增强森林固碳增汇功能是减缓大气二氧化碳浓度上升和全球气候变暖的重要手段,也是实现碳中和国家战略目标的有效途径。本研究基于文献分析法和模型模拟,系统阐述中国森林碳储量和碳汇现状、动态变化与潜力提升途径。根据国家森林资源连续清查数据测算的森林植被碳储量近5年平均年增长0.152 Pg(以C计),2000s—2010s中国陆地生态系统碳汇量约229.7 Tg·a?1(以C计),其中森林植被(指乔木林)碳储量约增加150.6 Tg·a?1(以C计),约占整个陆地生态系统植被碳汇量的65.6%。过去70年,中国森林已从碳源转变为逐渐增强的碳汇。在森林面积保持不变的情景下,相比2000s—2010s时段,2030年后现有乔木林的生物量碳汇将有所下降;如果森林面积未来持续增加,2030—2050年中国新增乔木林的碳汇量仍将呈增加趋势。在全球变化背景下,气候变化及其引发的风险(极端干旱与热浪事件、森林火灾、病虫害等)可能会削弱森林碳汇功能。为维持并提升森林碳储量和碳汇潜力,需要采取森林碳储与碳汇双增以及森林碳汇与木质林产品碳库协同提升的策略,从保碳、增碳、扩碳和碳资源化利用的汇转移4个途径对森林资源实施保护修复、精准绿化、科学经营与合理利用以及多时空尺度的优化布局,同时重视森林土壤碳库增汇的长期效应。在林业减缓和适应气候变化框架下,森林碳汇潜力提升未来研究重点是科学推进国土绿化适宜造林地和树种选择,森林经营增汇技术,森林碳储、碳汇协同提升与木质产品库的碳汇转移与存续的时空配置优化模式,森林土壤固碳增汇机制以及潜力研究,准确评估森林碳汇对实现国家碳中和目标的贡献及其时间表和路线图。
树木在干旱胁迫下的死亡是一个重要的生理生态过程,不仅可以改变森林的结构和功能,还可能影响森林管理决策。在干旱胁迫条件下,树木体内水分代谢与碳代谢会出现失效现象,从而导致树木的死亡。但是在干旱胁迫环境下,树木死亡的生理机制以及干旱—复水过程中树木各个器官的生理生态响应还未探明,这一科学问题也是当前世界的前沿问题。树木的干旱致死机制至少有3种假说:水力失效、碳饥饿和生物攻击假说。水力失效假说认为在干旱胁迫环境下,树木木质部栓塞达到阈值后无法恢复水分传导从而使得树木脱水干燥死亡;碳饥饿假说认为树木在干旱胁迫环境下,气孔紧缩甚至关闭,树木不能进行光合作用产生有机物,但树木为了维持自身正常的生长发育及新陈代谢,使得树木自身可利用碳耗竭;生物攻击假说认为干旱胁迫影响生物因子的分布及生长速率等,使得树木易受到昆虫和病原体的攻击,从而导致树木的死亡。3种假说都已经被证实可以解释一部分树木死亡的现象,但是又不足以解释所有树木在干旱胁迫环境下死亡的现象,特别是非结构性碳水化合物的损耗在死亡过程中的作用仍不清楚。本文介绍干旱胁迫下的水分关系,对水力失效假说中木质部栓塞具体的生理过程进行整体阐述。然后,讨论长期干旱胁迫对树木生长发育、蒸腾作用的影响,以及由此产生的非结构性碳水化合物动态变化,探讨干旱致死过程中树木各个器官生理机制,并总结干旱—复水过程中树木的生理生态变化的研究进展。研究表明,水力失效假说仍然是干旱胁迫下树木死亡的主要假说,而树木体内非结构性有机碳的变化对树木死亡的贡献率未确定。干旱后复水能够使植物的生理功能得到恢复,可在一定程度上弥补干旱对植物造成的伤害, 对树木的形态特征、生理特征都造成影响。本文还对未来树木死亡的研究方向提出建议,旨在为今后树木的合理种植经营提供建议。
目的: 探究小叶鼠李叶片的光、氮、水资源利用效率(RUEs)在较长时间尺度(季节)上的变化特征,分析环境变化对RUEs季节动态的影响、叶片功能性状与RUEs的关系以及不同RUEs间的权衡关系。方法: 2021年6—10月,在北京密云山区,以当地林下优势灌木小叶鼠李为研究对象,对其光合参数和环境因子进行连续原位观测,使用LI-6800便携式光合测定仪测量小叶鼠李叶片光合光响应曲线的特征参数,同时测量其叶片功能性状,结合观测的环境因子数据,分析小叶鼠李叶片内禀水分利用效率(WUEi)、氮利用效率(NUE)和光利用效率(LUE)季节动态变化的影响因素及RUEs间的权衡关系。结果: 1) 小叶鼠李在生长期内WUEi、NUE、LUE的最大值分别为107.3 μmol·mol?1、18.35 μmol·g?1s?1、0.087 mol·mol?1,其季节变异系数(CV)分别为24.91%、39.12%、12.6%。2) 在生长季中期,土壤相对可利用含水量充足的湿润条件下(REW > 0.4),小叶鼠李具有较大的NUE和较小的WUE i,NUE与WUEi的变化趋势相反(P < 0.05),与LUE变化趋势相同( P < 0.05)。3) WUE i与比叶质量(LMA)正相关(P < 0.05),与蒸腾速率(Tr)负相关( P < 0.05);而NUE与LMA和叶厚度(LT)负相关( P < 0.05),与蒸腾速率(Tr)正相关( P < 0.05);空气温度( Ta)、光合有效辐射(PAR)和散射辐射(Rdif)增加均会促进增加叶片LUE(P < 0.05)。结论: 在土壤湿润、光照条件受限的条件下,林下优势灌木小叶鼠李叶片的WUEi、NUE均与土壤含水量解耦,与比叶质量和蒸腾速率关系密切;辐射强度和空气温度增加均会提高叶片的光、氮利用效率,且散射辐射增加也能提高林下灌木的光合能力。小叶鼠李叶片不同RUEs之间存在权衡关系,在生长季内不会同时出现最大化的WUEi和NUE,在土壤湿润、光照减少的条件下,NUE与LUE变化趋势一致,均在生长季中期波动变化,生长季末期逐渐降低。
目的: 探讨华北落叶松群落叶性状间的权衡及叶化学性状、结构性状与光合性状间的关系,为林业经营管理优化造林树种的选择和配置提供科学支撑。方法: 以北京百花山落叶松群落木本植物包括优势种华北落叶松、3种落叶阔叶乔木(白蜡、黄檗和五角枫)、2种灌木(胡枝子和绣线菊)为研究对象,于2021年7—8月测定分析叶片的8个光合性状:最大净光合速率(Pnmax)、饱和光强(Isat)、暗呼吸速率(Rd)、饱和胞间CO2浓度(Cisat)、最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax)、水分利用效率(WUE)和光合氮利用效率(PNUE),2个化学性状:碳氮比(C∶N)、氮磷比(N∶P),3个结构性状:叶厚(LT)、比叶面积(SLA)、叶组织密度(LTD)。利用单因素方差分析、斯皮尔曼相关性分析、主成分分析和线性回归等方法,分析叶性状之间的权衡及化学性状和结构性状对光合性状的影响。