为探究胜山阔叶红松(Pinus koraiensis)林粗木质残体(Coarse woody debris,CWD)的形成过程及机制,采用点格局分析法对10.4 hm2大型样地内不同分类的CWD的空间格局、空间关联性进行了研究.结果表明:(1)总CWD在0-7 m尺度聚集分布,7-50 m尺度随机分布.(2)腐烂等级5级CWD、倒木、伐根在所有尺度随机分布;其他CWD随尺度增大由聚集分布转为随机分布,但格局尺度不同(在2-10 m之间).(3)大、中径级与小径级CWD在0-4m、0-6 m尺度正相关;高腐烂等级与低腐烂等级CWD在0-5 m尺度以内正相关;枯立木与倒木在0-4 m尺度正相关;落叶松(Larix gmelinii)CWD与小径级、腐烂等级2级的红皮云杉(Picea koraiensis)CWD在0-3 m尺度正相关,与中径级、腐烂等级1、2级在13-16 m尺度负相关.胜山阔叶红松林CWD的形成是由树种特性、小尺度的个体竞争、大尺度的自然衰老、外界干扰、生境异质性等共同决定的;大、中径级对小径级CWD、先形成对后形成CWD、枯立木对倒木具有一定的正向影响,落叶松对红皮云杉CWD在小尺度有正向影响,而在稍大尺度有负面影响;在一定程度上揭示了该林型CWD的形成过程和机制.

单木分割对于森林资源调查具有重要的意义,不同结构复杂度的森林单木分割算法的选择以及分割参数的选取对分割精度有着很大的影响.以山东田横岛为研究区,基于无人机正射影像与激光雷达数据,首先提取海岛森林典型植被二维与三维特征,然后利用随机森林算法对不同树种的树木进行分类,最后基于分类后的点云数据,选取不同结构复杂度的森林样地,对比分析聚类算法、层堆叠算法、分水岭算法在不同复杂度林区的适用性.结果表明:(1)随机森林算法结合单木二维、三维特征可有效对混交林树木进行分类,模型总体的精度为 94.51%,Kappa系数为 0.9038;(2)聚类算法对结构简单的林区具有更高的分割精度(F=96.41),但依赖于分割参数的选取;面对复杂单木集群,分水岭算法总体得分波动最小(ΔF=14.56),表现出较强的稳定性;(3)混交林预先进行树种分类可有效改善单木分割环境,相比于直接进行单木分割,聚类算法、层堆叠算法、分水岭算法的分割精度均得到不同程度的提升(ΔF1=10.06,ΔF2=9.51,ΔF3=12.6).

大别山五针松(Pinus dabeshanensis)是大别山地区特有树种,对研究松属(Pinus)植物分类、系统发育关系和区系分布具有重要科研价值.当前大别山五针松野生种群自然更新受到严重限制,处于极度濒危状态.为探究大别山五针松野生种群更新受限机制,本研究以大别山五针松及其3种同域分布物种茅栗(Castanea seguinii)、袍栎(Quercus serrata)和华山松(Pinus armandii)为研究对象,通过开展野外调查和种子释放实验,探讨了大别山五针松种子产量以及动物对种子的捕食压力和散布限制对大别山五针松自然更新的影响.结果表明:(1)大别山五针松种子产量较低,在所调查的88株成年母树中,仅有21株产成熟球果(共计312个),且种子败育率高达51.89％±0.07％(平均值±标准误);(2)针对146个球果的鸟类啄食情况调查表明,被鸟类啄食的球果数量为90个,显著高于未被鸟啄食的球果数量(56个),平均啄食强度为8.94％±0.55％;(3)种子掉落地表后,小型啮齿动物和地栖鸟类(主要为松鸦Garrulus glandarius)为主要动物拜访者,其拜访频率在不同物种之间差异显著;其中鸟类对大别山五针松种子的拜访次数(n=77)高于啮齿动物(n=46);(4)种子释放实验结果表明,茅栗种子被收获速率最快,显著高于袍栎和大别山五针松,华山松种子的被收获速率最慢;(5)在释放的2,000粒种子中,共计157粒被成功散布,其中华山松和大别山五针松分别为96粒和57粒,显著多于茅栗(3粒)和枹栎(1粒);(6)茅栗的散布距离最远(13.9±4.0 m),其次是大别山五针松(7.3±0.8 m)、华山松(3.8±0.4 m)和枹栎(1.5 m,仅有1粒被成功散布).综上所述,啮齿动物和鸟类均为大别山五针松种子的潜在散布者,与同域分布的其他植物物种相比,动物并未表现出更高的捕食强度和更低的散布效率,表明种子的被捕食压力和散布限制并非影响大别山五针松自然更新的主要因素.此外,本研究发现,大别山五针松种子产量较低且种子败育率较高,可能是导致其自然更新受阻的重要原因之一.

