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基于随机森林的兴安落叶松天然林单木年龄预估模型

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应用生态学报 2024年第4期35卷 1055-1063页

作者：王晓楠苏文浩董灵波东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

为准确预估天然兴安落叶松单木的年龄,实现大兴安岭地区兴安落叶松的全周期可持续经营,本研究基于大兴安岭地区盘古林场44块固定样地数据和280个标准木树芯,采用逐步回归和随机森林算法构建单木年龄预测模型,分析林分结构、立地条件和... 详细信息

为准确预估天然兴安落叶松单木的年龄,实现大兴安岭地区兴安落叶松的全周期可持续经营,本研究基于大兴安岭地区盘古林场44块固定样地数据和280个标准木树芯,采用逐步回归和随机森林算法构建单木年龄预测模型,分析林分结构、立地条件和竞争指标等因素对年龄预测精度的影响,采用决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)对模型进行评价和检验。结果表明:当决策树的数量为1500、节点竞争变量数目为8时,随机森林模型的预测精度最高,据此建立的单木年龄随机森林模型相比逐步回归模型具有更好的准确性和预测能力,其R^(2)、RMSE和MAE分别为0.5882、9.9259 a、8.1155 a;胸径是影响年龄预测最重要的指标(83.8%),其次为树高(34.4%)、海拔(17.9%)和每公顷断面积(17.5%)。随机森林算法在兴安落叶松天然林的单木年龄预测模型构建中,具有较好的适应性和建模效果。本研究结果有助于提高兴安落叶松生长与收获的预估精度,并可为其他与林龄相关的科学研究提供参考。

关键词：兴安落叶松年龄预测逐步回归机器学习

基于树种分类的帽儿山阔叶混交林树高⁃胸径模型

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应用生态学报 2024年第2期35卷 307-320页

作者：曹晓梅苗铮郝元朔董利虎东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

天然林的林分结构复杂、物种多样性丰富,为分析林分生长与制定合理的森林经营决策方案带来了巨大的挑战。树高⁃胸径关系对于预测林分生长、制定森林管理经营措施具有重要意义。本文基于48块帽儿山阔叶混交林样地的调查数据,根据树种结... 详细信息

天然林的林分结构复杂、物种多样性丰富,为分析林分生长与制定合理的森林经营决策方案带来了巨大的挑战。树高⁃胸径关系对于预测林分生长、制定森林管理经营措施具有重要意义。本文基于48块帽儿山阔叶混交林样地的调查数据,根据树种结构、生长特征及生态学特性将23个树种分为4个树种组,通过再参数化方法建立包含林分、林木竞争、树种混交情况及物种多样性变量的广义模型,并建立样地、树种组两水平混合效应模型,利用留一交叉验证法检验模型的预测能力。结果表明:Ratkowsky(1990)模型为最优基础模型,引入优势木平均高、大于对象木断面积之和、树种占比和Shannon指数能更好地解释帽儿山阔叶混交林树高⁃胸径关系;引入样地、树种组混合效应模型可显著提高模型的预测精度,Ra 2为0.83。此外,在相同梯度的环境因素下,喜光树种比耐荫树种表现出更高的树高。本研究利用所构建的树高⁃胸径模型分析了树种混交及树木功能性状对树高生长的影响,为精准预测阔叶混交林不同树种的树高以及进一步分析阔叶混交林分生长关系提供理论基础。

关键词：阔叶混交林树高⁃胸径模型树种划分混合效应模型

大兴安岭多年冻土区森林流域碳湿沉降通量与河流碳输出

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应用生态学报 2024年第3期35卷 648-658页

作者：刘欢杨晓晨蔡玉山崔杨段亮亮东北林业大学林学院哈尔滨150040 东北林业大学森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

流域碳湿沉降与河流碳输出是全球碳循环的重要组成部分,对区域碳收支评估具有重要意义,然而在我国高纬度多年冻土区的相关研究仍然缺乏。本研究以大兴安岭多年冻土区典型森林流域———老爷岭流域为对象,在2022年5月28日—10月30日通过... 详细信息

