马尾松人工林生物量与生产力研究进展

森林生物量与生产力是研究森林生态系统结构与功能的基本数据。马尾松(Pinus massoniana)作为我国南方重要的用材树种, 其生物量与生产力问题研究历来受到广泛关注。在回顾马尾松人工林生物量与生产力问题研究背景、历史、现状及其进展的基础上, 重点阐述以下几个方面的问题: 1)个体以及林分尺度上马尾松人工林生物量与生产力动态及其分配特征; 2)不同经营措施(立地条件、初植密度、混交措施、抚育间伐及施肥等)对马尾松生物量与生产力的影响; 3)围绕马尾松人工林生产力形成的气候机制问题, 以近年来广泛运用于该方面问题研究的树木年轮学方法为切入,对影响马尾松人工林生产力过程的气候因子进行梳理、整合, 以期全面阐述马尾松人工林生物量与生产力问题研究的相关进展, 在我国森林质量精准提升背景下为马尾松人工林的生产经营提供理论参考。     

呼伦贝尔沙地樟子松林净初级生产力对气候变化的响应

以呼伦贝尔沙地樟子松人工林为研究对象,利用树木年轮学和解析木法,推算过去41年樟子松林的生物量和年净初级生产力,并分析年净初级生产力与气温、降水、湿度等气象因子的关系。研究表明：随着林龄的增加,樟子松林生物量变化符合逻辑斯蒂生长方程;樟子松林生物量从1977年的4.83 t/hm²到2017年的167.95 t/hm²。樟子松林净初级生产力年际差异较大,呈先增加后减小、最后趋于稳定的趋势,多年平均净初级生产力为4.08 t hm^-2 a^-1,最高达到6.13 t hm^-2 a^-1,最低为2.63 t hm^-2 a^-1。气候因子与樟子松林净初级生产力关系较为密切,并具有一定的"滞后效应";樟子松林净初级生产力与上一年8月、12月和当年3月的降水量显著相关;净初级生产力与上一年和当年8-9月的月均湿度极显著正相关;净初级生产力与各月温度均呈不同程度的负相关,尤其是上一年和当年的6-9月温度显著影响着净初级生产力。研究表明,樟子松林净初级生产力受温度和降水的综合影响,净初级生产力与气候因子的关系属于温度敏感型,未来该地区持续升温的条件下樟子松林净初级生产力可能会降低。     

北亚热带生长期温度对马尾松径向生长的影响

近几十年由于温度升高导致的植物生长期的延长已经得到了证实,虽然生长期的长短变化会引起树木生产力变化,但不同起始温度的生长期对树木径向生长的影响尚不明确.为了探索不同起始温度的生长期变化对马尾松生长的影响,找出马尾松生长的敏感温度,本研究选择北亚热带西北边缘汉中地区的老龄马尾松为对象,应用树木年轮学的方法得到了马尾松从1945年到2009年的年轮宽度指数;同时利用汉中气象站的日均温度,计算每一年不同温度的初日、终日、持续时间以及生长期活动积温;分析生长期的变化规律和不同温度生长期对马尾松生长的影响.结果表明:6.0℃-7.5℃的开始时间对年轮宽度有负影响,6.0℃的初日对马尾松的生长最明显,10.5℃的终日时间对生长有显著促进作用;10.0℃和10.5℃的生长期与马尾松生长正相关最为显著,生长期活动积温对生长的影响也较为显著.这些敏感温度分别对应马尾松春季开始萌动、针叶出现以及秋季形成层活动停止时的温度,说明温度的变化导致物候期的变化进而影响植物的年生长量.     