结果: 1) 种间变异最大的性状为PNUE和SLA,其为反映光合速率和获取光能的主要性状,变异系数分别为60.88%和56.8%,说明该群落植物更多的是对光资源的竞争。2) 灌木为增加群落垂直结构上的光获取能力,通常具有更大的SLA。同时,灌木叶片的N:P为21.10,高于乔木(14.58),证明位于林分垂直结构下层的灌木为获取更多的光以维持自身生长发育,会将更多的氮分配到叶片中。3) 阔叶乔木叶C∶N、N∶P和SLA分别为18.19、16.04和193.77 cm2·g?1,针叶乔木的对应指标分别为39.6、10.2和82.2 cm2·g?1,针叶乔木具有较大的C∶N和较低的N∶P、SLA,说明针叶乔木更倾向于构建叶片的防御组织,对胁迫具有更强抵抗能力,但光的截获能力和利用率较低。4) 华北落叶松在叶经济谱中倾向于“缓慢投资-收益”型,2种灌木更倾向于“快速投资-收益”型。华北落叶松具有较高的WUE和较低的PNUE,2个叶性状之间存在明显的权衡关系。5) 五角枫和绣线菊的Pnmax没有显著差异,但其Rd仅为0.54和0.68 μmol·m?2s?1,显著小于同生活型的其他物种。6) 该典型群落木本植物的Isat、Rd、WUE和PNUE与C∶N、LT和SLA呈显著线性相关(P<0.05)。结论: 百花山华北落叶松典型群落6种主要木本植物之间存在叶经济谱,群落的种间竞争主要是对光资源竞争。在一定程度上C∶N、LT和SLA可以作为预测植物光合能力的易于观察的叶化学性状和结构性状,即具有较大C∶N、LT,较小SLA的物种,其对强光的耐受能力更高、水分利用效率越高、对弱光的利用能力强且碳消耗较少,但其光合氮利用能力较弱。
目的: 探讨间伐强度对日本落叶松人工林林下植被、土壤微生物群落结构和土壤多功能性的影响,为其合理经营提供科学依据。方法: 以辽宁省东部山区16年生日本落叶松人工林为研究对象,于2019年4月设置对照组(2 000株·hm?2,郁闭度0.89)、间伐强度30%(保留1 404株·hm?2,郁闭度0.78)、间伐强度45%(保留1 106株·hm?2,郁闭度0.69)3种间伐强度,2020年7月生长旺季调查林下植被特征,并在春、夏和秋季进行土壤取样,测定土壤理化性质、酶活性、土壤真菌和细菌多样性与群落组成,以及基于15个与碳、氮、磷循环相关的土壤理化性质和酶活性指标计算土壤多功能性。结果: 与对照组相比,45%间伐强度可显著提高林下植物被多样性、土壤有效养分含量、酶活性、真菌多样性,增加土壤多功能性,且对土壤性质的影响在夏季表现尤为明显;30%间伐强度显著降低春、夏、季的土壤多功能性,对林下植被生物量和多样性影响不显著;2) 间伐显著影响土壤真菌优势门和纲的相对丰度,对细菌优势门和纲的相对丰度影响不显著;45%间伐强度显著增加夏季子囊菌门的相对丰度,显著降低夏、秋季担子菌门的相对丰度;3) 相关分析显示,林下植被生物量和多样性、真菌丰富度与土壤多功能性显著正相关;结构方程模型结果表明,45%间伐强度对土壤多功能性具有显著而直接的正效应,并通过改变真菌群落组成产生间接的正效应。结论: 日本落叶松人工林土壤真菌群落更易受间伐影响,细菌群落主要受季节影响;45%间伐强度(郁闭度0.69)较30%间伐强度(郁闭度0.78)更有利于维持16年生日本落叶松人工林林下植被生长发育、真菌多样性和土壤多功能性。
目的: 利用标准规格不同树种木条的分解,并结合土壤养分循环相关酶活性变化探讨生物炭和有机肥对杨树人工林地土壤质量的影响。方法: 在裂区试验设计中,分别以有机肥(M:0、3、9 t·hm?2)和生物炭(B:0、2.5、10 t·hm?2)为主区和副区因素对三倍体毛白杨人工林砂壤土进行处理(共计9个土壤处理:M0B0、M0B2.5、M0B10、M3B0、M3B2.5、M3B10、M9B0、M9B2.5、M9B10)。将3个树种[三倍体毛白杨(以下简称“毛白杨”)、美洲山杨、火炬松]木条按照2种放置方式(水平放置于林地表面、垂直插入20 cm土壤内)安置在林地内。土壤处理2年后,测定土壤酸性磷酸酶、纤维素酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、N-乙酰基-β-D-葡萄糖苷酶和芳基硫酸酯酶活性;木条分解2.5年后,测定其分解(密度损失)和含水量。结果: M9B10处理显著提高了土壤含水量(尤其在雨季)。对于土壤酶活性,9 t·hm?2有机肥显著提高了土壤酸性磷酸酶活性;M3B10、M9B0和M9B2.5提高了土壤α-葡萄糖苷酶活性;M0B10、M3B2.5和M9B2.5显著提高了土壤β-葡萄糖苷酶活性;M3B2.5、M9B0、M9B2.5和M9B10显著提高了土壤N-乙酰基-β-D-葡萄糖苷酶活性;同时,所有土壤处理提高了芳基硫酸酯酶活性,提高幅度为62.84%~ 248.14%。木条分解速率因放置方式(土壤内>表面)和木条树种(2种杨树>火炬松)而异。在林地表面,M3B0和M9B2.5处理促进了3个树种木条的分解,同时,M0B10、M3B2.5和M3B10处理促进了毛白杨和美洲山杨木条分解;在林地土壤内,M3B0促进了毛白杨木条分解,除M3B2.5、M3B10和M9B10外的所有处理加速了火炬松木条分解。结论: 生物炭和有机肥提高了土壤含水量和酶活性并加速了林地表面和土壤内的木质分解,可用于提高人工林地土壤质量,但有必要进行更多大田试验以根据土壤类型和气候条件制定土壤管理方案。
木材干缩湿胀是影响木材加工利用的关键特性,与木制品尺寸和形状的稳定性密切相关。木材宏观到微观层次分明的多尺度分级结构导致木材干缩湿胀行为的复杂性。将木材干缩湿胀研究从宏观尺度引向介观和微观尺度,建立三者之间的有机联系,有助于阐明木材干缩湿胀行为的发生机制和演变机理,对深入认识木材性质,合理、高效利用木材具有重要理论价值和实践意义。本研究综述木材宏观尺度(无疵试样)、介观尺度(生长轮)和微观尺度(木材细胞)3种层级单元的干缩湿胀行为及其滞后现象,分析木材不同尺度结构的干缩湿胀行为发生和演变规律,介绍基于多尺度结构的木材干缩湿胀测试方法和技术手段。同时,对今后开展木材多尺度结构干缩湿胀行为研究提出建议:1) 在介观和微观尺度上系统开展针叶材和阔叶材基于生长轮和木材细胞的干缩湿胀行为研究,建立木材多尺度结构与干缩湿胀行为之间的构效关系;2) 揭示基于各向异性、非均质性和细胞类型多样性引发的干缩湿胀行为差异化响应规律及其互作机制;3) 阐明木材干缩湿胀行为的时间滞后和湿胀滞后现象;4) 引入相关理论模型,如有限元法的应用,构建木材多尺度结构的自由缩胀可视化有限元模型。
