沙地樟子鬆天然林對火乾擾及氣候變化的響應 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容介紹
沙地樟子鬆天然林斷續分布於我國呼倫貝爾森林-草原過渡帶上，對於氣候變化和火乾擾十分敏感，在防風固沙、保持水土、保障區域生態安全等方麵發揮著十分重要的生態服務功能。本書在分析呼倫貝爾沙地近50年氣候變化特徵的基礎上，較為全麵地分析瞭林火乾擾條件下沙地樟子鬆天然林林分結構、空間格局、樹木競爭關係、植物多樣性等的變化特徵，探討瞭沙地樟子鬆天然林林分對林火乾擾的響應機製；分析瞭樟子鬆樹木徑嚮生長特徵及其與氣候變化的關係，重建並揭示瞭呼倫貝爾沙地曆史氣候變化和森林-草原過渡帶植被變化特徵；從林火乾擾、氣候變化等方麵提齣瞭林火乾擾和氣候變化對樟子鬆林林分演替的作用機製，並對沙地樟子鬆天然林生態係統提齣瞭管理對策與建議，為沙地樟子鬆天然林應對氣候變化和林火乾擾提供瞭理論基礎與科學依據。

目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 林火 2
1.1.1 林火的概念 3
1.1.2 林火的類型 4
1.1.3 林火發生的條件 5
1.1.4 林火的特徵 6
1.1.5 林火的分布及人類的認識 8
1.1.6 中國的林火 9
1.1.7 中國林火研究現狀 10
1.2 空間格局生態研究 11
1.2.1 空間格局的意義 11
1.2.2 空間格局産生的原因 13
1.2.3 空間格局的概念 15
1.2.4 空間點格局分析 16
1.3 林木競爭 18
1.4 植物多樣性 21
1.5 樹木徑嚮生長及其氣候響應 22
1.5.1 樹木徑嚮生長對氣候的響應 22
1.5.2 利用樹輪寬度重建環境與氣候變化 24
1.6 樟子鬆簡介 25
1.6.1 地理分布 25
1.6.2 生物學特性 26
1.6.3 生態學特性 27
1.6.4 生長習性 28
1.6.5 樟子鬆與林火 28
1.6.6 樟子鬆研究現狀 29
1.7 研究的科學意義 31
第2章 研究區自然概況與研究方法 32
2.1 研究區自然概況 32
2.1.1 地理位置 32
2.1.2 地形地貌與土壤 32
2.1.3 氣候特徵 32
2.1.4 水文水係 33
2.1.5 植被特徵 33
2.1.6 紅花爾基沙地樟子鬆林火乾擾史 34
2.2 研究方法 35
2.2.1 野外調查 35
2.2.2 林火及林分結構特徵 39
2.2.3 空間點格局分析 41
2.2.4 單木競爭模型 44
2.2.5 林下植物多樣性 47
2.2.6 樹輪年錶研製 48
2.2.7 年錶相關統計變量分析 51
2.2.8 樹輪寬度-氣候響應分析 52
2.2.9 氣候重建轉換函數檢驗 53
2.2.10 氣候變化周期分析 54
2.2.11 氣候變化突變檢驗 55
2.2.12 氣候數據獲取與分析 57
2.2.13 森林-草原過渡帶植被變化研究 58
第3章 呼倫貝爾沙地氣候變化特徵 59
3.1 溫度 59
3.1.1 平均氣溫 59
3.1.2 *低氣溫 61
3.1.3 *高氣溫 63
3.2 降水 65
3.3 日照時數 67
3.4 相對濕度 69
3.5 風速 72
3.6 蒸散發 74
3.7 結論與討論 75
第4章 火乾擾對樟子鬆林林分結構的影響 77
4.1 林火特徵 77
4.1.1 樹皮熏黑高錶徵的地錶火特徵 77
4.1.2 地錶火的火烈度特徵 79
4.2 林分結構 81
4.2.1 樹木種類 81
4.2.2 林分密度 81
4.2.3 林分徑階分布 84
4.3 結論與討論 86
第5章 火乾擾對樟子鬆空間格局的影響 91
5.1 單變量空間格局分析 91
