为分析红松树高的生长规律,筛选生长优良种源,本研究利用帽儿山实验林场的26个种源234株人工红松树高、胸径和材积的差异对种源进行分组,结合Gompertz、Korf、Richards、Logistic、Schumacher基础模型构建树高生长方程,对比选出最优基础模型,将种源分组作为哑变量引入基础模型,根据确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、赤池信息准则(AIC)、模型预估精度(FP)对模型进行综合评价,构建基于帽儿山林场红松生长的最优树高生长方程.结果表明:26个种源的生长性状值在区组间具有显著差异,而在种源间树高和胸径表现为差异显著.综合考虑不同生长性状指标所划分的4组种源生长量分别为A组(五营、鹤北、临江、东方红、桦南、露水河、方正)＞B组(爱辉三站、凉水、铁力、清河)＞C组(乌伊岭、沾河、亮子河、白河、柴河、草河口、八家子)＞D组(桶子沟、大石头、汪清、和龙、延寿、大海林、小北湖、穆棱).4组的最优基础树高生长模型为Gompertz模型,引入哑变量后模型的拟合精度(R2=0.9353)高于基础模型(R2=0.9303),模型预测精度也有一定的提升.各组种源树高生长曲线均符合"S"形变化规律,但各组存在明显差异,以A组种源表现最好.不同种源的红松生长量在一定程度上具有差异,含种源分组哑变量的人工红松树高生长模型能有效提高模型的预测精度,反映不同种源红松的树高生长差异,可以为红松人工林的选种培育提供科学依据.

叶性状受植株大小的影响,但也会因成年树和幼树所处林冠条件的不同而产生差异.因此植物可通过调整叶性状进而选择不同的生存策略.该研究测量了小兴安岭阔叶红松(Pinus korainesis)林中花楷槭(Acer ukurunduense)、青楷槭(A.tegmentosum)、五角槭(A.pictum subsp.mono)3种槭树的林隙成年树、林隙幼树和林内幼树的叶经济谱性状:比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶片厚度(LT)、叶绿素(Chl)含量、净光合速率(Aarea)和非结构性碳水化合物(NSC)含量及防御性状:总酚(TP)含量和类黄酮(FLA)含量,通过研究植株大小和林冠条件对叶性状变异及相关性的影响,阐述林隙如何通过影响叶性状进而影响林分更新以及不同生境下植株所选生存策略的差异.结果表明:林隙成年树的LDMC、Chl含量、FLA含量和NSC含量显著高于林隙幼树,SLA则显著低于林隙幼树;而林隙幼树的LDMC、LT、Chl含量和Aarea均显著高于林内幼树;成年树SLA和LDMC相关性斜率的绝对值显著大于林隙幼树,林内幼树两者间的斜率的绝对值又显著小于林隙幼树.林隙成年树表现为"保守型"策略,林内幼树表现为"获取型"策略;林隙幼树则表现为两种策略之间的过渡策略.研究结果表明,当幼树不再受到林内环境光照条件限制时,植株大小对叶性状的影响可能发生改变.另外,林隙可以通过提高幼树光合速率,提高对病虫害的抵抗能力等方式促进林分更新.

细根是植物在生长发育过程中吸收与运输养分的重要器官,研究不同菌根类型植物幼苗细根功能性状之间的变异与权衡有利于更全面地理解植物早期的生存策略.该研究以黑龙江凉水国家级自然保护区阔叶红松(Pinus koraiensis)林内3种丛枝菌根(AM)和3种外生菌根(EM)树种幼苗为研究对象,通过测定其细根的3个形态性状:比根长(SRL)、根组织密度(RTD)、根直径(D)与4个化学性状:全磷(P)含量、全碳(C)含量、全氮(N)含量、碳氮比(C∶N),分析了细根性状在不同菌根类型间、根级间以及根功能模块间的差异及其权衡.结果表明,与AM幼苗相比,EM幼苗细根具有更大的RTD,这是由于AM真菌的定植方式会增大细根的体积,同时提高AM菌根对限制性养分的吸收能力,而其余性状在两种菌根间无显著差异;AM幼苗细根整体符合资源获取型策略,而EM则相反;随着根级增加,两种菌根幼苗细根的RTD、D均显著增加,SRL则显著减小,细根的功能从主要负责吸收转变为主要负责运输,细根的C含量、C:N随之上升,N含量下降;细根的形态特征与化学计量特征间存在权衡关系,即根功能模块随根级变化时,细根的形态性状与化学性状也产生相应改变,研究结果支持根经济谱假说.