重组竹是以竹材为原料,以竹束或竹纤维化单板为基体单元与树脂增强体胶合而成的复合生物质材料,是实现竹材高效、高值化利用的有效途径之一,已成为竹产业的主流产品。目前,重组竹因物理力学性能优良,实现了竹材应用从室内地板、家具、水泥模板向风电叶片、耐候景观材和户外结构材的拓展,但作为一种新产品,需针对其使用过程中出现的问题和需求进行基础科学问题、关键创新技术与应用工程技术的联合攻关。本研究综合国内外公开报道的相关文献,系统梳理重组竹制造中单元制备、热处理、浸胶干燥与成型过程中技术科学内涵、交叉响应机理和制备调控机制,总结重组竹性能评价与功能化应用中的技术特征,剖析重组竹制造与应用技术过程中的关键科学问题,借鉴复合材料、多孔材料与生物质材料的研究成果,提出重组竹制造与应用技术研究与实践中需要加强和改进的方向,并进一步明确重组竹制造与应用过程中的装备研发和增强量化效应,为重组竹的科学应用提供理论依据和技术支撑。
目的: 量化人工林生态系统碳通量组分,探明环境因子对碳通量组分的调控作用,以提高人工林生态系统碳汇功能评估的准确性,为进一步认识气候变化背景下环境因子对人工林生态系统碳循环过程的调控作用提供参考。方法: 以北京市密云区油松人工林生态系统为研究对象,采用涡度相关法(EC)测定油松人工林生态系统净碳交换量,同时对空气温度(Ta)、饱和水汽压差(VPD)、光合有效辐射(PAR)和土壤水分(SWC)等环境要素进行原位连续监测,分析人工林生态系统碳通量组分季节变化特征及其与环境因子的响应关系。结果: 北京密云油松人工林2021年累积生态系统总生产力(GEP)为315 g·m?2,呼吸强度(RE)为291 g·m?2,净生产力(NEP)为24 g·m?2。GEP和RE在生长季(4—10月)较高,非生长季接近0 g·m?2。日GEP、RE和NEP最大值分别为4.7、3.3和3.1 g·m?2。月最大净光合速率在生长季呈单峰型变化,最大值出现在7月。在生长季和生长旺期,NEP与GEP均呈正相关(P<0.01),决定系数分别为0.68和0.80。不同Ta、VPD、SWC条件下NEP与PAR间的关系无明显差异。NEP和GEP均随Ta、VPD和SWC增加先增加后降低,峰值分别出现在约25 ℃、10 hPa、0.2 m3·m–3。低SWC对NEP、GEP和Ta、VPD间的关系无明显影响,但降低RE的温度敏感性。结论: 北京密云油松人工林生态系统在生长旺期、生长季和全年均表现为碳汇,且NEP变化主要受GEP主导。高Ta、VPD和SWC均通过限制GEP降低NEP。低SWC对NEP、GEP和Ta、VPD的关系无明显影响,但降低RE对温度的敏感性。
目的: 研究全球气候变化背景下西南高山亚高山区植被活动增强对蒸散的影响,揭示该地区植被水资源需求动态,为优化区域水资源分配、保障水资源安全提供理论依据。方法: 基于2001—2020年MOD16数据蒸散指标(实际蒸散、潜在蒸散以及实际蒸散与潜在蒸散之比),利用线性拟合、SEN趋势分析、偏相关分析、多元逐步回归分析等方法,阐明温度、降水、相对湿度、气压、日照时数、风速等气象因子和归一化植被指数等植被因子对西南高山亚高山区蒸散指标的影响及其贡献率。结果: 1) 西南高山亚高山区实际蒸散出现年内峰值的时间略滞后于潜在蒸散,二者呈空间分布差异性。研究区域年实际蒸散在246.0~1 191.3 mm之间,峰值出现在7月下旬,其中雅鲁藏布江上游亚高山段、藏南亚高山区实际蒸散较高,怒江北部实际蒸散较低;年潜在蒸散在538.0~2 314.9 mm之间,峰值出现在5月下旬至8月中旬,其中雅砻江上游和金沙江上游亚高山段南部地区潜在蒸散较高。2) 西南高山亚高山区实际蒸散多年平均值为627.8 mm,整体呈显著增加趋势(P<0.05),增速约2.93 mm·a?1,显著增加区域主要分布在嘉陵江上游、岷江上游、大渡河、雅砻江上游、金沙江上游亚高山段、澜沧江上游和怒江部分地区; 潜在蒸散多年平均值为1 500.6 mm,整体呈不显著降低趋势,速度约2.57 mm·a?1,降低区域主要分布在雅砻江上游、金沙江上游亚高山段和藏南亚高山区。实际蒸散与潜在蒸散之比多年平均值为0.43,呈显著上升趋势(P<0.05)。3) 西南高山亚高山区实际蒸散的主要影响因素及作用大小排序为:气温>降水>归一化植被指数>相对湿度>气压>日照时数>风速,潜在蒸散的主要影响因素及作用大小排序为:气温>日照时数>降水>相对湿度>风速,实际蒸散与潜在蒸散之比的主要影响因素及作用大小排序为:气温>相对湿度>归一化植被指数>日照时数>气压。4) 实际蒸散增加主要与植被活动增强有关,由归一化植被指数升高主导实际蒸散增加的区域占比近63%;潜在蒸散降低主要与日照时数减少有关;归一化植被指数升高、日照时数减少对实际蒸散与潜在蒸散之比的正向作用抵消增温对实际蒸散与潜在蒸散之比的负向作用,导致其上升。在Budyko模式下,实际蒸散与潜在蒸散之比的变化显示研究区域由水分限制向能量限制的方向发展。结论: 近20年来西南高山亚高山区植被活动增强对区域蒸散产生显著影响,由此引发的流域水量平衡和土壤水分供给的长期可持续问题值得密切关注。
目的: 探讨外源茉莉酸甲酯对温室牡丹‘洛阳红’挥发性成分及含量的影响,获得改善温室牡丹花朵香气成分的方法,为提高牡丹的经济效益提供参考。方法: 采用整株喷施法,以5种不同浓度(50、100、200、300、400 μmol?L?1)的茉莉酸甲酯溶液喷施温室牡丹‘洛阳红’植株,利用动态顶空套袋吸附法结合气相色谱—质谱联用技术检测其不同开花时期的挥发性成分及含量。结果: 1)不同开花时期的温室牡丹‘洛阳红’共检测出25种挥发性化合物,其中未喷施和喷施茉莉酸甲酯溶液的植株分别检测到23种和24种化合物。可将这些挥发性化合物分为醇类、酯类、醛类、萜烯类、苯环类和烃类6大类,其中烃类和苯环类化合物的总释放量相对较高;喷施不同浓度的茉莉酸甲酯溶液后,六类化合物含量在不同开花时期呈现不同变化趋势。2)对香气化合物的分析发现,对二甲氧基苯、2,4-二叔丁基苯酚、茉莉酸甲酯这3种化合物在大多数样品中含量较高,可视为温室牡丹‘洛阳红’的主要香气成分。3)喷施茉莉酸甲酯溶液后,对二甲氧基苯含量下降,2,4-二叔丁基苯酚和茉莉酸甲酯含量升高,浓度以100 μmol?L?1为最佳。结论: 喷施浓度为100 μmol?L?1的茉莉酸甲酯溶液能较好地改变温室牡丹‘洛阳红’香气成分及含量,从而改善‘洛阳红’置于室内时因香气过于浓郁而令人感到不适的问题。
