增温对川西亚高山针叶林内不同光环境下红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响

川西亚高山针叶林是青藏高原东部高寒林区的重要组成部分,也是研究全球变化对森林生态系统影响的重要森林类型。开展亚高山针叶林不同树种对气候变暖响应差异的研究,可为预测未来气候变暖背景下亚高山针叶林植被组成和森林动态提供科学依据。我们以川西亚高山针叶林两种主要树种——红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究材料,采用开顶式增温法(Open-top chamber,OTC)模拟气候变暖,研究了增温对全光条件和林下低光环境中(约为全光的10%)生长的红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响。在人工林环境下,OTC使增温框内平均气温和地表温度分别升高了0.51和0.33℃;而在林外空地处,OTC使二者分别升高了0.69和0.41℃。研究结果显示,增温总体上促进了两种幼苗的生长和生理过程,并促使幼苗将更多的生物量投入到其同化部位——叶,使幼苗的根冠比(R/S)显著降低。增温通过增加叶片的光合色素含量和表观量子效率等光合参数,促进了幼苗的光合过程和生长。然而,增温对两种幼苗生长和生理的影响效果与植物种类及其所处的光环境有关。增温仅在林外全光条件下显著影响红桦幼苗的生长和生理过程。岷江冷杉幼苗对增温的响应与红桦相反,即增温仅在林下低光环境下对岷江冷杉幼苗的生长和生理过程有明显促进作用。这种响应差异可能赋予这两种植物在未来气候变暖背景下面对外界环境变化时具有不同的适应能力和竞争优势,从而对亚高山针叶林生态系统物种组成和森林动态产生潜在影响。

森林资源质量状况评价方法及其在川西米亚罗林区的应用

为明确每一森林小班内森林资源的质量状况,以便为林场采取合理的森林经营措施提供科学依据。以森林小班调查内容为基础,借鉴前人的研究成果,结合专家咨询,构建了一套森林资源质量状况的评价指标体系,并提出了简便易行、贴近生产实践的森林资源质量状况评价方法。评价指标体系由森林的自然性、森林生产力的维持能力和森林群落的结构完整性与稳定性3个方面构成,包括林分起源、龄组、林分密度等15个评价指标。采用层次分析法、专家咨询法确定各评价指标的权重值,并引入黄金分割理论,结合专家意见、相关标准规范划分了各评价指标的评价级别及其得分。整个林场森林资源质量状况等级根据森林小班评价结果的加权得出。以川西林业局管辖的301林场和303林场为例进行了评价试用,结果表明:301林场的一级质量小班数比例为45.65%,森林资源质量状况评价得分为0.59,评价级别为二级(一般);303林场的一级质量小班数比例为64.80%,森林资源质量状况评价得分为0.63,评价级别为一级(好)。结合有关研究成果和研究区域的实际情况,认为评价结果能较客观地反映森林资源质量的真实状况,评价方法具有较强的实用性。探讨了本方法在森林资源质量状况评价研究中的优缺点。

川西米亚罗林区云冷杉林健康状况评价

采用目标法和专家咨询法,建立一套结构由目标层、准则层和指标层组成的森林群落健康评价指标体系,其中准则层包括群落结构完整性、林分稳定性、林分生长状况3个方面,指标层包括郁闭度、下木总盖度、建群种平均胸径等9个指标。以森林小班为评价单元,对四川省阿坝州川西林业局301林场云、冷杉林进行森林群落健康状况评价。结果显示:301林场健康林分占有比例最小,其中健康云杉林面积占云杉林面积的13.82%,健康冷杉林面积占冷杉林面积的1.46%。亚健康林分比例最大,亚健康云杉林面积占云杉林面积的83.46%,亚健康冷杉林面积占冷杉林面积的76.03%。不健康林分比例也比较小,不健康云杉林面积占云杉林面积的2.71%,不健康冷杉林面积占冷杉林面积的22.51%。最后初步分析造成目前这种森林群落健康状况的主要原因。