不同强度人为干扰对马尾松地上部分生物量及生产力的影响

采用平均标准木法及分层切割法研究了不同干扰强度对马尾松林地上部分生物量和生产力的影响．并对3个林分蓄积量、各器官相对比例进行了比较分析。结果表明。马尾松林分地上部分总生物量、各器官生物量及净生产力均随干扰强度的减轻而增加,轻度干扰有利于林分生物量和蓄积量的积累及生产力的提高。     

不同生长阶段马尾松生产力与气候因子的关系

林木生产力的大小与气候密切相关,掌握不同年龄阶段林木生产力与气候因子的关系对生产力预测及森林经营具有重要意义.本文利用1964-2011年温度、降水、相对湿度、日照时数等气象资料,结合气候湿润指数,运用树干解析数据,定量研究了马尾松生产力与气候因子的关系.结果表明:影响幼龄阶段、中龄阶段和近熟阶段马尾松单木生产力的气候因子各不相同,幼龄时期的单木生产力与3月相对湿度和1月的气候湿润状况显著相关;中龄阶段马尾松生长的限制因子为10月、7月高温和9月的日照时数,7月和5月的湿润状况对其生产力也有显著影响;近熟阶段马尾松生产力的大小与7月的降水量和湿润状况呈极显著正相关(P＜0.001).研究区域湿润温暖的气候基本满足了马尾松生长对水分和热量的要求,但生长中期的高温少雨限制了中龄阶段和近熟阶段马尾松单木生产力的增长.     

马尾松的生长与气候关系的年轮分析

马尾松的生长与气候关系的年轮分析兰涛,夏冰,贺善安（江苏省－中国科学院植物研究所,南京２１００１４）ＴｒｅｅｒｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｏｆＰｉｎｕｓｍａｓｓｏｎｉａｎａｇｒｏｗｔｈｔｏｃｌｉｍａｔｅｆａｃｔｏｒｓ．￥ＬａｎＴａｏ;Ｘ...     

不同海拔和坡向马尾松树轮宽度对气候变化的响应

以马尾松树轮样芯为材料,利用树木年代学方法分别建立低海拔(260 m)、中海拔(460 m)、高海拔(690 m)及阳坡(270 m)、阴坡(265 m)处马尾松标准及差值年表,将树轮宽度指数与气候因子进行相关及冗余分析,并建立马尾松径向生长量与气候要素的最优多元回归模型,分析福建将乐地区树木径向生长特征及其与气候的关系随海拔及坡向的变化规律.结果表明:该区域马尾松径向生长在海拔梯度上主要受降水量影响,在坡向水平主要受温度影响;120个气候变量中,上年12月降水量及当年2月极端最低气温分别在海拔及坡向处与马尾松径向生长呈显著负相关.该研究定量描述气候变化对亚热带地区马尾松径向生长的影响,为气候变暖背景下将乐地区马尾松林的栽植及管理提供科学依据.     

川西米亚罗林区不同海拔岷江冷杉生长对气候变化的响应

为分析青藏高原东缘半湿润区树木生长与气候关系随海拔变化的规律,于川西米亚罗林区分别在高、中、低海拔选取3个采样点,共采集132棵岷江冷杉年轮样芯,建立了最长达170a(1842-2011年)3个海拔高度的差值年表.岷江冷杉年轮指数与气候因子的相关分析表明:随海拔高度降低,温度与生长的负相关呈增加趋势.高海拔岷江冷杉径向生长与前—年冬季最低温呈显著正相关,中低海拔与当年春季均温、最高温和年均最高温呈显著负相关.低海拔岷江冷杉与当年4月降水呈显著正相关,随海拔升高降水与岷江冷杉生长的相关性降低.中低海拔岷江冷杉年表与4、5月帕尔默干旱指数(P DSI)呈显著正相关,表明在中低海拔存在春季干旱胁迫,抑制了岷江冷杉的生长.另外,大龄树木比小龄树木对气候变化的响应更敏感.     

