本研究以孟家岗林场不同间伐强度的长白落叶松人工林为对象,获取样地内单木点云数据,基于MATLAB平台应用分形分析理论提取盒维数来表征长白落叶松树木结构复杂性,并评估不同间伐强度及树木属性对长白落叶松树木结构复杂性的影响.结果表明:长白落叶松盒维数在对照(CK:1.68±0.07)、低中强度间伐(处理T1、T2、T3:1.74±0.07)和高强度间伐(处理T4:1.81±0.06)之间存在显著差异,间伐强度增加了树木结构复杂性.在树干属性中,胸径、树高与盒维数呈显著正相关,高径比与盒维数呈显著负相关;在树冠属性中,树冠体积、表面积、投影面积和冠幅与盒维数呈显著正相关.Hegyi竞争指数与盒维数在对照和低中强度间伐下呈显著负相关,在高强度间伐下相关性不显著.间伐影响了长白落叶松树木结构复杂性,树干属性和树冠属性是长白落叶松树木结构复杂性的主要驱动因素.

本研究对长白山自然保护区长白落叶松林火烧迹地植物群落进行了两期调查,以明确林火干扰对该群落物种组成、径级结构及优势树种空间分布格局的短期影响.结果表明:(1)未受林火干扰的对照林分有14个乔木树种,火烧1年后的长白落叶松林有6个乔木树种,火烧4年后仅剩下4种.(2)未受林火干扰林分的群落径级结构呈偏倒"J"型分布,而火烧迹地均大致呈正态分布.不同径级优势种(长白落叶松和白桦)的抗火干扰能力表现出相似规律,都为大径级＞中径级＞小径级.(3)未受林火干扰林分中,各径级长白落叶松和白桦在0～25m尺度上均基本表现为随机分布.而林火干扰1年后的长白落叶松的小径级(DBH＜11 cm)在小尺度(r＜12m)上表现为聚集分布,在大尺度上(12 m＜r＜25 m)表现为随机分布;中径级(11 cm≤DBH＜21 cm)在0～25 m尺度上表现为聚集分布,大径级(DBH≥21 cm)则表现为随机分布;而白桦的中、大径级在0～25 m尺度上均表现为随机分布.林火干扰4年后,长白落叶松小径级和大径级的空间分布格局与火烧1年后分布格局相似,而中径级则在小尺度上表现为聚集分布,在大尺度上表现为随机分布;白桦的中径级基本呈聚集分布.本研究探明了火干扰后长白落叶松林的短期动态变化,为区域森林恢复与管理提供了指导意义.

为了研究树干木质部微生物群落的多样性及其动态变化,本研究分别采集了长白山北坡红松Pinus koraiensis(hs)、鱼鳞云杉Picea jezoensis(ys)和长白落叶松Larix olgensis(lys)的树芯 15 份,利用高通量测序技术分析了 3 种树种不同树龄组的木质部微生物的群落多样性及其群落的动态变化.研究结果表明,不同树龄组的木质部微生物群落多样性差异显著(真菌A组ys>lys;细菌 hs>lys>ys).木质部微生物的优势菌门是子囊菌门Ascomycota、担子菌门Basidiomycota、变形菌门Proteobacteria和放线菌门 Actinobacteria.差异分析表明,不同树种和不同树龄组的木质部优势属存在显著差异,属水平线性判别分析[line discriminant analysis(LDA)effect size,LEfSe]共检测到10个真菌指示类群和40个细菌指示类群,结果表明长白落叶松中的真菌群落和红松中的细菌群落具有较强的指示性.

