明确同一树种不同起源林分(天然林与人工引种林)间水分利用特征的差异,对于指导林分的可持续经营具有重要意义.本研究以樟子松这一"三北"工程中重要的造林树种为例,选择2种起源的林分为试验林,利用热扩散技术监测了试验林生长季树干边材液流速率(Js),分析樟子松水分传输过程及其与环境因子间的关系.结果表明:在整个生长季的典型晴天下,樟子松人工林的日液流速率(Js-daily)显著高于樟子松天然林,二者Js-daily平均值分别为132.98和114.86 cm·d-1,樟子松人工林表现出了更高的水分传输潜力.在樟子松天然林中,大气水分亏缺(VPD)对树木水分利用过程主要表现为驱动效应,而在樟子松人工林中出现了明显的阈值效应,VPD拐点约在1.91 kPa,此时液流速率(Js-hour)边界函数值接近最大值17.88 cm·h-1.观测期间,2种起源樟子松林受大气驱动的蒸腾潜力(Js-hour/VPD)随土壤干旱的加剧而下降,但樟子松人工林对干旱的敏感性比樟子松天然林更高,反映出这一树种对水分利用过程较强的调控能力.

沙地樟子松是三北防护林工程中最重要的常绿针叶造林树种.然而,自20世纪90年代初起,最早引种的沙地樟子松人工林在林龄30～35 a后出现枝梢枯黄、长势衰弱、病虫害发生、继而全株死亡且不能天然更新的衰退现象.以科尔沁沙地的樟子松疏林草地和呼伦贝尔沙地的樟子松天然林为参照,以热扩散、稳定同位素和遥感监测等技术开展的系列研究,基本明确了樟子松人工林衰退机制.本文对以往相关研究结果进行了系统总结:确定了沙地樟子松人工林严重水分胁迫的土壤含水量阈值(20％田间持水量),阐明了沙地樟子松人工林水分利用策略(9～21年生樟子松人工林仅利用土壤水,而31～41年生既利用土壤水也利用地下水),明确了沙地樟子松人工林水量平衡特征(水量失衡,吸收至少39mm地下水方能维持水量平衡),量化了樟子松人工林耗水对区域水资源消耗的贡献(消耗12.3％水资源),揭示了樟子松人工林衰退过程,找出了樟子松人工林发展存在的问题及产生的原因.在此基础上,提出了解决衰退对策与营林方案,为防止现存沙地樟子松人工林衰退、合理经营,未来该林种合理布局提供参考.

沙地樟子松是我国北方重要的防风固沙造林树种,也是一种典型的外生菌根依赖型树种.为揭示呼伦贝尔沙地樟子松外生菌根真菌多样性,以中龄、近熟、成熟3个龄组沙地樟子松人工林和沙地樟子松天然林为研究对象,采用野外调查和分子生物学相结合的研究方法,鉴定分析沙地樟子松外生菌根真菌种群特征.研究结果表明:(1)呼伦贝尔沙地樟子松外生菌根真菌共有10个OTU属于子囊菌,48个OTU属于担子菌,隶属于21科25属.(2)天然林优势菌为糙缘腺革菌属Amphinema、丝膜菌属Cortinarius和乳牛肝菌属Suillus,人工林优势菌为乳牛肝菌属,其余菌种相对丰度随着林龄变化波动较大.(3)天然林与人工林外生菌根真菌种群Shannon、Simpson和Pielou指数存在显著差异(P＜0.05),人工林间alpha多样性指数差异不显著(P＞0.05).(4)呼伦贝尔沙地樟子松天然林和人工林外生菌根真菌种群组成存在较大差异,其中近熟林的外生菌根真菌群落组成与天然林的最为接近.

以呼伦贝尔沙地樟子松地理分布南缘天然林为研究对象,采用Hegyi竞争指数与点格局等分析方法,研究了沙地樟子松天然林的种群结构、种内竞争、空间格局及幼树更新等特征.结果 表明:1)所调查区域天然沙地樟子松纯林处于中幼龄阶段,属增长型种群;2)其竞争指数与对象木胸径服从幂函数关系CI=242.24D-1.12(R2=0.91);3)幼树在小尺度上呈聚集分布,中树与大树在中大尺度上呈随机分布;幼树与中树在小尺度上呈正相关性,中树与大树在小尺度呈负相关性;4)竞争指数与更新幼树和存活更新幼树的密度均呈显著正相关性.在林分管理中需要充分考虑林木竞争、空间格局以及种群更新的关系,本研究可为沙地樟子松天然林的经营管理与保护提供重要的科学依据.

