近年来全球干旱事件频发,树木的生长受到严重影响.本研究选取塞罕坝机械林场不同密度(1950、2355和2595株·hm-2)的华北落叶松人工林,采集树芯,计算单木胸高断面积增量(BAI),研究华北落叶松的径向生长对干旱事件的生态弹性(抵抗力、恢复力和恢复弹力).结果表明:干旱事件发生在2006-2010年、2015年和2018年.3次干旱期间,除第2次干旱时密度为2355株·hm-2的林分(抵抗力为0.69)外,其余林分的抵抗力为0.76～2.01,均表现出较高的抵抗力.密度为2595株·hm-2的华北落叶松的抵抗力随3次干旱事件显著降低,密度为1950和2355株·hm-2的华北落叶松的抵抗力随着3次干旱事件无显著变化.不同密度华北落叶松对同一次干旱事件的恢复力无显著差异,且均随干旱事件的发生呈显著上升趋势.不同密度华北落叶松对第1次干旱事件的恢复弹力无显著差异,密度为2595株·hm-2的华北落叶松对第二、三次干旱事件的恢复弹力分别显著低于密度为1950和2355株·hm-2的华北落叶松.密度为2595株·hm-2的华北落叶松在第2次干旱事件(2015年)时出现明显的生长衰退(生长变化率为-26.5％),而密度为1950和2355株·hm-2的华北落叶松无显著生长衰退.总的来说,密度为2595株·hm-2的华北落叶松对干旱事件的恢复弹力最差.

为探究升温突变对树木径向生长的影响,本研究以塞罕坝地区、庞泉沟地区、丰宁地区的华北落叶松天然林为对象,基于树木年轮学方法,利用Mann-Kendall检验升温突变发生时间,分析升温突变前后三地华北落叶松径向生长规律及其与月气候数据的相关关系.结果表明:塞罕坝地区、庞泉沟地区、丰宁地区发生升温突变的时间分别是1987年、1994年和1989年.升温突变前三地华北落叶松径向生长均无显著变化趋势;升温突变后塞罕坝地区华北落叶松径向生长显著下降(下降速率为0.08·10 a-1),庞泉沟地区华北落叶松径向生长显著上升(上升速率为0.10·10a-1),丰宁地区无显著变化.升温突变前,塞罕坝地区华北落叶松径向生长与5、6月的月均最高温呈显著正相关;升温突变后,与7月降水量呈显著正相关,与上一年9月—当年7月标准化降水蒸散指数(SPEI)呈显著正相关.升温突变前,庞泉沟地区华北落叶松径向生长与各月气候因子无显著关系;升温突变后,其与前一年9月月均最低温呈显著正相关.升温突变前,丰宁地区华北落叶松径向生长与7月月均最低温呈显著负相关;升温突变后,其与6月月均温、月均最高温呈显著负相关.升温突变后塞罕坝地区华北落叶松径向生长受到干旱胁迫,未来若温度持续升高丰宁地区华北落叶松也将受到干旱胁迫,而升温有利于庞泉沟地区华北落叶松的径向生长.

为揭示混交林中阳性树种华北落叶松和阴性树种白杄径向生长对气候因子的响应及对干旱的生态弹性差异,构建河北塞罕坝头道沟和山西宁武县、岢岚县3个混交林中华北落叶松和白杄的标准年表,分析气候因子与各年表之间的相关性,研究华北落叶松和白杄应对干旱胁迫的抵抗力(Rc)、恢复力(Rt)、恢复弹力(Rs)差异.结果表明:在3个混交林中,华北落叶松和白杄径向生长与当年5-7月的平均气温、最高气温呈显著负相关,并且均与5-9月的帕默尔干旱指数(PDSI)呈显著正相关.干旱胁迫导致的树木径向生长下降在不同树种间具有明显差异,这种差异在树种间不同的生理生态调节策略中有所体现.在3个研究地点,白杄的抵抗力均显著高于华北落叶松,而华北落叶松的恢复力、恢复弹力显著高于白杄.因此,白杄比华北落叶松表现出更好的抗旱能力.在全球变暖背景下,相较于白杄,该地区华北落叶松可能面临更大的生长波动风险.

