川西亚高山云杉人工林土壤质量性状演变

通过对川西亚高山云杉人工林不同演替阶段土壤肥力质量性状的研究 ,结果表明 ,人工云杉林土壤肥力退化与土壤有机质有关 ,在人工云杉林地中 ,随着抚育林龄的增加 ,土壤全 N、碱解 N、全 P、腐殖质、HA、FA、CEC、EB、微生物总数、细菌及真菌数量随有机质的减少而降低 ,土壤最大持水量、毛管持水量及总孔隙和毛管孔隙则先减少 ,之后随着云杉自疏而有上升的趋势 ,毛管持水量是决定林地自然含水量的主要因子。土壤 K素和酶活性变化较复杂 ,钾素主要与土壤母质有关 ,酶活性主要与林地微生态环境有关。土壤综合肥力评价表明 ,土壤综合肥力指标 (IFI)从人工云杉幼林向成熟林演替时 ,先迅速下降 ,之后随云杉自疏而缓慢上升 ,表现出非正“U”型的变化。解决当前人工成熟云杉林土壤退化的主要措施应因地制宜地进行间伐或轮伐 ,改善林地的微生态条件 ,尽量避免营造针叶纯林 ,建议营造针阔混交林。

川西亚高山针叶林凋落物对土壤理化性质的影响

研究了川西地区亚高山人工云杉林及天然林凋落物变化及其对土壤理化性质的影响 .结果表明 :30a人工云杉林、4 0a人工云杉林及次生林和原始林年凋落量分别为 2 .6 7× 10 3 kghm-2 、4 .38× 10 3 kghm-2 、4 .2 7× 10 3 kghm-2和 4 .77× 10 3 kghm-2 ,枯枝落叶层贮量分别为 3.19× 10 4kghm-2 、3.6 4× 10 4kghm-2 、1.4 2× 10 5kghm-2 和 1.4 5×10 5kghm-2 ,通过凋落物归还土壤的营养元素 (N、P、K、Ca和Mg)的年归还总量依次为 82 .0 1kghm-2 、12 9.0 4kghm-2 、130 .5 7kghm-2 、170 .5 5kghm-2 ,凋落物年失重率分别为 2 4 .35 %、2 2 .87%、36 .96 %和 32 .2 3% ,人工林凋落物分解一半所需时间约为 2 .5a ,天然林约为 1.6a .各样地土壤含水量、孔隙度和养分含量大致表现为 :次生林≈原始林 >30a人工林 >4 0a人工林 .森林年凋落量、枯枝落叶层贮量、养分归还量和年失重率与土壤自然含水率、有机质、N、P、K的含量呈正相关 ,与土壤容重呈负相关 .人工云杉林生态功能的恢复滞后于次生林 ,凋落物分解缓慢是影响该地区土壤水分和养分状况的重要因素 .人工云杉林进入旺盛生长期后 ,凋落量增加 ,养分归还量增大 ,此时期森林对土壤肥力有较高的补给潜力 ;但凋落物分解过缓 。

川西亚高山针叶林植物群落演替对土壤性质的影响

研究了川西亚高山针叶林人工重建过程中土壤物理性质,结果表明:随着人工云杉林龄的增加,土壤表层粉粒、粘粒、物理性粘粒、团聚度和结构系数降低,砂粒含量增高,土壤饱和持水量、毛管持水量及总孔隙和毛管孔隙在人工云杉林演替过程中表现出"U"型变化,即人工云杉从幼林向成熟林演替阶段,土壤饱和持水量、毛管持水量及总孔隙和毛管孔隙则减少,在40年生云杉林达最低值之后,随着云杉自疏而有上升的趋势,毛管持水量是决定林地土壤自然含水量的主要因子。为了加速该区域植被恢复和重建过程,建议营造针阔混交林和对人工成熟林和过熟林进行间伐抚育,增加物种多样性,减少水土流失,为植物生长创造良好的土壤物理环境。

