森林对污染物(SO42-)的过滤器效应研究

森林的过滤器效应是指森林对污染物所具有的净化缓冲作用,这是森林生态系统所具有的重要生态服务功能之一.森林生态系统对污染物的截留、吸附与净化一般是通过污染物在森林生态系统中的乔木层与灌草层植物、枯落物和土壤(微生物)等组分间的转化过程来实现,阐明森林生态系统各组分对污染物的净化效应是正确评估森林过滤器效应的关键.系统综述了森林生态系统各组分对污染物净化效应的国内外主要研究成果,指明了目前该方面研究存在的问题和努力的方向,并指出目前国内已有的大多数研究还处于实验观测与现象揭示阶段,缺乏对过程与机理的深入研究,很少进行多因素的动态综合研究和系统分析,这都限制了我们对森林生态系统对污染物净化过程内在运行机制和客观规律的正确认识和评估.把整个森林生态系统当作一个过滤器,从植物、凋落物、土壤、微生物几个亚系统方面介绍了森林过滤器对污染物净化缓冲作用方面的主要研究进展.     

河流渗滤系统中苯系物污染去除机理实验模拟研究

河流渗滤是一种自然净化过程，污染河水通过该过程在河流沉积层中发生各种物理、化学和生物作用，使得污染物浓度降低，河水水质得到净化，从而达到增加地下水开采量的目的。通过静态吸附实验和淋滤实验模拟了苯系物（BTEX）在河流渗滤系统中的吸附行为和降解行为。两种环境行为中吸附作用对于BTEX的净化效果较为有限，当吸附达到饱和之后，并存在电子受体的情况下，BTEX能够发生厌氧微生物降解，降解作用能够更有效的去除BTEX污染物。其中去除效率最高的是间二甲苯，其次是乙苯、甲苯，去除率最差的是苯。微生物降解作用相对于BTEX浓度变化存在一个滞后期。BTEX各组分的土壤 水吸附分配系数Kd越大，总的降解效率也就越低。通过河流渗滤系统这一自然净化过程，可以有效地去除浓度较高的BTEX混合污染，在两种电子受体的情况下各组分平均去除效率都超过了60%，最高去除率均超过了80%。对于持续不断入渗的污染河水，当土壤吸附达到饱和、微生物活性受到抑制情况下，去除效率会大大降低，从而使BTEX穿透包气带进入含水层，对地下水产生危害     

基于过程—效应—功能—服务级联机制的森林减沙服务传输研究

土壤侵蚀是具有当地和异地两方面效应的地表过程。土壤保持服务供给区与需求区在空间上并不是完全重叠,而是存在一定程度的空间失耦。传统的土壤保持服务评估中多以生态系统当地侵蚀产沙减少量作为减沙服务供给量,以单一的分配系数计算对外部区域提供的减沙服务量。前者忽视了土壤保持服务供给能力与土壤保持服务实际提供量的差别,从而高估了土壤保持服务。后者则忽视了泥沙输移比的空间变异,导致很高的评估结果不确定性。准确评估土壤保持服务供给及其空间传输需要充分认识其过程—效应—功能—服务的级联机制。空间分布式的泥沙传输模型为此提供了可能。以洞庭湖区湖南省境内的4个地市为研究区,按照过程—效应—功能—服务的级联框架,在区域尺度上将森林生态系统减沙服务的供给和需求耦合起来,利用融合泥沙连通度的泥沙传输模型,评估了森林生态系统减少土壤流失和泥沙输出的效应,量化了森林以承载人类直接福祉的土地为媒介向人类社会传递的减沙服务。该研究提出的方法框架为生态系统服务供给与需求的耦合提供了一个视角。     