流域碳湿沉降与河流碳输出是全球碳循环的重要组成部分,对区域碳收支评估具有重要意义,然而在我国高纬度多年冻土区的相关研究仍然缺乏。本研究以大兴安岭多年冻土区典型森林流域———老爷岭流域为对象,在2022年5月28日—10月30日通过对流域内碳湿沉降过程及河流碳输出过程的动态监测,分析了降水和河流中各碳组分浓度与通量的变化特征及影响因素,并估算了流域内碳湿沉降对河流碳输出的贡献。结果表明:观测期内,老爷岭流域溶解有机碳(DOC)、溶解无机碳(DIC)和总溶解碳(TDC)湿沉降通量分别为1354.86、684.59和2039.45 kg·km^(-2);河流中DOC、DIC、TDC的输出通量分别为601.75、1977.30、2579.05 kg·km^(-2),颗粒有机碳(POC)、颗粒无机碳(PIC)、总碳(TC)的输出通量分别为125.13、21.99、2726.17 kg·km^(-2);流域内TDC湿沉降对河流TDC输出的贡献量为9941.89 kg,相对贡献率为17.6%;河流中DIC浓度表现出显著的季节性差异,降水引起径流量的增加使河流中DIC浓度降低并表现出明显的稀释效应,而DOC、POC、PIC的浓度有所增加,主要表现出冲刷效应。综上,老爷岭流域的碳湿沉降通量主要由降水量决定,碳湿沉降对河流碳输出的贡献较小,径流量是影响河流碳输出的主导因素。本研究结果对理解气候变化影响下多年冻土区流域碳循环过程及碳收支平衡具有重要意义。

关键词：河流碳组分河流碳输出碳湿沉降流域碳循环多年冻土

火干扰对森林土壤氮素循环与转化的影响研究进展

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生态学杂志 2024年第2期43卷 372-382页

作者：胡同欣丁海磊孙龙东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

森林火灾是森林生态系统最重要的干扰因素之一,林火的发生改变了森林土壤生态环境,影响着土壤氮素循环与转化的生物与非生物因子,对土壤氮库以及氮素循环过程有着重要影响。阐明火干扰下森林土壤氮组分的变化特征,对于理解森林土壤氮素... 详细信息

森林火灾是森林生态系统最重要的干扰因素之一,林火的发生改变了森林土壤生态环境,影响着土壤氮素循环与转化的生物与非生物因子,对土壤氮库以及氮素循环过程有着重要影响。阐明火干扰下森林土壤氮组分的变化特征,对于理解森林土壤氮素循环与转化对火干扰的响应机理至关重要。而现有关于火干扰对土壤氮素循环与转化的影响研究结果还不尽一致,其影响机制尚不明晰。笔者通过查阅大量相关文献,重点论述了火干扰对土壤氮循环中氮素损失、氮素固持、氮矿化、反硝化和气态氮排放等关键过程的影响,以及火干扰对土壤氮素循环与转化的影响机制,认为土壤氮素循环与转化的特征主要受到火烧因子(火烧强度、火烧频率、火烧后恢复时间、火后恢复方式、火后产物黑碳和灰分)、植被类型及土壤性质3个方面的影响,并从火干扰对土壤氮循环的影响机制、火干扰对土壤氮素循环的长期影响、火干扰后产物对土壤氮素循环影响等3个方面进行探讨与展望,以期深入了解火干扰下土壤氮素循环的特征。

关键词：火干扰森林土壤植被类型氮循环氮素转化

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计划火烧对红松人工林细根生物量的影响

生态学杂志 2024年第2期43卷 362-371页

作者：孙龙胡春雨胡同欣东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

细根作为植物重要的功能器官,是植物和土壤养分传输的重要通道。计划火烧是重要的营林方式。研究计划火烧对细根生物量的影响,将有助于深入了解植物群落组成和生态系统的地下竞争作用。本研究以鹤岗红松人工林为对象,设置对照和火烧两... 详细信息

细根作为植物重要的功能器官,是植物和土壤养分传输的重要通道。计划火烧是重要的营林方式。研究计划火烧对细根生物量的影响,将有助于深入了解植物群落组成和生态系统的地下竞争作用。本研究以鹤岗红松人工林为对象,设置对照和火烧两种样地,于2018年11月初开展计划火烧,利用内径7 cm的土壤钻进行细根和土壤的采集,样品分为0~10和10~20 cm上、下两层,测得细根生物量组成变化,分析计划火烧后土壤性质变化以及细根生物量的主要影响因子。结果表明:计划火烧后上、下层活细根生物量分别显著减少5.7%~16.3%和6.1%~12.4%,上、下层死细根生物量分别显著增加8.5%~17.4%和5.1%~14.1%。计划火烧后乔木上、下层细根生物量分别显著减少17%和10%,草本上、下层细根生物量分别显著增加14%和9%。此外,计划火烧显著增加上、下层吸收根生物量与运输根生物量的比例5.7%~12.9%和4.2%,提高吸收根在细根中所占的比例。计划火烧前后细根生物量对土壤因子做出不同的响应。根据RDA分析可知,计划火烧后的细根生物量主要受土壤温度、含水率和铵态氮含量影响。温度升高促进细根生物量的增加,乔木和草本吸收根生物量与土壤含水率呈显著正相关。乔木吸收根生物量与铵态氮含量呈显著正相关。综上所述,红松人工林细根生物量在植物生活型、细根功能类型组成和土壤影响因子上对计划火烧做出响应。本研究揭示了计划火烧对红松人工林细根生物量的影响,为合理开展计划火烧提供理论支持。