川西亚高山针叶林林窗特征的研究

为探讨川西亚高山针叶林的林窗干扰特征 ,对王朗自然保护区的这一植被类型进行了调查 ,分析了该类型森林中林窗的数量、大小、形状及其成因 ;林窗形成木 (GM )的类型、数量和物种构成。结果表明 ,在川西亚高山原始针叶林林区 ,大多数形成木都是因树木达到一定年龄后衰老等原因引起其抗性下降而死亡的 ;由树木基折形成的林窗最为普遍 ,占 5 1 2 3% ,由干折形成的占 2 0 37% ;单株形成木林窗几乎达到所调查林窗的一半 (占总数的 4 6 99% ) ,平均每个林窗拥有 1 95株形成木。扩展林窗大小多在 10 0～ 4 0 0m2 ,10 0～ 2 0 0m2 所占的数量比例最大 ,占 2 6 5 1% ;而 30 0～ 4 0 0m2 所占的面积比例则最大 ,占 2 2 6 4 %。冠空隙的面积多在 2 0 0m2 以下 ,其中以 5 0～ 10 0m2 所占的数量比例和面积比例均为最大 ,分别为 32 5 3%、17 72 %。冠空隙、扩展林窗的平均面积为 71 6 8m2 、15 4 14m2 。

人为干扰对川西亚高山针叶林土壤物理性质的影响

研究了川西亚高山针叶人工林在几种不同强度人为干扰下林地土壤物理性质 .结果表明 ,随人为干扰强度的增加 ,土壤中细土 (粉粒、粘粒 )和大团聚体数量减少 ,小团聚体和原生土壤颗粒增加 ;土壤表层孔隙度减小 ,尤其是大孔隙明显减少 ;土壤有效水降低 ,持水供水能力减弱 ,渗透系数减小 .川西亚高山人工针叶林土壤生态功能随人为干扰强度的增加而减弱 ,建议在最易受人为干扰的造林地区 ,最好是在造林初期封山育林 .图 1表 5参

川西亚高山针叶林林窗边界木特征的研究

为探讨川西亚高山针叶林边界木树冠对林窗干扰的响应,对王朗自然保护区的这一植被类型进行了调查,分析了该类型森林中边界木的数量、树高、胸径和偏冠率的分布。结果表明:一些林窗的个别边界木个体较小,但大多数边界木个体与群落乔木层中主要树木的个体大小相一致,一个林窗中边界木的平均高度可以用来表示林窗的高度;约1/5的边界木未出现偏冠现象,绝大多数边界木的偏冠率在0 5～0 7之间(占61 72%),不同树种间的偏冠有显著差异;单个林窗的边界木最少为5株,最多为17株,平均每个林窗拥有9 51株边界木。

川西亚高山针叶林土壤硝化作用及其影响因素

采用BarometricProcessSeparation(BaPS)技术对川西亚高山针叶林土壤总硝化作用速率的季节动态进行了研究,并分析了各影响因素与总硝化速率的关系.通过土壤温度和水分含量的控制实验,对温度和水分含量与总硝化速率之间的关系进行了一次线性和曲线模拟.结果表明,6至10月各月份之间的总硝化速率存在显著差异(P<0.01),在7月总硝化速率达到最大值;土壤温度和水分含量与总硝化速率显著正相关(P<0.05),对总硝化速率的影响存在明显的交互作用,水分含量可能对总硝化速率的影响更大,在季节变化中温度和水分含量可能对硝化过程产生直接和间接两种作用;pH值与总硝化速率之间的相关性不明显;森林凋落量与总硝化速率间没有显著相关性,但若仅考虑6至9月,森林凋落量与总硝化速率极显著相关(P<0.01).总之,土壤温度和水分含量很可能是影响总硝化速率的两个最主要的因素.