5.1.1 林火乾擾或林分稀疏作用下的空間格局 91
5.1.2 幼樹及大樹的空間格局 93
5.1.3 死亡樹木的空間格局 95
5.1.4 非林冠層樹木的空間格局 96
5.1.5 林分不同徑階的空間格局 98
5.2 雙變量空間格局分析 101
5.2.1 大樹和幼樹的空間關係 101
5.2.2 大樹和死樹的空間關係 102
5.2.3 幼樹和死樹的空間關係 103
5.2.4 林冠層大樹和死樹的空間關係 107
5.3 結論與討論 109
第6章 林火乾擾下的樟子鬆競爭關係研究 114
6.1 對象木樣圓大小的選定 114
6.2 對象木及競爭木的取樣 114
6.3 有無林火乾擾樟子鬆林競爭關係的比較 115
6.3.1 對象木和競爭木的林分結構 116
6.3.2 有無林火乾擾樟子鬆林競爭強度的比較 118
6.3.3 對象木競爭強度與其胸徑的迴歸分析 118
6.3.4 有無林火乾擾樟子鬆林競爭強度的預測 119
6.4 地錶火乾擾時間序列上樟子鬆林的競爭關係 120
6.4.1 林分結構和林火特徵 121
6.4.2 對象木和競爭木的林分結構 121
6.4.3 地錶火乾擾時間序列上樟子鬆林的競爭強度 123
6.4.4 林木競爭強度與其胸徑的迴歸分析 124
6.4.5 地錶火乾擾時間序列上樟子鬆林競爭強度的預測 125
6.5 結論與討論 126
第7章 樟子鬆林下植物多樣性研究 130
7.1 調查樣地的林分結構特徵 130
7.2 林下植被的蓋度 131
7.3 林下植被的α多樣性 131
7.4 林下植被的β多樣性 132
7.5 林下植被的種-麵積麯綫 132
7.6 林下植被的間接梯度分析（DCA） 133
7.7 結論與討論 135
第8章 樟子鬆樹輪寬度-氣候響應及氣候重建 138
8.1 樟子鬆樹輪寬度年錶特徵 138
8.1.1 樹輪寬度年錶統計分析 138
8.1.2 樟子鬆樹輪年錶 139
8.2 樟子鬆樹輪寬度對氣候的響應 141
8.2.1 樹輪寬度指數與月溫度的相關性 141
8.2.2 樹輪寬度指數與月降水量/相對濕度的相關性 146
8.2.3 樹輪寬度指數與月乾燥指數的相關性 147
8.2.4 樹輪寬度指數與季節氣候要素的相關性 148
8.3 區域氣候重建研究 150
8.3.1 樹輪年錶與不同時期氣候要素的相關性分析 150
8.3.2 氣候重建轉換函數構建 152
8.3.3 轉換函數的檢驗 155
8.4 200年來呼倫貝爾的氣候變化 155
8.4.1 氣候變化趨勢 155
8.4.2 氣候變化周期 157
8.4.3 氣候突變 158
8.4.4 氣候變化階段分析 162
8.5 結論與討論 163
第9章 呼倫貝爾森林-草原過渡帶植被變化 167
9.1 呼倫貝爾森林-草原過渡帶歸一化植被指數（NDVI）變化特徵 167
9.2 逐月NDVI 和樹輪寬度指數與氣候因子的關係 167
9.3 樹輪寬度指數與NDVI 的關係 171
9.4 呼倫貝爾森林-草原過渡帶NDVI轉換函數構建 173
9.5 呼倫貝爾森林-草原過渡帶NDVI變化 174
9.5.1 周期特徵 174
9.5.2 突變特徵 175
9.6 結論與討論 177
第10章 樟子鬆天然林生態係統管理 179
10.1 火乾擾促進樟子鬆林林分演替機製 179
10.2 樹木徑嚮生長的氣候響應機製 180
10.3 樟子鬆天然林生態係統管理建議 181
參考文獻 183
附錄A 調查樣地的植物名錄 210
附錄B 彩圖 213

在綫試讀
第1章 緒論
　　全球變暖、頻繁的乾旱和重大火災等極端氣候事件已經給人類造成瞭非常大的影響，並對自然生態係統造成瞭嚴重的影響。氣候變化及其影響已成為世界各國政府、科學界和公眾普遍關注的環境科學問題之一。
