封面照片由中国科学院沈阳应用生态研究所方晓明于2019 年6 月22 日拍摄于辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站/中国科学院清原森林生态系统观测研究站的清原森林野外增温平台(41°51′N, 124°55′E,海拔456～1116 m). 清原站位于长白山余脉龙岗山北麓,气候类型属于温带大陆性季风气候,具有春季多风、夏季短暂多雨、冬季寒冷干燥漫长的特点. 全年平均气温3.9～5.4 ℃,无霜期120～139 d,年降水量700～850 mm,降雨集中在6—8 月,植物生长季主要为4—9 月. 清原站土壤类型为典型的棕色森林土,发育层次分明. 植被以天然次生林为主,落叶松、红松人工林镶嵌分布的典型次生林生态系统,主要树种有胡桃楸、蒙古栎、色木槭、水曲柳等.

白桦(Betu,laplatyphylla)-长白落叶松(Larix olgensis)林是长白山东坡火山爆发后形成的次生林,也是暗针叶林演替系列的重要阶段,研究其优势种群的数量增长和消亡对揭示群落演替过程机理有重要意义.以长白山地区白桦-长白落叶松林优势种群为研究对象,于2020年进行标准地调查获取数据,采用径级代替龄级的方法,通过编制静态生命表,绘制存活曲线和生存分析函数曲线,计算数量动态指数,并引用谱分析和时间序列模型预测,研究了长白山东坡白桦和长白落叶松种群的年龄结构和数量动态特征.结果显示:1)白桦种群径级结构呈典型的倒"J"型分布,Ⅰ龄级个体数量占比高达52.56％;长白落叶松种群结构呈近似钟形.2)种群动态量化分析显示,白桦种群和长白落叶松种群的动态变化指数Vpi均大于0,说明种群均为增长型,但后者V'pi趋近于0,说明受外界干扰时,长白落叶松种群更倾向于稳定型.3)白桦和长白落叶松种群个体死亡率和消失率曲线变化趋势基本一致,存活曲线均为Deevey-Ⅱ型.4)生存分析发现,白桦种群前期(Ⅰ-Ⅳ龄级)锐减,中期(Ⅳ-Ⅶ龄级)稳定;长白落叶松种群前期(Ⅰ—Ⅲ龄级)增长,中期(Ⅲ-Ⅸ龄级)稳定,后期(Ⅸ-ⅩⅢ龄级)衰退.5)谱分析显示,白桦种群和长白落叶松种群基波均最大(1.63和0.85),表明种群天然更新受生物学特性控制.6)随着时间的推移,白桦种群个体数逐渐增多;长白落叶松种群个体数量波动较大但总体呈增加趋势.

土壤微生物作为土壤养分的生物驱动因素,氮沉降会改变其活性和生物量,从而打破土壤养分循环动态平衡.氮沉降对热带、亚热带森林以及温带原始林生态系统土壤微生物量影响的研究较多,但对温带天然次生林影响的研究鲜有报道.于2016年5月(春)、7月(夏)和9月(秋)分别对长白山模拟10年氮沉降的控制试验样地——白桦山杨次生林进行了野外调查.控制试验分为3个氮添加处理,对照(CK 0 kg N hm-2a-1)、低氮(LN 25 kg N hm-2a-1)和高氮(HN 50kg N hm-2a-1),按照土壤层(0-10 cm和10-20 cm)分别测试了不同处理的土壤微生物量碳(MBC)和氮(MBN)、土壤全碳(TC)、全氮(TN)和全磷(TP)、pH、土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)等指标.结果表明:1)土壤pH在氮沉降的作用下显著降低;上层土壤TC、TN在氮沉降下变化较小,下层土壤TC、TN的含量显著增加;氮沉降下春、夏两季土壤TP含量上升,LN处理在秋季对TP有抑制作用;氮沉降对DOC、DON的影响不显著.2)上层土壤MBC春季到秋季呈现递减的趋势,下层土壤呈现先升后降的趋势,HN对MBC有抑制作用,LN对下层土壤MBC有促进作用;土壤MBN由春季到秋季呈现递减的趋势,且上、下层土壤MBN差异显著;氮处理对春、秋两季MBN有促进作用,夏季有抑制作用;氮沉降使春、秋两季MBC/MBN降低,夏季土壤MBC/MBN升高.3)氮处理、季节变化和土层深度对MBC、MBN存在显著影响,其交互影响也显著.总之,长期氮沉降在生长季对土壤微生物量的影响具有季节性差异,且受到土层深度的影响.未来研究在重视年际变化的同时,也要注重时空动态对氮沉降作用表现出的差异性.