滨海芦苇湿地土壤微生物数量对长期模拟增温的响应

采用开顶式生长室(Open-top chamber,OTC)连续8 a(2008~2015年)长期模拟温度升高,研究滨海芦苇湿地不同土壤深度,及两种代表植物芦苇(Phragmites australis)和白茅(Imperata cylindrical)根际、非根际土壤可培养微生物数量变化对长期增温的响应。结果表明:(1)相对于对照,长期增温导致土壤可培养微生物的数量显著增加。其中,增温对土壤表层细菌、真菌的数量影响显著,细菌在第一层的增幅最大,增加率为34.16%,真菌在第三层的增幅最大,增加了64.42%。增温对20~40 cm土层放线菌影响显著,其中在第二层达到最大增加率59.47%;(2)长期增温对芦苇根际土壤微生物的根际效应变化的影响不大,表现为各土层芦苇根际效应增温对照,而白茅根际真菌和放线菌分别在第二层和第三层有显著差异;(3)不同的植物类型,其根际可培养微生物数量及根际效应对长期增温的响应不一致,表现为芦苇和白茅根际土壤可培养微生物数量及根际效应的增加幅度不同,这可能与植物不同类型,根际分泌物种类、数量的差异有关。     

三峡库区建坝前后森林生态系统服务动态

基于六期Landsat TM/ETM+/OLI影像数据，利用生态系统服务功能评估规范及GIS空间统计方法，对三峡库区1990~2015年间森林生态系统服务价值动态变化进行分析。结果表明：三峡库区森林面积与森林覆盖率逐年增加，森林面积增长率71.04%，森林覆盖率由31.27%增加到53.48%。库区整体的森林类型结构比较稳定，表现为针叶林>混交林>灌木林>阔叶林。时间上，三峡库区森林生态系统服务价值呈上升趋势，具体表现为快-慢-快的增长特征。三峡库区单位面积森林生态系统服务价值在总体增长趋势下出现局部负增长趋势，各森林类型的单位面积价值与三峡库区整体的单位面积价值有着相同的变化趋势，均表现为增加-减少-增加的变化特征。三峡库区各类型服务价值的贡献表现为：涵养水源>固碳释氧>生物多样性保护>保育土壤>净化大气环境>积累营养物质>森林防护。空间上，1990~2015年，三峡库区森林生态系统服务价值的地域分布大致以巫溪至武隆一线为界，呈现出东南高、西北低的特征。1990~2015年三峡库区森林生态系统服务价值变化幅度呈现出“西增加快，东增趋缓”的格局特点。     

湖库水源地流域生态系统服务权衡与多目标优化——以天目湖流域为例

协调各生态系统服务的权衡关系是进行生态系统有效管理、实现可持续发展的关键。采用模型评估法和价值评估法等评估了天目湖流域2019年水源涵养、水质净化、土壤保持、固碳和供给等五项重要生态系统服务,分析了各服务之间的权衡协同关系,采用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)对水质净化服务和供给服务进行优化。结果表明：(1)天目湖流域水源涵养、水质净化、土壤保持和固碳服务呈现“南高-北低”的空间分布特征,与植被覆盖度存在明显的正相关性;而供给服务的高值主要分布在流域中部和河流沿岸,与茶园和耕地分布密切相关。(2)水源涵养、水质净化、土壤保持和固碳服务两两之间表现为协同关系,供给服务与其他服务之间均呈现为权衡关系,其中与水质净化之间的权衡关系最强,表现为流域内最为突出的矛盾关系。(3) NSGA-Ⅱ算法为研究区生态系统服务优化提供了4种方案,可以在不同程度上化解流域内水质优化和经济产出之间的矛盾关系,为天目湖流域乃至其他湖库型水源地流域面向供水安全的生态系统可持续管理提供了新的思路和方法。     

珠三角生态屏障区森林生态系统服务功能价值核算——以韶关市为例

近年来,随着对森林生态系统服务功能认识的日益提升,森林生态系统服务功能的价值核算愈显重要。本文应用生态价值法、碳税法、影子工程法与意愿调查评估法等研究方法,对韶关森林涵养水源、固碳释氧、保育土壤、净化空气、休闲娱乐及保护生物多样性6项生态服务功能价值进行了核算。结果表明,韶关森林生态系统6项服务功能的总价值为769亿元,相当于该区GPD总量的94.14%;而6项功能指标中涵养水源功能价值最高,为3.25×1010元,占总价值42.26%;单位面积森林生态系统服务功能价值约为全国单位价值的4.8倍。     

