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.

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.

物种多样性指数的空间分布格局及其尺度效应对揭示生物多样性形成与维持机制具有重要意义.以长白山原始阔叶红松林(broad-leaved Korean pine forest,BKPF)、采伐后天然恢复的次生白桦林(birch forest,BF)以及人工补植的次生落叶松林(larch forest,LF)为研究对象,利用方差和变异系数探讨长白山区典型植被物种多度和丰富度的空间尺度效应.结果表明:1)BKPF和LF物种多度的方差随着尺度增加呈线性增加,变异系数呈线性下降.丰富度的方差随尺度的增加表现出单峰特征,且在20 m×20 m尺度上达到最大值,说明物种多度和丰富度存在空间变异,并且多度具有尺度推演规律,而丰富度没有;2)BF物种多度的方差和变异系数与BKPF具有相同的变化趋势,而物种丰富度的方差随着尺度增加而增加,未出现单峰现象,这是由于BF主要树种聚集程度显著增加;3)3个林型物种多度与丰富度在小尺度上具有显著相关性,随着尺度增加不再显著.本研究揭示了长白山区典型植被类型物种多样性随尺度变化的特征及其原因,为阔叶红松林植被恢复和管理提供数据支撑.

依据黑龙江省孟家岗林场49株人工落叶松1179个圆盘和轮盘数据,分析了心材半径的纵向变化规律.结果表明:心材半径随树高增高而逐渐减小,与树干外形基本一致,其中去皮半径(XR)、胸径(DBH)及形成层年龄(CA)与心材半径之间关系较显著,利用逐步回归分析建立落叶松心材半径(HR)和面积(HA)模型:HR=b1+b2XR2 +b3CA +b4XR,HA=b1 +b2DBH·XR+b3CA+b4DBH· XR2.应用AIC、BIC、对数似然值以及似然比检验等模型评价指标,对利用样地、样木效应拟合的心材半径和面积模型进行比较.当考虑样木效应拟合心材半径和面积模型时,将b1、b2、b3作为混合参数得出的模型最好.混合模型的预测精度高于基本模型.在应用上,总体心材半径和面积可以通过混合模型来预测.采用Beta回归模型模拟了心材比例,模型中各参数均显著,决定系数较高,模型模拟效果较好.

东北地区的次生落叶阔叶林一般是由阔叶红松林干扰后形成的,这一群落类型在长白山林区具有广泛的分布.为了解东北次生落叶阔叶林的组成、结构与稳定程度,按照CTFS样地建设标准,于2005年在吉林磨盘山建立了一块5.76 hm2(240 m×240 m)的长期监测样地.本研究以样地内所有胸径(DBH)≥1 cm的木本植物为对象,分析了物种组成、径级结构、主要树种的存活曲线及群落稳定性.结果表明:DBH≥1 cm的木本植物共有39种13368株,隶属于19科31属.重要值≥1的物种有12种,群落树种组成复杂,表现出明显的阔叶混交杂木林特征.种间多度相差较大,稀有种和偶见种的比例分别为23.1％和43.6％.样地内所有个体的径级分布呈倒“J”型,表示群落的生长状态稳定、正常.6个主要树种中花曲柳、蒙古栎、色木槭和怀槐径级结构也呈倒“J”型,胡桃楸近于正态分布,春榆为“L”型分布.结合6个主要树种的存活曲线发现,花曲柳、蒙古栎、色木槭和怀槐为稳定种群,胡桃楸为衰退种群,春榆为增长种群.利用改进M-Godron法对群落的稳定性分析表明,该群落目前处于相对稳定状态.

全球变化中氮沉降日益严重,已对森林生态系统的各个过程产生了重要影响.因此,通过研究氮添加对森林生态系统土壤碳输出的影响,对分析全球变化背景下土壤碳吸存具有重要意义.对黑龙江省帽儿山实验林场白桦(Betula platyphylla)次生林,以及水曲柳(Fraxinus mandschurica)、红松(Pinus koraiensis)、长白落叶松(Larix olgensis)人工林通过2年氮添加(对照(0 kgN hm-2 a-1),低氮(50 kg N hm-2 a-1),中氮(100 kg N hm-2 a-1)和高氮(150 kg N hm-2 a-1))试验,测定根生物量密度、土壤微生物量碳浓度、土壤呼吸速率及温、湿度敏感性等指标,旨在探讨森林生态系统土壤呼吸对氮添加的短期响应.结果 表明:(1)低氮处理对白桦和水曲柳林土壤呼吸速率影响不显著,但显著提高了红松和长白落叶松林土壤呼吸速率;水曲柳林分中高氮处理土壤呼吸速率显著降低于低氮和中氮处理,而其他林分高氮处理土壤呼吸速率仅显著低于低氮处理.(2)氮添加处理下,4种林分中林分土壤呼吸速率与根生物量密度呈极显著正相关,Pearson相关系数为0.81.(3)低氮处理下5 cm和10 cm处土壤呼吸温度敏感性系数Q10值较CK处理分别提高了2.65％和3.12％,高氮处理较CK处理分别降低了6.29％和5.46％.但氮添加处理对土壤呼吸和土壤湿度间的相关性无影响.综上所述,阔叶林与针叶林土壤呼吸速率对氮添加的响应存在差异.根生物量密度是影响不同林分土壤呼吸对短期氮添加响应的主要因素,同时氮添加处理显著改变了土壤温度敏感性系数.

