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.

个体大小反映林木径向生长状况,细根对根际土壤环境变化具有高度敏感性,探讨不同大小个体的林木细根功能性状与根际土壤微环境之间的关系,有助于从个体水平揭示林木地下生态系统内的相互作用机制.该研究以11年生刨花楠(正名:刨花润楠,Machilus pauhoi)为对象,基于不同大小个体进行细根与根际土壤取样,分析不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际土壤养分含量、微生物群落结构及酶活性的关系.结果表明:1)不同大小林木个体细根功能性状与根际微环境均存在差异,其中细根生物量、比根长、根长密度、根体积密度、根组织密度、根氮含量和根磷含量等指标差异显著,除比根面积和根组织密度外,其他各细根功能性状均以中等个体为最大,根际土壤碳氮磷含量也以中等个体刨花楠为最高.2)不同大小刨花楠个体细根比根长、根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌、放线菌含量等性状变异系数较大,其中中等刨花楠个体变异系数相对较大,而小刨花楠个体相对较小,各大小个体都倾向于通过调节根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌含量、硝态氮含量等性状以适应环境变化.3)不同大小个体细根采取的资源利用策略不同,中等刨花楠个体具有较大的比根长、根氮含量、根磷含量,采取资源获取型策略以优化其对养分的获取能力,根组织密度较大的小个体细根采取资源保守型策略以提升其应对环境胁迫的能力,而大个体细根则采取地上、地下协同生长的资源权衡策略.4)根际土壤微环境中的土壤全碳含量、微生物生物量碳含量、放线菌含量、铵态氮含量、酸性磷酸酶活性和微生物生物量氮含量是影响刨花楠细根功能性状的主要因子.不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际微环境间关系存在差异.小刨花楠个体细根主要受根际土壤养分的影响;中等刨花楠个体细根主要受根际土壤中放线菌含量及酸性磷酸酶活性影响;而大刨花楠个体细根性状表现出既受根际土壤养分影响又受根际土壤微生物群落结构中细菌、放线菌含量影响的特征.研究结果可为开展刨花楠微地形造林、精确制定其人工林抚育间伐措施、培育大径材人工林等提供理论依据.

"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.

研究杉木间伐后补栽闽楠、刨花楠进行近自然改造后对杉木人工林土壤化学性质及水解酶活性变化.在江西省新余市山下林场为研究近自然改造对杉木林的影响而设置3种林分,分别是杉木纯林(CLP)、杉木-闽楠改造林(MPC)、杉木-刨花楠改造林(MMC).测定0-20、20-40、40-60 cm 土壤化学性质和水解酶活性,分析土壤化学性质与水解酶间的关系.不同林分土壤有机质、有效磷和速效钾均随土层深度增加而降低.0-20 cm 土层,改造林pH、有机质和有效磷显著增加,其中有机质分别提高22.52％与21.04％,有效磷分别提高5.9％与9.57％.20-40 cm 土层,改造林有机质显著增加,有效磷、速效钾含量无显著差异.不同林分对养分全量的影响不一.40-60 cm 土层,改造林与杉木纯林在有机质、全氮、全钾、速效钾含量有显著差异.不同林分土壤N∶P均低于我国亚热带区域土壤N∶P,土壤有效磷元素缺乏;改造林土壤C∶N、C∶P均高于杉木纯林.杉木-闽楠改造林土壤纤维二糖水解酶(CBH)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(ACP)酶活性相比杉木纯林显著降低;土壤β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP),杉木-刨花楠改造林较杉木纯林显著增加.相关性分析表明,不同林分土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、土壤酶活性之间存在显著关系.[结论]杉木纯林间伐后近自然改造有助于土壤养分积累,改善杉木人工林土壤质量,提高杉木胸径、材积,减缓单一树种种植带来的土壤肥力下降等问题.