2022年4-5月和11-12月在黑龙江省凉水国家级自然保护区开展野外调查,收集三趾啄木鸟的取食生境及取食活动特征数据.利用资源选择函数分析影响三趾啄木鸟取食生境选择的重要因子,通过卡方检验、Mann-Whitney U检验比较冬春季节取食生境选择和取食活动间的差异,采用基于"利用-可利用"的Bailey方法探讨其取食偏好.结果表明:优势乔木树种和枯立木数量是影响三趾啄木鸟取食生境选择的重要因子,其偏好在优势乔木为云、冷杉且枯立木数量多的生境中取食;偏好取食的树木高度在10～20 m、胸径在15～45 cm,春季偏好半枯立木,对红松表现出随机利用,冬季偏好枯立木,避免选择红松.三趾啄木鸟偏好在树的主干取食,春季偏好采用轻啄的方式在树中部取食,取食时长较短,冬季偏好采用凿取的方式在树上部取食,取食时长较长.三趾啄木鸟的取食生境选择和取食活动特征在冬春季节呈现出一定的差异.

"栽针保阔"是恢复我国东北阔叶红松林的有效途径,透光抚育能促进冠下红松生长并加快演替进程,但目前有关透光抚育如何影响次生林内红松生长过程仍不清楚.以长白山"栽针保阔"红松林为对象,构建含双哑变量(透光抚育强度和林木分级)的红松胸径和树高生长模型来预测不同透光抚育强度[即对照(未透光)、轻度透光抚育(保留上层郁闭度0.6)、中度透光抚育(0.4)、强度透光抚育(0.2)和全透光(伐除全部上层阔叶树)]林分中红松三级木的生长过程,揭示透光抚育强度对林内红松胸径和树高及高径比的影响规律.结果表明:6个基础模型中,Gompertz为红松胸径(R2=0.46)和树高(R2=0.81)最优基础模型,在基础模型中引入透光抚育强度单哑变量、双哑变量后胸径模型的R2分别提高至0.65和0.89,树高模型的R2分别提高至0.84和0.94;双哑变量模型为预测红松生长的最适模型.被压木胸径生长在整个模拟预测期间(树龄0～80年)均随透光抚育强度增大而递增(增幅为145.8％～933.3％),而平均木和优势木在中期(42年)、中后期(60年)呈此规律.在初期(20年)和中期,全透光与强度透光抚育对红松优势木(64.8％～68.5％)、平均木(100.0％～144.2％)和被压木(138.5％～183.9％)树高生长的影响程度相近,中度透光抚育和轻度透光抚育对其影响相近(24.3％～35.1％、56.0％～92.3％和84.6％～103.2％);在中后期(62年)和后期(80年),红松三级木树高生长均随透光抚育强度增大而递增.各透光抚育强度下红松优势木、平均木和被压木的高径比变化幅度依次增大,分别为0.50～0.95、0.64～1.23和0.73～4.33;仅被压木在树龄0～80年随透光抚育强度增大而递减.因此,透光抚育约40年后,其对红松的胸径生长的促进作用减弱而对树高的促进作用却增强,而且高径比提高,故此时为缓解林木竞争,对轻度透光抚育、中度透光抚育的林分应进行二次透光抚育以进一步促进红松生长,而对全透光和强度透光抚育林分应进行间伐.

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.

红松(Pinus koraiensis)是东北地区重要的果材兼用树种,但由于生长周期长,遗传改良进展缓慢,为评价和筛选优质红松种质资源,以吉林省永吉县西阳林木种子园内36个20年生红松半同胞家系为材料,对其生长性状和木材性状进行测定.方差分析结果表明,各性状在家系间差异均达显著水平(P＜0.01),各性状表型变异系数为5.89％～45.21％;除通直度(0.46)外,其他性状的家系遗传力均超过0.5,属于高遗传力.相关分析结果表明,树高、胸径等生长性状间均达极显著正相关水平(r＞0.663),木材性状间半纤维素、纤维素和综纤维素含量间达显著相关水平,而生长性状与木材性状间仅纤维素含量、综纤维素含量与部分生长性状呈显著负相关.主成分分析结果表明,14个性状构成5个主成分,累计贡献率为79.24％.利用综合评价法对36个半同胞家系进行评价,以10％的入选率,依据生长性状,初步筛选3个优良家系(家系PK61、PK29和PK22),各生长性状遗传增益为6.41％～33.91％;依据木材性状,初步筛选3个优良家系(家系PK16、PK78和PK10),各木材性状遗传增益为1.08％～6.72％;结合生长和木材性状初步筛选出3个优良家系(家系PK61、PK29和PK44),各指标遗传增益为0.27％～37.28％.该研究选出的优良家系可为红松良种选用提供基础.