黑龙江省玉米气候生产力演变及其对气候变化的响应

在气候变化背景下,深入揭示玉米气候生产力的变化趋势及其空间差异、明晰玉米气候资源利用规律,可为黑龙江省农业生产宏观决策提供科学依据.基于黑龙江省72个气象站1981—2014年的气象资料和对应的产量资料,采用逐步订正、空间插值、线性趋势分析等方法,研究玉米的光合、光温、气候生产力的时空变化特征、主要影响因素和增产潜力,并对未来不同气候情景下玉米气候生产力进行评估.结果表明: 研究期间,黑龙江省玉米光合、光温和气候生产力平均值分别为26558、19953和18742 kg·hm^-2;在空间分布上均表现为平原高山地低、由西南向东北逐渐减少;光合、光温、气候生产力均表现为显著增加趋势,其增幅分别为378、723和560 kg·hm^-2·(10 a)^-1,且辐射量和气温的增加对黑龙江省玉米生产具有正效应;玉米气候生产力对气候变化响应明显,松嫩平原西部因光能资源的减少导致玉米光合生产力降低,气温升高则在一定程度上弥补了光照带来的负面效应,玉米光温生产力下降趋势有所减缓,北部和东部对气候变暖的响应表现尤为明显,玉米光温生产力表现为明显上升趋势,而松嫩平原西南部及三江平原易旱区则对降水变化反映敏感;玉米实际单产与其气候生产力比率的平均值仅为24.1%,仍有75.9%的潜力有待开发;未来“暖湿型”气候对提高玉米气候生产力有利,而“冷干型”气候则不利于玉米气候生产力的提高.     

马尾松-肉桂人工复层林生物量及生产力研究

应用相对生长法和样方收获法研究了广西岑溪市马尾松不同光环境处理下营造的马尾松-肉桂人工复层林的生物量及生产力.结果显示:(1)不同处理中,枯落物层生物量随林分郁闭度的增加而增加,灌木层、草本层生物量则随着林分郁闭度的增加而减少;马尾松-肉桂人工复层林模式下林分的生物量、生产力以及群落总生物量远大于马尾松单层林.(2)不同处理的马尾松-肉桂人工复层林林分净生产量均大于马尾松单层林,且上层林马尾松郁闭度在0.5～0.7条件下与肉桂形成的复层林更有利于提高环境资源的获取能力,其中以马尾松林分郁闭度为0.5、密度781株/hm2以及肉桂密度5 952株/hm2的人工复层林模式的成层性最明显,群落生物量、乔木层生物量、净生产力水平最高,分别达167.64 t/hm2、160.549 t/hm2、9.146 t/(hm2·a),且分别高于马尾松单层林14.9％、18.5％、68.7％,是经济效益和生态效益最理想的复合林模式.研究表明,光环境处理对群落生物量空间分布有显著影响,对林分各器官生物量的分配有较大影响,复层林能提高乔木层生物量在总群落生物量中的分配.人工复层混交林比单层林更有利于提高获取环境资源的能力并增加林分的稳定性.     

北亚热带马尾松年轮宽度与NDVI的关系

北亚热带地处暖温带向亚热带的过渡地区,对环境变化较为敏感。因此,研究北亚热带马尾松年轮宽度与森林NDVI的关系对于揭示陆地生态系统对全球气候变化的响应具有重要意义。以马尾松自然分布北界的南郑县和河南省鸡公山自然保护区为研究地点,利用北亚热带马尾松年轮宽度指数和1982-2006年逐月NOAA/AVHRR的归一化植被指数(NDVI)数据及气候数据,在分析年轮宽度及NDVI与气候因子关系的基础上,重点讨论了北亚热带马尾松径向生长与NDVI之间的关系。结果表明:北亚热带NDVI受水热条件的共同控制,其中与月均温相关性较强,且以正相关为主,与月降水量和干旱度指数多负相关;马尾松的径向生长与上一生长季的温度呈正相关,降水和干旱度指数为负相关,当年生长季内的温度和降水以促进作用为主,而与干旱度指数的关系在两地区内相反;南郑县和鸡公山地区年轮宽度与NDVI年值之间关系均不显著(P>0.05)。单月来讲,南郑县3、4、12月NDVI值与年表显著相关,鸡公山地区9月份的NDVI值与差值年表RES相关性最大;南郑县树木生长受温度影响最大,而鸡公山地区受温度和降水的综合作用。因此,在北亚热带地区,长时间序列的年轮宽度数据并不能很好反应NDVI的长期变化,利用树轮宽度指数来重建北亚热带地区NDVI需要进一步研究。     

