沙地樟子松天然林对火干扰及气候变化的响应 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容介绍
沙地樟子松天然林断续分布于我国呼伦贝尔森林-草原过渡带上，对于气候变化和火干扰十分敏感，在防风固沙、保持水土、保障区域生态安全等方面发挥着十分重要的生态服务功能。本书在分析呼伦贝尔沙地近50年气候变化特征的基础上，较为全面地分析了林火干扰条件下沙地樟子松天然林林分结构、空间格局、树木竞争关系、植物多样性等的变化特征，探讨了沙地樟子松天然林林分对林火干扰的响应机制；分析了樟子松树木径向生长特征及其与气候变化的关系，重建并揭示了呼伦贝尔沙地历史气候变化和森林-草原过渡带植被变化特征；从林火干扰、气候变化等方面提出了林火干扰和气候变化对樟子松林林分演替的作用机制，并对沙地樟子松天然林生态系统提出了管理对策与建议，为沙地樟子松天然林应对气候变化和林火干扰提供了理论基础与科学依据。

目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 林火 2
1.1.1 林火的概念 3
1.1.2 林火的类型 4
1.1.3 林火发生的条件 5
1.1.4 林火的特征 6
1.1.5 林火的分布及人类的认识 8
1.1.6 中国的林火 9
1.1.7 中国林火研究现状 10
1.2 空间格局生态研究 11
1.2.1 空间格局的意义 11
1.2.2 空间格局产生的原因 13
1.2.3 空间格局的概念 15
1.2.4 空间点格局分析 16
1.3 林木竞争 18
1.4 植物多样性 21
1.5 树木径向生长及其气候响应 22
1.5.1 树木径向生长对气候的响应 22
1.5.2 利用树轮宽度重建环境与气候变化 24
1.6 樟子松简介 25
1.6.1 地理分布 25
1.6.2 生物学特性 26
1.6.3 生态学特性 27
1.6.4 生长习性 28
1.6.5 樟子松与林火 28
1.6.6 樟子松研究现状 29
1.7 研究的科学意义 31
第2章 研究区自然概况与研究方法 32
2.1 研究区自然概况 32
2.1.1 地理位置 32
2.1.2 地形地貌与土壤 32
2.1.3 气候特征 32
2.1.4 水文水系 33
2.1.5 植被特征 33
2.1.6 红花尔基沙地樟子松林火干扰史 34
2.2 研究方法 35
2.2.1 野外调查 35
2.2.2 林火及林分结构特征 39
2.2.3 空间点格局分析 41
2.2.4 单木竞争模型 44
2.2.5 林下植物多样性 47
2.2.6 树轮年表研制 48
2.2.7 年表相关统计变量分析 51
2.2.8 树轮宽度-气候响应分析 52
2.2.9 气候重建转换函数检验 53
2.2.10 气候变化周期分析 54
2.2.11 气候变化突变检验 55
2.2.12 气候数据获取与分析 57
2.2.13 森林-草原过渡带植被变化研究 58
第3章 呼伦贝尔沙地气候变化特征 59
3.1 温度 59
3.1.1 平均气温 59
3.1.2 *低气温 61
3.1.3 *高气温 63
3.2 降水 65
3.3 日照时数 67
3.4 相对湿度 69
3.5 风速 72
3.6 蒸散发 74
3.7 结论与讨论 75
第4章 火干扰对樟子松林林分结构的影响 77
4.1 林火特征 77
4.1.1 树皮熏黑高表征的地表火特征 77
4.1.2 地表火的火烈度特征 79
4.2 林分结构 81
4.2.1 树木种类 81
4.2.2 林分密度 81
4.2.3 林分径阶分布 84
4.3 结论与讨论 86
第5章 火干扰对樟子松空间格局的影响 91
5.1 单变量空间格局分析 91
5.1.1 林火干扰或林分稀疏作用下的空间格局 91
5.1.2 幼树及大树的空间格局 93
5.1.3 死亡树木的空间格局 95
5.1.4 非林冠层树木的空间格局 96
5.1.5 林分不同径阶的空间格局 98
5.2 双变量空间格局分析 101
5.2.1 大树和幼树的空间关系 101
5.2.2 大树和死树的空间关系 102
5.2.3 幼树和死树的空间关系 103
5.2.4 林冠层大树和死树的空间关系 107
5.3 结论与讨论 109
第6章 林火干扰下的樟子松竞争关系研究 114
6.1 对象木样圆大小的选定 114
6.2 对象木及竞争木的取样 114
6.3 有无林火干扰樟子松林竞争关系的比较 115
6.3.1 对象木和竞争木的林分结构 116
6.3.2 有无林火干扰樟子松林竞争强度的比较 118
6.3.3 对象木竞争强度与其胸径的回归分析 118
6.3.4 有无林火干扰樟子松林竞争强度的预测 119
