大兴安岭沿麓黑土区翻耕农田微立垡覆盖阻风减蚀技术创新与应用

大兴安岭沿麓是我国重要的农畜产品生产基地,由于长期过度耕作和单一翻耕等不合理的耕作方式,加速了该地区农田风蚀退化、质量下降和产能降低,因此,减少土壤风蚀、提升农田地力和作物产量是农业可持续发展亟待解决的问题。文章综述了不同类型生态区传统翻耕、长期免耕、合理轮耕技术及其应用效果,论述了翻耕地微立垡覆盖阻风减蚀核心技术的内容及其对土壤风蚀、蓄水保墒、作物生长与产量等方面的影响,明确了微立垡覆盖是大兴安岭沿麓黑土区翻耕地冬春季风蚀防控的关键技术和途径。翻耕地微立垡覆盖阻风减蚀技术大面积应用效果显著,破解了长期以来翻耕农田裸露风蚀重、水土流失损失大导致农田逐步退化的科技难题,为大兴安岭沿麓及其生态类型相似区翻耕农田风蚀防控研究提供了重要支撑。

大兴安岭呼中林业局森林景观格局变化及其驱动力

以大兴安岭呼中林业局为研究区,利用TM数据、森林资源清查数据和采伐统计资料,结合野外调查,以GIS为技术手段,剖析研究区1989～2000年景观变化,结果表明该区主要景观类型为针叶林、针阔混交林和阔叶林,这3种类型面积总比例达90%以上,其他景观类型面积比例小于10%,主要有荒草地、火烧迹地、采伐迹地、沼泽、居民点和道路.10a间景观由原有的大面积连续的针叶林为基质、小面积的阔叶林和针阔混交林斑块散布其中的格局,转变成大面积针阔混交林为基质的格局.研究区1989年是成过熟林、高公顷蓄积量、高郁闭度占优势的景观,2000年中幼龄林、低公顷蓄积量和低郁闭度森林面积增大,并趋于连续,形成低质量的相对均质化的景观.最后,结合历史资料,通过比较分析火烧、人工更新、土地利用和人为采伐活动这几种主要驱动力的特征,论证了采伐活动在该地区景观变化中所发挥的主导作用.

大兴安岭北部地区林火对土壤化学性质的影响

以大兴安岭北部塔河林业局地区的火烧迹地为研究对象,对不同过火方式和火烧强度的土壤化学性质进行分析,结果表明:火烧可以提高土壤中部分养分的含量,并且对于经过地表火火烧的土壤养分来说,多数表现为经过中度火烧的土壤各养分含量较其它火烧强度的土壤要高。合理的火烧方式和强度对提高土壤肥力有着极为重要的作用。

大兴安岭5种类型低质林土壤呼吸日变化及影响因素

以大兴安岭地区针阔混交低质林、山杨低质林、蒙古栎低质林、白桦低质林、阔叶混交低质林为研究对象,采用LI-8150多通道土壤呼吸自动测量系统测定了不同类型低质林土壤呼吸速率的日变化,并测定了观测点的土壤温度、湿度、理化性质以及枯落物。结果表明：不同类型低质林土壤呼吸速率差异显著,土壤呼吸速率白天均高于夜晚,1 d中最高值出现在12：00—14：00,最低值出现在23：00—03：00,土壤呼吸速率与土壤温度的关系适合指数模型（R2为0.73~0.82）,土壤呼吸速率与土壤温度和土壤湿度呈显著的二次曲线关系（R2为0.61~0.85）,土壤温湿度双因子复合模型能更好解释不同类型低质林土壤呼吸速率的差异。土壤呼吸速率与土壤总孔隙度、有机质质量分数存在显著的正相关性,与土壤pH值、氮质量分数及半分解枯落物蓄积量相关性也较高。

大兴安岭森林火烧迹地大型土壤动物功能类群

对大兴安岭北部不同恢复年份火烧迹地大型土壤动物进行了研究。结果表明,不同恢复年份火烧迹地大型土壤动物可以划分为腐食性、植食性和捕食性3个生态功能类群。不论是个体数量还是生物量,均以腐食性动物所占比例最大,植食性和捕食性动物所占比例很小。除恢复1 a的迹地中捕食性动物数量比例较大,其它样地均表现出腐食性动物所占比例较大,且环境条件越优越其比例越高。各功能类群土壤动物个体数量与生物量的相关分析表明,各功能类群大型土壤动物个体数量间不都相关,生物量间存在明显的正相关(P<0.05)。

