天然落叶松林不同演替阶段空间结构参数的多元分布

2023年5月15—30日,在黑龙江省伊春市丰林县汤林林场建立不同演替阶段(中龄林、近熟林)固定监测样地,在森林群落中分别设立15块30 m×30 m的方形样地,将各样地划分为4个15 m×15 m的小样方,对胸径在5.0 cm及以上的乔木进行每木调查、每木检尺,记录样地内林木的树种、胸径、树高;应用RStudio计算中龄林和近熟林的天然落叶松(Larix gmelinii)林分空间结构参数(混交度、大小比数、密集度、角尺度)、统计林分空间结构参数的5种多元分布频率(零元分布、一元分布、二元分布、三元分布、四元分布),系统分析各林分的林分空间结构特征与功能。结果表明:(1)落叶松林的零元分布,两种不同演替程度的林分,整体呈随机分布、混交较好的中庸生长状态,但近熟林比中龄林较密集。(2)落叶松林的一元分布,林分内多数林木处于混交程度、密集程度良好,各大小比数等级占比处于比较相近的随机分布状态。(3)落叶松林的二元分布,两种林分在同一大小比数时的林木多数处于中度混交,同一密集度时的中龄林的密集程度分布相近,近熟林的密集度较集中。(4)落叶松林的三元分布,两种林分中,同一密集度和大小比数的林木,多数处于随机分布。(5)落叶松林的四元分布,两种林分在同一分布格局和生长状态时,相同密集度的林木多数处于中度混交或者混交状态较良好。(6)与比较传统的零元分布、一元分布对林分空间结构进行分析相比,使用多元分布能更加全面、清晰地分析不同演替阶段天然落叶松林的林分内部空间结构特征。

天童国家森林公园常绿阔叶林不同演替阶段群落光环境特征比较

常绿阔叶林是我国中亚热带东部典型植被类型,根据野外踏查和固定样地调查发现,天童国家森林公园内发育着常绿阔叶林一个完整的演替系列,包含着6个不同演替阶段。应用W inScanopy For C anopy A na lys is软件对研究区内不同演替阶段群落冠层进行分析,得到不同群落冠层和林下的光环境特征指标:PPFD(光合光量子通量密度)和相关的冠层结构形态学指标G ap fraction(空隙度)、LA I(叶面积指数)、M LA(平均叶倾角),通过对这些指标的分析比较,得到的基本规律大致是林冠层的光合有效光量子通量密度随演替逐渐降低,林冠下面的光合有效光量子通量密度随着群落演替的进展变化更为明显。马尾松林的林冠空隙度明显高于其他阶段的群落,总的趋势是随群落演替的进展而降低。叶面积指数随演替的进展而呈增加趋势。平均叶倾角随演替的进展先增大而后减小。这些结果反映了常绿阔叶林不同演替阶段群落由于不同树种树冠形态学结构的差异和微环境的不同,形成了特定群落内的特定光环境。