6.4 地表火干扰时间序列上樟子松林的竞争关系 120
6.4.1 林分结构和林火特征 121
6.4.2 对象木和竞争木的林分结构 121
6.4.3 地表火干扰时间序列上樟子松林的竞争强度 123
6.4.4 林木竞争强度与其胸径的回归分析 124
6.4.5 地表火干扰时间序列上樟子松林竞争强度的预测 125
6.5 结论与讨论 126
第7章 樟子松林下植物多样性研究 130
7.1 调查样地的林分结构特征 130
7.2 林下植被的盖度 131
7.3 林下植被的α多样性 131
7.4 林下植被的β多样性 132
7.5 林下植被的种-面积曲线 132
7.6 林下植被的间接梯度分析（DCA） 133
7.7 结论与讨论 135
第8章 樟子松树轮宽度-气候响应及气候重建 138
8.1 樟子松树轮宽度年表特征 138
8.1.1 树轮宽度年表统计分析 138
8.1.2 樟子松树轮年表 139
8.2 樟子松树轮宽度对气候的响应 141
8.2.1 树轮宽度指数与月温度的相关性 141
8.2.2 树轮宽度指数与月降水量/相对湿度的相关性 146
8.2.3 树轮宽度指数与月干燥指数的相关性 147
8.2.4 树轮宽度指数与季节气候要素的相关性 148
8.3 区域气候重建研究 150
8.3.1 树轮年表与不同时期气候要素的相关性分析 150
8.3.2 气候重建转换函数构建 152
8.3.3 转换函数的检验 155
8.4 200年来呼伦贝尔的气候变化 155
8.4.1 气候变化趋势 155
8.4.2 气候变化周期 157
8.4.3 气候突变 158
8.4.4 气候变化阶段分析 162
8.5 结论与讨论 163
第9章 呼伦贝尔森林-草原过渡带植被变化 167
9.1 呼伦贝尔森林-草原过渡带归一化植被指数（NDVI）变化特征 167
9.2 逐月NDVI 和树轮宽度指数与气候因子的关系 167
9.3 树轮宽度指数与NDVI 的关系 171
9.4 呼伦贝尔森林-草原过渡带NDVI转换函数构建 173
9.5 呼伦贝尔森林-草原过渡带NDVI变化 174
9.5.1 周期特征 174
9.5.2 突变特征 175
9.6 结论与讨论 177
第10章 樟子松天然林生态系统管理 179
10.1 火干扰促进樟子松林林分演替机制 179
10.2 树木径向生长的气候响应机制 180
10.3 樟子松天然林生态系统管理建议 181
参考文献 183
附录A 调查样地的植物名录 210
附录B 彩图 213

在线试读
第1章 绪论
　　全球变暖、频繁的干旱和重大火灾等极端气候事件已经给人类造成了非常大的影响，并对自然生态系统造成了严重的影响。气候变化及其影响已成为世界各国政府、科学界和公众普遍关注的环境科学问题之一。
　　联合国政府间气候变化专门委员会第五次评估（IPCC，2013）发现，全球几乎所有地区均发生了气候变暖的趋势，自1880 以来，全球平均表面温度升高了0.85℃（0.65～1.06℃）。在北半球，1983～2012 年可能是过去1400 年中*暖的30 年，全球冰川多呈退缩趋势，北半球春季积雪范围持续缩小，全球平均海平面在1901～2010 年上升了0.19m（0.17～0.21m），在未来情景下，21 世纪全球地表温度可能增加1.5℃以上，2100 年之后仍将持续变暖，到21 世纪末，很多中纬度和副热带干旱地区平均降水量将可能减少，而中纬度湿润地区的平均降水量可能增加，且极端降水的强度很可能加大、频率很可能增*。在气候变暖和干旱增加的背景下，森林火灾发生的风险也呈持续增加趋势。以气候变暖为主要特征的当前气候变化所引起的异常天气频率的增加及森林群落结构的变化将使火险增加。同时，增加的干旱也可能使树木生长持续降低，从而增加森林死亡的风险，气候变暖及其导致的森林火灾和干旱的生态影响是干旱区森林生态学研究关注的重要科学问题。
　　中国《第三次气候变化国家评估报告》（2013 年）显示，1909～2011 年，中国陆地区域平均增温0.9～1.5℃，近15 年气温上升趋缓，但仍然处于近百年来气温*高的阶段，近百年和近60 年全国平均年降水量均未见显著的趋势性变化，但中国存在明显的区域性差异，我国的沿海海平面20 世纪80 年代上升速率达2.9mm/a，高于全球平均速率，而冰川面积和冻土面积分别减少了10.1%和18.6%，在未来，中国区域气温将继续上升，到21 世纪末，可能将增温1.3～5.0℃，全国降水量平均增幅2%～5%，在此背景下，气候变化对中国生态环境的影响引起了人们广泛的关注。