马尾松幼苗对SO2慢性伤害的反应

马尾松 (Pinus massonianas L amb.)幼苗暴露在 SO2 浓度分别为 0 .0 mg/ m3、0 .2 mg/ m3、0 .4 m g/ 3的 3个开顶式熏气室中 6 0昼夜。在 SO2 浓度 0 .2 mg/ m3处理组 ,马尾松苗与对照组无显著差异。在 SO2 浓度 0 .4 mg/ m3处理组 ,马尾松针叶气孔细胞、针叶颜色、根系形态、根毛数量出现异常 ;类胡萝卜素含量下降 35 % ,针叶含硫量增加 2 2 5 % ,从针叶渗出的钾离子量比对照增加 185 % ,光合速率下降 9.5 % ,蒸腾速率增加 13.6 % ,干重下降 15 .4 % ,相对生长速率下降 2 .7m g/ (g· d)     

四川植被净第一性生产力(NPP)对全球气候变化的响应

根据全球气候变化的趋势 ,利用生态信息系统 (EIS)技术 ,采用植被净第一性生产力模型 ,并结合海拔因素 ,模拟了四川植被净第一性生产力在未来气候 5种水热条件下空间分布格局的变化趋势。结果表明 ,当前四川植被的净第一性生产力 (NPP)从总体上沿东南向西北呈逐渐递减趋势。植被净第一性生产力与降水量呈明显正相关关系 ,二者曲线比较近似。与可能蒸散率呈明显负相关关系 ,与海拔关系比较复杂。在盆地内 ,NPP值主要取决于降水量的多少。在盆地向高原过渡地区和高山高原地区 ,植被净第一性生产力主要取决于可能蒸散率的大小。随着全球气候的变化 ,四川省的植被净第一性生产力将沿东南至西北方向发生面积和值的推移。当温度升高 2 5℃ ,降水量增加 10 %时 ,四川省的植被净第一性生产力将增加13 76 % ,随着降水量增加到 2 0 % ,其值将进一步升高 ,达到 10 92 2TDM·hm-2 ·年 -1。当温度升高 4℃ ,降水量增加 10 %时 ,四川省的植被净第一性生产力将增加 18 2 9% ,随着降水量减少到P 10 %时 ,其值将逐渐减少到 9 5 30TDM·hm-2 ·年-1。     

中国温带草地物候对气候变化的响应及其对总初级生产力的贡献

气候变暖引起的植物物候变化影响了陆地生态系统功能和碳循环。目前研究着重关注温带和热带森林物候变化趋势、驱动因素,关于干旱半干旱地区草地物候变化及其对生态系统总初级生产力（gross primary productivity, GPP）影响仍知之甚少。因此,开展草地植物物候与生产力之间的关系研究对预测草地生态系统响应未来气候变化和区域碳循环至关重要。基于1982-2015年气象资料和GIMMS NDVI3g数据,分析了中国温带草原植被返青期（start of the growing season, SGS）和枯黄期（end of the growing season, EGS）变化及其对气候的响应,并借助一阶差分法量化物候对GPP动态变化的贡献。结果表明：（1）季前1-2个月的夜间温度增温会显著提前SGS, 而当月至季前2个月的白天温度对SGS有着微弱的促进作用;季前3个月的累积降水对SGS提前作用最为强烈,累积太阳辐射在各个时期对SGS影响相对较弱。（2）不同季前时间尺度昼夜温度对草地EGS均表现出相反的作用,短期累积降水对EGS起到显著延迟的区域范围最大,太阳辐射随着季前时间的增加对草地枯黄期的延迟作用逐渐转变为提前作用。（3）EGS对草地GPP年际变化趋势的相对贡献率强于返青期。研究结果有助于深化陆地生态系统与气候变化、碳循环之间相互作用的认识,为草地适应未来气候变化和生态建设提供科学依据。     