鼎湖山不同演替阶段森林土壤pH值和土壤微生物量碳氮对模拟酸雨的响应

开展酸雨增加对森林土壤酸化和土壤微生物活性的影响,可以为正确评估森林生态系统碳氮过程及其对全球气候变化的响应提供依据。以鼎湖山处于不同演替阶段的3种森林类型(马尾松Pinus massoniana)针叶林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林)为研究对象,从2009年6月开始,在自然林里喷施4个不同处理水平的模拟酸雨,即CK(p H=4.5左右的天然湖水)、T1(p H=4.0)、T2(p H=3.5)和T3(p H=3.0);2009年12月─2013年3月对模拟酸雨下土壤p H值和土壤微生物量碳、氮含量进行长期观测研究。重复测量方差分析表明,观测周期内,模拟酸雨没有显著影响松林的土壤p H值和土壤微生物量碳、氮含量,但却显著地降低了阔叶林的这3个指标(P<0.05),而对混交林的降低程度也接近显著。具体表现为:与CK处理相比,松林、混交林和阔叶林表层土壤p H值在T1、T2和T3处理分别下降了0.01、0.01和0.04,0.01、0.06和0.07,0.04、0.09和0.10;相应地,土壤微生物量碳含量分别下降了-1.0%、2.7%和0.4%,4.2%、4.4%和13.6%,12.3%、12.6%和18.4%;土壤微生物量氮含量则分别下降了0.8%、4.2%和9.7%,5.4%、17.4%和15.6%,12.3%、16.2%和25.1%。这表明模拟酸雨加速了土壤酸化,同时降低了土壤微生物活性,而从降低的幅度和差异的显著性可看出,3个林型的响应敏感性随森林的顺行演替而增强,处于演替后期的阔叶林敏感性最强。同时,这种处理效应大体上随着模拟酸雨处理时间的延长而逐渐显著。以阔叶林为例,表现为实验初期,模拟酸雨并没有显著降低其土壤p H值和土壤微生物量碳、氮含量,而在模拟酸雨24、30和36个月后,T3和T2处理的土壤p H值显著低于CK和T1处理(P<0.05);同样,在模拟酸雨24、36和45个月后,T3处理的土壤微生物量碳、氮含量显著低于CK处理(P<0.05);这表明模拟酸雨对土壤酸化和土壤微生物活性的影响是一个逐渐累积的过程。

抚育间伐强度对兴安落叶松林不同演替阶段水源涵养的影响

为深入了解兴安落叶松林水源涵养功能,探索抚育间伐对其的影响,为森林更好的经营提供理论依据,在大兴安岭4个试验区(幼龄林、中龄林、近成熟林和成熟林)分别按4种抚育间伐强度(对照、低强度间伐、中强度间伐、高强度间伐)设置16块样地Y0(0)、Y1(15%~20%)、Y2(25%~30%)、Y3(35%~40%)、M0(0)、M1(15%~20%)、M2(25%~30%)、M3(35%~40%)、N0(0)、N1(15%~20%)、N2(25%~30%)、N3(35%~40%)、R0(0)、R1(15%~20%)、R2(25%~30%)、R3(35%~40%)。运用描述性统计和差异性分析以及综合蓄水能力法对其林冠层、土壤层和枯落物层的水文效应综合分析,计算出各样地的总水源涵养量。结果表明:4个演替阶段总水源涵养量又大到小为成熟林、近成熟林、中龄林、幼龄林的规律;总水源涵养量由大到小表现为R3(1121.38t·hm^-2)、R2(938.79t·hm^-2))、R0(924.94t·hm^-2)、R1(913.59t·hm^-2)、N2(890.86t·hm^-2)、N3(873.76t·hm^-2)、M2(820.73t·hm^-2)、N0(810.79t·hm^-2)、N1(806.49t·hm^-2)、M1(732.19t·hm^-2)、M0(718.31t·hm^-2)、M3(699.27t·hm^-2)、Y3(647.63t·hm^-2)、Y1(638.72t·hm^-2)、Y0(628.71t·hm^-2)、Y2(623.25t·hm^-2)。从总水源涵养量分析,在中龄林和近成熟林中采用中强度间伐(25%~35%)最好,在幼龄林中3种间伐强度对其影响不大,在成熟林中采用高强度间伐(35%~45%)最好;因此,在天然兴安落叶松林不同的演替阶段,采取适当强度的抚育间伐,能够有效的调整其水源涵养功能并使其达到最大。

鼎湖山不同演替阶段森林土壤细菌多样性

【目的】了解鼎湖山早、中、后3个演替阶段的3类森林(针叶林、混交林、阔叶林)土壤细菌群落结构及其多样性,为下一步研究不同演替阶段森林土壤微生物的功能及其与植物的相互作用提供依据。【方法】在代表性林区采集土样,从中提取总DNA,利用细菌通用引物27F和1492R PCR扩增16S rDNA并构建文库。从所构建的3个文库中各挑取150个阳性克隆子并对插入片段进行测序,利用Mothur软件对所得序列进行分析。【结果】从针叶林、混交林和阔叶林文库中分别得到122、118和120条有效16S rDNA序列,各代表70、64、72个OTUs(operational taxonomic units,以97%相似性为划分标准)。分析结果显示,共检测到8个细菌门类,其中酸杆菌门(Acidobacteria)在针叶林、混交林和阔叶林土样中分别占53.3%,67.8%和60%;变形杆菌门(Proteobacteria)分别占29.5%,20.3%和32.5%;其它如厚壁菌,放线菌等均不超过10%。3类森林土壤细菌群落结构差异显著(P<0.05),3者两两间共有的OTU数量占检测到的OTU总数的比例均低于25%,其中阔叶林土壤细菌有着最高的Chao指数(414.2)和Shannon指数(3.90),及最低的Simpson优势度指数(0.0249)。【结论】鼎湖山针叶林、混交林和阔叶林3类林区土壤细菌在种群构成上差异显著,其中阔叶林土壤细菌丰富度及多样性相对较高,但3者在大类组成方面比较相似,均为酸杆菌占绝对优势,变形杆菌次之。