川西亚高山针叶林植物群落演替对生物学特性的影响

通过对川西亚高山针叶林人工重建过程中土壤微生物数量、酶活性及其与土壤养分性状的关系研究表明,云杉人工成熟林土壤微生物数量、酶活性明显低于云杉人工幼林地,也低于同龄的次生阔叶林地,人工云杉林随着林龄的增加土壤肥力严重退化。土壤微生物数量、酶活性与土壤有机质、全N、全P和碱解N等养分指标呈显著相关关系,土壤生物学指标能较好地反映土壤肥力状况。解决当前人工成熟云杉林土壤退化的主要措施应因地制宜地进行抚育间伐,改善林地的微生态条件,尽量避免营造针叶纯林,建议营造针阔混交林。

川西亚高山暗针叶林恢复过程中不同恢复阶段的定量分析

以空间代替时间的方法,运用种间联结测定、主成分分析和最优分割法对川西亚高山箭竹-暗针叶林和藓类-暗针叶林经采伐后自然恢复形成的不同恢复系列（20、30、40和50年）,以及未被采伐而保留下来的160～200年生暗针叶老龄林进行恢复阶段的定量分析.结果表明：藓类和箭竹暗针叶次生林向暗针叶老龄林恢复过程中,红桦、卧龙柳、五角槭、疏花槭、康定野樱桃、挂苦绣球、椴树和川滇柳归并为衰退种组;湖北花楸、陕甘花楸和微毛野樱桃归并为过渡种组;岷江冷杉、紫果云杉、铁杉和青扦归并为进展种组.20～40年生的次生林进入以红桦为主的阔叶林阶段,其森林类型分别为藓类-红桦林和箭竹-红桦林;恢复到50年,则开始进入红桦和岷江冷杉组成的针阔混交林阶段, 其森林类型分别为藓类-红桦-岷江冷杉林和箭竹-红桦-岷江冷杉林;未被采伐而保留下来的160～200年生暗针叶林是以岷江冷杉为主的暗针叶老龄林阶段, 其森林类型分别为藓类-岷江冷杉林和箭竹-岷江冷杉林.

生物多样性与针叶林生态系统过程的关系

在过去 1 0年中 ,生物多样性与生态系统过程的关系成为生态学中最具争议和挑战性的话题。生态学家们围绕植物组成和多样性与生态系统过程的关系、生物多样性与陆地生态系统的生物地球化学循环的关系、土壤生物多样性对生态系统过程的影响、生态系统的功能多样性和组成对生态系统过程的影响、生物多样性与生态系统的稳定性以及生物多样性与生态系统过程对全球变化的响应等方面做了大量的开创性研究。川西亚高山针叶林是我国的生物多样性宝库和世界生物多样性的热点地区。迄今为止 ,有关川西亚高山针叶林生物多样性和生态过程的研究还相当有限 ,有关生物多样性与生态系统过程关系的研究尚未见报道。因此 ,建议在未来川西亚高山针叶林生态过程研究中加强生物多样性与针叶林生产力的关系 ,生物多样性和生物地球化学循环的关系、土壤生物多样性与生态系统过程的互动、地下 /地上部分生物多样性的关系。

川西亚高山岷江冷杉林小气候特征

对川西亚高山岷江冷杉林林内太阳辐射、空气温湿度以及土壤5cm和15cm层温度进行了连续的定位观测。结果表明：1）林外太阳辐射E1总量变化范围为127．0MJ·m^-2·d^-1～216．5MJ·m^-2·d^-1，林内太阳辐射日总量的变化范围为8·4MJ·m^-2·d^-1～14．2MJ·m^-2·d^-1；2）林外和林内的月平均气温分别为14．2℃和13．412；3）林外和林内的月平均相对湿度分别为82．7％和86.8％；4）林下土壤5cm和15cm层的月平均温度分别为11．812和10.2℃，地表层的温度波动比下层温度的波动大。植被覆盖是造成林外和林内太阳辐射。