树冠是林木形成碳水化合物和生产力的重要场所,摸清林木与树冠生长的特征及其对环境的响应对理解植物环境适应性具有重要意义.该研究以辽东地区60块长白落叶松(Larix olgensis var.changbaiensis)人工林样地为研究对象,对阴坡、阳坡两个坡向和3个林龄阶段(15-16 a、23-26 a、49-56 a)的林木和树冠生长进行了研究,其中树冠生长指标包含了客观指标、主观指标和复合指标3种类型.研究结果表明:(1)各林龄阶段不同坡向林分平均胸径、平均树高、平均材积、平均相对优势木高无显著差异,达成熟林时阳坡林分胸径分化程度显著高于阴坡.(2)综合分析3类树冠指标发现树冠受坡向影响,表现出不同的生长适应策略.阳坡林木平均树冠长度、平均冠幅小,林内冠层均一,树冠体量小,树冠生产效率较高;阴坡林木平均树冠长度和平均冠幅较大,林内超出主林层优势木多,树冠体量大,树冠生产效率较低.(3)除林分平均高径比外,树冠客观指标均与生长指标呈正相关关系,阳坡林木树冠随林龄增大对材积的贡献率减小,体现在树冠长度、树冠率与生长指标呈极显著负相关关系,阴坡林木树冠位置和圆满度是促进林木生长的主要因素.(4)树冠客观指标与各器官生物量均呈极显著正相关关系,受光率、树冠表面积、树冠体积在各坡向均与林木生物量呈显著正相关关系,顶梢枯死率均与各坡向林木生物量呈负相关关系,阳坡林木树冠透光度、冠径比和树冠率增加,则林木生物量下降,阴坡林木树冠位置升高、圆满度增加会促进生物量积累.(5)相比所有生长指标和树冠指标,树冠表面积对各器官生物量积累的解释效果最好.以上结果表明,长白落叶松人工用材林树冠生长会显著促进林木生长,但树冠生长与林木生长存在权衡关系,并会随坡向发生改变.

细根是植物吸收养分和水分的主要器官,也是土壤养分归还的重要途径.研究细根的化学计量特征对了解森林生态系统植物-土壤养分循环具有重要意义.以吉林省八家子林业局蒙古栎天然林、天然阔叶混交林和落叶松人工林中龄林为对象,基于15块30 m×30 m样地的林分调查数据以及细根和土壤样品的测定数据,研究了不同林分类型细根和土壤的C、N、P化学计量特征以及两者的关系.结果表明:不同林分的细根和土壤C、N、P化学计量特征差异显著(P＜0.05).3种林分类型细根均受N限制,天然阔叶混交林土壤养分丰富,但蒙古栎天然林土壤P较贫乏.落叶松人工林和天然阔叶混交林的细根化学计量特征与土壤化学计量特征的相关程度明显高于蒙古栎天然林.3种林分的细根C∶N、C∶P和C含量受土壤化学计量特征影响较大.土壤C∶P是影响3种林分细根化学计量特征的最主要因素.研究结果可为长白山林区蒙古栎天然林、天然阔叶混交林和落叶松人工林的土壤养分管理和森林可持续经营提供一定的理论依据.

落叶松(Larix)是我国的主要造林树种,其适生区的分布在很大程度上受气象要素等环境因子的影响.研究落叶松人工林适生区分布在气候变化下的变迁,可为应对气候变化的林业管理策略提供技术指导和科学依据.选取华北落叶松、日本落叶松、长白落叶松和兴安落叶松为研究对象,搜集整理了它们在中国地区的308条有效分布记录和22个环境因子变量,运用最大熵(MaxEnt)模型探测了制约落叶松人工林分布的主要环境因子及其适生区范围,模拟并分析了 1931-2020年落叶松人工林适生区受气候变化影响的空间分布变化.结果表明:(1)研究选取的MaxEnt模型对落叶松适生区的模拟效果都达到了"极准确"的程度,受试者工作特征曲线面积(AUC值)在0.92-0.977之间.影响落叶松人工林分布的主要环境变量为最湿月降水量、海拔、最湿季度平均温度和温度季节变化方差,累计贡献率达到了 73.8％.(2)当前(1991-2020年)气候条件下落叶松人工林适生区面积为182.34×104km2.其中,高适生区面积为53.57×104km2,占总适生面积的29.38％.高适生区集中分布在长白山脉、大兴安岭、燕山、小陇山、太行山脉以及秦岭-大巴山等地区.(3)1931-1960年期间落叶松的高适生区面积为28.33×104km2,1961-1990年期间为33.10×104km2,当前气候条件下进一步增至53.57×104km2.落叶松适生区的范围在过去90年间整体呈现向北移动的趋势.其中,华北落叶松分布在整体上向北大约移动了 3°,且分布面积显著增加.日本落叶松位于辽宁东部的高适生区向北移动,位于秦岭-大巴山地区的高适生区则没有明显的偏移,但是分布范围却向高海拔地区集中.长白落叶松的适生区范围向北移动了 5°,且分布面积先减少后增加,增加的主要区域是长白山北部.兴安落叶松的适生区范围同样是向北移动,有部分适生区移出了我国北界,这是其适生区面积在近些年减小的主要原因.

