为揭示黄土区冠层降雨再分配的潜在分配特征,本研究以晋西黄土区8种典型林分(油松林、刺槐林、侧柏林、油松-刺槐混交林、侧柏-刺槐混交林、辽东栎林、山杨林和辽东栎-山杨混交林)为研究对象,探究降雨再分配过程并利用增强回归树(BRT)模型量化林分结构和气象环境因子的相对贡献,并根据BRT模型提取的最具影响力的因素进行多元回归,同时利用挖掘数据进行模拟验证预测模型.结果表明:研究区8种典型林分的穿透雨、树干茎流和冠层截留占降雨量的比例分别为24.5％-95.1％、0-13.6％和0.7％～55.7％;产生穿透雨的单次降雨阈值中,针叶林(3.06±1.21 mm)显著高于阔叶林(1.97±0.52 mm),但与针阔混交林无显著差异(3.01±0.98 mm);产生树干茎流的单次降雨阈值中,不同组成林分中无显著差异.BRT模型中,对于穿透雨和树干茎流,林分结构因子的影响占比较小,而对于冠层截留,林分结构因子则占主导地位;降雨量是决定穿透雨和树干茎流最重要的因素;树高是决定冠层截留最重要的因素,降雨量、冠幅面积、胸径和林分密度分列其后.对比一般线性函数和幂函数,本研究建立的BRT预测模型对穿透雨和树干茎流的预测效果有所提升,对冠层截留的预测仍需探究.综上,BRT模型可较好定量化评估林分结构和气象环境因子对降雨再分配各组分的影响,且所建预测模型模拟效果良好,可为制定林木配置优化策略提供科学依据.

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.

常绿阔叶林是我国亚热带的地带性植被类型,也是我国最重要的植被类型之一.常绿阔叶林植被型下各种群落类型的物种组成、结构、动态等特征已有大量研究,本研究基于浙江的天童和古田山、湖南的八大公山以及云南的珠江源、雕翎山和鸡足山6个大型常绿阔叶林动态监测样地的调查数据,对其木本植物的物种组成、区系成分、生长型类型百分比、种-面积关系进行了综合比较,以期进一步了解中国中亚热带常绿阔叶林在东、中、西部地区的物种多样性差异.结果显示:(1)中国中亚热带中部的八大公山样地物种的科、属、种丰富度最高,其次为东部的天童和古田山样地,而西部的珠江源、雕翎山和鸡足山样地的丰富度最低,相同植被类型样地的物种组成相似性最高,东、中、西部的常绿阔叶林植被的物种组成存在显著的差异;(2)东部样地木本植物的科、属均以热带区系为主,尤其泛热带分布的科、属最多,而中、西部样地虽然以热带科为主,但以温带属居多,北温带分布属最多;(3)东、中部3个样地木本植物以乔木成分为主,天童、古田山和八大公山样地乔木种比例分别是57.4％、51.6％和55.9％,西部样地灌木(珠江源、雕翎山和鸡足山样地分别是56.9％、54.2％、48.5％)成分均高于乔木(43.1％、41.7％、42.7％),中部样地木本植物落叶种(59.2％)占比远高于常绿种(40.8％),东、西部样地则是常绿种比例高于落叶种,天童、古田山、珠江源、雕翎山、鸡足山样地常绿种比例分别是51.3％、59.1％、62.7％、69.8％、58.3％;(4)八大公山和雕翎山样地的常绿种(分别有97种和67种)和落叶种(141种,29种)在数量上差距最大,雕翎山和珠江源样地的常绿种(69.8％,62.7％)和落叶种(30.2％,37.3％)在比例上差距最大.上述研究结果反映了中国中亚热带典型常绿阔叶林、山地常绿落叶阔叶混交林、半湿润常绿阔叶林的群落物种组成、物种多样性和群落结构的差异,为指示中亚热带常绿阔叶林植被从东到西的物种周转特征和植被变化规律提供了科学依据.

桉树-乡土树种混交林在提高林分生产力和生态系统功能等方面具有较大潜力.该研究以南亚热带4种桉树-乡土树种混交林(桉树与乡土树种混交比例分别为5∶5、6∶4、7∶3、8∶2)和桉树纯林为研究对象,研究了3种优势乡土树种华润楠(Machilus chinensis)、阴香(Cinnamomum burmannii)、灰木莲(Manglietia glauca)和速生树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla)的叶片生理、结构和化学性状在不同比例混交林中的差异.结果表明,4 优势造林树种的叶片性状存在明显的种间差异,其中灰木莲的比叶面积(SLA)、光合磷利用效率(PPUE)、单位质量叶片最大光合速率(Amass)和蒸腾速率(Tmass)以及叶片养分含量最高,说明灰木莲采取资源获取型的生态策略;尾叶桉的SLA、Amass、Tmass及叶片养分含量最低,但具有最高的PPUE,说明尾叶桉兼顾了资源获取型和保守型的物种特征.灰木莲与尾叶桉在SLA、Amass、Tmass、PPUE、叶片氮含量和氮磷比等叶片性状上几乎没有任何重叠,说明灰木莲与尾叶桉之间的叶片资源利用高度互补,可能是与尾叶桉混交的理想树种.物种水平上,灰木莲叶片氮含量、华润楠叶片磷含量以及干季时阴香叶片Amass和PPUE随乡土树种混交比例增加有增加的趋势,但总体上树种混交比例对于 4 造林树种的叶片结构、化学和生理性状的影响不大;林分水平上,桉树-乡土树种混交林的比叶面积、光合能力以及叶片氮磷比显著高于尾叶桉纯林,说明桉树与乡土树种混交能够提高林分整体的光捕获和光合能力,但同时也加剧了植物生长的磷限制.因此,建议在未来南亚热带桉树人工林的构建与改造中,应优先挑选与桉树资源利用互补并能够优化混交林磷素循环利用的乡土树种.