　　聯閤國政府間氣候變化專門委員會第五次評估（IPCC，2013）發現，全球幾乎所有地區均發生瞭氣候變暖的趨勢，自1880 以來，全球平均錶麵溫度升高瞭0.85℃（0.65～1.06℃）。在北半球，1983～2012 年可能是過去1400 年中*暖的30 年，全球冰川多呈退縮趨勢，北半球春季積雪範圍持續縮小，全球平均海平麵在1901～2010 年上升瞭0.19m（0.17～0.21m），在未來情景下，21 世紀全球地錶溫度可能增加1.5℃以上，2100 年之後仍將持續變暖，到21 世紀末，很多中緯度和副熱帶乾旱地區平均降水量將可能減少，而中緯度濕潤地區的平均降水量可能增加，且極端降水的強度很可能加大、頻率很可能增*。在氣候變暖和乾旱增加的背景下，森林火災發生的風險也呈持續增加趨勢。以氣候變暖為主要特徵的當前氣候變化所引起的異常天氣頻率的增加及森林群落結構的變化將使火險增加。同時，增加的乾旱也可能使樹木生長持續降低，從而增加森林死亡的風險，氣候變暖及其導緻的森林火災和乾旱的生態影響是乾旱區森林生態學研究關注的重要科學問題。
　　中國《第三次氣候變化國傢評估報告》（2013 年）顯示，1909～2011 年，中國陸地區域平均增溫0.9～1.5℃，近15 年氣溫上升趨緩，但仍然處於近百年來氣溫*高的階段，近百年和近60 年全國平均年降水量均未見顯著的趨勢性變化，但中國存在明顯的區域性差異，我國的沿海海平麵20 世紀80 年代上升速率達2.9mm/a，高於全球平均速率，而冰川麵積和凍土麵積分彆減少瞭10.1%和18.6%，在未來，中國區域氣溫將繼續上升，到21 世紀末，可能將增溫1.3～5.0℃，全國降水量平均增幅2%～5%，在此背景下，氣候變化對中國生態環境的影響引起瞭人們廣泛的關注。
　　生態係統如何適應和響應氣候變化是植被生態學研究的重要內容。特彆是在森林-草原過渡帶，環境非常脆弱，氣候變暖導緻的乾旱、火災等極端氣候事件頻發，植被生長動態顯著地受氣候變化的影響。位於乾旱半乾旱區的森林-草原過渡帶具有許多獨特性，被認為是全球變化響應*敏感的區域和全球變化生態研究的熱點之一。研究森林-草原過渡帶植被對氣候變化，特彆是對極端氣候的響應是理解和掌握全球變化與植被反饋機製的關鍵。
　　火是大多數森林生態係統，特彆是北方森林生態係統非常重要的乾擾因子。森林火災對氣候波動具有敏感性。近年來，由於氣候異常，各類極端氣候事件，特彆是極端乾旱事件頻發，為曆史上所罕見，包括中國在內，全球正在經曆一次以氣候變暖為特徵的氣候變化過程，林火的發生有增加的趨勢。持續增溫和頻發的乾旱，導緻森林易燃可燃物積纍增多且乾燥度增加，森林火災的發生頻率和烈度都將呈增加趨勢，林火發生的地理範圍也呈擴大趨勢；特彆是乾旱半乾旱地區氣候更加乾燥，森林火災的危險性及危害程度更加嚴重。隨著氣候變暖的進一步加劇，森林火災的發生將會發生明顯改變，對我國森林防火工作提齣瞭新的挑戰。
　　全球平均每年大約有1%的森林遭受火乾擾的影響，火乾擾破壞瞭森林生態係統的結構與功能，但同時又影響著森林生態係統內部的物質與能量循環，改善森林的結構，促進森林生態係統的良性循環，在森林生産力、生物多樣性和穩定性、林分更新、群落演替、物種進化等方麵均發揮著十分重要的作用（Whelan，1995；Bond and van Wilgen，1996；Goldammer and Furyaev，1996；Pyne et al.，1996）。北方針葉林區氣候寒冷乾燥，林下凋落物分解緩慢，枯落物大量聚積，森林可燃物非常豐富，因此，森林頻繁地受到林火的乾擾（Ryan，2002；Lynch et al.，2004；Gavin et al.，2006）。林火作為森林生態係統中一種瞬時而劇烈的自然驅動力，顯著地改變瞭植被的空間分布、林分結構、林木的競爭和空間格局（楊曉暉等，2008；喻泓等，2009a，2009b，2009c，2009d），因此，林火乾擾生態學受到林業與生態工作者的關注，研究林分結構、格局、生物多樣性，以及生産力等對林火乾擾的響應，對加強森林管理具有非常重要的理論與實踐意義。
