶面积指数、平均高生长和径生长均优于非林隙林分;色木槭、花楸、山槐等适合于在林隙内更新,而水曲柳、山荆等更适合于在郁闭林下更新;随着采伐林隙形成时间的延长,林隙内的凋落物和土壤养分含量不断提高,更新幼苗的种数、个体密度显著增加,生长状况也明显提高,相比于非林隙更新,林隙更新的优势更加突出;由于林隙内的光照、土壤养分和凋落物存在较大的空间异质性,不同位置的更新状况差异也较大,3龄林隙的西缘最好,中心及北部最差,9龄林隙内规律不明显;〈50m^2林隙内的更新状况与非林隙林分相近,〉200m^2林隙内的更新最差,100-150m^2林隙内更新状况最优,不但幼苗个体密度大,而且叶面积指数、平均高生长和径生长也最好,这主要是由不同大小林隙内和非林隙林分光合有效辐射的强度差异较大造成的。100-150m^2是长白山杨桦次生林林隙更新的最适面积。

长白山次生杨桦林样地：物种组成与群落结构

长白山次生杨桦林是该地区阔叶红松林经皆伐和火烧等破坏后恢复形成的主要次生林类型之一,是阔叶红松林次生演替系列中的重要阶段。参照巴拿马巴洛科罗拉多岛(Barro Colorado Island,BCI)50hm2热带雨林样地的技术规范,于2005年在长白山北坡的自然保护区内建立了一块5hm2的次生杨桦林长期监测样地,对样地内所有胸径≥1cm的木本植物进行了详细的定位调查。对样地的物种组成与群落结构的分析表明:次生杨桦林样地物种组成丰富,共包括16科28属44种;区系特征明显,北温带成分占主要部分;样地内被监测的树木个体数为20101,不包括分枝的独立个体数为16565;优势树种明显,从个体数、平均胸径、胸高断面积和重要值等分析来看,演替先锋树种白桦(Betula platyphylla)和山杨(Populus davidiana)在群落中占有绝对优势地位,但从径级结构来看,它们的更新却非常差,随着演替的进展,这些先锋树种将逐渐走向衰亡;阔叶红松林中的主要树种如红松(Pinusko-raiensis)和紫椴(Tilia amurensis)等已经在次生杨桦林中占有了一定的比例,林下更新良好,逐渐进入林冠层并最终取代杨桦等成为该森林的优势种;从物种的空间分布格局来看,演替先锋树种和阔叶红松林中的主要树种并没有表现出明显的聚集性分布格局,而其它的小乔木和灌木树种则表现出明显的聚集性分布格局,但与地形并没有表现出明显的相关性,相关结论还需要进一步分析。

长白山次生林演替过程中土壤动物群落的变化

通过对长白山白河局不同林龄的次生林土壤动物的组成进行比较 ,探讨了土壤动物群落随森林采伐更新演替的变化以及演替阶段 (增长期、过渡期和稳定期 ) .研究表明 ,不同类群土壤动物的演变趋势是腐食类群数量相对较多 ,其变化趋势接近植被的变化规律 ,均是经过上升、下降 ,最后达到稳定 ;植食类群演替前期在整个群落中所占比例较高 ,随着演替年代的增加 ,比例呈下降的趋势 ;捕食类群经过 10 0年左右的演替 ,数量明显增加 ;从昆虫类群组成来看 ,林龄较短者 ,未稳定的类群数较多 ,林龄较长者 ,未稳定的类群较少 .

长白山原始林和次生林土壤有效氮含量对模拟氮沉降的响应

研究了长白山地区阔叶红松林和杨桦次生林生长季土壤有效氮(铵态氮+硝态氮)含量及其在高氮(50kg.hm-2.a-1)、低氮(25kg.hm-2.a-1)处理下的变化状况。结果表明:生长季内,两种林型土壤有效氮含量具有明显的季节变化特征。二者土壤铵态氮在研究期内均呈现先减少后增加再减少的变化趋势,而硝态氮在林型中的变化趋势不同:杨桦次生林中先减小后增加再减小;阔叶红松林中则呈减小的趋势,生长季末略有增加。杨桦次生林和阔叶红松林土壤有效氮的生长季总平均值分别为6.83和6.80mg·kg-1,其中铵态氮分别占45.36%和33.30%,硝态氮占54.64%和66.70%。两种林型土壤总有效氮、铵态氮和硝态氮含量对不同氮沉降梯度的响应大致相同,表现为随氮沉降量的增加而增加,其中高氮处理显著增加了土壤中的铵态氮、硝态氮及总有效氮的含量(P<0.05),但这种促进效果在低氮处理下则不明显(P>0.05)。

