科尔沁沙地南缘樟子松人工林碳汇及对气候因子的响应

[目的]以科尔沁沙地南缘不同初植密度沙地樟子松人工林为研究对象,旨在明晰不同初植密度林分碳储量、碳汇功能及其对气候的响应机制,以便于评估森林生态系统的固碳功能及其适应性管理。[方法]利用林分胸高断面积估算樟子松人工林碳储量及固碳速率,结合气象因子分析其对温度、降水及蒸发的响应,利用GM(1,1)灰色预测模型对2030年林分碳储量进行预测。[结果]不同初植密度樟子松人工林碳储量和固碳速率年际波动趋势基本一致,碳储量逐年增加,固碳速率曲线呈“U”形。初植密度过低或者过高均降低樟子松人工林碳汇能力;在林龄29年之前,碳汇强度最高林分初植密度为1500~2000株/hm^(2),31~42年林龄的林分最优密度为1000~1200株/hm^(2)。林分碳储量随林分密度增加而增加,且二者拟合公式符合Logarithm方程。樟子松人工林固碳速率对降雨无响应。不同初植密度林分的气温对固碳速率响应模式不同,前一年8月及当年3,5,6,7月平均气温是限制高密度、极高密度樟子松人工林碳汇的主要气候因子;前一年8月及当年3,10月平均气温是限制低密度、中密度樟子松人工林碳汇的主要气候因子。由蒸发和密度林固碳速率相关分析可知,低密度樟子松人工林碳汇对蒸发的响应更为敏感。基于GM(1,1)灰色模型可知,过高或者过低初植密度均降低未来樟子松人工林固碳潜力,固碳速率最优初植林分密度为1772株/hm^(2)。[结论]林分初植密度对沙地樟子松林的碳储量和碳汇及其对气候响应存在明显影响,初植密度调整可能是气候变化下樟子松人工林适应管理的关键措施之一。

科尔沁沙地南缘樟子松林蒸腾强度的年际变化及与降水、地下水位间的关系

【目的】通过连续、长期监测科尔沁沙地樟子松蒸腾过程,确定蒸腾用水量的年际变化规律及与降水、地下水位间的关系,明确樟子松的水分利用特征,为提高樟子松科学经营管理水平提供参考。【方法】利用热扩散式树干液流计对科尔沁沙地南缘章古台地区樟子松树干液流速率(J s)与林分生长过程开展为期9年(2010—2018年)的连续监测,并同步监测气象、地下水位、土壤水分等环境因子。【结果】中等密度的樟子松林(404株•hm^-2)生长季(4—10月)的多年平均蒸腾强度为163.7 mm•a^-1,最高为209.5 mm•a^-1。蒸腾强度的季节变化总体上可划分为上升期(4—7月)和下降期(7—10月)2个阶段,4、7、10三个月份的日均蒸腾强度(T s)分别为0.54、0.98和0.36 mm•d^-1,日蒸腾强度最高可达1.99 mm•d^-1。科尔沁沙地樟子松林分年蒸腾与年降水的比例(蒸/降比)多年平均为31.5%,在16.6%-54.7%间变动。在月尺度上,数据标准化后的樟子松蒸腾强度(T s)与月降水量(P r)、地下水位月均值(G)、太阳辐射月均值(PY)、0-60 cm层土壤体积含水率月均值(θ0-60 cm)间的回归关系式为:T s=0.04348+0.22299×P r-0.42464×G+1.20193×PY+0.30718×θ0-60 cm(R^2=0.58),太阳辐射对蒸腾强度的影响最大。【结论】科尔沁沙地南缘中等密度樟子松林分年蒸腾量约占年降水量的1/3,最多不超过55.0%。樟子松蒸腾能力(蒸腾强度与太阳辐射的比值)的年际变化总体上与由降水主导的从干变湿或由湿变干的水文年际变化趋势相符合,也与地下水位的年际变化规律基本吻合,但并不完全一致。