2006年5月于吉林省抚松县露水河林业局实验林场布设了人工模拟氮沉降控制试验,共设置3个氮(N)添加梯度,分别为对照(CK0g·N·m-2·a-1)、低N(LN 2.5g·N·m-2·a-1)和高N(HN 5.0g·N·m-2·a-1),旨在探讨N沉降对天然次生林先锋树种白桦(Betula platyphylla)和山杨(Populus davidiana)鲜叶、凋落叶化学计量特征、养分重吸收的影响,以及鲜叶光合特性的变化和各性状之间的相互关系.结果 表明:(1)模拟N沉降处理下白桦、山杨鲜叶的C含量较对照均无显著影响,LN处理显著降低了山杨鲜叶N、P含量(P＜0.05),显著增加了C∶N、C∶P和N∶P(P ＜0.05);HN处理显著增加了白桦鲜叶N含量和N∶P,显著降低了C∶N(P ＜0.05).(2)白桦、山杨鲜叶N、P重吸收率在两个梯度N添加下均显著下降(P＜0.05),且均为负值.山杨鲜叶N重吸收率与P重吸收率呈显著正相关关系(P＜0.05),与鲜叶C∶N呈显著负相关关系(P＜0.05).(3)N添加可以提高2种树木叶片氮素光合利用效率(PNUE)(P＜0.05)、净光合速率(Pn)(P＜0.05).白桦鲜叶N含量与Pn、PNUE呈显著正相关(P＜0.05);白桦、山杨鲜叶比叶重(LMA)与N含量呈显著负相关(P＜0.05);Pn与PNUE呈显著正相关(P＜0.05).本试验研究表明:在生长季,白桦、山杨鲜叶中N、P均表现为富集状态,土壤养分及外源N可供林木较快吸收并促进其生长,无需从凋落叶中吸收养分.N添加可以增强白桦、山杨鲜叶的光合性能,进而促进植物养分吸收和叶片发育.HN对长白山天然次生林的生长有促进作用.

长白山区位于中国东北东部的山地森林区,地带性植被是阔叶红松林,是我国珍贵木材生产和东北森林带的重要载体,孕育着丰富的物种资源.短短120年来,长白山区广袤的原始森林几乎消失殆尽,被次生林、过伐林和人工林等替代.建国以来,东北的阔叶红松林经营理论与技术在红松更新规律、皆伐与择伐的争论中,在人们对阔叶红松林结构和功能认识不断深入的过程中逐渐完善.但目前红松更新问题依然存在,森林经营依然十分粗放.本文梳理了过去70年来阔叶红松林的经营历史及研究历程,分析当前森林资源类型和经营制度的形成过程,以期为该区天然林可持续经营和质量的精准提升等提供借鉴.

根系作为植物与土壤物质交换和养分循环的桥梁,长期以来一直是生态学研究的热点.于2017年7月植物生长季,对长白山模拟11年氮(N)沉降控制试验样地的白桦(Betula platyphylla)山杨(Populus davidiana)天然次生林进行了根系采样,并利用根序法研究了根系形态特征和解剖结构对不同梯度N添加处理的响应,旨在探求两物种根系之间潜在生态联系.本试验共设置了三个N添加梯度,分别为对照(CK,0 g N m-2a-1)、低N处理(TL,2.5 9 N m-2a-1)和高N处理(TH,5.0 9 N m-2a-1).研究结果如下:1)TL显著抑制白桦和山杨前三级细根皮层厚度的生长.白桦通过增加皮层细胞直径(一级根增加了72.77％,二级根增加了53.22％,三级根增加了39.96％)但减少皮层层数来降低皮层厚度,而山杨主要通过皮层细胞直径的减少(一级根下降了40.80％,二级根下降了28.17％)来降低其皮层厚度.2)TH显著抑制山杨前三级细根生长.主要通过增加皮层厚度(一级根增加了68.78％,二级根增加了50.81％,三级根增加了88.53％)以及降低导管横截面积来抑制吸收养分,从而达到影响生长的目的.3)白桦TH相比于TL细根直径呈抑制生长状态.其主要通过抑制中柱直径(一级根下降了17.61％,二级根下降了16.89％,三级根下降了20.62％)的生长来实现.以上结果表明,在同一立地条件下,白桦和山杨的细根对不同浓度N沉降的响应方式不同.

分析长白山林区典型天然次生林的建群种种群结构及动态特征,揭示关键种群的生存现状和发展趋势,以期为研究区的天然林保护与修复提供基础资料和理论依据.基于24块1 hm2的固定样地数据,通过编制种群静态生命表,拟合并绘制种群存活曲线,运用生存分析、种群数量化分析和时间序列分析,定量研究2种典型天然次生林4个建群种的种群结构与动态特征.结果显示,4个种群的存活曲线总体均趋于Deevey-Ⅱ型,但所属亚型有所区别.臭冷杉(Abies nephrolepis)种群死亡率波动较大,在不同龄级出现了多次死亡高峰;鱼鳞云杉(Picea jezoensis var.microsperma)和蒙古栎(Quercus mongolica)种群死亡率随龄级增大逐步递增;红松(Pinus koraiensis)种群在各龄级上的死亡率均较高.数量化动态分析表明,4个种群均属于增长型,增长潜力为红松＞臭冷杉＞鱼鳞云杉＞蒙古栎;4个种群受外界干扰的敏感程度均较高,其中红松种群受干扰的概率最大.时间序列预测表明,臭冷杉和红松种群个体数量在未来2、4、6、8个龄级后均呈现不同幅度的增加趋势,增长势态稳定.鱼鳞云杉和蒙古栎种群在幼、中龄级表现出衰退迹象.结论表明,臭冷杉和红松种群的自然更新较好,增长潜力较大,但同时受外界干扰的敏感程度也较高.鱼鳞云杉和蒙古栎种群的自然更新不足,增长潜力小,群落存在偏离稳定状态的风险.建议严格保护臭冷杉和红松种群的生境,适度开展疏伐抚育;改善鱼鳞云杉和蒙古栎种群空间格局,及时实施人工促进天然更新,促进群落进展演替.