长白山原始阔叶红松(Pinus koraiensis)林及其次生林细根生物量与垂直分布特征

以我国东北长白山自然保护区内同一海拔梯度的原始阔叶红松林及其次生林——白桦山杨成熟林和白桦山杨幼林为对象,采用土钻取样法对不同演替阶段细根生物量的变化、细根垂直分布规律及其影响因子进行系统地研究。研究结果表明,在原始阔叶红松林的正向演替过程中,林地细根的总生物量逐渐增加,其中主要乔木细根的生物量逐渐增加,而灌木和草本细根的生物量则逐渐降低。在演替过程中,细根的垂直分布逐渐加深。在长白山地区,3块林地中细根生物量的组成分布受林分植被组成的影响;细根的垂直分布与土壤容重、水分含量以及不同土层中C、N含量存在一定的相关性,但与土壤温度则不存在相关关系。

长白山次生杨桦林采伐林隙乔灌木幼苗更新比较研究

从林隙大小和林隙年龄2个方面初步研究了杨桦次生林经营采伐形成的林隙及其更新特征。结果表明：冠林隙面积〈50m^2占7％，50～100m^2占21％，100～150m^2占36％，150～200m^2占29％，〉200m^2占7％。28．6％的林隙呈圆形，71．4％的林隙呈椭圆形。椭圆形林隙中55％为南-北方向，30％为东北-西南方向，15％为东南-西北方向。林隙一般由7～10株山杨、白桦或山槐被伐后形成。林隙内更新幼苗的密度和生长状况优于非林隙林分。在林隙形成初期，灌木幼苗在林隙更新中占绝对优势，但随着林隙形成年龄的增加，灌木将逐渐丧失其优势，乔木的优势则逐渐上升。除50～100m^2林隙外，乔木幼苗的平均高和平均基径均大于灌木，但都在100～200m^2林隙内最大。各大小级林隙内更新的主要乔木中阳性树种占大多数，但优势种各不相同。

长白山区次生阔叶林采伐林隙更新研究

从林隙大小和林隙年龄两个方面研究了以椴树、色木槭和蒙古栎为主的次生阔叶林经营采伐形成的林隙及其更新特征。结果表明:冠林隙面积<20 m2的林隙占42.8%,20～40 m2的林隙占23.8%,40～60 m2的林隙占33.4%。38.1%的林隙呈圆形,61.9%的林隙呈椭圆形,其中38.5%为南-北方向,46.2%为东-西方向,15.3%为东北-西南方向。林隙一般由3～4株采伐木形成,采伐木主要由椴树、蒙古栎和山槐组成。非林隙林分更新中灌木占优势,林隙更新中乔木占优势,且随林隙面积和形成年龄增加而增强。林隙内的树种多样性和更新密度明显高于非林隙林分。综合多样性随林隙面积和年龄的增加而下降。不同大小级林隙内的优势种不同,以阳性树种占大多数。

长白山次生林繁殖鸟的群落结构

研究了长白山次生林繁殖鸟的群落结构及其与森林植被的关系。在３块林龄相同而样地面积不等的次生林中，繁殖鸟种类有随样地面积增加的趋势，繁殖鸟数量随面积的增加而增加更为明显。相似性指数测定表明，３样地鸟类群落组成基本相似，多样性指数也无显著差异。鸟类物种多样性与植被剖面层次多样性相关。边缘种随林缘长度的增加，种数系数不断增加。由林缘至林内５０ｍ宽的地带为鸟类高密度带。由边缘至林内３００ｍ后，鸟类密度有处于稳定状态的趋势。次生林中森林鸟占５８％，树洞巢鸟和冠层鸟密度不及原生林，灌木草本层鸟密度高于原生林。