关键词：计划火烧细根生物量土壤理化性质功能类型影响因子

黑龙江流域植被覆盖度时空动态及其对气候变化的响应

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应用生态学报 2024年第6期35卷 1518-1524页

作者：胡蓉董灵波东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

探究黑龙江流域植被覆盖度时空动态特征及其对气候变化的响应,可为该地区3个国家(蒙古国、中国和俄罗斯)开展流域综合治理提供理论依据和数据支撑。本研究以黑龙江流域为对象,基于Google Earth Engine(GEE)平台提供的2000—2020年的MOD1... 详细信息

探究黑龙江流域植被覆盖度时空动态特征及其对气候变化的响应,可为该地区3个国家(蒙古国、中国和俄罗斯)开展流域综合治理提供理论依据和数据支撑。本研究以黑龙江流域为对象,基于Google Earth Engine(GEE)平台提供的2000—2020年的MOD13Q1遥感数据,按最大值法合成归一化植被指数(NDVI),并利用像元二分模型计算植被覆盖度(FVC),采用Sen+MK趋势法分析植被覆盖度动态变化,利用皮尔逊相关系数量化植被覆盖度对气候变化的响应。结果表明:2000—2020年间,黑龙江流域FVC整体呈轻微减少趋势,年际变化率为0.1%,其中,蒙古国FVC呈波动上升趋势(0.13%),而俄罗斯(0.15%)和中国(0.08%)则呈轻微减少趋势;区域内FVC以轻微退化和严重退化为主,面积占比分别为34%和17%,而显著改善区域仅占9%;降水对研究区FVC的影响显著大于气温,降水和气温对FVC影响显著的面积占比分别为8.2%和2.2%,其中,降水与蒙古国区FVC的相关系数最高(r=0.446,P<0.05),而与俄罗斯区FVC的相关系数最低(r=-0.442,P<0.05)。

关键词：植被覆盖度 MODIS 归一化植被指数像元二分模型相关性分析

大兴安岭北部次生林演替过程中物种多样性的变化及其影响因子

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植物生态学报 2024年第3期48卷 349-363页

作者：牛一迪蔡体久东北林业大学林学院东北林业大学森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

物种多样性是生物多样性的重要组成部分。森林演替过程中物种多样性的变化会直接影响生态系统功能和稳定性。因此,揭示森林演替过程中物种多样性变化及其与影响因子之间的关系,对于准确预测森林生态过程和生物多样性格局具有重要意义。... 详细信息

物种多样性是生物多样性的重要组成部分。森林演替过程中物种多样性的变化会直接影响生态系统功能和稳定性。因此,揭示森林演替过程中物种多样性变化及其与影响因子之间的关系,对于准确预测森林生态过程和生物多样性格局具有重要意义。该研究选择大兴安岭北部白桦(Betula platyphylla)林(演替前期)、白桦-兴安落叶松(Larix gmelinii)混交林(演替中期)和兴安落叶松林(演替后期)为研究对象,采用空间代替时间的研究方法,分析我国寒温带地区森林演替过程中物种多样性的变化规律及其与影响因子之间的关系。结果表明:(1)大兴安岭北部森林演替过程中物种丰富度和多样性呈显著增加趋势,演替初期Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数分别为2.42和2.69,演替末期则分别为5.90和3.43;而物种Pielou均匀度指数无显著差异。(2)随森林演替的进行,植物群落的相似性逐渐降低,差异性逐渐增强,Jaccard指数、Sorenson指数和Bray-Curtis指数均减小。(3)森林演替过程中土壤pH、有机质含量、全氮含量和全磷含量对物种多样性存在显著影响,其中全氮含量和全磷含量是演替前期和中期物种多样性的主要影响因子,土壤pH和有机质含量是影响演替后期物种多样性的主要因子。(4)随着演替的进行,林分空间结构对物种多样性的影响逐渐增强,角尺度和大小比数是影响物种多样性的主要空间结构因子。以上结果表明大兴安岭北部森林演替过程中土壤因子对物种多样性具有主导作用,而林分空间结构对森林演替过程中物种多样性的驱动作用也不容忽视。

关键词：大兴安岭次生演替物种多样性土壤性质林分结构

根系对寒温带冻土区兴安落叶松林土壤碳通量的影响

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生态学报 2024年第10期44卷 4319-4333页

作者：李海兴满秀玲高明磊东北林业大学林学院哈尔滨150040 森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

