（自然地理学专业论文）净月潭不同森林—土壤系统类型氧释放功能对比研究.pdf

摘要 目前，全球范围内城市化进程加快，人口激增，工业生产规模不断扩大，由此引发 城市中绿地面积大量减少，城市生态问题日益突出。城市是社会生产力发展到一定阶段 的产物，是在多因素综合作用下形成的一种高级的人类聚落形式，也是人类影响、改造 自然最强烈的景观。人类社会发展到现阶段，城市己成为人类活动的主要场所，城市景 观是人类文明和社会进步的结晶，是一个时代经济、政治、社会、科学、文化、生态环 境发展、变化的焦点和中心。有人统计，全球污染物总量的6 0 来自城市，而城市面积 仅占地球表面积的0 3 。城市既是人类消耗自然资源和能源最多的景观，也是生态环境 污染的重要来源。因此，一个国家的可持续发展必须重视城市的可持续发展，没有城市 生态的可持续发展，就没有国家的生态安全。城市中的森林公园具有释放氧气、涵养水 源、调节气候、吸纳污染物、美化景观、保持水土等多项生态功能。城市周边的森林植 被通过光合作用，从空气中吸收大量的二氧化碳，合成有机物，并释放大量的氧气，在 城市低空范围内调节和改善城区的碳氧平衡，缓解或消除局部的缺氧，以改善局部地区 的空气质量，对城市生态环境的改善起着重要作用。但城市周边的森林公园林相如何配 置，才能最大限度地发挥城市森林公园的综合效应，目前定量的研究文章尚不多见。 本文以g i s 为技术平台，选择长春市的森林公园一净月潭为典型区，在对净月潭森 林公园森林景观格局调查与实际踏查的基础上，选择不同林相、同一林相不同林龄的群 落进行光合作用和呼吸作用的测定，获得不同林相和不同林龄、不同密度群落的净光合 速率、土壤呼吸速率、制氧速率的测试值，对测试值进行误差订正后，采用统计分析法 获得结论如下：净月潭森林公园内不同的森林一土壤系统的对于净月潭森林公园的氧气 贡献率是不同的，柞树成熟林氧气的释放速率最大，而落叶松的过熟林氧气的释放速率 最小。 本文共分6 部分，第一部分为前言，第二部分为研究区概况，第三部分为实验地概 况与实验设计，第四部分为实验材料与方法，第五部分为结果与分析，最后为结论与建 议。 关键词：净光合速率；土壤呼吸速率；氧气释放速率；森林一土壤系统 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，c i t i e si nt h ew o r l dd e v e l o pv e r yq u i c k l y p o p u l a t i o ne x p l o s i o na n dt h es c a l e s o fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o nc o n s t a n t l yi n c r e a s i n gc a u s et h ed e c r e a s i n go fg r e e n l a n da r e ai nt h e c i t ya n dt h ew o r s e n i n go fe c o l o g i c a lp r o b l e m so fc i t y c i t yi st h er e s u l to fs o c i a lp r o d u c t i v e d e v e l o p i n ga n d i ti sa h i g h - l e v e lp e o p l es e t t l e m e n tf o r m e db ym a n y f a c t o r s i ti st h el a n d s c a p e i n f e c t e da n dr e f o r m e db y p e o p l ei n t e n s e l y t o d a y , w i t ht h ed e v e l o p i n go f h u m a n s o c i e t y , c i t y h a sb e c o m et h em a i nl o c a t i o no fp e o p l ea c t i v i t y c i t yl a n d s c a p ei st h e c r y s t a l l i z a t i o no f h u m a nc i v i l i z a t i o na n ds o c i e t yp r o g r e s sa n di ti s 也ec e n t r a li s s u eo f d e v e l o p m e n ta n dc h a n g e o fa ne r a e c o n o m y ，p o l i t i c s ，s o c i e t y , s c i e n c e ，c u l t u r a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n t s t a t i s t i ct e l l s t h a t6 0 o f p o l l u t i o nc o m ef r o mc i t y , b u ta r e ao fc i t yi so 3 o f e a r t ho n l y c i t yi sn o to n l y t h el a n d s c a p ew h e r ep e o p l ec o n s u m et h em o s to fr e s o u r c ea n de n e r g y , b u ta l s ot h ei m p o r t a n t s o u r c eo fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n tp o l l u t i o ns o u r c e ac o u n t r y s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tm u s t p a ya t t e n t i o nt oac