气候变化是全球治理的一个重要方面,评估人类活动引起的温室气体排放量是应对气候变化的基础性工作,受到世界各国政府、科研机构和企业广泛关注。随着我国“碳达峰”“碳中和”(简称“双碳”)目标的提出以及相关政策的落地实施,碳足迹作为温室气体排放测度指标,其重要性日益凸显。开展木竹产品碳足迹评价是我国木竹加工企业落实国家“双碳”目标的核心工作,对木竹产业低碳高质量发展亦具有重要意义。本文全面分析锯材、改性材、人造板及其制品、结构用集成材和胶合木等主要木竹产品碳足迹评价的研究现状,以及碳足迹评价方法的研究进展。目前,生命周期评价法是国际主流的碳足迹评价方法,依据的标准主要为ISO/TS 14067、GHG Protocol和PAS 2050;在木竹产品中储存的生物碳及其延迟碳排放效应的评估方法,以及计入产品碳足迹评价结果的形式等方面尚未形成国际共识;因不同国家木竹加工技术水平和能源结构有所不同,同一类别产品碳足迹差异显著。此外,不同科研人员采用的评价标准和研究假设等各异,导致同一产品碳足迹评价结果可比性不强。未来应:1) 研制木竹产品延迟碳排放效应的评估方法,科学量化木竹产品对应对气候变化的积极贡献;2) 制定适于木竹产品碳足迹评价国际统一的产品种类规则,进一步增强碳足迹核算结果的可比性,推动木竹产品碳足迹评价结果国际互认;3) 建立木竹产品全生命周期回溯跟踪体系,助力木竹产品全生命周期碳足迹评价工作的顺利开展;4) 构建契合我国木竹产业特点全国统一的碳排放因子数据库,为准确计量木竹产品碳足迹提供数据支撑。
森林观测信息的生产是支持智慧林业工作开展的基础和先导。本文以森林观测仪器技术体系的构建历史、现状和未来为切入点,以基础性公共技术的发展脉络为支撑,深入分析森林观测仪器与森林观测需求的耦合程度。传统森林观测仪器体系在时效性和准确性上已经无法满足日益发展的林业调查的需要,观测仪器存在孤立性高、难以集成、操作繁琐、效率低等问题。这主要是由于当前针对森林观测研究偏重对成熟仪器使用和数据分析,观测仪器的研发偏重算法补偿和集成第三方元件,轻物理结构设计等因素造成。面对基本测量原理鲜有更新、森林观测标准制定滞后于新型技术发展等问题,本文从对观测仪器现在和未来的联合模式进行阐述,从逻辑架构到物理技术层面上分析森林观测仪器联合模式可能在未来出现的发展状况与应用前景。最后,基于当前基础性技术发展的趋势,对可能出现的几种新形态的森林观测仪器进行推测,并以此展望在近未来可能在中国实现的一种智能森林观测体系的雏形。
原始森林是指由乡土树种自然演替而成,没有明显人为干扰痕迹,生态过程没有受到明显影响的森林,其具有复杂的结构和生态功能,是自然界最稳定的碳储库和资源库,对全球气候调节及人类生存发展具有重要作用。在研究领域内明确、规范原始森林的概念和监测方法,有利于世界原始森林资源的清查、保护及监测。本研究在梳理国内外原始森林概念的基础上,归纳总结了原始森林特征,分析了国内外原始森林资源清查和监测的现状,综述了原始森林的重要生态功能:1)原始森林固碳能力存在的碳中性、碳源及碳库假说;2)原始森林具有优于其他森林的水文调节功能;3)原始森林是物种基因库,具有突出的生物多样性保护功能。基于目前对原始森林概念和监测中存在的问题,提出未来研究建议:在森林资源清查中将原始森林单独分类;加大对原始森林生态功能研究,开展原始森林固碳潜力、土壤呼吸的研究;增加原始森林水文调节能力研究,探索原始森林在缓解全球气候变化中的作用;探究原始森林生物多样性保护功能,减少全球生物多样性丧失。
目的: 分析中亚热带喀斯特森林树木功能型的生态位特征,推断不同功能型树木对资源的利用程度和种间竞争差异,为喀斯特地区的植被恢复与重建提供理论指导。方法: 以中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林为研究对象,在样地调查基础上根据冠层高度、种群大小、耐荫性和种子传播方式将被选的40种树木划分为不同功能型,通过计测生态位宽度和生态位重叠指数分析不同功能型树木的生态位特征。结果: 喀斯特森林树木的生态位宽度普遍较低,表现为常见种>偶见种>稀有种,且三者的生态位宽度间差异显著;重力传播种的生态位宽度显著低于动物和风力传播种,不同耐荫性和冠层高度功能型间的生态位宽度无显著差异;40种树木种对间的生态位重叠指数同样较低,常见种的生态位重叠指数显著高于偶见种和稀有种,上层种显著高于下层种,喜光种显著高于耐荫种,而重力传播种则显著低于动物和风力传播种;常见种与偶见种间的生态位重叠指数显著高于常见种与稀有种以及偶见种与稀有种间,动物与风力传播种间的生态位重叠指数显著高于动物与重力种间以及风力与重力种间,而中生与耐荫种间的生态位重叠指数则显著低于喜光与中生种以及喜光与耐荫种间。结论: 中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林中多数树种占据较小的生态位空间并可能存在较低的种间竞争作用,不同树木功能型生态位宽度和生态位重叠指数的差异可能与生境异质性和物种性状差异等存在密切联系。在进行退化生境植被重建时,可根据不同功能型树木的生态位特征合理构建群落的组成与结构,促进森林植被快速恢复。
目的: 探究水源涵养树种树干液流在不同时间尺度的环境调控机制和蒸腾,以提高森林生态系统水源涵养功能评估的准确性,为森林可持续性经营管理提供科学支持。方法: 以北京松山地区乡土树种大果榆为研究对象,2019年和2020年生长季,采用热扩散技术法连续原位观测其树干液流,并同步观测相关环境变量,采用线性和非线性回归法分析树干液流速率(Js)对环境的响应。结果: 连续2年生长季内大果榆单位地面面积蒸腾累计分别为334和252 mm,平均每天分别为1.82和1.37 mm。生长期Js变化主要由短波辐射(Rs)、空气温度(Ta)、饱和水汽压差(VPD)等环境因子综合调控,Js与Rs、Ta和VPD均呈显著正线性相关关系,决定系数R2分别为0.93、0.88和0.89,VPD对Js的调控存在阈值(0.9 kPa)。Rs、Ta和VPD与冠层气孔导度(gs)之间存在显著相关关系。昼夜尺度上,Js主要受Rs控制,Js日变化滞后Rs。结论: 季节与昼夜尺度上Js的调控因子存在一定差异,其环境调控主要通过调节冠层气孔导度进而影响植物树干液流。树干液流对环境因子的敏感性差异及二者日变化的时滞效应能够充分反映出大果榆的耐旱性和环境适应性。