高寒荒漠区典型人工混交群落演替规律

为了解高寒荒漠区不同治理年限人工混交林(群落)演替规律,以贵南县黄沙头1997、2002、2007、2012、2016年不同造林年份(分别为治理25、20、15、10、5年)丘间地典型人工混交群落(青杨、沙棘和乌柳)为研究对象,采用时空互替法对人工混交群落进行林分特征、物种多样性和土壤环境因子的对比分析。结果表明:随着群落的发育,治理20年林地总生物量最大,为62.719 kg/m^(2);治理25年,林下草本盖度、土壤结皮盖度和厚度达到最大,草本盖度为60%,土壤结皮盖度为40%,土壤结皮厚度为1.67 cm,0~10 cm土壤有机质达到16.76 mg/kg,全氮达到0.75 mg/kg,10~20 cm土壤砂粒较治理20年下降了8.88%,粉粒增加了18.99%,黏粒增加了41.98%;Shannon-Weiner指数、Simpson指数、Gleason指数和Margalef指数均随治理年限增加而增大,乔灌混交模式可提高人工林稳定性。在未来高寒荒漠区人工林经营中,应该适当开展抚育经营,促进群落正向演替,提高生态效能。本研究可为当地人工植被恢复和经营提供理论依据。

生物结皮恢复过程中土壤生态因子分异特征

对新疆古尔班通古特沙漠生物结皮恢复过程中土壤因子的动态变化进行关联性测度、方差分析、相关性分析相结合的定量研究,着重分析结皮恢复年限对土壤微生物数量、养分、盐分、土壤酶的影响,有机质与土壤盐分、pH值、土壤酶的线性关系及土壤生态因子间的相关性。结果表明:相对于土层深度,有机养分、土壤酶等生态因子与生物结皮恢复年限的联系更加紧密。结皮恢复年限对全P、全K、有机质、脲酶、真菌的影响极显著(P<0.01);对速效P、速效K、全N、总盐、中性碱性磷酸酶、蛋白酶的影响显著(P<0.05)。随结皮恢复年限的增加,结皮层和结皮以下土层中有机养分、土壤酶均有不同程度的增加,逐步具备较高的生物学活性,沙土性状变化较快,渐渐形成抗风蚀、抗干扰能力较强的地衣苔藓结皮。结皮恢复过程中pH值与有机质呈显著线性负相关(R2=0.701,P<0.05),土壤盐分与有机质存在线性正相关(R2=0.653),但显著性不强(P>0.05)。电导率、脲酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶、蛋白酶与有机质存在极为显著的线性正相关(R2分别为0.888、0.993、0.958、0.948、0.911,P<0.01),土壤生态因子的协调发展和紧密配合促进了生物结皮的恢复。