i t y ss u s t a i n e dd e v e l o p m e n t w i t h o u t t h es u s t a i n e dd e v e l o p m e n to fc i t y s e c o l o g y , ac o u n t r y se c o l o g yw i l ln o ts a f e t y t h ef o r e s tg a r d e ni nc i t yh a sm a n ye c o l o g i c a l f i m c t i o n s f o r e x a m p l e ，r e l e a s eo x y g e n ，w a t e r r e s o u r c e s p r o t e c t i o n ，r e g u l a t i n gc l i m a t e ， a b o r b i n gp o l l u t i o n ，b e a u t i f yl a n d s c a p e ，w a t e ra n d s o i lc o n v e r s a t i o ne t c t h ef o r e s tv e g e t a t i o n a r o u n dc i t ya b o r bal o to fc a r b o nd i o x i d e ，s y n t h e s i z eo r g a n i cm a t t e ra n dd i s c h a r g eo x y g e n t h i sc a i la d j u s ta n d i m p r o v e t h eb a l a n c eo fc a r b o na n do x y g e ni nl o w1 e v e la n di m p r o v et h e a i rq u a l i t yi ns o m ea r e a s t h ef o r e s tv e g e t a t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ni m p r o v i n gt h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nc i t y b u tt h ef i x e dq u a n t i t yi n v e s t i g a t i o n so f h o wt od i s p o s et h e f o r e s ti nf o r e s tg a r d e na r o u n dc i t ya n db r i n gi n t op l a yt h ec o m p r e h e n s i v eb e n e f i t so ff o r e s t v e g e t a t i o ne f f e c t i v e l ya r es h o r t b a s eo nt h eg i s ，t h i sp a p e ro p t i o nt h ef o r e s tg a r d e no fj i n g y u e t a na st y p i c a lr e g i o n o n t h eb a s eo ft h ef o r e s tl a n d s c a p ei nj i n g y u e t a nf o r e s tg a r d e na n dl o o k i n gi n t op r a c t i c e ，a u t h o r o p t i o nd i f f e r e n tf o r e s t ，t h es a m ef o r e s tw i t hd i f f e r e n ta g e t om e a s u r em e p h o t o s y n t h e s i sa n d r e s p i r a t i o n t h r o u g h t h a td i f f e r e n t f o r e s t ，d i f f e r e n t f o r e s t a g e a n dd i f f e r e n t d e n s i t y c o m m t m i t y sn e tp h o t o s y n t h e s i s ，s o i lr e s p i r a t i o n r a t ea n dg e n e r a t i n go x g e nr a t ec a nb eg e r e n a f t e r c o r r e c t i n g e r r o ro fm e a s u r i n gv a l u e ，a u t h o ra d o p ts t a t i s t i c sa n a l y s i s a n d g e t t h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n ：t l l e d i f f e r e n tf o r e s t - s o i l s y s t e m i n j i n g y u e t a n f o r e s t g a r d e n s c o n t r i b u t i o ni sd i f f e r e n t ，a d u l to a kf o r e s t sr a t eo fo x y g e nr e l e a s i n gi st h eb i g g e s ta n do v e r l a r c hf o r e s t si st h es m a l l e s t t h i sp a p e rh a ss i xs e c t i o n s t h ef i r s ti sp r e f a c e t h es e c t i o ni sg e n e r a ls i t