为探讨塞罕坝自然保护区植被景观动态变化规律及其驱动机制,本文基于3期Landsat TM影像数据(1989、2000和2013年),应用随机森林分类算法和Logistic回归模型,借助土地动态度指标,分析了1989-2013年研究区各植被类型的变化及引起其变化的驱动因素.结果表明:1989-2013年间,灌木林所占比例较小;研究区植被景观变化的主要特征是灌木林的迅速减少和人工林的持续增加,草地和天然次生林变化不明显;不同时期影响各植被类型变化的驱动因素不同,1989-2000年,社会因素如距道路距离、造林总投资是影响各植被类型变化的主要因素,2000-2013年,随着“天保工程”的实施以及自然保护区的成立,自然因素如高程、坡向的影响逐渐加强;社会活动主导了研究区的植被景观动态,而自然因素在一定程度上决定了植被类型的分布格局.

为研究近自然森林经营下的樟子松人工林不同林分类型对昆虫群落多样性的影响,本文以塞罕坝自然保护区内的樟子松纯林与混交林作为研究对象,对5种林分类型(樟子松、樟子松-落叶松、樟子松-白桦、樟子松-山荆子、樟子松-落叶松-白桦-山荆子-山刺玫)中的昆虫多样性进行分析.共获得昆虫标本9617头,隶属于7目70科195种,以双翅目、半翅目和鞘翅目为优势类群.5种不同林分类型中的昆虫物种均比较丰富,且各林分类型之间的昆虫群落结构均处于中等不相似水平,樟子松混交林内的昆虫物种数和个体数均高于纯林,但昆虫群落特征指数在不同林分类型之间无显著差异.主成分分析显示,植食性类群、捕食性类群和寄生性类群是构成昆虫群落结构的主要成分,且捕食性和寄生性等天敌类群对植食性类群的制约作用较强,各林分内昆虫群落结构均具有较高的稳定性.

在河北塞罕坝机械林场的华北落叶松3个不同类型人工林设立典型样地, 研究落叶松白桦混交林、落叶松樟子松混交林、落叶松纯林的土壤理化性质和林地凋落物现存量等17项指标, 分析这些指标在0-50 cm共5个土层间的差异情况.结果表明: (1) 在土壤剖面上随土层加深, 3种林型土壤容重均逐渐增加;土壤水分、有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾、电导率呈减小的趋势;孔隙度和全钾变化不显著. (2) 在同一土层, 土壤容重和p H总体表现为落叶松白桦混交林最低, 落叶松纯林最高;林地凋落物现存量、土壤水分、有机质、氮、磷、钾、电导率均表现为落叶松白桦混交林最高, 落叶松纯林和落叶松樟子松混交林无显著差异. (3) 相关性分析表明容重与土壤水分、孔隙度、全钾、速效钾呈极显著负相关, 与非毛管孔隙度、有机质、有效磷呈显著负相关;有机质、氮、磷、钾元素之间均有显著正相关关系, 全氮、全磷、全钾与凋落物未分解层现存量都呈显著正相关.因此认为在3种林型中, 落叶松白桦针阔混交林土壤理化性质明显优于落叶松樟子松混交林、落叶松纯林;结果可为合理利用森林土壤、科学营造华北落叶松人工林提供依据.

受损景观是由不同比例的植被斑块组成的镶嵌体,阐明植被斑块的景观结构特征对物种多样性的影响,有助于提高受损景观物种多样性保护.在塞罕坝自然保护区选取38个天然植被斑块,其中包括12个草地、11个灌木林和15个天然次生林.根据光合作用的不同途径将草本物种划分为C3和C4功能群.选取斑块面积、形状指数、隔离度指数及每个斑块500 m缓冲区内的森林和草地比例作为景观因子.通过结构方程模型探讨C3、C4草本物种丰富度与景观因子的相互关系.斑块面积(2.18-74.06 hm2)与C3、C4草本及总物种丰富度分布格局均具有显著的正相关关系(P＜0.05),且对C3草本的影响最大;形状指数(1.06-3.11)、隔离度指数(33.51-327.65)对C3、C4草本及总物种丰富度影响不显著(P＞ 0.05);C3、C4草本及总物种丰富度与毗邻斑块草地比例(4.20％-64.95％)呈正相关,而与森林比例(35.05％-95.80％)呈负相关.研究区斑块面积和毗邻斑块植被构成是影响C3、C4草本植物的主要因素.在破碎化景观中保存面积大的天然植被斑块及提高毗邻斑块草地比例是保护关键C3、C4草本植物物种的有效途径.