施氮量对大兴安岭白桦次生林土壤氮矿化的影响

以大兴安岭白桦天然次生林为研究对象,分析施氮量对土壤氮矿化的影响。结果表明,白桦次生林土壤中铵态氮、硝态氮和有效氮质量分数在生长季间存在显著差异。总体上,土壤中有效氮素质量分数在7月份最高,5月份最低。白桦次生林土壤中铵态氮、硝态氮和有效氮质量分数均随着氮沉降量的增加而增加;同时氮沉降也显著增加了土壤氨化速率、硝化速率和氮矿化速率,其中氨化速率的增幅大于硝化速率的增幅。不同施氮处理下,净矿化速率与土壤有机碳质量分数间的相关性比与全氮质量分数间更为密切。

大兴安岭北部地区原始林白桦种群的世代结构

在景观火干扰历史重建的基础上,该文研究了大兴安岭北部地区原始林白桦(Betulaplatyphylla)种群的世代结构及其与火干扰、立地条件之间的关系。结果表明白桦种群基于世代数的世代结构类型丰富,从一代型到五代型都有,空间分布呈斑块镶嵌状。以一代型与二代型为主要类型,空间分布集中,其它类型的世代结构空间异质性较高。世代数受火干扰频率、火干扰强度及两者的综合影响,相对来说以火干扰频率的影响更为显著。低频或高强类的火干扰易造成种群的世代数减少;高频或低强类的火干扰易造成世代数增多。世代数还随林型组类型而变化,以溪旁林组>赤杨(Alnusmandshurica)林组>杜香(Ledumpalustre)林组。白桦种群基于火干扰的世代结构类型也很丰富,存在3大类、5亚类和11小类,空间分布呈斑块镶嵌状。其中以火后优势火前劣势型和更新优势火前劣势型为主要类型,空间分布较聚集,其它类型的空间异质性较高。这种世代结构也受火干扰频率、火干扰强度及两者的综合影响。随着火频增高或者火强减弱,白桦种群的自我恢复性和抗火性增强,火后恢复性减弱。中高强火烧地上,世代结构为火后优势火前劣势型,低强火烧地上为更新优势火前劣势型。世代结构还随立地条件而变化。不同林型组之间,白桦种群的优势世代(火后代和更新代)存在显著的数量差异,但是世代结构保持为火后优势火前劣势型;偏东坡为火后优势火前劣势型,偏西坡及北坡为更新优势火后劣势型;224林班为火后优势型,218林班却为更新优势型。

不同干扰下大兴安岭白桦次生林土壤理化性质特征

土壤理化性质直接影响林木生长和森林生态系统的健康与稳定。在大兴安岭北部林区选取火烧干扰、采伐干扰以及人工条带改造干扰的白桦次生林作为研究对象,选取pH值、土壤有机质等土壤理化性质指标,利用层次分析法与熵权法相结合的主客观综合赋值法确定综合权重,同时运用灰色关联度法,计算各土壤综合指标值进而评估土壤肥力状况。研究结果表明:1)土壤速效磷、土壤有机质在所有土壤指标中所占权重较高,分别为0.233和0.165。说明土壤速效磷、有机质是土壤肥力重要影响因素。2)土壤综合评价值由大到小排序为0.88(人工条带改造干扰)、0.74(采伐干扰)、0.65(火烧干扰),说明人工条带改造干扰白桦次生林土壤肥力最佳,火烧干扰白桦次生林土壤肥力最差。可见,合理适度的人工措施将有利于白桦次生林土壤肥力提升。通过分析探讨,以期为进一步实现大兴安岭地区白桦次生林的可持续经营以及森林生态系统的稳定发展提供科学依据。

大兴安岭3种林分夏季土壤呼吸的日变化

针对大兴安岭地区白桦林、杂木林和落叶松人工林3种林分,利用LI-8150碳通量自动测量系统测量3种林分夏季的土壤呼吸,分析土壤呼吸的日变化,建立土壤呼吸多因素回归模型。结果表明:3种林分的土壤呼吸日变化呈单峰趋势,土壤呼吸速率存在显著性差异。白桦林、杂木林和落叶松人工林的敏感指数(Q10)值分别为2.65、3.19和2.94。从回归方程得知,导致白桦林、杂木林、落叶松人工林土壤呼吸变化的主要因素,分别为土壤温度、土壤湿度和土壤有机质,说明在不同的生态系统中影响土壤呼吸的主要因素不同。