目的: 提出一种基于分层叠加的单木分割算法,以充分利用高密度激光雷达点云信息,提高林分中下层单木分割精度。方法: 区别于传统将冠顶点作为聚类种子点的单木分割算法,基于分层叠加的单木分割算法以点云水平切片后各层的局部最大值为种子点进行分层聚类,并通过分层叠加与迭代优化,减少枝杈等因素导致的过分割现象,在保证上层树单木分割精度的同时提高对中下层单木的提取能力。结果: 基于分层叠加的单木分割算法在不同密度落叶松林分均有较高单木分割精度,提取单木与实测单木总体匹配成功率最高达94%,在中高密度林分匹配成功率最高达92%,相较其他算法,对中下层单木的匹配率可提高20%~40%;在单木树高提取精度方面,单木提取树高与实测树高相关系数为0.8,相对均方根误差为8.45%,提取冠幅与实测冠幅相关系数最高为0.83,相对均方根误差为16.5%。结论: 通过分层聚类、聚类种子点优化选取,充分利用林分各层次点云信息,可提高单木分割精度,为森林经营管理提供高精度数据支持。
城市化进程和居住环境改善导致野外-城市交界域(WUI)在全球范围内不断扩大,且因气候变化,越来越多的WUI存在较高火灾风险。WUI火灾对生态系统和社会具有重大影响,其火管理是当前区域发展面临的一个重要挑战。近年来我国也频繁发生WUI火灾,但针对此类火灾的研究还很少。本文从WUI定义及其火动态研究、火灾风险评估和风险减缓措施3方面系统阐述WUI的火管理研究进展。WUI火灾风险评估特别强调火灾的暴露性和脆弱性以及火烧对环境和社会的影响。火灾风险减缓措施需要基于火险评估结果制定,主要途径包括通过可燃物管理降低WUI的潜在火烧强度和暴露性、改进房屋和其他建筑的材料与设计以提高抗火能力、提高居民的防火意识和防火能力、改善社区的火灾扑救能力和综合抗灾能力。未来应深入探究WUI火蔓延模型、烟雾传输和经济损失模型、WUI可燃物管理技术、WUI规划及相关火管理标准等,开展跨学科和国际合作研究。可靠的火险评估方法和火灾风险减缓技术,将为不同特征的WUI制定相应的火管理对策提供理论和技术支持。我国也面临相关技术需求,应开发WUI火管理技术和标准,提供可靠的火灾风险评估方法和风险减缓技术,提高WUI对火灾的适应能力。
目的: 利用多光谱图像光谱信息快速准确检测植物叶绿素含量,为植物生长监测、胁迫诊断与精确管理提供参考依据和技术指导。方法: 以冬青科中1年生苗期的大别山冬青和北美冬青为研究对象,构建一套基于多光谱相机RedEdge-MX近端提取植物表型信息的系统,采集成熟期和生长期2个品种冬青叶片的蓝色、绿色、红色、近红外、红边5个波段的多光谱图像,处理得到每个叶片各波段处的光谱反射率。将得到的光谱反射率与使用手持式叶绿素含量测定仪测得的叶绿素相对含量(SPAD)进行相关性分析,采用传统支持向量回归(SVR)算法与网格搜索算法(GS)、遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)进行反演建模,对比得到拟合度最高的反演模型,实现利用多光谱图像光谱信息快速准确检测植物叶绿素含量。结果: 对比传统SVR算法与优化后GS-SVR算法、GA-SVR算法和PSO-SVR算法得到反演模型的光谱反射率与SPAD相关性,其模型拟合度分别为 $ {R}_{1}^{2} $ =0.24,均方根误差RMSE1=0.160; $ {R}_{2}^{2} $ =0.72, $ {\mathrm{R}\mathrm{M}\mathrm{S}\mathrm{E}}_{2} $ =0.097; $ {R}_{3}^{2} $ =0.84, $ {\mathrm{R}\mathrm{M}\mathrm{S}\mathrm{E}}_{3} $ =0.073; $ {R}_{4}^{2} $ =0.91, $ {\mathrm{R}\mathrm{M}\mathrm{S}\mathrm{E}}_{4} $ =0.066。校正决定系数 ${R}_{\mathrm{adjusted1}}^{2}$ =0.23,平均绝对误差MAE1=0.119; ${R}_{\mathrm{adjusted2}}^{2}$ =0.71, $ {\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{E}}_{2} $ =0.069; ${R}_{\mathrm{adjusted3}}^{2}$ =0.83, $ {\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{E}}_{3} $ =0.050; ${R}_{\mathrm{adjusted4}}^{2}$ =0.87, $ {\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{E}}_{4} $ =0.044。结论: 综合对比发现,优化后的PSO-SVR算法反演预测效果表现最佳。本研究通过采集植物多光谱图像,采用对比优化后的PSO-SVR算法得到5个波段光谱反射率与SPAD的最优反演模型,预测模型的准确性和鲁棒性增加,可以实现植物叶片叶绿素含量的快速检测。同时,本研究结果推广应用至遥感层面,可以实现对大面积区域内的植被叶绿素进行反演,能够为精确林业苗木生长监测、胁迫诊断与动态调控提供理论基础和技术支撑。
闪电引发的野火造成了全球范围内生态、财产和生命的重大损失。随着气候变暖以及厄尔尼诺等现象的出现,全球雷暴和闪电活动显著增加,由其引发的雷击火造成的燃烧面积也显著增加。然而,目前对闪电点火过程和机制的研究还存在很大空白。本文对雷电分布特征、影响雷电密度的因素以及我国雷暴日的规律进行总结归纳,并将其与雷击火的发生和预测相关联,探究闪电规律与雷击火发生之间的关系。闪电的发生,在时间上具有随机性和瞬时性的特点,闪电发生地域不同,其特征也不相同,闪电密度东部比西部高,南部比北部高,陆地比海洋高。森林雷击火是由地闪电流的热效应所导致,引燃与否与闪电的极性、电流强度等特征密切相关。闪电密度还受到海拔、植被分布、土壤类型、地形以及火烧迹地等因素的影响,海拔升高引起强制对流,雷击,林地、灌木和草原由于地表加热程度不同导致雷击密度也不同,而大型火烧迹地通过增强自由对流或中尺度环流引发雷击。受人类活动强烈影响的地区(如城市、采矿区和工业区)的闪电活动更多。从土壤类型来看,冲积土、过渡性红砂土和淋溶土与闪电活动的增加有关。森林大火产生的火积云也可能会引发又一场火灾。我国东经105°以东地区的平均雷暴持续时期随纬度减小而递增。闪电引起雷击火的过程包括放电加热阶段、热反馈阶段和自燃火焰阶段3个阶段,且气候变化会影响闪电的发生和点火概率。在未来,闪电发生次数和着火概率的增加很大程度上会导致空间和时间上火灾风险的增加。目前,闪电预测雷击火模型中往往没有严格评估闪电的发生情况,未来有必要开发一种用于检测闪电长期趋势的系统,通过卫星通信、无人机航拍、利用现有的大气电场测量系统,同时结合人工引雷、野外点火等试验手段,建立雷击火智能化预报模型,以提高我国雷击火发生概率预报的准确度,实现对雷击火的有效防控。