以临江林业局的长白落叶松人工林带状皆伐迹地为研究对象,分别在皆伐带宽度为20 m、30 m、40 m的带状皆伐迹地设置样地,在附近未采伐林分设置对照样地,对样地进行林下草本层多样性调查和土壤化学性质测定.结果表明:(1)样地调查中记录到草本植物71种,隶属33科66属,皆伐后草本植物数量明显增多,其中20 m皆伐带最多达到38种.且对照样地与皆伐样地呈中等不相似,说明其生境不同,草本植物种类也不尽相同;(2)对于物种多样性来说,20 m皆伐带Pielou均匀度指数最高,Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和物种丰富度均是皆伐带样地高于对照样地,其中20 m皆伐带最高,并显著高于对照样地(P＜0.05);(3)在土壤化学性质的对比分析中,土壤呈弱酸性,土壤全磷、全钾、全氮和有机质在0-10 cm土层含量显著高于10-20 cm和20-40 cm土层(P＜0.05).同时,20 m皆伐带土壤全磷、全钾、全氮和有机质含量最高并显著高于对照样地(P＜0.05);(4)土壤养分与草本植物物种多样性的相关分析显示物种丰富度与土壤全磷和土壤有机质呈显著正相关(P＜0.05),与土壤pH值呈显著负相关(P＜0.05),而Pielou均匀度指数与全氮呈显著负相关(P＜0.05).综上所述,长白落叶松人工林带状皆伐后草本层物种数量增加,物种多样性提高,土壤养分显著增加.3种皆伐带宽度以20 m物种多样性最丰富,并且最有利于土壤养分的提高.

以长白山阔叶红松林中5种优势树种(红松、水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴)为研究对象,利用稳定碳同位素技术分析了植物的水分利用效率(WUE),测定了叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)3种营养元素的含量用以分析植物对养分的利用特征,并综合分析了植物WUE与叶片养分含量之间的关系.结果 表明:冠层不同位置微气象因子的差异导致WUE存在差异,4个阔叶树种的WUE表现为上层＞中层＞下层,红松的WUE表现为上层＞下层＞中层.树种间WUE的差异表现为常绿针叶树种红松的WUE大于两个散孔材阔叶树种(紫椴和色木槭),小于两个环孔材阔叶树种(水曲柳和蒙古栎),复叶树种水曲柳具有最高的WUE,红松当年生新叶显著高于老叶.常绿针叶树种红松当年生新叶及老叶的碳含量、C/N均显著高于其他4个阔叶树种,氮含量和N/P显著低于4个阔叶树种,红松老叶的磷含量显著低于4个阔叶树种,当年生新叶的磷含量与阔叶树种差异不显著.5个树种WUE与叶片C含量的相关性较差,与叶片N含量均呈正相关,常绿针叶树种和落叶阔叶树种的WUE与叶片P含量之间的相关性相反.

阔叶红松林是我国东北地区地带性顶级森林群落,对维持区域生态系统稳定性具有重要作用.对阔叶红松林内主要树种凋落叶分解过程及影响因素进行研究,有助于增加长白山阔叶红松林生态系统的基础数据,为明确阔叶红松林的养分循环和物质流动提供依据.选取了长白山阔叶红松林内30个常见乔灌树种和16个凋落叶性状,采用野外分解袋法和室内样品分析等方法研究了长白山阔叶红松林内主要树种凋落叶分解速率及其与凋落叶性状的关系.1年的野外分解实验表明,30个树种的凋落叶重量损失率表现出较大差异.不同树种凋落叶的重量损失率在20.56％-92.11％之间,以红松(Pinus koraiensis)质量损失率最低,东北山梅花(Philadelphus schirenkii)质量损失率最高.不同生活型树种的凋落叶在质量损失率上存在显著差异,以灌木树种凋落叶的质量损失率最高,小乔木次之,乔木树种质量损失率最低.Olson模型拟合结果表明,不同树种凋落叶的分解速率k以红松最低,瘤枝卫矛(Euonymuts verrucosus)最高,分别为0.24和1.64.不同树种分解50％和95％所需的时间分别在0.43-2.86年,1.83-12.37年之间.相关分析表明,凋落叶初始物理性状、化学性状均能反映凋落叶的分解速率.其中以凋落叶厚度、氮含量(N)、磷含量(P)、木质素含量、木质素与氮含量的比值(L ∶N)、木质素与磷含量的比值(L∶P)与凋落叶分解速率k的相关性较高,说明利用凋落叶的某些物理、化学性状在一定程度上可以预测凋落物的分解速率.

以小兴安岭白桦林、蒙古栎林、白桦+红松+五角槭混交林、红松林和长白落叶松林5种典型森林为对象,研究林型(阔叶林、混交林、针叶林)和土层(0～10、10～20和20～30 cm)对土壤中外源丙氨酸周转的影响.结果表明:外源丙氨酸在不同林型土壤中的周转存在时间差异和剖面异质性,总体表现为阔叶林周转较快,混交林次之,针叶林最慢,外源丙氨酸在3种林型的半衰期依次为2.6～4.2、3.6～5.5和4.3～7.0 ho随着土层的加深,各林型外源丙氨酸的潜在周转速度均变慢,半衰期变长,土壤对丙氨酸的吸附性变弱.加入外源丙氨酸后,阔叶林、混交林、针叶林的铵态氮和硝态氮含量显著增加,铵态氮分别增加了 83.8％～95.3％、80.9％～94.6％和 73.7％～93.2％,硝态氮分别增加了 82.9％～94.7％、82.3％～93.8％和 78.1％～92.5％.不同林型土壤净氨化作用速率和净硝化作用速率均呈先激增后缓慢降低的趋势,且均为正值.土层和林型及二者交互作用均显著影响外源丙氨酸的周转、半衰期、氨化作用、硝化作用.