大兴安岭多年冻土区森林湿地土壤碳氮含量及酶活性研究

[目的]研究大兴安岭多年冻土区不同森林植被类型不同深度土壤碳、氮含量及相关酶活性的特征,为深入了解冻土区森林湿地的碳、氮动态及冻土区生态环境保护提供理论依据。[方法]以大兴安岭典型植被类型落叶松、樟子松及白桦为研究对象,分析不同植被不同土层碳、氮含量及相关酶活性特征。[结果]随着土壤深度的增加,不同植被类型土壤溶解性有机碳、土壤有机碳、土壤硝态氮、土壤铵态氮、土壤脲酶、土壤蔗糖酶均逐层降低。0~10 cm土层,土壤溶解性有机碳含量落叶松分别显著高于樟子松和白桦(P<0.01);樟子松铵态氮、硝态氮含量分别显著高于落叶松、白桦(P<0.05);脲酶活性落叶松最高,分别为樟子松和白桦的1.44倍、1.28倍(P<0.05);蔗糖酶活性由低到高依次为落叶松、樟子松、白桦(P<0.05)。10~20、20~30 cm土层与其规律相似。相关性分析表明,蔗糖酶对土壤有机碳、溶解性有机碳含量的影响最大,其相关系数分别为0.945、0.931(P<0.01)。脲酶对铵态氮含量的影响较大,相关系数为0.790(P<0.05)。[结论]大兴安岭多年冻土区不同森林湿地植被土壤碳、氮含量均有一定的规律性和差异性,表明植被类型是影响土壤碳、氮循环过程的重要因素。

大兴安岭森林火烧恢复年限对土壤磷及其有效性的影响

林火是大兴安岭地区森林生态系统的重要影响因子,对地下土壤养分,特别是磷及其有效性变化长时间序列研究,将有助于林火后植被恢复管理、模型模拟及科学评价。选择呼中、南瓮河、双河、图强、塔河、加格达奇、满归等地区火后恢复2—50年样地48块,并以火烧区域周边相似地形地貌、未经火烧区域为配对对照样地,野外调查记录地形地貌和地理位置数据,室内分析土壤全磷和速效磷。配对t检验、冗余排序分析、趋势分析、离散性分析等处理相结合,试图找出火烧后土壤磷及其有效性变化特征。研究结果表明:(1)整体数据平均值及离散程度表明,火后全磷及速效磷均值均稍低于对照,火后二者的离散程度为37%—49%,低于对照样地6—22个百分点;区分不同恢复时间,配对t检验未发现火烧样地土壤磷与对照间的显著差异。(2)以火烧对照比值及差值进行趋势分析发现,相对于对照,火烧后全磷呈现先增加后降低的变化趋势(R2=0.89—0.95,P=0.07—0.15),火后20—30年间开始低于对照样地。速效磷也呈类似变化趋势,但是相关性较低(R^2=0.44—0.67,P=0.44—0.66);速效磷占比年代变化趋势不明显(R^2=0.08—0.12,P>0.95)。(3)RDA排序分析表明,火烧导致恢复年限成为影响磷变化的最主要因素(15.3%),其次是经度(10.7%);而在对照样地中,纬度是土壤磷变化最关键影响因素,能够解释其变化总量的27.6%。研究结果为森林火后土壤养分管理以及森林演替生态评价提供重要参数。

大兴安岭不同类型低质林土壤和枯落物的水文性能

以大兴安岭地区阔叶混交低质林、蒙古栎低质林、白桦低质林为研究对象,运用描述性统计和差异性分析对其土壤层和枯落物层的水文效应进行比较分析,以期对低质林水源涵养功能深入了解。结果表明:3种类型的土壤含水率、土壤密度、土壤毛管孔隙度范围分别为0.86%~0.90%、0.41~0.53 g·cm-3、60.17%~68.16%,各类型间差异不显著。蒙古栎低质林土壤密度最低,毛管孔隙度和总孔隙度最高。3种类型的枯落物总蓄积量范围为8.87~15.18 t·hm^(-2),枯落物总蓄积量由大到小表现为阔叶混交低质林、蒙古栎低质林、白桦低质林,各类型间差异显著。3种类型低质林的自然持水率、最大持水率、有效拦蓄率范围分别为13.26%~19.53%、248.95%~401.97%、192.07%~323.88%,蒙古栎低质林最大持水率和有效拦蓄率高于其他2种类型,各类型间差异不显著。枯落物最大持水量、有效拦蓄量范围分别为11.4~28.15、9.00~22.26 t·hm^(-2),其中白桦低质林的均低于其他2种类型,各类型间差异显著。综合分析表明:蒙古栎低质林土壤水文效应优于其余2种类型,白桦低质林枯落物水文性能明显低于阔叶混交低质林和蒙古栎低质林。