目的: 探究CO2浓度和温度升高对3个宁夏枸杞品种形态特征和营养组分积累的影响,为未来气候变化背景下培育高抗性优良枸杞品种以及经济林应对气候变化的适应性管理提供依据。方法: 采用开顶气室(OTC)模拟控制系统,对3个宁夏枸杞品种(‘宁杞1号’、‘宁杞7号’、‘宁杞10号’)分别进行CO2浓度(eCO2)和温度 (eT)升高处理。在果实发育的幼果期(YF,处理60天)、青果期(GF,处理70天)、转色期(CF,处理80天)和红果期(RF,处理90天)采集果实,测定其形态特征和营养组分含量。结果: 1) 形态特征分析表明,在CO2浓度升高处理下,‘宁杞1号’果实转色期纵、横径及红果期横径和单果质量显著增加,‘宁杞7号 ’青果期纵径和转色期横径显著增加,‘宁杞10号’幼果期横径和转色期单果质量显著增加。在温度升高处理下,‘宁杞1号’果实转色期和红果期纵径以及红果期单果质量显著增加,‘宁杞7号’青果期和转色期纵径、转色期和红果期横径和单果质量也显著增加,‘宁杞10号’单果质量显著增加(P<0.05)。2) 营养组分分析表明,CO2浓度升高处理显著增加‘宁杞1号’果实4个发育阶段的半乳糖、蔗糖、甜菜碱和黄酮含量,‘宁杞7号’果实红果期果糖、总糖、蔗糖、多糖、类胡萝卜素及甜菜碱含量显著增加,‘宁杞10号’果实红果期半乳糖、果糖、葡萄糖、多糖含量显著增加(P<0.05)。温度升高处理显著增加‘宁杞1号’红果期半乳糖、果糖、总糖、多糖、甜菜碱及黄酮含量,‘宁杞7号’4个发育阶段半乳糖、葡萄糖、蔗糖及红果期果糖、总糖、多糖、类胡萝卜素及甜菜碱含量显著增加,‘宁杞10号’4个发育阶段蔗糖、类胡萝卜素和黄酮含量及红果期半乳糖、总糖、甜菜碱含量显著增加(P<0.05)。结论: CO2浓度和温度升高对宁夏枸杞果实形态发育和营养组分积累均产生影响。‘宁杞10号’表现出更强的适应性,该品种在发育期,果实大小、单果质量和百粒质量增长最大,果实半乳糖、果糖、总糖、多糖、类胡萝卜素、甜菜碱含量增加显著。
目的: 研究不同造林密度马尾松人工林生长过程中个体分化特征及其对生产力的影响,为确定适宜经营密度、培育马尾松林中大径材、提高林分生产力提供依据。方法: 基于2 500、3 333、4 500、6 000株·hm?2(分别记为A、B、C、D)4种马尾松造林密度试验林连续15年的定位观测数据,采用随机森林和结构方程分析林龄、造林密度和自然稀疏过程对马尾松人工林个体分化及其生产力的影响规律。结果: Gini系数(个体大小分化)随林龄增加显著减小,随造林密度增加显著增大。林分自然稀疏过程中,随林龄增加活立木株数显著减小,林分自然稀疏率呈波动性变化且随造林密度增加显著增大。A密度相较其他密度率先达到大径材占比25%(21年生),中径材占比50%(17年生)。马尾松人工林林分蓄积量随林龄增加呈对数函数增长,15年间林分蓄积量增加顺序为A(420.03 m3·hm?2)>C(202.51 m3·hm?2)>B(186.76 m3·hm?2)>D(148.95 m3·hm?2),林分生产力整体呈先增加后减小并逐渐趋于稳定。林龄、造林密度和活立木株数对Gini系数和林分生产力均具有显著影响,其中林龄对Gini系数具有显著负向影响,造林密度对Gini系数具有显著正向影响;林龄和造林密度对林分生产力的影响主要通过“林龄-活立木株数-林分生产力、造林密度-Gini系数-林分生产力”的间接作用。结论: 马尾松人工林2 500株·hm?2造林密度下,林木个体大小分化程度较小,生产力水平较高,适合南亚热带地区中大径材马尾松人工林培育。
目的: 比较奇楠沉香与普通沉香分泌物分布及其主要化学成分种类和相对含量差异,分析2种沉香燃香烟气抑菌效果,为奇楠沉香的品质评价与合理利用提供科学依据。方法: 以10批次奇楠沉香和9批次刀砍法普通沉香为研究对象,采用显微切片法比较2种沉香分泌物分布,应用气相色谱质谱联用技术(GC-MS)分析2种沉香分泌物主要化学成分差异,利用顶空-固相微萃取-气相色谱质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)探究2种沉香线香燃烧后的烟气成分,并基于空气消毒效果鉴定试验评价燃香烟气成分对空气中自然菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌的抑菌活性。结果: 奇楠沉香与普通沉香分泌物主要分布在内含韧皮部和木射线薄壁细胞,奇楠沉香中2种结构的组织比量大于普通沉香。奇楠沉香分泌物含量明显高于普通沉香,2种沉香分泌物主要化学成分存在显著差异。奇楠沉香分泌物中倍半萜类化合物相对含量低于普通沉香,色酮类化合物相对含量大于普通沉香。奇楠沉香分泌物中色酮类化合物以2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮为主,二者相对含量之和达77.3%,普通沉香仅1.5%。奇楠沉香与普通沉香线香燃烧后的烟气成分包括芳香族化合物、倍半萜类化合物以及色酮类化合物,与分泌物主要化学成分相比,烟气成分含有大量芳香族化合物,主要来源于分泌物中的芳香族化合物、分泌物裂解产物和木材裂解产物。2种沉香燃香烟气均对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌具有较强抑菌活性,杀灭率达99%以上,但奇楠沉香燃香烟气对空气中自然菌的抑制效果略优于普通沉香。结论: 奇楠沉香与普通沉香分泌物特性存在显著差异,二者由不同化学类型白木香结香产生,奇楠沉香具有丰富的2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮,由其制备的线香燃烧后烟气抑菌效果略优于普通沉香。