持久性有机污染物土气交换过程影响因素分析

持久性有机污染物(POPs)在全球范围内进行远距离传输过程中,土壤既是污染物的主要汇,又是空气中污染物的潜在来源.土气交换过程是POPs环境归宿的重要环节,该交换过程受POPs理化性质、近地面气象条件、土壤理化性质及植被覆盖等因素的影响.对近期报道的POPs土气交换过程影响因素研究进行了综述与展望,列出了研究中涉及的重要模型及公式.环境温度的变化既能改变目标物在气固相之间的分配行为,影响空气中污染物的干湿沉降和气态交换过程,也能够通过近地面温度场的梯度变化影响污染物在土气交换过程中的垂直紊流扩散.此外,近地面水平风速的变化也会影响目标物的在近地面空气中的垂直紊流扩散.土壤有机质含量及种类控制了土壤中POPs的吸附/解吸过程,土壤温度和湿度影响污染物的土气分配系数,土壤矿物组成也会影响污染物吸附和解吸过程.地面植被能够吸收和吸附空气中气态和颗粒态POPs,通过雨水淋刷和枯落物凋落转移到土壤中;植被覆盖可以减少土壤的温度变化,减少土壤中POPs的挥发.尽管近年已经取得丰硕的成果,但在土气交换过程多因素耦合影响量化评估、动态评估POPs在典型场地原位复杂环境下的土气交换通量、在区域尺度量化植被对城市中POPs土气交换的影响等方面有待开展深入研究工作.     

基于Meta回归方法的中国城市森林生态系统服务功能价值再评估

在综合国内若干城市生态系统服务功能价值研究实例的基础上,构建了中国城市森林生态系统服务功能价值转移数据库和相应的Meta回归分析模型,对价值转移评估的影响因素进行了全面探讨,并对该模型的样本外价值转移的有效性进行了检验.研究结果表明:(1)中国城市森林生态系统服务功能的平均价值为5.868 万元/hm2·a,按照价值高低排序依次为:涵养水源＞固碳释氧＞保育土壤＞生物多样性保护＞净化大气环境＞森林游憩＞积累营养物质,且总体呈现出西部地区＞东部地区＞中部地区的区位分布特征;(2)城市森林生态系统服务功能的评估方法、类型因素,城市的区位、人口、经济因素和研究区面积因素都是影响城市森林生态系统服务功能价值变化的主要因素;(3)所构建的Meta价值转移模型的样本外价值转移的平均转移误差为18.54％,用于研究样本外价值转移估计的有效性较好.     

岷江上游山地生态系统退化机理研究的核心——关键种群的作用

岷江上游地区在我国长江上游同山峡谷区代表性，由于近几十年来人为活动加剧，该区生态系统严重退化。简要介绍了岷上游山地生态系统的概况，讨论了关键种群在退化生态系统研究中的作用和意义。在此基础上进一步认为，岷江上游山地系统退化机理研究应以典型的干旱河谷灌丛，亚高山森林和亚高山草甸等主要生态为对象，以关键种群为核心和切入点，重点研究了干旱河谷批示植物种群动态有其与环境退化的关系、主要动植物种群在变化在草地生态系统退化过程中的作用、亚高山关键种苗木定居及对退化产生理生态适应机制、土壤微生物区系变化有其对系统中氮素归还的影响等，进而有助于在理论上阐述关键种群的生态功能，探讨关键种群变化导致生态系统退化的作用机理；在实践上为目前国家实施西部大开发生态环境建设的重大需求提供理论依据，推动恢复生态学的发展和该区域的生态建设。     