川西亚高山针叶林土壤微生物生态研究展望

森林土壤微生物生态的研究对于了解森林生态系统过程具有重要的研究价值。川西亚高山针叶林位于青藏高原东缘、长江上游地区,是长江上游的天然生态屏障和生物多样性宝库,是全球变化的敏感性区域。因此,土壤微生物多样性、土壤微生物群落与植被的互动机制、土壤微生物群落与土壤生态的关系等将是川西亚高山针叶林土壤微生物生态的研究重点。

川西亚高山针叶林生产力和光能利用效率研究现状

本文回顾了目前已发表的有关川西地区云冷杉林光能利用率的研究资料 ,从概念、测量方法、研究结果、影响因子等几个方面做了比较 ,发现川西地区森林净初级生产力和叶面积指数(LAI)的异质性很强。这种异质性使地面测量和遥感测量不能满足对小尺度川西亚高山针叶林生态系统结构和功能测定和预测的要求。基于形态和生理生态的模型方法由于具有机理性强 ,对参数变化反应灵敏 。

川西亚高山针叶林与针阔混交林凋落量及养分归还动态

本文选择川西亚高山针叶纯林和针阔混交林作为研究对象,并于2007年7月～12月采用收集框法研究了森林凋落物量以及N、P、K养分归还量。结果表明,混交林凋落量(2 090.47 kg·hm-2)比针叶林凋落量(1 189.59kg.hm-2)高出43%,林分凋落动态和归还动态呈单峰型,其高峰都出现在10月份。混交林中阔叶对凋落量的贡献达69%。同时,阔叶的养分归还量大于针叶的养分归还量。混交林和针叶林养分归还量都表现为N﹥K﹥P,针阔混交林凋落物养分归还量大于针叶林。在川西亚高山地区针阔混交林比针叶纯林具有更强的自肥能力。

林窗对川西亚高山云杉人工林土壤呼吸的影响

为了解林窗对川西亚高山粗枝云杉(Picea asperata)人工林土壤呼吸的影响,采用CO2通量全自动监测系统对川西亚高山粗枝云杉人工林林窗和林内土壤呼吸及土壤温度、水分进行为期两年的连续观测,比较分析林窗和林内环境因子和土壤呼吸速率的变化.结果表明:川西亚高山粗枝云杉人工林林窗和林内的土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率均具有显著的季节动态.在生长季节(4-10月),林窗效应使土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率较林内分别增加了48.8%、19.3%和18.6%;而冬季(11月-翌年3月)两种环境之间并无显著差异.林窗和林内土壤呼吸速率和土壤温度均呈显著指数相关(P<0.01),与土壤水分呈显著线性相关(P<0.05).林窗和林内的土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))分别为2.46和3.01.综上所述,林窗效应对川西亚高山森林土壤呼吸具有显著刺激作用,且有明显的季节动态特征.(图3表1参33)

增温和CO_2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤微生物群落结构的影响

土壤是陆地生态系统中最主要的碳库,土壤微生物是土壤的重要组成部分,其群落结构对全球变化十分敏感,研究气候变化背景下土壤微生物群落结构的变化对于预测陆地生态系统净碳平衡有着重要的作用.通过全自动微气候控制的"人工模拟气候实验系统"对川西亚高山针叶林土壤进行模拟增温(ET)、CO_2浓度加倍(EC)以及增温^+CO_2浓度加倍(ETC)处理,采用磷脂脂肪酸法(Phospholipid fatty acids,PLFAs)研究ET、EC及ETC对土壤中微生物群落结构的影响,结果表明:(1)与对照相比,ETC、EC、ET均使总磷脂脂肪酸含量显著降低,降低幅度分别为52.8%、47.8%、31.3%.(2)ETC、EC和ET均使细菌、真菌、革兰氏阴性菌(G-)的PLFAs含量显著降低(P<0.01),ETC的降幅大于EC和ET;ETC、EC显著降低了革兰氏阳性菌(G^+)的PLFAs含量,但ET对G^+的PLFAs含量没有显著影响.(3)ETC使G^+/G^-比值显著升高,使真菌/细菌比值显著降低,但EC、ET对G^+/G^-、真菌/细菌比值没有显著影响;同时,ETC、EC、ET对放线菌和菌根真菌的PLFAs含量均没有显著影响.本研究表明,ETC、EC、ET处理均能使土壤微生物群落结构发生变化,并且ETC对土壤微生物群落结构的影响大于单独的ET或EC.