长白山针阔混交林不同演替阶段的昆虫多样性

昆虫多样性变化对生态系统健康有重要的指示作用,为研究昆虫群落变化与生境演替之间的关系,本研究采用网捕、灯诱和诱捕法系统调查了长白山针阔混交林不同演替阶段(次生白桦林、次生针阔混交林、原始阔叶红松林)昆虫群落的组成和多样性,分析了昆虫在森林演替过程中的规律及与植被群落之间的关系。系统调查共采集昆虫标本8183头,隶属于14个目699种,其中鳞翅目和鞘翅目是主要优势类群。次生针阔混交林昆虫的个体数量最多,原始阔叶红松林中物种数最多。不同演替阶段昆虫群落的物种数和个体数差异不显著,但次生针阔混交林、原始阔叶红松林的Fisher’sα指数显著高于次生白桦林。目水平上的昆虫多样性未表现出显著性差异。昆虫多样性在森林演替过程中和草本植物多样性的变化趋势相同;由于食性和生境选择的不同,森林演替过程中鳞翅目昆虫多样性逐渐升高,而鞘翅目多样性逐渐降低。

长白山原始阔叶红松林不同演替阶段地下生物量与碳、氮贮量的比较

以我国东北长白山自然保护区内同一海拔水平的原始阔叶红松林及其次生林———白桦山杨成熟林和幼林为对象,对不同演替阶段林地地下生物量与碳、氮贮量进行了研究.结果表明,随着演替的进行,白桦山杨幼林、成熟林和阔叶红松林根系生物量分别为2.437、2.742和4.114kg·m-2,根系碳贮量分别为1.113、1.323和2.023kg·m-2,土壤碳贮量分别为11.911、11.943和12.587kg·m-2,林地地下碳贮量分别为13.024、13.266和14.610kg·m-2.3块林地中根系氮贮量分别为0.035、0.032和0.039kg·m-2,土壤氮贮量分别为1.207、1.222和0.915kg·m-2,林地地下氮贮量分别为1.243、1.254和0.955kg·m-2.在长白山地区次生林演替和恢复过程中林地地下部分是潜在的碳汇,而土壤氮贮量则没有明显的变化规律.

长白山次生白桦林数量特征

对长白山1hm2次生白桦林样地的研究结果表明:样地内共有活立木2550株,分属于14科23种;从株密度、平均胸径及胸高断面积等分析看,白桦和落叶松在林分中占有绝对优势;样地内所有林木的径级分布为"S"型,白桦、落叶松和红松的径级分布近似于正态分布,水曲柳和春榆的径级分布近似于倒"J"型;从径级结构分析看,白桦和落叶松等先锋树种的小径级林木在林下分布很少,更新很差,而红松、水曲柳等寿命较长的树种在林下已经占有很大的比例,更新良好,随着演替的进展,它们将逐渐进入主林层;从主要树种的空间分布格局分析看,落叶松在样地中表现出了明显的聚集性分布格局,而白桦、水曲柳、红松和春榆没有表现出明显的聚集性分布格局。

择伐干扰后长白山区天然次生林物种多样性的变化

以长白山区红松阔叶林为研究对象,分析了不同年度进行中度择伐后形成的天然次生林恢复期间物种多样性的变化动态。研究结果表明:经择伐干扰后,天然次生林内乔木种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数变化均较小,生态优势度指数在择伐后第5年时降低到原始林的0.6,第10年以后变化较小;在择伐后的28年间,灌木和草本植物的种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数的变化过程相似,二者均在择伐后迅速降低,第5年以后开始恢复,经过15年后变化相对较小,生态优势度指数均在择伐后5年间迅速增大,此后10年间灌木的生态优势度指数迅速减小,15年以后恢复到干扰之前的状态,但草本植物的生态优势度下降较慢,经过28年恢复后仍比原始林大0.6。