　　沙地樟子鬆（Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.）天然林是大興安嶺山地森林與呼倫貝爾草原過渡帶上的重要植被類型，在呼倫貝爾沙地上發揮著十分重要的生態防護功能，特彆是近些年來，大麵積樟子鬆人工林的營造，對於減少我國北方沙區風沙危害起到瞭重要作用。目前對於沙地樟子鬆的研究多集中於其生物學特徵、生態學特徵、林分生長、病蟲害防治、人工林經營管理等方麵，關於樟子鬆林林分結構與生長等特徵對氣候變化及林火乾擾的響應機製認識還很膚淺，加強此方麵的研究對於閤理管理沙地樟子鬆天然林，製定應對氣候變化和林火乾擾對策具有重要的理論與實踐指導意義。
　　1.1 林火
　　自從地球大氣係統形成以後，與其他乾擾因素如乾旱、洪水和颶風等一樣，火就成為自然生態係統的有機組成部分（Wright and Bailey，1982；Whelan，1995），地球上大多數森林都經曆瞭不同程度火的乾擾（Barnes et al.，1998）。長期以來，人類活動與火戚戚相關。火耕曾是歐亞大陸農業生産中的一項重要措施（Viro，1969），火改變瞭林分的年齡結構、物種組成和外貌，並塑造瞭多樣性的景觀（Goldammer and Furyaev，1996；Keeley et al.，2005）。美洲大陸開發以前，原住民就利用火從事狩獵和農事活動（Mitchell，1848；Stewart，1956；Hallam，1975；Hall，1984）；地中海沿岸的人們利用火的曆史也非常久遠，這種活動在近代由於該地區人口的增加而達到高潮（Le Houerou，1974）。另外，當今社會的人類活動逐漸成為林火發生的主要誘因並且影響著其特徵（Barnes et al.，1998；Keeley et al.，1999；Syphard et al.，2007）。世界上許多森林經常受到火的乾擾，如美國的北部、西部和東北部及加拿大的林區（Wright and Bailey，1982；Pyne，1997；Barnes et al.，1998），歐亞大陸的北方針葉林區域（Goldammer and Furyaev，1996；Gavin et al.，2006），歐洲、地中海地區的森林和稀樹草原（Naveh，1974），南美洲（Coutinho，1990；Soares，1990）、非洲大部分地區（Phillips，1974；Booysen and Tainton，1984）、亞洲（Goldammer and Penafiel，1990；Stott et al.，1990）、澳大利亞（Gill et al.，1981，1990；Pyne，1998）的林區，甚至濕潤的熱帶森林也時常受林火的影響（Goldammer，1991）。大約100 萬年前，人類便學會瞭使用火（Brain and Sillent，1988），火與人類結下瞭不解之緣，火推動瞭自然生態係統的演替和變化並影響著人類社會的發展，人們也不斷地利用火為自己的生活和生産活動服務（Johnston，1970；Wright and Bailey，1982；Schule，1990）。當然，在林火乾擾的生態係統中，植物也錶現齣瞭多樣性的適應林火的特徵（Gill，1975；Keeley，1991；Carrington，1999；Lesica，1999；Liu and Menges，2005；Govender et al.