云南省高原典型森林植被涵养水源功能研究

利用水量平衡原理对云南省高原3种典型森林植被的林冠截留、枯落物持水和土壤蓄水能力进行比较研究。结果表明:土壤蓄水是森林发挥涵养水源功能的最主要途径;从林冠截留量和截留率两个指标来看,林冠截水能力排序为高山松林(209.87 t/hm²、28.87%)>白桦林(194.17 t/hm²、19.82%)>川滇高山栎灌丛(111.78 t/hm²、16.32%);对于枯落物持水能力:最大持水量排序为高山松林(35.79 t/hm²)>白桦林(24.52 t/hm²)>川滇高山栎灌丛(18.49 t/hm²);最大持水率排序为川滇高山栎灌丛(177.42%)>白桦林(152.08%)>高山松林(138.48%);土壤蓄水能力排序为川滇高山栎灌丛(673.19 t/(hm²·a))>高山松林(610 t/(hm²·a))>白桦林(549.84 t/(hm²·a));在同一森林单位面积上,涵养水源能力排序为高山松林(855.66 t/hm²)>川滇高山栎灌丛(803.46 t/hm²)>白桦林(768.53 t/hm²)。研究可为森林生态效益核算和管理奠定基础,且对制定适应气候变化的策略有着科学指导意义。     

Characteristics of Carbon Storage and Density in Different Layers of Forest Ecosystems

Characteristics of carbon storage and density in different layers of forest ecosystems should be studied comprehensively and in more detail. Using forest inventory data in combination with field survey data, we explored the characteristics of carbon storage and density in different layers of forest ecosystems in Liaoning Province of China. Results showed that total carbon storage was 813.034 Tg C. The carbon storage of soil layer accounted for 81.0% of the total storage with 658.783 Tg C, followed by those of arbor, litter and shrub layers with 128.403 Tg C (15.8%), 22.723 Tg C (2.8%) and 3.125 Tg C (0.4%), respectively. The average carbon density for the forest ecosystems were 183.571 Mg C ha^–1, with soil layer (148.744 Mg C ha^–1) being the highest one, followed by arbor layer (28.992 Mg C ha^–1), litter layer (5.131 Mg C ha^–1) and shrub-grass layer (0.706 Mg C ha^–1). Carbon storage in different forest ecosystems varied from 1.595 to 319.161 Tg C, while C density ranged from 165.067 to 235.947Mg C ha^–1, with the highest and lowest values being observed in soil layer and shrub-grass layers, respectively, implying that soil is the main body of forest carbon storage. Young-aged forests accounted for a greater proportion of forests in the Province than forests in other age classes; and proper management of forests could increase the carbon sequestration in the forest ecosystems. The comparison with previous estimations of carbon storage for forest ecosystem implied that methods and data used for forest carbon storage estimation affected the results of estimates obviously.     

岷江上游高山森林凋落叶在冬季河流中的质量损失特征

凋落叶在高山森林河流中的分解不仅是生态系统物质循环的重要内容,而且与森林养分流失以及下游水体环境密切相关,并可能受到冬季雪被变化和土壤季节性冻融的影响,但一直缺乏必要的关注。因此,以岷江上游高山森林4种代表性植物康定柳(Salix paraplesia)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)、方枝柏(Sabina saltuaria)和四川红杉(Larix mastersiana)凋落叶为研究对象,采用凋落叶分解袋法,研究了一个冬季不同冻融时期(冻结初期、冻结期和融化期)的质量损失特征。经过一个冬季(162d)的分解,康定柳、高山杜鹃、方枝柏和四川红杉凋落叶分别完成了初始干重45.5%、18.9%、26.4%和23.8%的分解;除康定柳凋落叶质量损失在融化期最大外,其余3种凋落叶均表现为冻结初期最大;康定柳、方枝柏和四川红杉凋落叶质量损失与河流水环境的平均温度和正积温均表现出显著或极显著的正相关关系,且与河流流速和硝态氮显著正相关,而与河流pH显著负相关;高山杜鹃凋落叶质量损失除与HCO3-含量显著相关外,与河流水温及其它水质特征均无显著相关关系。这些结果表明高山森林河流流速及水环境特征显著影响了凋落叶分解及其相关的物质循环过程,但影响程度受到凋落叶特性的调控。     