东北森林净第一性生产力与碳收支对气候变化的响应

以东北地区(38.43'N～53.34'N,115.37'E～135.5'E)为研究对象,利用当前气候状况和不同气候情景下的气象数据驱动基于个体生长过程的中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,模拟了气候变化对东北森林生态系统净第一性生产力(NPP)和碳收支(NEP)的影响.结果表明:1981～2002年期间,东北森林NPP总量位于0.27～0.40 pgc·a-1之间,平均值为0.34 pgc·a-1;土壤呼吸总量在0.11～0.27 PgC·a-1,平均为0.19 PgC·a-1;NEP总量位于0.11～0.18 PgC·a-1之间,且近20多年来该区森林起着CO2汇的作用,平均每年吸收0.15 Pg C的CO2;该区森林NPP和NEP对温度升高比对降雨变化的反应更为敏感;综合降雨增加(20%)和气温增加(3℃)的情况,该区各点森林的NPP和NEP增加的幅度最大;温度不变、降水增加(不变)情景下最小.     

马尾松人工林近自然化改造对植物自然更新及物种多样性的影响

中国人工林面积居世界第一位,而马尾松是中国人工林面积较大的树种之一,广泛分布于中国的亚热带区域。马尾松适应能力强,耐干旱、瘠薄,是南方低山丘陵区群落演替的先锋树种,也是荒山绿化造林的主要树种,马尾松人工林对生态防护、生态治理有着重大的意义。但是,绝大部分马尾松人工林为人工纯林,生态系统比较脆弱,生态服务功能较差。人工林的近自然改造对于增加林地生物多样性,提升人工林的生态服务功能具有重要意义。2005年,对中国林业科学院热带林业试验中心1993年造林的马尾松人工林进行4种不同强度(50%、40%、30%、20%)间伐后,套种大叶栎(Castanopsis fissa)、米老排(Mytilaria laosensis)、润楠(Machilus pingii)、红锥(C. hystrix)4个乡土阔叶树种,各种套种密度皆为120株/hm²。分别于间伐前(2004年)及2010年对群落生物多样性及人工套种树种生态情况进行调查,结果表明:(1)间伐处理后,自然更新至乔木层的物种种类和数量都有显著的增加,600 m²的样方中,物种数由(2.75±2.56)种增加到(11.17±4.32)种,个体数由(5.75±4.31)株增加到(32.17±19.09)株,群落中乔木亚层的优势种变化不大,主要有南酸枣(Choerospondias axillaris)、水锦树(Wendlandia uvariifolia),枫香(Liquidambar formosana)、破布木(Cordia dichotoma)、白背桐(Mallotus paniculatus)等。新增加到乔木层的物种大都为之前群落中灌木层的种类,主要有三桠苦(Evodia lepta)、鸭脚木(Schefflera minutistellata)、白花龙(Styrax faberi)、中平树(Macaranga denticulata)、黄毛榕(Ficus esquiroliana)、华南毛柃(Eurya ciliata)、罗浮柿(Diospyros morrisiana)、猴耳环(Pithecellobium clypearia)、木姜子(Litsea pungens)、毛黄肉楠(Actinodaphne pilosa)等。(2)间伐处理前,600 m²样方中出现的灌草种类数量为(24.63±4.24)种,间伐处理后,600 m²样方中出现的灌草种类数量为(27.58±3.80)种,不同间伐强度处理后林下灌草的优势种与间伐前大致相同,灌木层优势种为三桠苦,草本层优势种为弓果黍(Cyrtococcum patens)。不同间伐强度处理林分间,灌木层和草本层的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数均无显著差异,且与间伐前林分也无显著差异。(3)间伐促进了4个乡土树种幼树的生长,随着间伐强度的增加,大叶栎、红锥幼树的高度和胸径显著增长;50%的间伐强度的林分中,阔叶树种幼树的长势要显著好于其他间伐强度,50%的间伐强度最有利于马尾松林下套种的阔叶树种生长。(4)在马尾松林下套种的4个阔叶树种幼树的初期生长有明显差异。总体而言,大叶栎与米老排幼树的早期生长速率要明显高于红锥和润楠。     