长白山杨桦次生林采伐林隙种子库特征

研究长白山杨桦次生林不同大小采伐林隙的土壤种子库特征。结果表明:杨桦次生林非林隙林分中种子库储量远高于林隙,但多样性比林隙低;不同大小林隙内的种子库储量差异显著,其中50～100m2大小的林隙内种子库储量最大;随林隙形成时间的延长,林隙内的种子库储量减少,但多样性有所增加;林隙内不同部位间的种子库储量变化较大,且丰富度大小同个体密度大小的变化不一致;种子库中优势种突出,水曲柳、紫椴、山槐与色木槭4个树种的种子数量占种子总量的74.3%以上;地表凋落物层对种子落入土壤有明显的阻滞作用;在林隙形成初期,种子库的组成及数量主要由腐殖质层种子库决定,但随时间的推移枯枝落叶层种子库对整个种子库的贡献越来越大;林隙内土壤种子库同地上更新幼苗相似性不大。

长白山区次生林恢复过程中天然更新的动态

以长白山区天然次生林为研究对象,采用空间代替时间的方法,分别对不同年度进行择伐后形成的天然次生林进行群落学调查,分析择伐后28年恢复期间高度小于3 m的幼苗幼树的天然更新过程及特点.结果表明,恢复初期更新幼苗幼树的树种出现比率较低,随着次生林恢复时间的增加,更新幼苗幼树的树种出现比率超过75%,且15年后变化相对较小;次生林内更新幼苗幼树的分布密度随着恢复时间的增加呈增加的趋势,恢复15年时分布密度达7 500株/hm.2,此后分布密度的变化相对较小;在次生林内幼苗幼树主要是集中分布在距最近立木1.5～3.5 m的范围内,随着次生林恢复时间的增加,幼树的分布范围相对靠近立木,幼苗的分布范围则相对远离立木.

长白山3种主要林型林分生长过程研究

利用924株冷杉、844株云杉、183株白桦、158株山杨和227株落叶松解析木的数据，建立了长白山优势树种的直径生长方程。在相同的立地条件下，利用长白山245块云冷杉林、32块杨桦次生林和260块落叶松人工林固定样地，结合优势树种的直径生长方程，分析了长白山3种主要林型林分的平均直径、树高、单位面积林木平均株数和蓄积的生长过程。另外，用未参与建模的28块云冷杉林、4块杨桦次生林和30块落叶松人工林固定复测样地对拟合的3种林型林分生长过程模型进行检验，结果显示预估的相对误差为3．26％～4．96％，估计精度为95．04％～96．74％。

长白山天然次生林土壤微生物量对氮沉降的响应

土壤微生物作为土壤养分的生物驱动因素,氮沉降会改变其活性和生物量,从而打破土壤养分循环动态平衡。氮沉降对热带、亚热带森林以及温带原始林生态系统土壤微生物量影响的研究较多,但对温带天然次生林影响的研究鲜有报道。于2016年5月(春)、7月(夏)和9月(秋)分别对长白山模拟10年氮沉降的控制试验样地——白桦山杨次生林进行了野外调查。控制试验分为3个氮添加处理,对照(CK 0 kg N hm^(-2)a^(-1))、低氮(LN 25 kg N hm^(-2)a^(-1))和高氮(HN 50 kg N hm^(-2)a^(-1)),按照土壤层(0—10 cm和10—20 cm)分别测试了不同处理的土壤微生物量碳(MBC)和氮(MBN)、土壤全碳(TC)、全氮(TN)和全磷(TP)、p H、土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)等指标。结果表明:1)土壤p H在氮沉降的作用下显著降低;上层土壤TC、TN在氮沉降下变化较小,下层土壤TC、TN的含量显著增加;氮沉降下春、夏两季土壤TP含量上升,LN处理在秋季对TP有抑制作用;氮沉降对DOC、DON的影响不显著。2)上层土壤MBC春季到秋季呈现递减的趋势,下层土壤呈现先升后降的趋势,HN对MBC有抑制作用,LN对下层土壤MBC有促进作用;土壤MBN由春季到秋季呈现递减的趋势,且上、下层土壤MBN差异显著;氮处理对春、秋两季MBN有促进作用,夏季有抑制作用;氮沉降使春、秋两季MBC/MBN降低,夏季土壤MBC/MBN升高。3)氮处理、季节变化和土层深度对MBC、MBN存在显著影响,其交互影响也显著。总之,长期氮沉降在生长季对土壤微生物量的影响具有季节性差异,且受到土层深度的影响。未来研究在重视年际变化的同时,也要注重时空动态对氮沉降作用表现出的差异性。