2017年5至8月,在河北省塞罕坝录制了80只繁殖期雄性褐柳莺(Phylloscopus fuscatus)的鸣唱,对其鸣唱句型和句子参数以及音节类型的变化进行了定量分析.褐柳莺鸣唱的两种主要句型—-S-song和V-song,前者(F3,75=17.983,P＜0.05)和后者(F3.75=17.983,P＜0.05)的使用频次在不同月份间均存在显著差异.S-song的使用频次多于V-song的使用频次,且二者在繁殖季的变化表现出相反的趋势:S-song使用频次在5月和8月较高,在6月最低;而V-song的使用频次却是在6月达到最高值,在5月和8月较低.不同月份鸣唱句子最高频率(F3,75=4.841,P＜0.05)、句子频宽(F3,75=3.814,P＜0.05)和句子峰频率(F3,75=3.793,P＜0.05)均存在显著差异.通过80只个体的2 400个鸣唱语句得到了65种音节类型,其中,80％以上的音节类型在每个月中均有分布,但每月音节类型数存在显著差异(F3,75=5.456,P＜0.05).音节类型数量随繁殖季的变化表现为,7月褐柳莺鸣唱中具有最多的音节类型数(19.79±3.69),5月和8月音节类型数较少,8月最少.

目的 掌握河北省承德市塞罕坝自然保护区内硬蜱种类及其分子特征,明确该地区蜱类的分类地位,为相关蜱媒传染病的防控制提供参考. 方法 2018年4-9月间,采用布旗法捕捉该地区森林、草地、灌丛3种生境内自由生活的蜱类;提取蜱基因组,PCR扩增2种硬蜱的线粒体16S rDNA和COⅠ基因片段,并进行同源性分析.基于邻接法和最大简约法,用Mega 7.0软件分别构建系统发生树,进行遗传进化分析. 结果 在植被上共采集蜱231头,分为1科2属2种,其中全沟硬蜱212头,嗜群血蜱19头.PCR扩增嗜群血蜱标本(QS11) 16S rDNA和COⅠ扩增基因片段长度分别是434 bp和712 bp,全沟硬蜱标本(QG13) 16S rDNA、CO Ⅰ基因片段长度是445 bp、735 bp.嗜群血蜱标本和全沟硬蜱标本的16S rDNA序列、COⅠ序列与GenBank中已登录的2种硬蜱对应基因聚类,且在一个进化分支上;嗜群血蜱标本16S rDNA、CO Ⅰ序列与已登录嗜群血蜱相同基因序列的同源性分别为98.2％和98.1％,遗传距离分别为0.035和0.028;全沟硬蜱2个基因与已登录基因的同源性分别为98.3％和97.4％,遗传距离分别为0.067和0.104. 结论 塞罕坝自然保护区内优势蜱种是全沟硬蜱且存在嗜群血蜱.两蜱种16S rDNA、CO Ⅰ与序列存在多样性和地域差异性.

以中国东部纬度梯度上3种典型森林(神农架、 塞罕坝、 呼中)为对象,分析不同生活型植物的叶厚、叶面积、比叶面积和叶干物质含量4个主要叶属性随纬度的变化规律及各属性间的关联,以此研究植物主要叶片属性对环境的适应机制.结果显示,随着纬度的增加,叶厚度先降后增,叶面积显著降低,神农架的叶面积值是塞罕坝的2.3倍,是呼中的5.8倍,叶干物质含量无显著变化,比叶面积先增后降.叶厚度与比叶面积呈极显著负相关,与叶干物质含量呈极显著正相关,比叶面积与叶干物质含量呈极显著负相关.林型对叶厚度、叶面积、比叶面积变异的解释率最大,分别为75.99％、80.23％、59.96％,生活型对叶干物质含量变异的解释率最大(86.79％),不同生活型植物比叶面积与叶干物质含量间的关联随纬度增加无明显变化,且保持负相关关系不变.研究结果表明不同林型和生活型对叶属性的变异起着重要的调控作用,而叶片对外界环境的适应性差异,导致了不同气候带上森林叶片功能属性的差异.