松突圆蚧对不同马尾松家系危害的初步研究

对受松突圆蚧危害的28个马尾松家系相关的6个指标进行主成分分析和聚类分析,探讨了28个马尾松家系抗松突圆蚧危害的特点。结果表明,家系330、386、318、246、465、662、CK1、232等8个家系不易受松突圆蚧侵害;家系439、458、469等3个家系易受松突圆蚧侵害。     

内蒙古大青山华北落叶松人工林乔木层碳密度年增量与气象因子的关系

以内蒙古大青山华北落叶松人工林为研究对象,通过树木年轮法和异速生长方程法,计算华北落叶松人工林生物量、碳密度及其年增量的年际变化,并分析碳密度年增量与气温、降水、湿度等气象因子的关系。研究发现：华北落叶松人工林碳密度随着林龄增加的变化曲线可用逻辑斯谛生长方程拟合,在1979—2016年,碳密度由1.05 t/hm~2增加到76.83 t/hm~2。华北落叶松人工林碳密度年增量存在显著的年际差异,总体上呈波动性的“慢-快-慢”趋势,碳密度年增量最高达到3.72 t hm^-2 a^-1,多年平均为2.05 t hm^-2 a^-1。华北落叶松人工林碳密度年增量与上年6月和当年6—8月的降水量显著正相关,与上年11月降水显著负相关;与上年11—12月、当年2月和12月的温度和大气相对湿度分别呈正、负相关;与上年7月、9月及当年8—9月的温度保持显著或极显著正相关。研究表明,温度、湿度和降水主要通过生长季的长短和土壤可利用水分及冬季的雪害冻害影响华北落叶松人工林的碳汇潜力,在未来该地区升温增湿的气候变化趋势下华北...     

Emergent climate and CO2 sensitivities of net primary productivity in ecosystem models do not agree with empirical data in temperate forests of eastern North America

Ecosystem models show divergent responses of the terrestrial carbon cycle to global change over the next century. Individual model evaluation and multimodel comparisons with data have largely focused on individual processes at subannual to decadal scales. Thus far, data‐based evaluations of emergent ecosystem responses to climate and CO₂ at multidecadal and centennial timescales have been rare. We compared the sensitivity of net primary productivity (NPP) to temperature, precipitation, and CO₂ in ten ecosystem models with the sensitivities found in tree‐ring reconstructions of NPP and raw ring‐width series at six temperate forest sites. These model‐data comparisons were evaluated at three temporal extents to determine whether the rapid, directional changes in temperature and CO₂ in the recent past skew our observed responses to multiple drivers of change. All models tested here were more sensitive to low growing season precipitation than tree‐ring NPP and ring widths in the past 30 years, although some model precipitation responses were more consistent with tree rings when evaluated over a full century. Similarly, all models had negative or no response to warm‐growing season temperatures, while tree‐ring data showed consistently positive effects of temperature. Although precipitation responses were least consistent among models, differences among models to CO₂ drive divergence and ensemble uncertainty in relative change in NPP over the past century. Changes in forest composition within models had no effect on climate or CO₂ sensitivity. Fire in model simulations reduced model sensitivity to climate and CO₂, but only over the course of multiple centuries. Formal evaluation of emergent model behavior at multidecadal and multicentennial timescales is essential to reconciling model projections with observed ecosystem responses to past climate change. Future evaluation should focus on improved representation of disturbance and biomass change as well as the feedbacks with moisture balance and CO₂ in individual models.