科尔沁沙地南缘樟子松人工林对土壤水盐的影响

为掌握科尔沁沙地南缘樟子松造林40多年对土壤水分、盐度的影响。以科尔沁沙地樟子松林地、草地2020年3月至2021年11月土壤、气象数据为基础,采用双累积曲线法(DCM)验证样地选取的合理性,利用空间代替时间法(STM)研究樟子松林地、草地土壤含水量、盐度的变化规律,以及与气象因子关系的差异。樟子松林地改变了土壤纵向剖面水分、盐度分布规律,二者均趋于正“S”形分布;林地有效提高土壤储水量(p<0.05),降低土壤盐度,缩减水分次活跃层范围;林地土壤水分变异性更高(p<0.05),盐度变异性更低(p>0.05);林地的气象因子与土壤水分、盐度指标各分项之间关联程度与草地不同,减弱与降雨的相关性,增加与水汽压亏缺的相关系数。樟子松林生态系统具有较强的涵养水源、抑制土壤盐渍化的功能。

科尔沁沙地樟子松人工林对沙尘沉降的影响

收集2020—2021年科尔沁沙地南部樟子松人工林内的降尘和森林土壤进行研究分析。结果表明,樟子松人工林对沙尘天气能起到良好的消减沙尘作用,颗粒物沉降量与离林缘距离呈显著负相关(P<0.05)。且距离林分中心越近,尘降的沙粒含量越低,其有机质和全氮含量越高。受降尘影响,森林土壤养分与离林缘距离呈显著正相关(P<0.05),距离林缘越远,土壤有机质和全氮含量越高。樟子松人工林对科尔沁沙地起到了消减沙尘、培肥地力的良好作用。

沙地樟子松人工林密度调控技术研究

针对沙地樟子松人工林,分别对其幼龄期、中龄期、近熟期连续进行密度调控技术试验,结果表明:密度调控对沙地樟子松人工林胸径、蓄积生长影响显著,对树高影响不显著。幼龄期适宜保留密度为1300~1400株·hm^(-2),中龄期适宜保留密度为900~1000株·hm^(-2),近熟期适宜保留密度为500~600株·hm^(-2)。首次密度调控时间以14~16年生为宜,间隔期为5~7年。

辽西北沙地常见针叶树光合特征比较

本文研究分析了当地5种常见针叶树在辽宁省西北部沙地的光合特征,结果表明:在光合速率方面,最低的是长白松,最高的是彰武松,并且5种针叶树均呈现出双峰曲线的变化规律;5种针叶树的光合能力在0~2000μmol·m-2·s-1范围内,由强到弱分别为彰武松、油松、樟子松、赤松、长白松;光补偿点较高的为樟子松和赤松,暗呼吸速率最大的为樟子松。

辽西北风沙区典型利用类型下的土壤水分变化特征

选取科尔沁沙地南缘不同土地利用类型为研究对象,在2022年4—10月对0~150 cm土层土壤含水率进行测量,分析樟子松人工林、灌木林地、草地、农田、半固定沙地5种方式下土壤垂直剖面含水率分布特征、土壤储水量变化特征、土壤蒸散发变化特征。结果表明:灌木林和草地的土壤含水率分布呈“W”形;樟子松人工林、半固定沙地的含水率分布呈“U”形;农田含水率分布呈倒“U”形,且含水率最小值位置与该土地利用类型植被根系分布情况有关。不同土地利用类型土壤储水量具有明显的季节性变化特征,且于降雨量变化基本一致。5种土地利用类型土壤水分皆为盈余状态,其中草地的保墒效果最好。因此,该地区的生态植被应优先考虑修复草本或疏林草地,以利于维护土壤水环境及其可持续利用。

彰武县北部沙区沙尘天气特征研究

利用2010—2021年辽宁省彰武县章古台镇的沙尘天气观测资料,分析了彰武北部沙区的沙尘天气特征。结果表明:彰武县北部沙区2010—2021年每年平均发生12.8次沙尘天气,以扬沙天气为主。沙尘天气主要集中在4月和5月,白天11:00—19:00相对较多,夜间较少,凌晨4:00—7:00最少。发生沙尘天气时西南风、南风较多,其次是西北风,持续的5级风就可以引发沙尘天气。每年沙尘次数与当地冬春季大风日数和平均气温呈显著正相关。