南亚热带森林土壤碳库稳定性与碳库管理指数对模拟酸雨的响应

通过对土壤总有机碳(SOC)、易氧化有机碳(ROC_(333)、ROC_(167)、ROC_(33))、颗粒有机碳(POC)、微生物量碳(SMBC)、溶解性有机碳(DOC)的测定,探讨模拟酸雨(pH 3.0、pH 3.5、pH 4.0、对照CK)对鼎湖山三个不同演替阶段森林(季风常绿阔叶林、针阔混交林、马尾松针叶林)土壤碳库稳定性及碳库管理指数的影响。结果表明:模拟酸雨增加了总有机碳的含量和各组分活性有机碳的含量(P<0.05),但酸雨在一定程度上抑制了土壤中微生物量与活性。土壤中各组分活性有机碳与总有机碳呈显著相关,其中ROC_(333)和POC的含量与SOC关系最为密切,相关系数分别为0.853、0.846;碳库管理指数(CMI)结果表明,碳库活度(L)及碳库活度指数(LI)随森林的正向演替有下降的趋势,CPI与CMI呈现相反的趋势。在土壤有机碳及部分活性碳组分增加,碳库活性降低的前提下,土壤碳库稳定性增加。从各项指标的变化幅度可以得出:南亚热带森林土壤随森林群落正向演替而对模拟酸雨响应有更加敏感的趋势,各指标间的敏感性表现为CMI>R_(333)>POC>SMBC>R_(167)>R_(33)>LI>DOC>CPI>SOC。

湘中丘陵区4种森林类型土壤有机碳和可矿化有机碳的比较

采用短期室内土壤培养法，比较研究了湘中丘陵区4种不同森林类型（杉木人工林、马尾松＋石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎＋青冈常绿阔叶林）土壤有机碳、可矿化有机碳的含量。结果表明，4种森林土壤有机碳含量、可矿化有机碳含量以及可矿化有机碳的分配比例均随土壤深度的增加而下降。同一土层有机碳含量从高至低的排序均表现为：石栎＋青冈常绿阔叶林＞马尾松＋石栎针阔混交林＞南酸枣落叶阔叶林＞杉木人工林，0～30 cm土层，南酸枣落叶阔叶林、马尾松＋石栎针阔混交林、石栎＋青冈常绿阔叶林土壤有机碳含量比杉木人工林分别高出20.8%、29.7%和31.9%。可矿化有机碳含量及其分配比例从高至低的排序均表现为：石栎＋青冈常绿阔叶林＞南酸枣落叶阔叶林＞马尾松＋石栎针阔混交林＞杉木人工林，0～30 cm土层，石栎＋青冈常绿阔叶林、南酸枣落叶阔叶林、马尾松＋石栎针阔混交林可矿化有机碳含量比杉木人工林分别高出51.6%、45.2%和41.0%，可矿化有机碳的分配比例比杉木人工林分别高出35.8%、29.3%和20.0%，4种森林土壤可矿化有机碳与总有机碳、土壤微生物生物量碳、全N、C/N之间均呈极显著相关性。

三江平原恢复湿地土壤种子库特征及其与植被的关系

通过幼苗萌发法和样方调查相结合的方法对三江平原不同演替恢复阶段的种子库特征及其与植被的关系进行了研究。将开垦湿地、不同演替恢复阶段湿地以及天然湿地不同土壤层次(0–5、5–10cm和根茎)的种子库在两种水分条件下(湿润、淹水10cm)进行萌发处理。结果表明:随着演替恢复阶段的进行,种子库的结构和规模逐渐扩大,地表群落表现出由旱生物种占优势的群落逐渐演变成以小叶章(Calamagrostis angustifolia)占优势的湿生群落的演替趋势。恢复7年湿地、恢复14年湿地、天然湿地土壤种子库萌发物种数分别为24种、29种、39种,植被物种数为21种、25种、14种。湿地类型、水分条件和土壤层次均显著影响种子库萌发的物种数及幼苗数(p<0.01)。种子库具有明显的分层现象,天然湿地0–5cm土层种子库种子萌发密度是5–10cm土层的4倍左右,而恢复湿地仅1.3倍左右,且土层间萌发物种相似性系数较低。湿润条件下的萌发物种数显著高于淹水条件,且两种水分条件下萌发物种的生活型不同。由于恢复时间较短,不同演替恢复阶段的种子库与植被相似性维持在30%以下。湿地中根茎分蘖出大量的湿地物种,对于小叶章等优势物种的繁殖具有重要作用。研究表明,在开垦湿地退耕后的次生演替阶段,种子库能够保持大量的湿地物种,通过对湿地种子库与植被的关系研究,能够为三江平原湿地群落演替与湿地恢复提供策略指导。