目的: 分析西南喀斯特地区纯林和混交林的土壤优先流特征,为当地森林植被恢复提供一定理论依据。方法: 选取2种典型森林植被类型(侧柏纯林和侧柏、马尾松、直杆蓝桉混交林),基于野外染色示踪试验,设置2种模拟降水量,使用亮蓝染料溶液染色,挖掘土壤的染色竖直剖面和水平剖面,借助图像处理技术,提取染色面积比、平均最大入渗深度、基质流深度、优先流比和长度指数5个优先流特征参数,同时获取不同深度处土壤的优先路径分布、数量和比例。结果: 当模拟降水量相同时,混交林的土壤染色面积比和平均最大入渗深度均高于纯林;当模拟降水量由25 mm增至60 mm时,混交林的土壤染色面积比由12.36%变为16.44%,平均最大入渗深度由22.21 cm变为30.64 cm,土壤染色面积比和最大入渗深度增幅相近;纯林的土壤染色面积比由7.42%变为15.89%,最大入渗深度由12.50 cm变为17.59 cm,土壤染色面积比增幅明显高于平均最大入渗深度。混交林下土壤染色形态呈指状或枝状,有独立斑块存在,纯林呈漏斗状,无独立斑块。当模拟降水量为25 mm时,混交林下基质流深度、优先流比和长度指数平均分别为1.65 cm、76.70%和352.61%,高于侧柏纯林的1.31 cm、74.33%和184.20%;当模拟降水量增至60 mm时,混交林下基质流深度、优先流比和长度指数为2.21 cm、77.18%和497.02%,而侧柏纯林则为4.29 cm、53.83%和331.27%。喀斯特地区混交林和纯林的优先路径主要分布在15 cm以上土层,且半径大多小于5 mm。混交林下土壤优先路径随土层深度的变异性更强,且大影响半径(>5 mm)优先路径的比例(19.0%)高于纯林(9.0%)。结论: 喀斯特地区侧柏纯林和侧柏、马尾松、直杆蓝桉混交林2种典型森林下均存在一定的优先流现象,由于其特殊土石结构影响,林地土壤优先路径数量较多;混交林下优先流的发育程度和空间变异性比纯林高,与其大影响半径优先路径比例高、优先路径分布变异性强有直接关系。
我国竹资源丰富、竹加工技术先进、研发能力过硬、国际竞争力强,竹产业是我国绿色朝阳产业,在发展绿色经济、推进国家生态文明建设和现代林业建设,以及践行“一带一路”、乡村振兴和精准扶贫等国家战略中发挥着重要作用。当前,传统塑料行业面临非可再生资源依赖度高、能源消耗大、环境污染严重等挑战,随着世界经济的发展以及人们对环保的重视,各国政府和组织已启动多项“限塑禁塑”政策和措施并推广可持续塑料替代品的行动。竹子是一种加工单元多样、材性优良、可再生可降解的环保低碳优质生物质材料,具有很大的加工选择性和产品可设计性,可为相适应的以竹代塑产品开发提供多种可能和选择。作为一种环保型替代方案,以竹代塑逐渐受到政府、市场和消费者的青睐。2022年11月,中国政府同国际竹藤组织携手共同发起“以竹代塑”倡议,推动各国减少塑料污染,应对气候变化,加快落实联合国2030年可持续发展议程。2023年11月,《“以竹代塑”全球行动计划(2023—2030)》在首届以竹代塑国际研讨会开幕式上正式发布,提出以竹代塑六大行动目标、23项具体行动。中国向全世界发出“以竹代塑”的强音和保护生态环境的决心,多项以竹代塑决策陆续部署,为竹产业发展提供了有力支持。本研究基于我国竹资源和竹产业的优势特点以及传统塑料行业的绿色转型需求,分析以竹代塑替代方案的迫切需求和可行性;着重梳理汽车部件、家用电器壳体、冷却塔填料、管道管材、建筑装饰材、一次性餐具等典型重点行业产品现状及其以竹代塑加工技术和产品市场发展潜力,提出以竹代塑行动建议、发展趋势与展望,旨在为我国以竹代塑技术产品的推广和应用提供一定参考。
目的: 探究西南喀斯特地区植被自然恢复演替过程中典型群落的土壤碳氮储量变化特征,为该地区退化生态系统恢复与重建提供参考。方法: 采用空间代时间方法,在重庆市中梁山喀斯特槽谷选取弃耕地(弃耕半年)、草地(5~10年)、灌丛(15~25?年)、灌乔林(30~40年)和乔木林(50~60年)作为一个植被自然恢复演替序列,设置固定样地,采集0~10、10~30、30~50、50~70?cm土层土壤样品,测定有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3?-N)含量及碳氮比(C/N)和土壤pH,估算各演替序列下土壤碳氮储量,分析在自然恢复演替不同阶段的土壤碳氮含量与储量特征。结果: 植被自然恢复演替显著提高土壤SOC和TN含量与储量(P ?<?0.001),灌乔阶段的土壤SOC和TN含量与储量最高,含量分别为57.75和6.31?g·kg ?1,储量分别为87.71和10.06?t·hm?2,相比弃耕地阶段的碳氮储量分别增长51.88%和30.31%;各演替阶段0~30?cm土层SOC储量占0~70?cm土层的64.02%~73.68%,TN储量占64.73%~78.55%;0~70?cm土层C/N在自然恢复演替过程中呈先升后降的变化趋势,在灌丛阶段最高,为9.56;0~30?cm土层C/N在乔木阶段最高,为9.98,30~70?cm土层C/N相对较低;土壤NH4+-N储量以灌乔阶段最高(0.103?t·hm?2);土壤NO3?-N储量以弃耕地阶段最高(0.076?t·hm?2),其次为灌乔阶段(0.038?t·hm?2);土壤SOC和TN储量与土壤NH4+-N、NO3?-N和TP含量显著正相关(P<?0.05),此外,土壤SOC储量与土壤TN、TK含量显著正相关(P?<?0.05),土壤TN储量与土壤SOC含量显著正相关(P<?0.05);土壤C/N与土壤SOC、TN和NH4+-N含量极显著正相关(P?<0.01),与土壤TP含量显著正相关(P<?0.05),与土壤TK含量极显著负相关(P?<?0.01)。结论: 西南喀斯特地区植被自然恢复演替可显著提高土壤碳氮含量与储量(P?<?0.001),对0~30?cm土层的碳氮含量与储量、C/N的影响比在30~70?cm土层更明显。土壤碳氮储量与土壤养分循环存在一定关联。随植被自然恢复演替到灌乔阶段,土壤碳氮储量得到显著提升并达到峰值(P?<?0.001);植被自然恢复对土壤质量提升显著(P?<?0.001)。
