川西亚高山森林作为西南林区主体,是长江上游的生态屏障,该区域植被恢复方式主要为人工恢复和自然恢复,比较不同恢复方式下森林的物种组成和群落结构动态变化,对于川西亚高山森林恢复与重建有重要的意义,可以为制定合理的森林管理策略提供科学依据.基于茂县山地生态系统定位研究站不同恢复模式形成的的华山松人工林、油松人工林和自然恢复的次生林野外调查数据,分析了 2005-2020年乔、灌、草三个层次的群落结构特征和多样性.结果表明:(1)不同恢复途径下,乔木层物种数都呈现增加趋势,华山松人工林、油松人工林、自然恢复的次生林乔木层物种数分别增加了 11种、7种、8种;(2)华山松人工林中华山松重要值从48.06％降低到31.1％,乡土阔叶树种四川蜡瓣花进入乔木层,2020年重要值增大至21.62％,油松人工林中油松重要值逐渐降低,从43.59％降至29.76％;自然恢复的次生林中,乡土树种锐齿槲栎逐渐成为第一优势种,2020年重要值增至19.9％.(3)华山松人工林、油松人工林和自然恢复的次生林中,温带区系成分分别占总属数的71.43％,80.77％和84％,温带区系特征明显.(4)华山松人工林和油松人工林乔木层径级结构均为偏正态分布;而自然恢复的次生林径级分布呈倒"J"形,以小径级个体为主.(5)不同林型的乔木层高度在15年间呈现增加的趋势,具体表现为油松人工林＞华山松人工林＞自然恢复的次生林.(6)乔木层Shannon-wiener指数和Simpson指数均表现为自然恢复的次生林显著大于两个人工林,丰富度指数和均匀度指数表现为油松人工林最大;灌木层4个多样性指数均表现为油松人工林最大;草本层的丰富度指数、Shannon-wiener指数和Simpson指数均表现为油松人工林较大,均匀度指数没有显著差异.结论:人工林恢复速度大于自然恢复的次生林,但自然恢复的次生林更新能力更强,且更有利于多样性的保存.两个人工林逐渐由常绿针叶林演替为以常绿针叶树为主的针阔混交林,自然恢复的次生林演替为以常绿阔叶树为主的针阔混交林.

土壤质量演变与森林次生演替紧密关联,研究长白山林区温带针阔混交林在次生演替过程中的土壤质量演变,可为该区域次生林的恢复与经营提供重要科学依据.本研究以吉林蛟河不同演替阶段温带针阔混交林为对象,探讨了森林次生演替过程中土壤指标变化趋势及土壤质量演变特征.研究发现,土壤全碳和全氮在森林次生演替过程中表现为协同演变,而其他土壤指标随森林演替并不存在统一的响应模式.主成分分析表明,成熟林和老龄林土壤特征逐渐远离中龄林和近熟林.0～10 cm 土层土壤质量指数在不同演替阶段之间无显著性差异,而成熟林10～20 cm 土层的土壤质量指数显著低于其他3个演替阶段.土壤质量指数具有随阔叶树种比例的增加而增加的趋势,阔叶树种比例可以解释10～20 cm 土层63.3％的土壤质量指数变异(P＜0.001).可见,阔叶树种与针叶树种构成比例的改变可能是影响温带针阔混交林次生演替过程中土壤质量演变的重要因素之一.因此,长白山林区温带针阔混交林的森林恢复与经营时,适度增加阔叶树种比例可能有利于土壤质量的维持.

森林类型和林龄是影响土壤酶活性的重要生物因子,但人工林和天然次生林两种森林恢复模式对土壤酶活性随林龄的变化规律及其影响机制还不明确.本研究以亚热带杉木人工林和天然次生林(5、8、21、27和40年生)为对象,探究与土壤碳、氮和磷循环相关的4种土壤酶[纤维素水解酶(CBH)、β-葡萄糖苷酶(βG)、酸性磷酸酶(AP)和乙酰氨基-葡萄糖苷酶(NAG)]活性对林龄的响应特征.结果表明:土壤酶活性在不同林型中呈现不同的变化趋势.杉木人工林土壤AP、βG和CBH活性显著高于天然次生林,而土壤NAG活性无显著差异.对于杉木人工林,随着林龄的增加,土壤AP活性呈降低趋势,5年生林分AP活性显著高于其他林龄阶段62.3％以上;土壤NAG和CBH活性呈先降低后增加趋势,土壤βG活性呈波动变化.对于天然次生林,随着林龄的增加,土壤NAG活性呈波动变化,8年生和27年生林分显著高于其他林龄阶段14.9％以上;土壤βG和CBH活性呈先增加后降低趋势,而土壤AP活性无显著差异.逐步回归分析表明,影响杉木人工林和天然次生林土壤酶活性的最优模型中,土壤预测因子解释了其变异的34％以上.综上,杉木人工林随着林龄的增加其土壤肥力有退化的风险,天然次生林则更有利于维持森林生态系统土壤肥力.