长江上游高山森林林窗对凋落物分解过程中可溶性碳的影响

采用凋落物分解袋法, 以川西高山森林典型乔木(四川红杉Larix mastersiana、岷江冷杉Abies faxoniana、红桦Betula albo-sinensis和方枝柏Sabina saltuaria)和灌木(高山杜鹃Rhododendron lapponicum和康定柳Salix paraplesia)凋落物为研究对象, 研究了林窗中心到郁闭林下不同生境(林窗中心、林冠林窗、扩展林窗和郁闭林下)中凋落物第一年分解不同关键时期(雪被形成期、雪被覆盖期、雪被融化期和生长季节)可溶性碳的动态特征。结果表明:6种凋落物可溶性碳和可溶性有机碳在冬季含量增加而在生长季节含量降低, 而可溶性无机碳含量在全年呈降低趋势;雪被形成期, 6种凋落物可溶性碳和可溶性有机碳在郁闭林下达到最大值, 而雪被覆盖期在林窗中心和林冠林窗达到最大值, 生长季节6种凋落物可溶性碳含量均低于初始含量。这表明全球气候变暖情景下, 冬季林内雪被覆盖时间和厚度降低且生长季节延长将减少凋落物可溶性碳含量, 且变化程度受到凋落物质量控制。     

Impacts of elevated atmospheric CO(2) on forest trees and forest ecosystems: knowledge gaps

Atmospheric CO(2) is rising rapidly, and options for slowing the CO(2) rise are politically charged as they largely require reductions in industrial CO(2) emissions for most developed countries. As forests cover some 43% of the Earth's surface, account for some 70% of terrestrial net primary production (NPP), and are being bartered for carbon mitigation, it is critically important that we continue to reduce the uncertainties about the impacts of elevated atmospheric CO(2) on forest tree growth, productivity, and forest ecosystem function. In this paper, I review knowledge gaps and research needs on the effects of elevated atmospheric CO(2) on forest above- and below-ground growth and productivity, carbon sequestration, nutrient cycling, water relations, wood quality, phenology, community dynamics and biodiversity, antioxidants and stress tolerance, interactions with air pollutants, heterotrophic interactions, and ecosystem functioning. Finally, I discuss research needs regarding modeling of the impacts of elevated atmospheric CO(2) on forests.Even though there has been a tremendous amount of research done with elevated CO(2) and forest trees, it remains difficult to predict future forest growth and productivity under elevated atmospheric CO(2). Likewise, it is not easy to predict how forest ecosystem processes will respond to enriched CO(2). The more we study the impacts of increasing CO(2), the more we realize that tree and forest responses are yet largely uncertain due to differences in responsiveness by species, genotype, and functional group, and the complex interactions of elevated atmospheric CO(2) with soil fertility, drought, pests, and co-occurring atmospheric pollutants such as nitrogen deposition and O(3). Furthermore, it is impossible to predict ecosystem-level responses based on short-term studies of young trees grown without interacting stresses and in small spaces without the element of competition. Long-term studies using free-air CO(2) enrichment (FACE) technologies or forest stands around natural CO(2) vents are needed to increase the knowledge base on forest ecosystem responses to elevated atmospheric CO(2). In addition, new experimental protocols need to continue to be developed that will allow for mature trees to be examined in natural ecosystems. These studies should be closely linked to modeling efforts so that the inference capacity from these expensive and long-term studies can be maximized.     

三峡库区森林植被恢复与可持续经营研究

系统的野外调查数据和历史资料分析结果表明,三峡库区森林植被在空间上发展不均匀,无明显垂直分带,且分布分散,人为干扰严重。目前,在70多个植被类型中,森林类型占25个,江岸两侧海拔800 m以下地区森林已经很少。森林类型中,马尾松、柏木林的分布面积最大,并在许多疏林中成为主要树种,主要是飞播或人工种植。库区大于25°的坡耕地占耕地面积的17.5％。库区薪炭林仅能满足农村用能总需求量的10.78％。不合理的土地利用方式和对森林的不合理砍伐导致脆弱的土壤系统和森林生态系统的严重退化、生产力下降和严重的水土流失。库区土壤年侵蚀量达到2.9亿t。三峡工程建设和移民安置对库区森林生态系统的压力和影响将是长期的。调查结果同时表明,库区植物生物多样性丰富,植物种类在5 032种以上,而且乡土树种多。分析认为,只要抓住三峡工程建设的契机,紧密结合国家天然林保护和退耕还林工程建设,充分利用良好的生物学基础,科学地封山育林,分带逐步恢复,同时,因地制宜,退耕还林,发展森林能源,建设多目标复合和多种模式并存的林业经营体系,发展经济,就能从根本上改善森林经营环境,实现森林恢复,形成合理布局的水库森林防护系统,促进三峡库区生态环境建设和可持续发展。     