　　生态系统如何适应和响应气候变化是植被生态学研究的重要内容。特别是在森林-草原过渡带，环境非常脆弱，气候变暖导致的干旱、火灾等极端气候事件频发，植被生长动态显著地受气候变化的影响。位于干旱半干旱区的森林-草原过渡带具有许多独特性，被认为是全球变化响应*敏感的区域和全球变化生态研究的热点之一。研究森林-草原过渡带植被对气候变化，特别是对极端气候的响应是理解和掌握全球变化与植被反馈机制的关键。
　　火是大多数森林生态系统，特别是北方森林生态系统非常重要的干扰因子。森林火灾对气候波动具有敏感性。近年来，由于气候异常，各类极端气候事件，特别是极端干旱事件频发，为历史上所罕见，包括中国在内，全球正在经历一次以气候变暖为特征的气候变化过程，林火的发生有增加的趋势。持续增温和频发的干旱，导致森林易燃可燃物积累增多且干燥度增加，森林火灾的发生频率和烈度都将呈增加趋势，林火发生的地理范围也呈扩大趋势；特别是干旱半干旱地区气候更加干燥，森林火灾的危险性及危害程度更加严重。随着气候变暖的进一步加剧，森林火灾的发生将会发生明显改变，对我国森林防火工作提出了新的挑战。
　　全球平均每年大约有1%的森林遭受火干扰的影响，火干扰破坏了森林生态系统的结构与功能，但同时又影响着森林生态系统内部的物质与能量循环，改善森林的结构，促进森林生态系统的良性循环，在森林生产力、生物多样性和稳定性、林分更新、群落演替、物种进化等方面均发挥着十分重要的作用（Whelan，1995；Bond and van Wilgen，1996；Goldammer and Furyaev，1996；Pyne et al.，1996）。北方针叶林区气候寒冷干燥，林下凋落物分解缓慢，枯落物大量聚积，森林可燃物非常丰富，因此，森林频繁地受到林火的干扰（Ryan，2002；Lynch et al.，2004；Gavin et al.，2006）。林火作为森林生态系统中一种瞬时而剧烈的自然驱动力，显著地改变了植被的空间分布、林分结构、林木的竞争和空间格局（杨晓晖等，2008；喻泓等，2009a，2009b，2009c，2009d），因此，林火干扰生态学受到林业与生态工作者的关注，研究林分结构、格局、生物多样性，以及生产力等对林火干扰的响应，对加强森林管理具有非常重要的理论与实践意义。
　　沙地樟子松（Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.）天然林是大兴安岭山地森林与呼伦贝尔草原过渡带上的重要植被类型，在呼伦贝尔沙地上发挥着十分重要的生态防护功能，特别是近些年来，大面积樟子松人工林的营造，对于减少我国北方沙区风沙危害起到了重要作用。目前对于沙地樟子松的研究多集中于其生物学特征、生态学特征、林分生长、病虫害防治、人工林经营管理等方面，关于樟子松林林分结构与生长等特征对气候变化及林火干扰的响应机制认识还很肤浅，加强此方面的研究对于合理管理沙地樟子松天然林，制定应对气候变化和林火干扰对策具有重要的理论与实践指导意义。
　　1.1 林火
　　自从地球大气系统形成以后，与其他干扰因素如干旱、洪水和飓风等一样，火就成为自然生态系统的有机组成部分（Wright and Bailey，1982；Whelan，1995），地球上大多数森林都经历了不同程度火的干扰（Barnes et al.，1998）。长期以来，人类活动与火戚戚相关。火耕曾是欧亚大陆农业生产中的一项重要措施（Viro，1969），火改变了林分的年龄结构、物种组成和外貌，并塑造了多样性的景观（Goldammer and Furyaev，1996；Keeley et al.，2005）。美洲大陆开发以前，原住民就利用火从事狩猎和农事活动（Mitchell，1848；Stewart，1956；Hallam，1975；Hall，1984）；地中海沿岸的人们利用火的历史也非常久远，这种活动在近代由于该地区人口的增加而达到高潮（Le Houerou，1974）。另外，当今社会的人类活动逐渐成为林火发生的主要诱因并且影响着其特征（Barnes et al.，1998；Keeley et al.，1999；Syphard et al.，2007）。世界上许多森林经常受到火的干扰，如美国的北部、西部和东北部及加拿大的林区（Wright and Bailey，1982；Pyne，1997；Barnes et al.，1998），欧亚大陆的北方针叶林区域（Goldammer and Furyaev，1996；Gavin et al.，2006），欧洲、地中海地区的森林和稀树草原（Naveh，1974），南美洲（Coutinho，1990；Soares，1990）、非洲大部分地区（Phillips，1974；Booysen and Tainton，1984）、亚洲（Goldammer and Penafiel，1990；Stott et al.