目的: 探明采伐限额对林场尺度森林碳汇强度及其持续时间的影响规律和机制,量化不同采伐限额对林场尺度森林多目标经营决策的影响,为全面提升森林质量和碳汇功能提供理论基础。方法: 以大兴安岭塔河林业局盘古林场为例,模拟退火为优化算法,考虑活立木、枯死木、枯落物、木材产品、采伐/加工以及替代效应的碳库,建立以木材生产、生物质能源和碳汇综合收益最大化为目标的经营规划模型,并量化不同采伐限额(情景1:每分期0 m3;情景2:每分期19 000 m3;情景3:每分期38 000 m3;情景4:每分期56 000 m3)对100年规划期(10个分期,每分期10年)内经济收益、木材产量、生物质能源产量、碳汇量以及经营措施的综合影响。结果: 当仅考虑碳汇收益时,规划期内盘古林场的总经济收益为15 416.19×104 yuan;随着采伐限额的增加,规划期内总经济收益呈明显增加趋势,情景2, 3和4分别较情景1增加19.74%、39.14%和58.81%;各分期净碳汇量随着规划分期的增加呈明显降低趋势,而各分期林地碳储量呈明显增加趋势;整个规划期内平均碳汇量0.16~0.24 t·hm?2a?1,规划期末林地碳储量高达77.47~77.90 t·hm?2,较规划期初增加约48.07%;规划期内中径材蓄积比例呈增加趋势(从5.80%到36.18%),而小径材比例呈明显下降趋势(从45.74%到16.09%),但短小材比例则相对稳定(平均43.98%);各情景中生物质能源产量与木材产量密切相关,其比值分别为0.243 7、0.249 7和0.247 7,整体以收获树干(45.70%)和树根(36.03%)中的生物质能源为主;情景2~4中,平均每分期采伐面积分别为890、1 742和2 385 hm2,整体以轻度择伐为主(从75.08%到67.65%),但中度(从17.98%到22.25%)和重度(从6.95%到10.10%)择伐面积比例呈明显增加趋势。结论: 长远来看,适当增加大兴安岭地区的森林采伐限额不仅能够增加森林的碳汇强度,还能够显著延长碳汇的持续时间。
目的: 以长白落叶松人工林为研究对象,探究不同立地类型的立地质量差异,实现从立地分类到立地分级,精准评价长白落叶松人工林立地质量。方法: 基于吉林省一类调查和二类调查固定样地数据,采用广义代数差分法构建林分优势高生长差分模型。通过偏相关分析筛选对长白落叶松优势高生长具有显著影响的主导立地因子并形成立地类型(ST),应用K-Means算法对立地类型聚类形成立地类型组(STG),分别以ST、STG作为随机效应构建优势高生长混合效应模型,引入指数函数、幂函数、常数加幂函数消除异方差,采用一阶自回归、复合对称和自回归移动平均3种结构考虑自相关性,选出最优混合效应模型,根据立地类型组30年生的优势高进行立地分级。结果: 最优差分模型M1.1的调整决定系数($ {R}_{\mathrm{a}}^{2} $)为0.865,相对均方根误差(rRMSE)为7.756%。对林分优势高具有显著影响(P<0.01)的立地因子(偏相关系数)为海拔(0.379)、土层厚度(?0.247)、腐殖质层厚度(0.190)、坡位(0.113)、坡度(0.067),前3项为主导立地因子,形成45个立地类型。45个立地类型聚类形成5个立地类型组,考虑立地类型组的混合效应模型M1.7最优,赤池信息准则(AIC)为4 402.492、贝叶斯信息准则(BIC)为4 451.014,相较M1.1的AIC和BIC分别下降7.42%、7.04%。利用M1.7将5个立地类型组划分为5个立地等级,30年生的优势高依次为18.7、17.6、16.2、14.4和12.8 m。结论: Richards、Korf、Hossfeld较其他基础模型更适宜推导差分模型;海拔、土层厚度、腐殖质层厚度是影响长白落叶松优势高生长的主导立地因子;获得立地类型与立地等级的对应表。
目的: 构建广东省主要森林类型林分生物量和碳储量模型,为省内储量数据的本底摸查、省级与县市级储量数据的有效衔接提供模型支撑;分析树种结构和气候条件对模型的影响和作用机制,为更精细的碳汇监测及森林质量提升提供理论指导。方法: 以广东省12种主要森林类型为研究对象,基于2007、2012和2017年3期森林资源连续清查数据,采用非线性误差变量联立方程组构建各森林类型与蓄积量兼容的地上和地下生物量、地上和地下碳储量模型。以哑变量形式区分树种结构,以再参数化方法建立气候敏感的林分生物量和碳储量模型,评价模型拟合结果,分析气候变量对林分生物量和碳储量的影响。结果: 研究得到各森林类型的蓄积量、地上和地下生物量模型以及地上和地下林分平均含碳系数。1) 基于胸高断面积和平均树高的基础模型调整决定系数($ R_{\mathrm{a}}^2 $)为0.947~0.997,总相对误差(TRE)和平均系统误差(MSE)分别在±1.54%和±2.48%范围,均不超±3%。平均预估误差(MPE)为0.30%~3.61%,仅栎树林、相思林部分模型略超3%。平均百分标准误差(MPSE)为3.30%~13.39%,均不超15%。2) 基于胸高断面积的简化模型$ R\mathrm{_a^2} $为0.876~0.996,除相思林地下生物量模型拟合效果较差外,其余模型的TRE和MSE分别在±3.19%和±2.74%范围,MPE为0.36%~4.70%,MPSE为4.18%~15.61%。基于平均胸径和林分密度的补充模型$ R_{\mathrm{a}}^2 $为0.775~0.977,多数在0.9以上,除相思林部分模型拟合效果较差外,其余模型的TRE和MSE分别在±2.28%和±1.83%范围,MPE为1.12%~6.24%,MPSE为5.91%~17.44%。3) 区分树种结构的林分模型$ R_{\mathrm{a}}^2 $为0.960~0.997,TRE和MSE分别在±1.61%和±2.33%范围,MPE为0.30%~3.41%,MPSE为2.67%~12.92%,多数模型显著优于基础模型。4) 建立8种森林类型气候敏感的林分生物量和碳储量模型,$ R\mathrm{_a^2} $为0.947~0.998,TRE和MSE分别在±1.86%和±1.96%范围,MPE为0.29%~2.65%,MPSE为3.18%~13.29%,多数模型较基础模型得到显著改进。生物量大多情况下与温度呈负相关,与蒸散量呈负相关或与降水量呈正相关。结论: 所建模型具有较好拟合效果和较高预估精度,实际应用时可根据数据详略和估算范围选择合适模型。温度过高、蒸散过多或降水不足是限制广东省森林生物量和碳储量增长的主要因素。
(月刊 1955年创刊) 主管:中国科学技术协会 主办:中国林学会 出版:《林业科学》编辑部 主编:尹伟伦 国内统一刊号:CN 11-1908/S 国际标准刊号:ISSN 1001-7488 国内邮发代号:82-6