Multivariate statistical analysis of the response of forest litters to atmospheric pollution

The effect of atmospheric discharge from the Pechenganikel' Integrated Plant, the main source of sulfur dioxide in northern Europe, on changes in acidity and cation exchange properties of forest litters formed on podzol soils was estimated in forest ecosystems at the northern limit of their range. As the plant is approached, the contents of exchangeable potassium and acidity proved to decrease, whereas the contents of nickel and copper increased by two orders of magnitude and reached one-quarter of the total cation exchange capacity. The multivariate analysis of spatial interrelations revealed the natural structure of litter properties, including those concerning exchangeable bases, pollutants, and parameters of acidity.     

庐山不同森林植被类型土壤特性及其健康评价

土壤作为森林生态系统的一个重要因子,评价森林土壤健康状况对森林健康的维护经营以及森林系统功能的发挥具有重要意义。在系统调查和分析庐山8种森林植被类型土壤特性的基础上,评价指标分别从物种多样性以及不同的森林土壤特性中进行筛选,包括物种多样性系数、枯落物层厚度、腐殖质层厚度、土层厚度、容重、粘粒含量、有机质、p H值、阳离子交换量、全氮、水解氮、有效磷、速效钾、磷酸酶活性等指标,基于SPSS19.0软件对所获得数据进行差异性检验和相关分析,确定各项指标的权重,应用合适的土壤健康评分函数,将测得的指标值转换为对应指标的分值,最后通过加权综合法,计算其土壤健康指数,并对不同森林植被类型土壤健康状况进行评价。结果表明,8种森林植被类型下最终的土壤健康指数大小排序为:针阔混交林(0.78)常-落混交林(0.72)灌丛(0.69)常绿阔叶林(0.67)落叶阔叶林(0.64)竹林(0.59)马尾松林(0.53)黄山松林(0.46)。     

三峡库区多功能防护林体系构成与布局的思考

三峡库区多功能防护林体系主要由水源涵养林、水土保持林、防风固沙林、农田防护林、护岸护滩林、道路防护林及四旁植树等林种构成。多功能防护林布局一是要遵循不同地貌部位的立地条件和社会经济发展需求，最大限度地发挥多功能防护林涵养水源、保持土壤、改善环境等生态功能；二是根据防护对象及可能发生的自然灾害，因地制宜、因害设施布设不同的防护林林种；三是以保障库区的可持续发展为原则，使区域内的自然资源最有效、最合理地得以利用；四是在多功能防护林体系建设中，工程措施与生物措施相结合；五是生态效益与经济效益相结合，当前利益与长远利益相结合；六是在树种选择上实行乔、灌、草相结合。林种配置上，网、带、片相结合；七是以防护林为主，多林种协调发展，使三峡库区防护林体系结构整体优化。     

低价林概念商榷

生态系统服务功能已成为生态学及相关领域关注的焦点,人类渴望高效优质的生态系统服务功能。由于种种原因形成了大量的不符合人们经营要求的低价林,它们的生态系统服务功能低下,在很大程度上影响和制约着我国林业乃至社会与经济的可持续发展,低价林问题已引起了人们的普遍关注。目前在学术研究领域和生产实践中,关于低价林方面的称法或概念很多,很不规范,不统一,这也在一定程度上造成了当前低价林的相关研究和实践中较混乱的局面,也严重影响了相关方面的学术交流等活动。针对低价林领域概念比较混乱,不规范,不统一的现状,从森林经营目标的角度定义了低价林概念：把那些由于种种原因引起的没有达到主要经营目标的林分统称为低价林。参照我国林种的划分给出了低价林分类系统;低价林的命名应遵循“（优势）树种－低价－林种”方法。