天然林的林分结构复杂、物种多样性丰富,为分析林分生长与制定合理的森林经营决策方案带来了巨大的挑战.树高-胸径关系对于预测林分生长、制定森林管理经营措施具有重要意义.本文基于48块帽儿山阔叶混交林样地的调查数据,根据树种结构、生长特征及生态学特性将23个树种分为4个树种组,通过再参数化方法建立包含林分、林木竞争、树种混交情况及物种多样性变量的广义模型,并建立样地、树种组两水平混合效应模型,利用留一交叉验证法检验模型的预测能力.结果表明:Ratkowsky(1990)模型为最优基础模型,引入优势木平均高、大于对象木断面积之和、树种占比和Shannon指数能更好地解释帽儿山阔叶混交林树高-胸径关系;引入样地、树种组混合效应模型可显著提高模型的预测精度,Ra2为0.83.此外,在相同梯度的环境因素下,喜光树种比耐荫树种表现出更高的树高.本研究利用所构建的树高-胸径模型分析了树种混交及树木功能性状对树高生长的影响,为精准预测阔叶混交林不同树种的树高以及进一步分析阔叶混交林分生长关系提供理论基础.

土壤微生物在森林生态系统能量流动和物质循环过程中发挥着不可替代的作用.兴安落叶松(Larix gmelinii)是我国大兴安岭地区的优势树种,而阿尔山地区是其在我国分布的最南端,受气候变暖影响较为显著,因此探索兴安落叶松林下土壤微生物群落结构对了解和维护我国东北地区森林生态系统的稳定有重要意义.在本研究中,我们从阿尔山白狼镇、天池镇采集兴安落叶松林下土样,通过高通量测序技术,依据97％相似性原则,将细菌序列划分为5,163个可操作分类单位(operational taxonomic units,OTUs),真菌序列划分为2,439个OTUs,其中门水平优势细菌为放线菌门、变形菌门、疣微菌门、绿弯菌门和酸杆菌门,优势真菌为担子菌门和子囊菌门;属水平上,优势细菌为Candidatus_Udaeobacter,优势真菌属为丝盖伞属(Inocybe)、蜡壳耳属(Sebacina)、Piloderma和棉革菌属(Tomentella).天池镇的细菌多样性显著高于白狼镇,而真菌多样性在两地间无显著差异.土壤pH和阳离子交换量是驱动土壤细菌多样性的主要因子,而土壤全氮和有机碳是驱动真菌多样性的主要因子.土壤全氮、有机碳、速效磷和阳离子交换量是影响土壤细菌群落组成的重要理化因子,而土壤理化性质对真菌群落组成的影响不显著.绿弯菌门的相对多度与pH显著正相关;担子菌门与土壤全氮和有机碳显著负相关,而子囊菌门与土壤全氮、有机碳和阳离子交换量显著正相关.