，2006）。因此，火是影響自然生態過程的重要因子（Bond and van Wilgen，1996），它影響著物種的進化和維持著生態係統功能的正常運行，如生態係統中養分的循環、生物量的積纍、群落的演替和保持生物多樣性等（Barnes et al.，1998；Keeley et al.，2005）。另外，火還在塑造陸地景觀中起著重要的作用（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），即通常所說的自然火，其中也包括草原火（grassland fire），是指發生在森林植被中，非有計劃的，人為或閃電導緻植被燃燒而失去控製的大火（Whelan，1995；Pyne et al.，1996）。火勢（fire regime）主要是指林火的類型及其在一定區域範圍內所産生的影響，它包括：類型（type）、頻率（frequency）、強度（intensity）、火烈度（severity）、麵積（size）及季節（timing，即 season of burning）等（Gill，1975；Gill et al.，1981；Whelan，1995；Barnes et al.，1998）。在林火的諸多特徵中，尤其以林火的類型、頻率和強度3 項特徵*為重要。按照林火燃燒發生的高度，林火類型可以分為地下火（ground fire）、地錶火（surface fire）和林冠火（crown fire）3 種。林火頻率是指在一定時間間隔一定區域內林火又重新發生，它有多種錶示方法，如林火周期（return interval）、林火輪迴期（fire rotation或fire cycle）等（Johnson，1992）。林火強度一般用火焰的長度或者林火所産生的能量來錶示（Agee，1993）。也有人從林火的物理特徵齣發，將林火分為地下火、地錶逆風火（surface backfire）、地錶順風火（surface headfire）、帶狀林冠火（crown fire with a single front）和點狀林冠火（crown fire with spotting）5 種類型（van Wagner，1983）。氣候是林火特徵的決定性因素，過去的氣候通過決定植被的分布和特性而間接影響林火，當前的氣候狀況則通過決定群落的燃燒特性及林火過程而直接影響林火；而其他因素則是在氣候背景下相互交織在一起，共同起作用而使林火特徵呈現齣多樣性的變化（Whelan，1995）。
　　1.1.2 林火的類型
　　地錶火是*為常見的林火類型（宋誌傑，1991；Bond and van Wilgen，1996；Barnes et al.，1998；鬍海清，2005），它在森林的林冠層下燃燒，燒掉林中的枯落物，燒死林下灌木和草本植物的地上部分（Ryan，2002），並且分彆熏黑、烤焦樹乾和樹冠（Bond and van Wilgen，1996；Barnes et al.，1998）。林中可燃物越多，林火強度就會越大，灌叢和樹木被燒死得就越多；除瞭林火強度外，林火燒死木的數量與樹木的種類、年齡和根係的分布狀況也密切相關（Rebertus et al.，1989；Bond and van Wilgen，1996；Barnes et al.，1998；Fulé and Covington，1998）。與幼苗幼樹相比，成齡林樹木因具有較厚的樹皮和遠高齣地錶火火焰高度的樹冠而更易於免受林火的灼傷，由於遺傳 沙地樟子鬆天然林對火乾擾及氣候變化的響應 下載 mobi epub pdf txt 電子書 格式

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