基于层次分析法确定林区土壤养分的权重

通过实地土壤取样,采用层次分析法对大兴安岭林区土壤进行了养分分析及权重确定。结果表明:该区土壤各养分指标的权重为有效磷(0.198 3)>有机质(0.168 1)>速效钾(0.153 1)>水解氮(0.123 2)>全磷(0.137 2)>全氮(0.111 9)>全钾(0.108 2);磷元素是土壤养分的重要影响因子,尤其是有效磷,其权重在各项指标中最高。该方法可以有效测定不同林地土壤养分的权重。

大兴安岭地区森林雷击火与闪电的关系

林火是森林生态系统的重要影响因子.随着全球气候变暖,林火,特别是雷击火有增多的趋势.本文对我国东北大兴安岭地区1966—2007年的林火数据及相应的闪电和气象资料进行分析.结果表明:1966—2007年,该地区雷击火的次数及其过火面积都呈显著增加趋势.影响雷击火的气象条件与研究时间尺度有关,年尺度的雷击火与降水显著相关,相关系数达-0.489;月尺度的雷击火则与气温显著相关,相关系数为0.18.雷击火与闪电的关系也与时间尺度有关,年尺度的雷击火与闪电关系不明显,受降水影响较大;月尺度的雷击火与闪电具有较好的相关性,且受降水的影响;日尺度的雷击火在降水量>5mm时与闪电关系不明显,但当降水量<5mm时,雷击火与闪电次数呈正相关.据此,发展了基于闪电定位仪数据的火险指数算法以及大兴安岭地区的森林雷击火预报模型.经2005—2007年雷击火验证,该模型的预报准确率>80%.

大兴安岭白桦-兴安落叶松林火烧迹地林下植被群落恢复过程的动态分析

火干扰在森林生态系统的发育过程中起到重要作用,直接影响着森林生态系统的物种组成、结构稳定性和物种多样性。本文通过调查大兴安岭兴安落叶松（Larix gmelinii）-白桦（Betula platyphylla）林林下植被,采用空间序列代替时间序列的研究方法,分析了大兴安岭北方针叶林火烧迹地林下植被的恢复过程。研究表明：1）在灌木层和草本层中林分结构的变化主要表现在一些旱生物种与中湿生物种的替代过程;2）物种多样性随着群落演替顺序未呈现连续增加趋势。在草本层,物种丰富度指数呈先上升后下降的单峰型变化趋势,在火烧后5-8年达到一个峰值,随着进一步的演替有所下降;物种多样性指数也表现出类似的单峰型变化趋势,在火烧后的第5年达到最大值,15年左右开始趋于平稳,20年左右达到一个较为稳定的数值;物种均匀度指数在火烧后5年左右达到最低值,随后上升并最终趋于平稳。在灌木层,物种多样性指数的变化趋势基本与草本物种相同,但滞后于草本群落3-5年;3）林下层的生物量随恢复年份呈指数增加,到25年时生物量达10.5t·hm-2。

冻融作用对大兴安岭典型森林土壤活性有机碳和氮矿化的影响

于2017年10月采集大兴安岭地区樟子松林和白桦林两种典型林型下0～10、10～20、20～30 cm土壤,采用室内模拟冻融实验研究了冻融循环下土壤活性有机碳变化趋势和氮素矿化特征.结果表明:①随着冻融次数增加,土壤溶解性有机碳(DOC)和土壤微生物量碳(MBC)均表现为先增加后降低的趋势,冻融作用在显著增加了土壤DOC含量的同时降低了土壤MBC含量(p<0.05),冻融温差对活性碳影响不明显(p>0.05);冻融过程中樟子松林0～10 cm土壤DOC含量高于白桦林,10～20、20～30 cm土壤DOC含量低于白桦林,而樟子松林各层土壤MBC含量始终高于白桦林.②随着冻融次数增加,土壤铵态氮表现为先减少后增加的趋势,而硝态氮表现为先增加后减少的趋势,冻融作用显著增加了土壤铵态氮和硝态氮含量(p<0.05),较大的冻融温差会促进氮矿化(p<0.05);冻融过程中白桦林土壤铵态氮和硝态氮含量始终高于樟子松林.③两种林型下土壤DOC、MBC、铵态氮和硝态氮含量均随着土层深度的增加而降低(p<0.05).以上结果表明,冻融作用导致森林土壤DOC含量流失而影响了土壤碳库的积累,但有利于无机氮的累积,为植物生长提供了氮素肥力,且不同植被类型土壤碳、氮含量对冻融作用的响应存在一定的差异.