，1990）、澳大利亚（Gill et al.，1981，1990；Pyne，1998）的林区，甚至湿润的热带森林也时常受林火的影响（Goldammer，1991）。大约100 万年前，人类便学会了使用火（Brain and Sillent，1988），火与人类结下了不解之缘，火推动了自然生态系统的演替和变化并影响着人类社会的发展，人们也不断地利用火为自己的生活和生产活动服务（Johnston，1970；Wright and Bailey，1982；Schule，1990）。当然，在林火干扰的生态系统中，植物也表现出了多样性的适应林火的特征（Gill，1975；Keeley，1991；Carrington，1999；Lesica，1999；Liu and Menges，2005；Govender et al.，2006）。因此，火是影响自然生态过程的重要因子（Bond and van Wilgen，1996），它影响着物种的进化和维持着生态系统功能的正常运行，如生态系统中养分的循环、生物量的积累、群落的演替和保持生物多样性等（Barnes et al.，1998；Keeley et al.，2005）。另外，火还在塑造陆地景观中起着重要的作用（Wright and Heinselman，1973；Trabaud and Galtie，1996；Cochrane et al.，1999；Kashian et al.，2005）。
　　1.1.1 林火的概念
　　林火（wildland fire），即通常所说的自然火，其中也包括草原火（grassland fire），是指发生在森林植被中，非有计划的，人为或闪电导致植被燃烧而失去控制的大火（Whelan，1995；Pyne et al.，1996）。火势（fire regime）主要是指林火的类型及其在一定区域范围内所产生的影响，它包括：类型（type）、频率（frequency）、强度（intensity）、火烈度（severity）、面积（size）及季节（timing，即 season of burning）等（Gill，1975；Gill et al.，1981；Whelan，1995；Barnes et al.，1998）。在林火的诸多特征中，尤其以林火的类型、频率和强度3 项特征*为重要。按照林火燃烧发生的高度，林火类型可以分为地下火（ground fire）、地表火（surface fire）和林冠火（crown fire）3 种。林火频率是指在一定时间间隔一定区域内林火又重新发生，它有多种表示方法，如林火周期（return interval）、林火轮回期（fire rotation或fire cycle）等（Johnson，1992）。林火强度一般用火焰的长度或者林火所产生的能量来表示（Agee，1993）。也有人从林火的物理特征出发，将林火分为地下火、地表逆风火（surface backfire）、地表顺风火（surface headfire）、带状林冠火（crown fire with a single front）和点状林冠火（crown fire with spotting）5 种类型（van Wagner，1983）。气候是林火特征的决定性因素，过去的气候通过决定植被的分布和特性而间接影响林火，当前的气候状况则通过决定群落的燃烧特性及林火过程而直接影响林火；而其他因素则是在气候背景下相互交织在一起，共同起作用而使林火特征呈现出多样性的变化（Whelan，1995）。
　　1.1.2 林火的类型
　　地表火是*为常见的林火类型（宋志杰，1991；Bond and van Wilgen，1996；Barnes et al.，1998；胡海清，2005），它在森林的林冠层下燃烧，烧掉林中的枯落物，烧死林下灌木和草本植物的地上部分（Ryan，2002），并且分别熏黑、烤焦树干和树冠（Bond and van Wilgen，1996；Barnes et al.，1998）。林中可燃物越多，林火强度就会越大，灌丛和树木被烧死得就越多；除了林火强度外，林火烧死木的数量与树木的种类、年龄和根系的分布状况也密切相关（Rebertus et al.，1989；Bond and van Wilgen，1996；Barnes et al.，1998；Fulé and Covington，1998）。与幼苗幼树相比，成龄林树木因具有较厚的树皮和远高出地表火火焰高度的树冠而更易于免受林火的灼伤，由于遗传 沙地樟子松天然林对火干扰及气候变化的响应 下载 mobi epub pdf txt 电子书 格式

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