树龄是影响树木生长的最重要因素之一.在气候变暖背景下,利用树干木质部解剖特征,分析不同树龄生长-气候关系,对准确评估树木对气候变化的响应和适应策略、预测气候变化下的森林动态至关重要.利用木材解剖学方法,比较了小兴安岭溪水地区针阔混交林内大、小龄红松(Pinus koraiensis)木质部解剖特征及其对气候变化的响应异同.结果表明:大龄红松主要管胞特征值随年龄增加而呈上升趋势,但小龄红松的变化趋势并不明显,两者均在 1840-1890 年和 1980-2010 年间出现剧烈的波动.大、小年龄红松部分管胞特征与气候因子的关系具有一致性,管胞数量和理论导水率分别与月最高温度负相关和正相关;总管胞面积(负相关)、理论导水率(正相关)、平均水力直径(正相关)与月最低温度的关系一致;理论导水率与月总降水正相关;管胞占比、平均管胞面积、理论导水率、平均水力直径均与平均相对湿度正相关,且大龄红松相关性更强.大、小年龄红松管胞特征与气候因子的关系的不一致表现在,大龄红松管胞占比、平均管胞面积、总管胞面积和平均水力直径与月最高温度正相关,而这些关系在小龄红松则表现为负相关.大龄红松管胞数量与 7-9 月最低温度正相关,而在小龄红松表现为显著负相关;大、小龄红松除理论导水率外其他管胞特征与降水关系基本相反,其中管胞数量的相关性更强;大龄红松与 7 月、9 月、年总降水量显著正相关,而小龄红松与 6 月和年总降水显著负相关;与月平均相对湿度的相关关系大龄红松表现为正相关或不显著,而小龄红松呈负相关关系.温度是限制大、小龄红松管胞特征生长的主要气候因子,降水的影响相对较弱,平均相对湿度对大小龄红松的影响差异不大.近几十年,小兴安岭地区气候暖干化趋势逐渐增强,这种暖干化会造成大、小龄红松生长的响应差异.若气候持续变暖或加剧,小龄红松会出现严重生长衰退.

植物叶功能性状的变异模式以及相关关系一直是解析植物对气候变化响应机制的关键,然而不同生长型阔叶植物间叶片结构性状和光合生理性状变异及相关性的异同性尚不清晰.该研究以典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林中的优势或常见的18种阔叶植物为研究对象,通过测量4个结构性状(叶面积(LA)、叶片厚度(LT)、叶干物质含量(LDMC)和比叶质量(LMA))和4个光合生理性状(叶绿素值(SPAD)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和净光合速率(Pn)),分析了在不同生长型阔叶植物叶片结构性状和光合生理性状的变异及相关性.结果表明:不同生长型植物叶功能性状的变异范围为7.73％-74.54％,其中种间变异是LA和LT的主要变异来源,Ci、SPAD、LDMC以及LMA的变异主要由生长型驱动,Gs和Pn变异的主要来源是种内;不同生长型叶功能性状间存在显著差异,其中草本的LA、LT和Ci显著高于灌木和乔木,乔木的LMA、LDMC、SPAD、Pn和Gs显著高于灌木和草本;不同生长型之间Pn和LMA、LDMC之间具有显著的异速生长关系,且斜率大于1,而SPAD和LA、LT、LDMC、LMA,Ci与LT、LDMC、LMA之间则呈斜率小于1的异速生长关系;草本采取"快速投资-收益"型(获取型)策略,相对而言,乔木采取"缓慢投资-收益"型(保守型)策略,灌木采取介于乔木与草本之间的资源利用策略,这可能与不同生长型植物所处环境的光照条件有关.植物叶片结构性状和光合生理特征的变异及相互关系的研究对于揭示植物资源获取与分配策略具有重要意义.

空间关系是影响森林生长与群落演替的重要因素,种间关系是其重要组成部分,研究空间关系有利于了解森林群落的生长更新、功能作用与演替进程.利用移动窗口法对凉水自然保护区 10.4 hm2 样地不同径级的红松与主要伴生树种做空间相关性研究,并进行多尺度比较,得到不同尺度下不同径级红松与主要伴生树种个体的空间关系特征.研究结果表明:(1)红松与伴生树种的相互关系复杂多样,多种相互关系并存,表现出阔叶红松林群落结构的复杂性与稳定性.大径级红松压制同径级伴生树种,二者呈极显著负相关,但其对小径级伴生树种有庇荫作用,二者呈极显著正相关.(2)红松与主要伴生树种的相互关系在不同尺度、径级上均有极显著差异.尺度越大,红松与主要伴生树种的相关系数变化速率越小;伴生树种的径级越大,红松与主要伴生树种的相关系数变化速率越大.(3)红松与伴生树种的相关性具有尺度特征,主要表现在大尺度(≥60 m)范围上,在小尺度(＜60 m)上相关性较弱.红松与伴生树种在相同径级与不同径级的结合方式上表现出不同的空间关系.同径级的红松与伴生树的种间关系多表现为负相关,不同径级的红松与伴生树种种间关系多表现为正相关.(4)以种间关系确定样方最小面积,凉水保护区临界样地面积为 60 m×60 m.该研究集中于不同尺度下不同径级的红松与伴生树种的种间关系,解释优势种红松与伴生树种在森林的空间关系以及群落结构特征,为东北地区阔叶红松林的森林管理提供参考意见.