以呼伦贝尔沙地樟子松天然林为研究对象,采用竞争指数与树木年代学等分析方法,研究了竞争对樟子松树木径向生长及其气候响应的影响.结果 表明:竞争显著影响了沙地樟子松树木的生长;竞争能力强的树木主要对当年生长季的月均最高温度、降水和相对湿度响应更加敏感,而竞争能力弱的树木则对前一年冬季月均最低温度、前一年生长季的降水和相对湿度的响应更加敏感;低竞争指数和高竞争指数组的树木,特别是竞争力较强的树木对干旱的响应非常敏感,而中等竞争能力的树木干旱响应较不敏感.综合来看,林木之间的竞争关系对沙地樟子松树木生长及其气候响应具有较显著的影响,本研究可为气候变化背景下樟子松天然林的经营与管理提供一定的科学依据.

红花尔基被誉为樟子松Pinus sylvestris var.mongolica的故乡,樟子松是我国北方主要的造林树种之一,也是典型的菌根依赖型树种.研究樟子松根围外生菌根真菌(ectomycorrhizal fungi,ECMF)群落结构特征对红花尔基沙地樟子松生态系统的保护具有重要意义.本研究以红花尔基天然樟子松根围土壤为研究对象,采用Illumina MiSeq测序技术研究了4个龄级(＜10、11-20、21-30和31-40年,分别称作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ龄级)天然樟子松根围土壤ECMF群落结构特征.结果 表明:(1)测序共获得87 516条ECMF序列,划分为177个OTUs (operational taxonomic units,OTU),隶属于2个门,4个纲,12个目,26个科,43个属.(2)Ⅳ龄级中Ace丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数均显著高于Ⅰ龄级(P＜0.05).(3)不同龄级根围ECMF优势属占比不同,Ⅰ龄级中占比最大的为Inocybe (42.55％);Ⅱ和Ⅲ龄级中占比最大的均为Tricholoma,分别为31.64％和27.69％;Ⅳ龄级中占比最大的为Cortinarius (28.80％).(4)冗余分析表明,土壤pH值对ECMF的影响程度最大,其次为速效钾和碱解氮;同时,不同理化因子对群落中优势属的影响也存在差异.

为进一步探究林下植被和凋落物管理对我国寒温带森林生长季土壤CH4通量的影响,采用静态箱-气相色谱法对大兴安岭北部4种林型(白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林)4种处理(自然状态、去除凋落物、去除林下植被以及去除林下植被和凋落物)的土壤CH4通量排放特征进行观测研究.结果表明:该地区森林生长季土壤均表现为CH4的汇,4种林型不同处理后土壤CH4通量表现为单峰变化趋势,吸收峰值出现在7月或8月.自然状态4种林型土壤CH4平均吸收通量表现为白桦林(-79.23±14.92)μg m-2 h-1＞山杨林(-64.27±9.60)μg m-2 h-1＞樟子松林(-62.54±15.48)μg m-2 h-1＞兴安落叶松林(-48.73±12.26)μgm-2 h-1,兴安落叶松土壤CH4平均吸收通量显著小于其他三种林型(P＜0.05).相比于自然状态,4种林型在去除凋落物后土壤CH4吸收通量提高了 2.12％-12.15％,但变化幅度均没有达到显著水平(P＞0.05).去除林下植被后4种林型CH4吸收通量提高了 0.84％-20.55％,且只有山杨林吸收增加达到显著水平(P＜0.05).同时去除林下植被和凋落物后,对白桦林和樟子松土壤CH4通量影响不显著(P＞0.05),但对山杨林和兴安落叶松林影响显著(P＜0.05).总之,去除凋落物或林下植被均会提高土壤对CH4吸收,去除林下植被对土壤CH4通量的影响要大于去除凋落物的影响,但不同林型不同处理之间还存在差异.