演习林是日本通过农林院校管辖和运行的自然林地与人工林,兼具科教、生物多样性保护、生态旅游与林木生产等功能.演习林的责、权、利明确,能够实现长期、稳定的保护与利用,与自然保护区、国家公园既有区别又相辅相成,是日本经济协调发展与快速实现生态恢复的一个重要保障.目前,日本约有30所高等院校拥有演习林,演习林面积约占日本森林总面积的5％,其中东京大学的演习林建立最早、运行与管理机制最为完善.演习林主要有三大功能:教学实践、科学研究、社会服务.演习林主要负责人是大学教师,教师既参与科教也参与管理,实现了教授治校、科教与社会服务的协调发展.当前,我国正处于生物多样性保护的转型期和国家公园试点建设的关键阶段,农林类高校或研究所可借鉴日本演习林制度,主动参与到国家“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念和实践中;涉及生物学与农林学科的科学工作者应积极承担当地自然保护区、森林公园、国家公园等的建设与管护.政府可以引导和吸纳有着充足研究经费、学术水平较高的农林与生物学类高校(特别是相关学科被列入“世界一流学科”建设行列的高校)在有条件的自然保护区或城市周边开辟高校直辖林地,实现教学实践、研究与保护、社会服务等共建共存模式,提升我国高校农林与生物学科研究水平,促进我国生物多样性的可持续保护和国家公园的高标准建设.

土壤有机质分解是陆地生态系统碳循环的重要环节,它不仅受植被类型的影响,对环境温度也十分敏感.以江西省泰和县石溪退化红壤区马尾松(Pinus massoniana)、木荷(Schima superb)和枫香(Liquidambar formosana)3种森林类型为研究对象,将其土壤分别置于4种不同温度(5、15、25℃和35℃)条件下培养,采用碱液吸收法进行为期35 d的土壤碳矿化研究.在同一温度条件下,不同林型土壤CO2累计碳排放量大小顺序为:枫香＞马尾松＞木荷.在4种不同温度条件下枫香林地土壤CO2累计排放量最大,其次是马尾松林、木荷林,且不同森林类型土壤CO2累计排放量随温度升高而增加(P＜0.05).在15℃、25℃和35℃条件下,不同林地土壤潜在碳排放量间无显著性差异.在15℃和25℃条件下,土壤碳排放量随土壤全碳含量呈现先增后减的变化趋势(P＜0.05),全碳的极值点分别约为1.83％和1.89％.不同植被类型和培养温度对土壤碳矿化量有显著影响,说明植被类型和温度能够对土壤呼吸产生重要影响,且不同温度对土壤呼吸作用更显著(P＜0.000),但两因素间并无显著交互效应.在25℃时,不同林型土壤碳排放量随土壤含水量先增后减,表明土壤含水量并不是影响土壤碳排放量的调控因子.采用单库模式方程Cm=Co(1-exp-kt)对土壤潜在碳排放进行模拟,得出不同温度不同林型土壤最大碳排放量随温度升高而增加.不同林型不同温度条件下土壤Q10值范围为1.797-1.971,变化幅度较小,且不同林型土壤Q10值并未表现出显著性差异,这一结论为研究林型和温度对土壤碳矿化的影响提供参考.

基于截止2013年底陕西省退耕还林工程的资源数据,依据林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》和《退耕还林工程生态效益监测评估技术标准与管理规范》,采用分布式测算方法从涵养水源、保育土壤、林木营养物质积累、固碳释氧、保护生物多样性、净化大气环境及森林防护等7个方面对陕西省退耕还林工程的生态效益进行评估,得出陕西省退耕还林工程生态效益价值量为973.47亿元/a,以涵养水源(274.06亿元/a)、净化大气环境(203.96亿元/a)和固碳释氧(173.95亿元/a)价值为主;3种植被恢复类型中以宜林荒山荒地造林模式的生态价值最高,封山育林模式的价值最低;在3个林种类型中,生态林的生态效益价值大于经济林和灌木林;在不同区域的生态效益价值评估中,以延安市的生态效益价值量为最高.