为探究杉木(Cunninghamia lanceolata)与山杜英(Elaeocarpus sylvestris)的混交效应,以景德镇枫树山林场20年生杉木纯林、山杜英纯林和杉木-山杜英混交林为研究对象,每种林分类型设置3种坡位(上坡、中坡和下坡),分析树种混交对林分生长的影响,并分别探究混交效应对立地条件和生境因子的响应.结果表明:混交林蓄积较预期蓄积增加5%,表现略微增产;混交林中杉木蓄积较杉木纯林增加15%,混交林中山杜英蓄积较山杜英纯林减少13%.相对于纯林,两树种直径分布特征对混交的响应呈相反趋势,混交林中杉木直径分布峰值向高阶移动,而混交林中山杜英直径分布峰值向低阶移动.混交林及其纯林粗根直径-胸径的异速生长分析表明,混交林中杉木生长侧重于树干生长,而山杜英生长侧重于根系生长;无论林型和树种,坡位由上到下,林木生长会侧重于树干生长.杉木-山杜英混交效应与地位指数呈显著负相关(P＜0.05),土壤有效磷是混交林生长的主要限制因子.杉木与山杜英混交可促进林分生长,且混交林对较差立地条件有更好的适应性.

森林动态监测样地是研究群落构建和物种多样性维持机制的重要平台.半湿润常绿阔叶林是滇中高原的地带性植被类型.但由于人类活动的长期影响,半湿润常绿阔叶林天然群落当前仅呈片断化状态,零星分布于偏远山地.参照美国史密森热带研究院热带森林研究中心的样地建设标准,我们分别在云南省曲靖珠江源(ZJY)、楚雄雕翎山(DLS)和大理鸡足山(JZS)建立了面积为 10 ha(500 m × 200 m)、8.24 ha(1 个260 m × 240 m的小样地和2个 100 m × 100 m的小样地)和20.16 ha(720 m × 280 m)的3个森林动态监测样地.本文以这3个样地的植物群落为研究对象,运用背包式激光雷达、激光测距仪等获取相关基础数据,并对各样地的植物群落进行物种鉴定、区系分析、群落分类及群落结构分析.结果表明:(1)3个样地共发现维管植物619种,隶属于120科355属,其中珠江源样地70科120属157种,雕翎山样地92科224属319种,鸡足山样地100科255属353种;(2)DBH＞1 cm的木本植物存活个体共有103,951株,其中珠江源样地24,932株、雕翎山样地25,222株、鸡足山样地53,797株,活个体密度分别为2,493.2株/ha、3,060.9株/ha、2,689.9株/ha;(3)样地群内所有维管植物在属和种水平上的温带区系成分合计占比分别为51.3％和24.7％,中国特有种的比例为33.0％;(4)样地群内的植物群落可分为8个群系,分别为元江栲(Castanopsis orthacantha)群系、高山栲(C.delavayi)群系、白穗石栎(Lithocarpus craibianus)群系、滇石栎(L.dealbatus)群系、云南松(Pinus yunnanensis)群系、黄毛青冈(Cyclobalanopsis dfelavayi)群系、光叶石栎(L.mairei)群系和灰背栎(Quercts senescens)群系;雕翎山样地群系类型最多、珠江源样地最少;(5)鸡足山样地和雕翎山样地乔木树种的径级结构呈倒"J"型,珠江源样地呈单峰型;鸡足山样地在80-100年以前经历过一次局部性的严重干扰,雕翎山样地在50-80年前后经历过一次普遍性的轻中度干扰迹象,珠江源样地在37年前曾经历过一次覆盖性的火干扰,样地间森林群系类型和径级结构的差异主要取决于群落演替程度和地形差异.