高山林线交错带高山杜鹃的凋落物分解

凋落物分解是维持生态系统生产力、养分循环、土壤有机质形成的关键生态过程。高山林线交错带是陆地生态系统中对气候变化响应的敏感区域。季节变化和海拔梯度上的植被类型差异可能会影响该区域凋落物的分解,进而对高山生态系统的碳氮循环产生重要影响。采用凋落物分解袋的方法,研究了川西高山林线交错带优势种高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在雪被期和生长季的分解特征。结果显示:(1)季节变化和植被类型对高山杜鹃凋落物的分解均具有显著影响(P<0.05),凋落叶的质量损失主要发生在生长季且在高山林线最大,暗针叶林中雪被期的质量损失略高于生长季,但差异不显著;(2)林线交错带上高山杜鹃凋落叶分解缓慢,一年干物质失重率为9.62%,拟合分解系数k为0.145;(3)高山杜鹃凋落叶的质量变化主要体现在纤维素降解显著且集中在雪被期,木质素无明显降解,在高山林线上C/N、C/P、木质素/N变化幅度较小且C、N、P的释放表现得稳定而持续。结果表明,季节性雪被对林线交错带内高山杜鹃分解的影响不仅局限在雪被期内,雪被融化期间频繁的冻融作用和雪融水淋洗作用可能会促进高山杜鹃凋落物在生长季初期的分解。总的来看,在气候变暖的情景下,雪被的缩减、生长季的延长和高山杜鹃群落的扩张可能加速高山林线交错带高山杜鹃凋落物的分解。

人工针叶林林下11种植物叶片解剖特征对不同生境的适应性

人工林内两种主要生境(林窗和林内)的光照条件存在着显著差异,而这种差异也是影响人工林林下植物叶片形态和结构的重要环境因子。对川西米亚罗林区60a人工云杉林2种不同生境(林窗和林内)的11种植物比叶重、叶片解剖结构及气孔特征等进行了比较研究,结果显示:林窗生境中11种供试植物比叶重(LMA)均显著大于林内生境;多数阔叶物种叶片厚度(LT)、栅栏组织厚度(PT)、栅栏组织厚度/海绵组织厚度(PT/ST)、栅栏细胞层数在林窗生境中更大或更多,但叶表皮细胞厚度(UET、LET)、海绵组织厚度(ST)在两种生境中无显著差异;林窗生境中生长的各物种栅栏细胞均为长形且长度大于林内生长的相同物种;不同物种气孔密度(SD)对两种生境有一致的响应趋势,但显著程度有异,除三褶脉紫菀外10种植物的气孔长径(SL)受两种生境影响不大,这与气孔特性受多种环境因素制约,且各种因素对气孔作用效应和作用方面不同有关。结合各物种喜光特性综合分析后认为同一群落的林下植物对光生境具有一定程度的趋同适应性;从可塑性方面分析发现叶片光合组织的可塑性大于非光合组织,且各物种叶片平均可塑性与喜光特性基本吻合。

青藏高原东缘不同林龄云杉林冬季土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO2分析法(IRGA),连续定位测定青藏高原东部4种不同恢复阶段的人工云杉林和原始云杉林在冬季(2007.11.01～2008.03.31)的土壤呼吸,用挖壕沟法同步区分土壤自养呼吸和异养呼吸,并同步测定土壤5cm温度和水分.结果表明,土壤5cm温度与冬季土壤呼吸速率具有显著的正指数相关关系,土壤含水量与冬季土壤呼吸的相关性不明显.亚高山针叶林冬季土壤呼吸温度系数Q10值为3.1803～6.5469,不同年龄阶段针叶林的Q10值大小依次为:35a人工云杉林>47a人工云杉林>65a人工云杉林>22a人工云杉林>原始云杉林.22a、35a、47a、65a人工云杉林和原始云杉林冬季土壤总呼吸碳释放通量别为200.16、196.23、166.71、228.47、261.75g(C)m-2,随着森林恢复更新,冬季土壤呼吸通量呈现出先下降后升高的趋势,这种变化趋势的拐点出现在47a人工林附近.温度是影响土壤自养呼吸贡献率和异养呼吸贡献率的主要因子,温度与异养呼吸贡献率成负相关.22a、35a、47a、65a人工云杉林和原始云杉林冬季土壤的自养呼吸和异养呼吸碳释放通量平均值分别为133.44、134.04、115.97、166.05、199.07g(C)m-2和66.71、62.20、50.73、62.43、62.68g(C)m-2.