土壤碳通量是森林生态系统碳循环的重要组成部分,根系对土壤碳通量起着关键作用,研究根系对土壤碳通量的影响对寒温带冻土区温室气体研究有重要意义。以杜香-兴安落叶松林(DXL)、杜鹃-兴安落叶松林(DJL)和苔藓-兴安落叶松林(TXL)为研究... 详细信息

土壤碳通量是森林生态系统碳循环的重要组成部分,根系对土壤碳通量起着关键作用,研究根系对土壤碳通量的影响对寒温带冻土区温室气体研究有重要意义。以杜香-兴安落叶松林(DXL)、杜鹃-兴安落叶松林(DJL)和苔藓-兴安落叶松林(TXL)为研究对象,通过壕沟法进行断根处理,采用便携式土壤呼吸仪G4301对土壤碳通量进行日动态和月动态变化测定与分析。结果表明:6—11月,断根对DXL和DJL土壤CH_(4)的吸收起抑制作用,降幅分别为15.16%—54.31%和11.26%—33.84%,对TXL土壤CH_(4)的排放起促进作用,增幅为19.22%—75.52%;对3种类型兴安落叶松林土壤CO_(2)的排放均起抑制作用,其中对TXL影响最大,对土壤CO_(2)降幅为32.29%—87.62%。断根对DXL和TXL土壤CH_(4)的影响在8月最为显著,增幅分别为-54.31%和75.52%,DJL在11月影响最为显著,降幅为33.84%。断根对3种类型兴安落叶松林土壤CO_(2)排放的影响在6—11月均达到显著程度,其中在11月最为显著,降幅为54.94%—87.62%。断根对3种类型兴安落叶松林土壤CH_(4)通量日动态影响差异不显著;而对土壤CO_(2)通量的影响显著,其中在14:00—18:00影响最为显著,降幅为31.87%—62.26%。土壤温度和空气温度是根系影响土壤碳通量变化的主要因子,断根处理增强了土壤温度对其日变化和月变化的影响,减弱了空气温度对其日动态的影响。这表明,根系自养产生的土壤碳通量可能在日动态变化中更活跃,而在月动态变化中更稳定。

关键词： CH_(4)通量 CO_(2)通量日动态月动态断根处理

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火烧对兴安落叶松林土壤氮形态和含量的初期影响

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南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第1期48卷 147-154页

作者：左壮张韫崔晓阳东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040

【目的】阐明轻、中、重度火烧区土壤全氮与矿质氮(NH_(4)^(+)-N与NO_(3)^(-)-N)供给水平、形态特征及空间格局变化,综合反映兴安落叶松林火烧迹地恢复初期土壤氮营养生境特征,为寒温带针叶林火烧迹地改造与生态恢复提供参考。【方法】... 详细信息

【目的】阐明轻、中、重度火烧区土壤全氮与矿质氮(NH_(4)^(+)-N与NO_(3)^(-)-N)供给水平、形态特征及空间格局变化,综合反映兴安落叶松林火烧迹地恢复初期土壤氮营养生境特征,为寒温带针叶林火烧迹地改造与生态恢复提供参考。【方法】在杜香(Ledum palustre)-杜鹃(Rhododendron simsii)-兴安落叶松(Larix gmelinii)林地,以网格法布设固定样地,人工点烧控制林火强度,于火烧前和火烧1 a后采用土钻法采集土样,测定土壤全氮、NH_(4)^(+)-N与NO_(3)^(-)-N含量,计算各指标变化率和各形态氮素比率,并绘制空间格局图。【结果】火烧1 a后:(1)土壤全氮含量及其变化率呈明显阶段性变化。轻、中度火烧区土壤全氮量升高,全氮量空间格局与火烧强度空间格局相关性不显著,但其变化率格局与之正相关;重度火烧区土壤全氮量下降,全氮量及其变化率空间格局均与火烧强度空间格局负相关。(2)土壤NH_(4)^(+)-N含量增加。空间上,NH_(4)^(+)-N含量及其变化率空间格局均与火烧强度格局相关性不显著。(3)土壤NO_(3)^(-)-N含量显著增加。空间上,NO_(3)^(-)-N含量及其变化率空间格局均与火烧强度格局正相关。(4)土壤供氮形态始终表现为明显的NH_(4)^(+)-N供给优势,但其优势度(NH_(4)^(+)-N与NO_(3)^(-)-N的含量比)显著降低,该比值及其变化率的空间格局均与火烧强度空间格局负相关。【结论】大兴安岭北部兴安落叶松林火烧迹地恢复初期,各强度火烧区土壤矿质氮含量与形态变化并未构成原生植被类型恢复的障碍因素;然而,重度火烧区土壤全氮量下降有可能导致长时间尺度上土壤氮供给能力下降。

关键词：兴安落叶松林火土壤氮空间格局