森林的垂直结构是地上植被要素在垂直方向上的排列,它影响动植物多样性和生态系统功能,是许多植物生态学家关注的重点.背包激光雷达技术的发展为大面积、高精度扫描三维森林结构提供了基础.直观反映生物量的冠层高度(canopy height,CH)、代表植物光合能力的叶面积指数(leaf area index,LAI)和单木尺度上的特征是森林垂直结构最重要的参数.本研究旨在探索鸡足山半湿润常绿阔叶林样地尺度和单木尺度上的垂直结构特征.本研究基于背包激光雷达,对滇中高原20.16ha半湿润常绿阔叶林样地群落的CH和LAI进行了精细扫描和点云定量分析,在进行地形校正和群落分类的基础上,精细提取和分析了森林群落的叶面积指数的垂直变化和水平格局,并定量提取了群落常见乔木种的单木形态和垂直结构参数.结果显示:(1)以20 m × 20 m标准样方为统计单位的CH和LAI的分布接近正态分布;(2)根据LAI的垂直分布,森林动态监测样地群落冠层由上至下可划分为林冠上层、林冠中层、林冠下层与灌木层4个层次;(3)元江栲(Castanopsis orthacantha)和高山栲(C.delavayi)群落的LAI垂直变化呈单峰格局,峰值高度分别为15 m和13 m,云南松(Pinus yunnanensis)群落为双峰格局,峰值高度为5 m和10 m;(4)不同树种的各单木参数表现出较大的差异性,但冠幅面积/胸径比表现出相对的稳定性.本研究在国内首次基于激光雷达技术定量分析具有复杂结构的半湿润常绿阔叶林的叶面积指数的三维格局,或可对以后该类型森林生物多样性的研究和不同森林类型之间的比较研究提供数据基础.

硫(S)是植物生长发育不可或缺的营养元素之一,且在凋落物分解过程中起着重要作用,但凋落物硫的初始含量(新鲜凋落物S含量)特征仍不清楚.基于收集自83篇公开发表文献的310个观测值,整合分析了凋落物硫的初始含量特征,同时评估了菌根类型(丛枝菌根、外生菌根与两者都有,即同时含有丛枝菌根和外生菌根)、系统分类(裸子植物与被子植物)、生活型(乔木、灌木与草本植物)、叶型(阔叶与针叶)、土壤性质及气候等因子对其的影响.结果表明:(1)不同类型凋落物初始硫含量差异显著,叶、枝、根、茎、果、树皮和倒木硫含量分别为:2.22 g/kg、0.801 g/kg、0.691 g/kg、1.57 g/kg、1.31 g/kg、0.468 g/kg和 0.110 g/kg;(2)灌木植物叶凋落物初始硫含量低于草本植物和禾本植物,而外生菌根植物根凋落物的初始硫含量低于丛枝菌根和同时具有两种菌根的植物;(3)被子植物的叶、枝、根凋落物硫初始含量均高于裸子植物,阔叶树种的叶、枝、根凋落物初始硫含量显著高于针叶树种;(4)最湿月降水量、最暖月最高温以及年均温是枝凋落物初始硫含量的主要调控因子,而最冷月最低温、年均温、土壤总氮是根凋落物的主要驱动因子.研究结果为深入认识硫在凋落物分解及其伴随的物质循环过程中的作用提供了基础数据.

为了揭示寒温带针叶林不同树种倒木分解中真菌群落的分布格局,探讨影响倒木真菌群落分布的养分驱动因子.采用Illumina MiSeq高通量测序技术和R语言等分析方法对微生物多样性数据进行信息挖掘,解析白桦(Betula platyphylla Suk.)、兴安落叶松(Larix gmelinii(Rupr.)Kuzen)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica Litv.)倒木分解初期真菌群落的多样性及功能差异.研究发现,寒温带针叶林中白桦、樟子松倒木优势菌群为Basidiomycota(担子菌门)、Trichaptum(附毛菌属),兴安落叶松倒木优势菌群为Ascomycota(子囊菌门)、Acidea菌属.多样性分析表明,不同树种倒木真菌群落的Alpha多样性由高到低依次为兴安落叶松、白桦、樟子松,树种的差异极显著的改变了操作分类单元(OTU)、属水平上倒木真菌群落的Beta多样性.菌群生态分析表明,腐生型是3种倒木上优势真菌的主要生态类型,木质腐生为白桦、樟子松倒木上真菌的主要生活方式,土壤腐生为兴安落叶松真菌类群的主要生活方式.养分关联分析表明,pH、全碳(TC)、全氮(TN)、碳氮比(C/N)、半纤维素、木质素等养分指标在3种倒木间存在显著性差异,其中含水率(MC)、TC、TN、纤维素、半纤维素是影响倒木优势真菌群落分布的主要养分因素.不同树种对倒木真菌群落的富集具有差异性,这种差异带来的微生物多样性及功能变化对寒温带森林生态系统的物质循环具有重要的科学意义.