川西地区7种常见彩叶树种凋落物分解

凋落物分解是森林土壤碳和养分的重要来源.彩叶林为川西地区重要的生态系统类型之一,为探索川西地区常见彩叶树种凋落物分解速率与养分释放,采用尼龙分解袋法研究常见彩叶物种葛罗枫(Acer grosseri)、落叶松(Larix kaempferi)、青榨槭(Acer davidii)、元宝枫(Acer truncatum)、黄栌(Cotinus coggygria)、红桦(Betula albosinensis)和花楸(Sorbuspohuashanensis)凋落物分解过程中的质量损失和养分释放特征.结果表明,分解两年后7种彩叶树种凋落物质量残留率从高到低依次为元宝枫(66.4%)、落叶松(64.1%)、红桦(63.7%)、青榨槭(59.6%)、黄栌(58.9%)、葛罗枫(50.8%)和花楸(50.1%);凋落物质量损失主要发生在第一年,第一年凋落物质量损失率显著高于第二年.两年分解过程中,7种彩叶树种凋落物碳浓度下降,碳表现为净释放.氮磷释放特征在物种间差异显著,其中,花楸凋落物氮磷均表现为净释放.相关性分析表明,初始养分(氮和磷)含量与分解速率呈正相关,而难分解物质(木质素和纤维素)含量与分解速率呈负相关.综上所述,川西彩叶树种凋落物分解和氮磷释放因树种和分解时期而不同,花楸凋落物分解和养分释放速率相对较快;研究结果可为川西彩叶林景观恢复重建的物种选择提供科学依据.

CNN影像输入尺寸和分辨率对川西针叶林植被分类精度的影响

川西亚高山针叶林位于中国西南地区,受多云、多雨、多雾的影响,难以通过卫星影像进行植被分类的研究。为了解决这一难题,本研究选取川西亚高山针叶林的典型区域王朗自然保护区作为研究区,使用多旋翼无人机获取研究区域北部高分辨率RGB影像,结合卷积神经网络进行植被分类;为进一步挖掘卷积神经网络在无人机遥感影像上的潜力,选择语义分割方法(U-Net)进行分类,并根据不同分辨率的无人机影像和不同尺寸下的样本集构建植被分类模型,建立森林指纹库。结果表明:(1)结合无人机可见光影像和CNN模型进行分类能够获得高精度分类结果。在空间分辨率为5 cm,尺寸为256×256像素的情况下达到最优,总体精度为93.21%,Kappa系数为0.90;(2)选择合适的尺寸大小能够提高模型的分类精度。在5 cm的空间分辨率下,尺寸为128×128像素的模型总体精度为82.30%,Kappa系数为0.76;尺寸为256×256像素的模型总体精度为93.21%,Kappa系数为0.90;(3)超高空间分辨率的升高对模型精度的提升是有限的。当空间分辨率从10 cm升到5 cm时,模型的总体精度提高了0.02,Kappa系数提高了0.03,模型的分类精度并没有明显提升。(4)对于区域内代表性不足的植被类型来说,受空间分辨率和尺寸大小的影响要远高于区域内优势树种,特别是空间分辨率的影响最大。在20 cm的空间分辨率下落叶灌木的生产者精度和用户精度均低于70%。综上,利用无人机高分辨率RGB影像结合CNN模型对川西亚高山针叶林的植被分类能够取得高精度分类结果,本研究可为该区域植被分类提供一种自动、准确的方法。