长白山次生杨桦林优势更新幼苗空间分布及环境解释

为了解长白山次生杨桦林中优势更新幼苗的空间分布及其与环境因子之间的关系,以5.2 hm2(200 m×260 m)固定样地更新幼苗的全面定位调查和环境因子调查本底数据为基础,对样地内个体数量排序前5的优势更新幼苗进行分析。结果表明:在中小距离尺度上,水曲柳(Fraxinus mandshurica)(0—90 m)、色木槭(Acer mono)(0—60 m)、紫椴(Tilia amurensis)(0—60 m、90—150 m)和假色槭(Acer pseudo⁃sieboldianums)(0—90 m)更新幼苗的空间分布关系为显著正自相关,呈聚集性分布;群落水平上,环境变量和空间变量对5种优势更新幼苗的空间分布变异解释能力为61%,其中,纯粹空间变量的解释度为56%,而纯粹环境变量的解释度不足1%;种群水平上,环境因子对更新幼苗的空间分布有一定影响,其中,水曲柳幼苗的空间分布与土壤有机质、土壤全钾和土壤水分显著相关,色木槭幼苗的空间分布与土壤有机质和土壤全磷显著相关,紫椴幼苗的空间分布与土壤全磷显著相关,假色槭幼苗的空间分布与土壤水分显著相关;簇毛槭(Acer barbinerve)幼苗的空间分布与环境因子未表现出显著的相关性。长白山次生杨桦林中优势更新幼苗多为聚集性分布,环境因子对其分布有一定影响。

长白山天然次生林下人工更新红松含碳系数的研究

随着我国对森林碳汇功能的不断关注,长白山的顶极植物群落红松阔叶林的恢复越来越受到重视。该研究通过干烧法对长白山天然次生林下人工更新红松各器官的含碳系数进行了测定。实验结果表明:红松各器官的含碳系数存在差异,按照含碳系数的高低排序依次为树皮>树干>树叶>树枝>树根,各器官的含碳系数值分别为48.38%、44.39%、43.08%、41.55%、41.33%。红松胸径与根系的含碳系数相关性不大,差异不显著;而树干、树皮、树叶、树枝的含碳系数与红松胸径的相关性较大,差异显著。

长白山北坡次生林的树种多样性与胸径多样性

采用野外调查与室内分析相结合的方法,以长白山北坡露水河林业局次生林为对象,应用Margalef物种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数定量分析了长白山北坡次生林的树种多样性和胸径多样性,并与原始红松林进行了对比。结果表明,(1)与原始红松林相比,次生林的树种多样性指数H与均匀度指数J较大,丰富度指数S与生态优势度指数D较小。次生林的胸径生态优势度较大,丰富度S与多样性H较小,均匀度相差不大。3种次生林型中,杨桦林的胸径丰富度与多样性指数最高,杂木林次之,胡桃楸林最小,但均匀度指数与优势度指数变化正好相反;(2)不同林龄杨桦林和胡桃楸林的树种多样性和胸径多样性变化规律一致,随着林龄的增长,树种多样性指数和均匀度指数、胸径丰富度指数和多样性指数逐渐增大,树种和胸径的优势度指数逐渐减小;(3)无论是原始红松林还是次生林,采伐后树种多样性都会降低,采伐强度越大,降低程度越大。林木胸径多样性对采伐强度的响应较复杂,与采伐方式有关。

抚育对长白山幼龄次生林群落结构与动态的影响

采用抚育采伐试验方法,研究了不同经营方式(对照、常规经营和优化经营)对长白山林区5种典型幼龄次生林林群落(落叶松—白桦林、杨桦林、杂木林、硬阔林及阔叶红松林)的树种组成结构、径级结构及演替趋势的影响规律。结果表明:优化经营能够提升高幼龄林群落中红松、水曲柳等珍贵树种的地位(重要值提高37.5%～400.0%),提高森林经营价值;优化经营能够显著降低各类型幼龄林的小径木株数比例(7.2%～29.9%)及提高中径级林木的比例(5.1%～26.4%),充分发挥森林的生产潜力;优化经营能够改变幼龄林的演替趋势(由次生林转化为阔叶红松林),从而加速地带性顶极植被阔叶红松林的恢复进程。