中重度火干扰通常会显著改变森林结构与功能,甚至引发森林演替,严重影响鸟类群落组成与多样性.大兴安岭是我国林火高发热点地区之一,但林火对鸟类多样性影响的研究较少,特别是对功能多样性的影响尚不清楚.本研究于2021年7-8月在大兴安岭地区的黑龙江南瓮河国家级自然保护区,采用样点法对森林鸟类展开调查,量化不同林火干扰时间下森林内部和边缘鸟类功能多样性的差异.同时,通过系统性文献检索,进一步比较了大兴安岭地区不同林分组成与鸟类功能多样性的关系.结果发现:(1)不同林火事件后,森林内部鸟类群落的组成差异较小,但边缘鸟类组成差异较大;(2)森林内部的鸟类功能丰富度和均匀度随火后恢复时间增加逐渐升高,并且在火后早期阶段森林边缘的功能丰富度更高;(3)随着火后恢复时间的增加,森林边缘的留鸟比例增加,夏候鸟比例减少;(4)在大兴安岭地区,针阔混交林中的鸟类功能丰富度显著高于兴安落叶松(Larix gmelinii)林.本研究建议在大兴安岭寒温带森林中,保持森林内部结构稳定性,同时提升火后早期阶段森林边缘的植被多样性,这有利于维持鸟类较高的功能丰富度和功能均匀度.

为探究新疆野杏(Prunus armeniaca)种群天然更新幼株个体的生长现状与空间分布格局,该研究选择野杏集中分布的霍城县大西沟、新源县杏花沟和巩留县小莫乎儿沟为研究地,分别在3处研究地设置林下、林窗以及空地样地,观测幼株的分布密度、基径、高度以及冠幅,并采用5m× 5 m相邻格子样方法(7个聚集度指数)判定分布类型,点分布格局法计算聚集强度.新疆野杏天然更新幼株特征如下:(1)分布密度由大到小依次为杏花沟、大西沟、小莫乎儿沟,林窗显著大于空地和林下,种群天然更新强度为325株·hm-2.(2)基径为小莫乎儿沟、大西沟显著大于杏花沟,空地显著大于林下和林窗,种群天然更新基径约1.7 cm.(3)高度为大西沟、小莫乎儿沟显著高于杏花沟,空地显著高于林下和林窗,种群自然更新高度为77.0 cm.(4)冠幅为大西沟显著大于小莫乎儿沟和杏花沟,空地显著大于林窗和林下,种群天然更新冠幅为38.7 cm.(5)有幼株的样地共22块,在5mx 5 m样方中,呈聚集、均匀与随机分布样地的比例分别为63.6％、27.3％和9.1％.(6)点分布格局中更新幼株在林下、空地多呈聚集分布,尺度为5-8 m时聚集强度最大;在林窗主要呈随机分布,尺度为1 m时聚集强度最大;其在不同生境的空间格局均为聚集分布到随机分布.研究结果表明,分布区域与生境类型均会显著影响野杏更新幼株的个体特征,表现为大西沟、小莫乎儿沟混交的林分类型更有利于幼株生长.林下严重抑制了更新幼株的分布数量,林窗利于种子的萌发定植,但幼株生长受阻,空地窗口条件利于更新幼株的生长发育.整体上种群更新障碍显著,现有更新幼株的空间分布格局是其对生境变化、生存胁迫以及放牧干扰等因素作出的自然选择,是种群寻找可以延续发展的策略.在此背景下,应加强保护干预,以促进新疆野杏种群更新.