西南亚高山原始针叶林被大规模采伐后,在皆伐迹地上营造了大量云杉林进行人工恢复.但关于这些人工林的土壤涵水能力如何,一直没有系统深入的研究与评价.选择川西米亚罗林区系列不同林龄云杉人工林(20 a、30 a、40a、70 a)为对象,以相邻同龄自然更新恢复的针阔混交林为对照,比较人工林土壤涵水能力随着演替进程的动态及其与自然恢复次生林之间的差异,结合人工与自然恢复后的林地特征(如细根生物量、凋落物储量和土壤有机碳等)和土壤物理结构参数等差异,阐释自然与人工恢复后土壤涵水能力差异的影响因素.结果显示:随着人工林演替,土壤0-40 cm层最大持水量随林龄的增加而降低,但变化不显著,从20年的2200 t/hm2下降到70年的2138 t/hm2,年平均下降速率为1.24 t/hm2;然而在自然次生林中,土壤最大持水量随着林龄的增加呈现出波动式变化,从20年的2142 t/hm2增加到40年的2565 t/hm2,到70年又下降为2302t/hm2.通过土壤持水特性与林地凋落物贮量、细根生物量和土壤物理结构参数的相关分析表明,由不同恢复途径导致的林地土壤有机碳含量、凋落物特性及细根差异,进而改变土壤物理结构是影响土壤持水性能差异的主要因素.这些结果说明,从土壤持水量角度考虑,在对采伐迹地进行造林恢复时,应尽量避免营造结构单一、高密度的人工纯林,应选择营造针阔混交林的模式进行恢复.

为探讨辽东山地不同森林类型土壤有机碳季节变化特征及其驱动因子,选取落叶松人工林、蒙古栎-核桃楸次生林和槭树次生林为对象,测定不同土壤层次的土壤有机碳 ( SOC) 、可溶性有机碳( DOC) 和微生物量碳( MBC) 含量及其季节动态,分析土壤理化因子、生物量因子和气候因子对不同森林类型土壤SOC、DOC 和MBC 的影响.结果表明: 不同森林类型土壤SOC、DOC、MBC 含量均表现出明显的垂直分布特征,即0 ～ 10 cm＞10 ～ 20 cm＞ 20～30 cm,且蒙古栎-核桃楸林显著大于落叶松林和槭树林; 不同森林类型土壤SOC、DOC、 MBC 含量均有显著的季节变化,表现为夏季较高,DOC 和MBC 最高值出现的月份不同步;土壤SOC 和MBC 与土壤含水率、pH、温度呈正相关,与容重和降水呈负相关; 土壤DOC 与含水率、pH 和降水呈正相关,与容重呈负相关; 土壤SOC、DOC、MBC 多与乔木干、根和凋落物未分解层生物量呈负相关,与灌草层地下生物量和凋落物半分解层生物量呈正相关; 不同森林类型土壤SOC、DOC、MBC 与其驱动因子的相关程度不同,说明森林类型与气候变化共同作用使不同森林类型形成了其独特的微环境,影响土壤SOC、DOC 和MBC 含量及其动态变化; 蒙古栎-核桃楸次生林土壤SOC、DOC 和MBC 储量在各土层均显著高于其他森林类型,反映其更有利于养分的累积,是适合辽东山地森林结构调整与土壤恢复的森林构建与改造模式.

山水林田湖草生态保护修复是新时代生态文明建设和国土空间综合整治的重要内容.基于重庆市“两江四山”山水林田湖草生态保护修复工程试点,探索平行岭谷区山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理的科学思路以及“山岭”“谷地”“江河”差异化的生态保护修复模式与措施.研究发现:平行岭谷区特殊的地形地貌条件决定了生态系统各要素具有纵向差异大、层次性强的特点,其山水林田湖草生态保护修复宜按照“山为骨、水为脉、林田湖草为肌体”的脉络进行布局,并依据海拔高程自上而下,在“山岭”“谷地”“江河”分区分层采用差异化生态保护修复与治理模式:“山岭”区域采用“保育恢复”模式,以矿山地质环境治理、森林抚育和生物多样性保护为主,“谷地”区域采用“综合整治”模式,以土地综合整治与土壤污染修复为主,“江河”区域采用“防治结合”模式,以两江沿线地质灾害防治、水环境保护和岛屿生态系统治理为主;未来应从拓展重庆地票生态功能、实施自然资源确权制度、全面试行生态环境损害赔偿制度、健全生态保护补偿机制、建立激励引导机制等方面进行制度创新和机制创新,形成山水林田湖草生态保护修复的长效机制.

近自然森林作为城市植被恢复的重要模式,已在我国多地开展了实践,并衍生了新的造林模式.为评估不同近自然森林建设模式的群落恢复进程,本研究以上海城市裸地上重建的近自然森林为对象,通过长期监测两处分别应用原“宫胁法”与新“异龄复层落叶—常绿混交林”种植模式的近自然森林重建过程,从物种组成、垂直结构、生活型组成和目标恢复物种4个方面解析恢复动态.结果 表明:两种造林模式恢复的近自然森林,随恢复进程其物种组成逐渐趋同,在十多年内已形成了落叶—常绿垂直混交结构;“异龄复层落叶—常绿混交林”造林模式可更好地促进常绿阔叶树种的恢复,尤其是常绿建群种红楠与小叶青冈.本研究证实了近自然森林恢复技术可以缩短亚热森林群落向演替后期发展的时间,以及新造林模式的有效性,为近自然森林技术的应用与实施提供了科学依据.