樟子松固沙林林水关系研究进展及对营林实践的指导

中国有着世界上最大面积的人工林,如何维持人工林的可持续性已成为气候变化背景下需要面对的重大挑战。樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)以其抗旱、抗寒、耐贫瘠等优良特性成为中国北方生态治理中最主要的常绿针叶树种之一,近70年来发挥了巨大的防风固沙与生态固碳功能。然而,随着林分的生长与气候变化,樟子松人工固沙林正经历着越来越严峻的环境胁迫,部分地区出现了林分“早衰”或死亡的现象,引起了人们对樟子松固沙林适应与应对气候变化能力的担忧。该文在回溯樟子松基本生物学特征与引种推广历史,系统总结近年来樟子松林林水关系研究新成果的基础上,全面分析了樟子松固沙林林水关系存在的主要矛盾,并提出了基于林水关系相协调的林分经营措施的调整:由倡导防护功能为主的单一目标向包含林分稳定性、生态固碳功能、可持续发展等多目标平衡方向调整;由以沙地森林景观培育为主向以良好土壤生境培育为主的方向调整;由倡导天然更新为主向以人工造林与天然更新相结合的世代更新方向调整。在立足于北方沙地脆弱生境与气候变化客观现实的基础背景下,应坚持樟子松在固沙林生态系统演化过程中的先锋种与建群种地位,基于“以水定绿”原则,采取“隔行带伐+再造林”等方式开展林分密度动态调控,促进林分向异龄林结构演化,促进樟子松固沙林生态服务的优质化和生态固碳功能的最大化。

基于VS模型的樟子松人工林径向生长过程及其气候响应

【目的】利用模型模拟辽宁省章古台地区樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)人工林径向生长过程,探究气候对树木径向生长速率及生长季始末的影响。【方法】选择基于树木年轮生长生理过程的Vaganov-Shashkin模型(VS模型),模拟科尔沁沙地南缘章古台地区的36、52和58年生人工樟子松林的径向生长过程。【结果】VS模型模拟的3个林龄樟子松的轮宽序列与实测值的相关性较高,相关系数分别为0.717、0.748和0.655。利用VS模型进一步分析了樟子松年轮径向生长的生理过程,发现生长季开始与结束时的樟子松生长主要受温度限制,在生长旺盛期主要受土壤湿度影响,土壤湿度也是引起特征窄轮年树木生长速率较低的主要因素;低林龄樟子松林(36年生)要求的温度和水分条件更低,生长季更长,生长速率更大,在生长季内还存在着受温度限制的短暂时期。【结论】VS模型可成功用于研究不同林龄樟子松的生长过程,通过建立樟子松人工林年表与气候响应,发现生长季始末受温度影响,旺盛期的限制性因子为土壤湿度,生长季长短则影响宽窄轮形成。研究结果将有助于我国北方沙区人工樟子松林的气候适应性管理。

不同种源元宝枫叶绿素荧光特性的比较

通过对5个种源的元宝枫幼苗进行叶绿素荧光参数的测定,结果表明:辽宁四合城种源元宝枫的原初光能转化效率、PSⅡ的潜在活性、光化学荧光淬灭系数和光合量子产额较高,非光化学荧光淬灭系数较低,表现出良好的光合生理功能,更适合在辽西北半干旱地区引种栽植。

樟子松人工林自然更新过程中断的机制及可能调控途径

樟子松是中国北方生态防护林的重要树种,其天然林主要分布于大兴安岭北坡和呼伦贝尔沙地一带,而引种营建的人工林则已遍布中国北方,成为“三北”工程建设的主要常绿乔木树种。樟子松天然林自然更新良好,但大部分樟子松人工固沙林自然更新不良或失败,全球气候持续变化更加剧了其自然更新的不确定性,成为威胁三北工程行稳致远的重大隐患。本文梳理了有关樟子松及其原种欧洲赤松自然更新的国内外研究成果,分析了母树特征、生境特征和干扰等关键因子影响自然更新过程的效应与原理。基于与天然林更新过程的比较,划分了樟子松人工林自然更新的5个关键阶段,并明确了各阶段受非生物和生物类因子联合影响的机制。最后,针对改变林地的地下、地表和地上环境条件,分别提出了破土整地、地表火烧、伞护庇荫人工促进更新措施建议,对于推进“三北”工程区樟子松固沙林的世代更新具有积极意义。