植物水分利用过程复杂多变,并受多种因素影响,探究林分水分利用来源及其影响因素可为明确气候变化下森林水分适应机制提供参考.本研究以南方丘陵区典型植物群落——马尾松和麻栎混交林为对象,通过分析不同季节群落植物的水分利用来源,结合土壤水、降水和植物根系因子探究植物水源转变的影响因素.结果表明:马尾松和麻栎水分利用特征相似,两者在旱季均主要利用0～40 cm 土壤水,利用比例分别为60.0％和66.6％;在雨季随着土壤深层含水量的增加,两者主要水源逐渐向土壤深层转移.马尾松和麻栎的相似性比例指数在60％以上,表明两者存在明显的水分竞争关系.麻栎根系吸水具有可塑性,在旱季吸收浅层水时,根系调节起主导作用;而水分是麻栎和马尾松在雨季水源转变的主要驱动因子,与马尾松相比,麻栎对水分变化更敏感.在未来气候暖干化的背景下,两者对浅层水源的竞争可能会加剧,两种乔木应疏植或间伐以优化森林结构应对水分胁迫.

不同植物种子依靠不同的方式实现扩散,啮齿动物对林木种子搬运后在取食点微生境和贮藏方式的选择存在偏好,研究其贮藏行为与微生境的关系是探究幼苗建成的关键.在秦岭中段火地塘林区,采用标签标记法,以锐齿槲栎、华山松和油松种子为材料,探究了小型啮齿动物对松栎混交林建群种种子扩散过程的影响.结果表明:1)油松种子原地取食率显著高于锐齿槲栎和华山松种子,且啮齿动物更倾向于搬运后取食(60％)和埋藏(4.33％)华山松种子,搬运后取食距离也为华山松最大(2.49 m);锐齿槲栎小种子被搬运后埋藏的距离最大(4.92 m).2)除华山松种子外,其他类型种子被搬运后单个取食的比例均在85％以上;油松种子不存在埋藏点,而其他类型种子90％以上均以单个形式被埋藏.3)大部分种子被啮齿动物搬运后选择在裸地丢弃;锐齿槲栎大种子(87.5％)、小种子(78.57％)和华山松种子(53.33％)较大比例被啮齿动物埋藏在灌丛下方,埋藏在裸地的种子较少.4)大部分种子在灌丛下方被取食,仅华山松种子被啮齿动物搬运到洞穴取食;除油松种子被大量原地取食外,其他类型种子被搬运到取食点的种子比例基本呈现由微生境植被复杂到简单(灌丛-草丛-灌丛边缘-裸地)而逐渐减小的趋势.种子的营养价值及取食和搬运过程中啮齿动物付出的成本是影响种子命运的关键性因子,且啮齿动物对种子埋藏和取食地点的微生境存在较明显的选择性.

凋落物分解过程中的养分释放对土壤质量、养分平衡和生产力的可持续维持发挥着重要作用.2015年5月,以辽东山区日本落叶松(Larix kaempferi)-红松(Pinus koraiensis)和日本落叶松-赤杨(Alnus japonica)人工混交林为研究对象,采用凋落物网袋法将落叶松分别与红松、赤杨叶片凋落物以75∶25、50∶50和25∶75比例混合,研究不同类型、不同比例的混合凋落物对其分解速率以及养分动态变化的影响.结果表明:在单一植物凋落物的分解过程中,赤杨叶片质量损失最高,分解最快;而红松叶片质量损失最低,分解最慢.凋落物混合分解对氮素释放的影响中,3种比例的落叶松与赤杨叶片的混合凋落物均表现出抑制作用,而落叶松与红松叶片混合凋落物(以25:75比例混合)表现出促进作用.因此,落叶松在与红松、赤杨混合分解时产生了“非加和效应”,并且其分解过程中氮和磷的养分释放状况受混合比例影响.

基于广东省第8次国家森林资源清查的固定样地调查数据和2016年典型抽样的死木调查数据,利用分树种、分腐朽程度的各个组分相兼容的生物量模型以及相对应的地上、地下部分含碳系数,对广东省森林死木碳库动态进行估算,分析死木种类、林分类型和龄组对死木碳库的影响,量化林分生长特性和自然灾害对死木碳库的贡献.结果表明:2007-2012年间广东省乔木林死木碳库新增碳储量5811.86 Pg,占同期乔木林活立木碳库的2.94％,其中枯倒木多于枯立木;阔叶混交林和马尾松林贡献了近70％的死木碳储量;马尾松、其他软阔、湿地松、阔叶混交林和其他硬阔的死木碳储量占同类森林总活立木碳储量的比例较大,均超过4.00％,桉树和杉木比例最小,均不足1.00％;从龄组看,发生在中龄林的死木碳储量占总死木碳储量比例最大,过熟林最小.与同龄组林分的现存碳储量相比,从幼龄林(2.03％)到过熟林(4.56％)基本呈上升趋势.全省新增死木库碳密度为(0.7612±3.3988) Mg/hm2.竞争和衰老引起的枯死在林分中普遍存在,占发生死木林分面积的60％以上,但增加到死木碳库的储量不足总量的四分之一,而自然灾害只占发生死木林分面积的10％,对死木碳库的贡献却超过40％.到2016年,2007-2012年间增加到死木库的碳储量下降到785.57 Pg,减少约85％,枯倒木的腐朽程度重于枯立木,不同树种间腐朽程度不一,杉木腐朽程度最低.清林等人为经营活动和死木的腐朽是存量减少的主要原因.