川西米亚罗林区冷杉林群落特征与生态因子的关系

冷杉林是川西高山峡谷地区的地带性植被。以米亚罗林区的森林小班数据为基础,分析了该地区天然冷杉林的树高、胸径和蓄积量随不同生态因子的变化趋势及分布格局,并探讨了冷杉林最适宜的分布环境。结果表明:冷杉林的树高和胸径随着海拔的升高均呈现单峰曲线变化趋势,蓄积量则随着海拔梯度的升高呈波动上升趋势,这些现象可能与小环境的变化、人为干扰有关;冷杉林的适宜生态因子范围为:海拔3500～4000m、土壤厚度50～79cm、坡度40°～49°的中、上位阴坡和半阴坡;海拔3800～3900m为冷杉林的最集中分布区域,该区域中影响冷杉林群落特征的生态因子排序为坡位、土壤厚度、坡度、坡向。

连续三年夜间增温和施氮对云杉外生菌根及菌根真菌多样性的影响

以西南亚高山针叶林建群种粗枝云杉(Picea asperata)为研究对象,采用红外加热模拟增温结合外施氮肥(NH4NO325 g N m-2a-1)的方法,研究连续3a夜间增温和施肥对云杉幼苗外生菌根侵染率、土壤外生菌根真菌生物量及其群落多样性的影响。结果表明:夜间增温对云杉外生菌根侵染率的影响具有季节性及根级差异。夜间增温对春季(2011年5月)云杉1级根,夏季(2011年7月)和秋季(2010年10月)云杉2级根侵染率影响显著。除2011年7月1级根外,施氮对云杉1、2级根侵染率无显著影响。夜间增温对土壤中外生菌根真菌的生物量和群落多样性无显著影响,施氮及增温与施氮联合处理使土壤中外生菌根真菌生物量显著降低,但却提高了外生菌根真菌群落的多样性。这说明云杉幼苗外生菌根侵染率对温度较敏感,土壤外生菌根真菌生物量及其群落多样性对施氮较敏感。这为进一步研究该区域亚高山针叶林地下过程对全球气候变化的响应机制提供了科学依据。

不同林龄云杉人工林的根系分泌物与土壤微生物

采用野外原位收集方法,对川西米亚罗林区不同林龄(9、13、31年)的粗枝云杉人工林根系分泌物和土壤微生物进行了研究.结果表明:不同林龄粗枝云杉人工林根系的单位质量、长度、面积及根尖分泌速率存在显著差异,表现为9年生云杉林的分泌速率显著大于13年生和31年生云杉林.13年生云杉林的根系活力显著小于9年生和31年生云杉林.不同林龄粗枝云杉人工林的根际土、非根际土微生物量碳(MBC)和氮(MBN)存在显著差异,根际土表现为31年生>13年生>9年生,非根际土为13年生>31年生>9年生.随林龄的增加,粗枝云杉的根际土细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸含量及总量呈现出高-低-高的变化趋势,而非根际土细菌、真菌磷脂脂肪酸含量、总量及真菌/细菌呈低-高-低的趋势.粗枝云杉根系对土壤MBC、MBN及功能群磷脂脂肪酸含量具有正根际效应.