以2020年在黑龙江省林口林业局与孟家岗林场选取的3种典型针叶树种红松、长白落叶松、樟子松为研究对象,对节子直径、疏松节长度、健全节长度3种属性构建基础模型、哑变量模型和混合模型,分析不同树种节子属性的差异,简化模型的建模工作.首先通过剖析法收集相关节子属性数据,结合相关文献,转换模型形式以及替换相关变量,构建基础模型;将树种作为定性因子,转化为哑变量,引入基础模型中,构建相关属性的哑变量模型;在构建混合模型时,引入样木与样地水平的随机效应,通过比较赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)等评价指标,选出拟合效果最佳的混合模型.之后对基础模型、哑变量模型、混合模型的拟合精度进行对比,选出最优的通用方程.结果表明:3种模型中,哑变量模型与混合模型的拟合精度均大于基础模型.AIC、BIC等评价指标显示,混合模型对节子属性的拟合效果优于哑变量模型.模型对比结果中,健全节长度、疏松节长度、节子直径混合模型的R2相较于基础模型分别提升了 13.2％、84.8％、40.3％.不同树种3种节子属性基础模型的预测精度均大于90％,哑变量模型与混合模型的预测精度均在94％以上,说明构建的模型能够对节子相关属性进行较好的预测.3个树种健全节长度、节子直径、疏松节长度大小均为樟子松＞红松＞长白落叶松.哑变量模型与混合模型的拟合结果较基础模型更佳,精度更高.

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.

阐明凋落物动态及其环境控制机制,可以为森林生态系统生产力及碳汇功能的维持提供重要的数据支持和理论依据.以长白山系余脉张广才岭西坡林龄相近但立地条件不同的4种天然次生林(即硬阔叶林、杨桦林、杂木林和蒙古栎林)和2种人工林(落叶松人工林和红松人工林)为研究对象,对其地上凋落物产量及其组分以及相关环境因子进行了 14年(2008-2021年)的连续测定,旨在揭示森林凋落物量及其组分的时空变化(林型间和年际变异)及其环境驱动机制.结果表明:6种森林类型的凋落总量(TL)无显著差异,波动范围为500.5-556.1 g m-2 a-1;但其叶凋落量(LL)、繁殖组织凋落量(RT)和其他组织凋落量(OT)均存在显著差异,波动范围依次分别为333.9-391.8 g m-2 a-1、8.43-69.93 g m-2 a-1和93.4-185.9 g m-2 a-1o6种森林类型的TL均存在显著的年际变化;其中LL和OT年际变化的显著性因森林类型而不同,而RT的年际变化不显著.除落叶松人工林外,其余5种森林类型的LL与生长季平均气温、日最低气温均值、土壤10 cm深度处的平均温度、最低温度(Tsmin)和土壤5 cm含水量(Ms)均呈显著正相关.杂木林、硬阔叶林和红松人工林的RT与Ms呈显著负相关;杂木林、杨桦林和硬阔叶林的OT与T1sm.呈显著负相关.样地水平的LL与土壤10 cm处含水量存在显著的正相关关系,而RT和OT则与其呈现显著负相关关系.这些结果表明林龄相似的温带森林地上凋落物总量有趋同趋势,但其通过改变组分分配格局来适应立地条件的变化;土壤湿度和温度变化会引起凋落物量的年际变化,但不同森林类型的凋落物量对环境波动的敏感性不同.