为了揭示间伐干扰下杉木人工林生物量的变化规律,研究利用江西省吉水县石阳林场的36块杉木人工林样地的实测数据和研究区气候数据,通过基于经验的引入地位指数(SI)的生物量生长方程组和基于机理的3-PG模型,模拟并预估林分生物量,分析在间伐和非间伐的情况下,不同立地的林分其生物量0-50a的变化.结果表明:(1)构建了生物量生长方程组,并在参数a、b、c中引入地位指数SI,发现改进后的模型对于基础模型拟合精度更高,且对数似然比检验表明,改进效果显著(P＜0.05).(2)通过对3-PG模型预测精度验证发现,预估值和实测值之间有很高的一致性,各因子的决定系数(R2)在0.65-0.96之间,其中,胸径和树高的R2均高于0.92;各因子的平均相对误差(MRE)不超过26％.(3)通过比较经验模型和机理模型的生物量预测发现,经验模型的预测误差MRE为16.50％,机理模型为23.52％,经验模型预估精度更高.进一步对未来预测对比分析表明,机理模型预估值高于经验模型.(4)两个模型模拟的杉木人工林生物量规律一致,即随着林龄的增加,杉木人工林林分总生物量均表现出先快速增加,后逐渐平稳的趋势;并且间伐不会改变这种趋势,但间伐林分在间伐后的生物量生长速率高于无间伐林分.此外,由于SI对经验模型影响显著,改进模型拟合效果更好,更具有生态学意义.参数化后的3-PG模型模预估精度较高,能够为江西杉木人工林生长规律研究提供依据.虽然经验模型和机理模型在对研究区杉木人工林生物量的预估上均具有较好的表现,但各具特点和局限性.经验模型参数较易获得,且经验模型预测生物量、林分胸高断面积和林分平均树高的R2、MRE均优于机理模型;但模型对于建模数据内的评价效果较好,对于建模数据外的应用具有局限性,即经验模型更适合模拟生长期间的某一阶段的林分生物量.机理模型虽然需要的参数较多,但是考虑了生态学原理,弥补了经验模型的不足,可较好解释和模拟环境因子对树木生长的影响,对校正数据之外生长阶段的林分生物量预测更有优势.

目的:筛选适宜林下栽培的优良射干种质,为林下射干栽培奠定基础.方法:通过间伐及整枝等措施,形成林下郁闭度为 0.3 的生长环境,对不同产地来源的射干种质进行栽培比较试验,观测不同产地来源种质的光合特性、生长指标及药材有效成分含量.结果:S4(辽宁锦州)根长和异黄酮类总含量显著高于其他种质;S2(河北安国)株高、叶绿素和野鸢尾黄素含量最高;S3(甘肃酒泉)根部干重最大,其次S2(河北安国)根部干重较大;S5(安徽亳州)的根幅最大且净光合速率、蒸腾速率及气孔导度均为最大;S1(河北涉县)总黄酮含量最高;S3(甘肃酒泉)和S4(辽宁锦州)总酚含量相对较高.结论:甘肃酒泉射干根茎干重最大,河北安国射干药材质量较高,生长也较旺盛,安徽亳州射干光合能力较强.因此,河北安国和安徽亳州射干能更好地适应遮阴环境,更适应林下种植.

探究不同间伐强度对青山杨人工林生长及木材性状的影响,为东北地区培育杨树优质工业资源材提供理论基础.以18年生青山杨为试验材料,以初植株行距2 m×3 m为对照,设置3种强度的间伐处理(4 m×3 m、6 m×3 m、4 m×6 m).间伐后第5年对试验林的生长性状(树高、胸径、2米径、冠幅)及木材性状(基本密度、纤维长、纤维宽、半纤维素含量、纤维素含量、综纤维素含量、木质素含量)进行了测定,并利用树高、胸径计算出单株材积及单位面积蓄积.方差分析结果表明,除基本密度外,各指标差异均达到极显著水平(P＜0.01).均值分析结果表明,林木各生长指标与木质素含量的均值在株行距为6 m×3 m时达到最大,其余各木材指标均在株行距为4 m×3 m或6 m×4 m时达到最大;各测定指标表型变异系数变化范围为3.35%～29.87%;除基本密度外,各指标重复力均超过0.590.相关性分析结果表明,各生长指标间均达显著正相关水平(0.690＜r＜0.993),而木材性状间及生长性状与木材性状间的相关性较弱.分别以生长性状、木材性状及联合生长与木材性状为评价指标对各处理进行综合评价后发现,Qi分别在株行距为6 m×3 m、4 m×6 m及4 m×6 m时达到最大.间伐能够促进林分生长,改良林木材性,且保留株行距为4 m×6 m时,林木材性及生长与木材综合改良效果较为优良;保留株行距为6 m×3 m时,林木生长效果最好.因此,今后可根据培育目标的不同选择适宜的间伐强度进行东北地区杨树优质工业资源材的培育.

以江西省官山林场的杉木人工林为研究对象,探究不同间伐强度(0％、20％、40％)物种多样性、地上生物量、林分光环境和土壤理化性质及其之间的相关性.结果表明:(1)林下物种数量随间伐强度的增加而增加,林下灌木层优势种不断变化,而草本层一直不变.(2)林下植物各多样性指数均随间伐强度的增大而增大,除Margalef指数外,其余各指数均在间伐40％与未间伐间呈显著差异.(3)灌木层地上生物量占总生物量的主体,且随间伐强度的增大而增大,不同间伐强度间差异显著,而草本层却呈相反趋势.(4)叶面积指数随间伐强度的增加而下降,冠层开度、林下直射光、散射光、总光照随之上升,但仅在间伐40％后显著.(5)土壤全氮含量间伐后显著上升,但土壤磷、钾、有机质含量均显著下降(6)灌木层多样性指数与灌木层地上生物量、土壤全氮呈显著正相关,与草本层地上生物量、速效磷、全钾含量呈显著负相关.草本层多样性指数与冠层开度、林下直射光、林下散射光、林下总光照呈显著正相关,与草本层地上生物量、叶面积指数呈显著负相关.总之,林下植物地上生物量、土壤化学性质是影响灌木层多样性指数变化的主要控制因子,林分光环境是影响草本层的主要控制因子.就本研究3种间伐强度而言,该地杉木人工林的最适宜间伐强度为40％.

林下草本植物是森林生态系统的基本组成要素,对森林的更新、生态系统结构、功能的维持和提升具有重要作用,理解林下草本层群落特征及其影响因素,有助于构建理想的林-草结合模式.本研究以宁南山区泾源县无人为干扰的华北落叶松林人工林、间伐处理的华北落叶松林人工林和华北落叶松与白桦自然混交林为研究对象,探究林下草本层群落特征(物种多样性和地上生物量)及其与土壤理化特性(土壤容重、含水量、全碳含量、全氮含量及全磷含量)和林分结构(密度和郁闭度)的关系.结果表明:(1)与人工林相比,自然混交林林下草本植物组成最丰富(34种),且物种多样性和地上生物量也最高;(2)自然混交林林下土壤特性均优于人工林,但间伐处理的人工林林下土壤特性较无人为干扰的人工林土壤特性有显著提高;(3)冗余分析表明,林下草本层物种多样性主要与土壤含水量、土壤全碳、全氮和全磷含量呈正相关,与土壤容重、林分密度和郁闭度呈负相关,且林分密度、0～20 cm 土层含水量对林下草本物种多样性有显著影响(P＜0.05);(4)回归分析结果表明,0～20 cm 土层的土壤特性、物种丰富度和优势度、林分密度及郁闭度显著影响林下草本地上生物量的积累(P＜0.05);随机森林模型及方差分解进一步得出:土壤因子对地上生物量积累的解释率为30.99％,其中0～20cm 土层土壤容重、全碳含量、全氮含量、土壤含水量为最重要的解释因子;林分结构的解释率为12.74％,其中林分密度是最重要的解释因子,而物种多样性的解释率仅为3.42％.研究表明,自然混交林作为理想的林-草结合模式,有利于林下草本的健康发育和林下生态环境的改善,且林下草本层物种多样性、地上生物量分别受不同环境因子所控制.研究结果对于人工林的近自然化管理(抚育间伐、补植等)和林下经济的高质量发展具有一定的参考价值和指导意义.

为了探讨不同生境香果树光合特性的差异,采用室内试验和野外试验相结合的方法,研究了香果树幼苗光合特性和宝天曼自然保护区、青苔关林场、武夷山国家公园三种生境下香果树自然种群的光合及荧光特性.结果表明:(1)香果树幼苗光饱和点为400 μmol·m-2·s-1,CO2饱和点为1 200 μmol·mol-1,日变化为双峰曲线,存在有明显的"午休"现象;(2)纬度越高香果树净光合速率越低,树龄越大香果树净光合速率越高;蒸腾速率随树龄增加呈增加趋势;3～10年龄香果树的气孔导度最高;(3)随纬度增加香果树PSⅡ有效光化学效率增加,电子传递效率和非光化学淬灭减少;青苔关林场和武夷山国家公园香果树光化学淬灭系数显著高于宝天曼自然保护区.纬度高低显著影响香果树光合特性是导致香果树种群年龄结构不同的关键因子,高纬度地区可以采用栽植种苗增加种群幼苗数量,低纬度地区可以通过间伐降低冠层遮荫促进幼苗生长,保证香果树自然更新.