u a t i o no f r e s e a r c hr e g i o n t h et h i r ds e c t i o ni sg e n e r a ls i t u a t i o no fe x p e r i m e n tr e g i o na n dd e s i g no f e x p e r i m e n t t h ef o u r t hi st h em a t e r i a lo fe x p e r i m e n ta n dm e t h o d t h ef i f t hi so u t c o m ea n d a n a l y s i s t h e 1 a s to n ei sc o n c l u s i o na n ds u g g e s t i o n k e yw o r d s ：n e tp h o t o s y n t h e s i s r a t e ；s o i lr e s p i r a t i o nr a t e ；g e n e r a t i n go x y g e nr a t e ； f o r e s t s o i ls y s t e m i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。掘我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名盆巡蚣旨导教师签名：兰：) 麴查 曰 期：硒，左。纫日期：竺：3 1 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：盎_ 丝瑚l l 通讯地址： 电话： 邮编： 1 前言 1 1 光合作用及其研究现状 光合作用是指绿色植物吸收光能，将二氧化碳和水合成有机物，并且释放出氧气的 过程。光合作用是自然界中非常重要而又特殊的生命现象，绿色植物光合作用是自然界 中将无机碳转变为有机碳最主要的途径，是大气二氧化碳的最重要的汇，也是大气中氧 气的最重要来源“。 1 8 4 5 年m a y e r 首次明确提出，光合作用是太阳能被地球上的植物以化学能的形式 固定下来，并提供各种用途的过程。1 ，在这一个半世纪的进程中，许多学科的科学家从 各个角度进行细致认真的研究，有关植物光合作用的研究以迅猛的速度发展。近年来， 随着气体交换的自动测定系统、计算机数据处理技术的应用使红外分析仪得到不断改进 和推广，从而使光合作用的研究也得到了长足发展，不但对绿色植物能量固定机制有了 相当了解，对陆地植被整体的光能固定也有了诸多研究“。 对于植物光合作用的论文和著作很多。例如b e r tb o l i n 研究了在森林的光合作用 下，林冠中二氧化碳和氧浓度的日变化特征。h a n s e n 研究了植物和树木初级净产物 ( n p p ) ( n e tp r i m a r yp r o d u c t i o n ) 和同化作用及其氧释放量，他在分析相关值的基础上， 计算了相应的氧释放量，根据n p p 的结果，森林地区氧的释放量是无林生态系统 ( n o n f o r e s te c o s y s t e m s ) 的一倍。w o o d w e l l 研究了森林光合作用，吸收二氧化碳， 释放氧气的年变化过程。2 0 0 1 年，徐娇卉通过分析不同品种光合特征的共性和特性，探 索在自然状况下的李树光合作用规律，以及各种环境因子的影响。2 0 0 1 年，范晶在野外 自然环境条件下，同步测定了生境、起源相同的1 2 年生9 个主要成林树种的光合速率 和蒸腾速率等”。 1 2 土壤呼吸及其研究现状 土壤呼吸是土壤有机碳输出的主要形式，是土壤碳素同化异化作用平衡的结果，表 现为土壤与大气c 0 。的交换。土壤呼吸包括土壤微生物呼吸、土壤无脊椎动物的呼吸和 植物根系呼吸这3 个生物学过程和土壤中含碳物质化学氧化过程。土壤呼吸的主体 是土壤微生物和植物根系的呼吸，它们在生长发育过程中利用和分解有机质，同时排出 最终产物c o 。，而土壤中小动物呼吸产生的c 0 2 和沉积的碳酸盐在遇到无机酸或有机酸作 用时释放c o 。的数量一般很少。所以，一般情况下只考虑植物根系呼吸和土壤微生物的 呼吸作用。9 1 。 对于土壤呼吸的研究起始于十九世纪末，主要侧重于耕作土壤、草地、森林和湿地 的土壤呼吸规律和影响因子的研究n 。 对于不同类型森林的土壤呼吸研究较多，t o l a n da nz a d 曾经做过硬材林中砍伐和 未砍伐林地的年土壤呼吸；刘绍辉和方精云对中国北京山地温带森林的土壤呼吸进行了 1 研究“；黄承才研究了中亚热带东部三种主要林木群落土壤的呼吸。 另外，国内外学者对土壤呼吸的影响因子：纬度、海拔，土壤生物的活性、土壤有 机质含量和来源、植被情况、土壤温度、土壤含水率( 水分) 、土壤利用方式、p h 值、 土壤通气状况等也做了大量的研究“”。 土壤温度是影响土壤呼吸的最主要因素，从文献报道来看，土壤温度几乎决定了土 壤呼吸的日进程和日变化。因为，一方面土壤温度通过影响根系呼吸和土壤微生物活动 问接影响土壤呼吸，另一方面地温还直接决定着土壤有机质的氧化分解速率“、“。加 利福尼亚的科学家认为，碳的循环时间和温度密切相关，碳循环在温度较高的地方发生 较快，一般温度升高0 5o c 会引起土壤迅速释放6 的碳，相反，温度降低会使得土壤暂 时贮存更多的碳。 土壤有机质是影响土壤肥力的重要因素“。一般来讲，土壤有机质包括植物根系( 活 根和死根) 及土壤腐殖质，活根通过呼吸作用产生的c 如，死根及土壤腐殖质通过微生 物的分解作用释放的c o 。土壤有机碳素是c o 。产生的物质基础，土壤有机碳素数量越多， c o ：释放速率越高，即土壤呼吸增强“。耿元波等对内蒙古草原的研究表明土壤呼吸与 土壤中有机碳含量显著正相关“，同时m a c n o a l d 等对不同碳含量土壤的室内实验证明， 在相同温度下有机碳含量高的土壤呼吸较大“。 1 3 城市森林及研究现状 城市森林是指生长在城市( 包括市郊) 的对所在环境有明显改善作用的林地及相关 植被。它是具有一定规模、以林木为主体，包括各种类型( 乔、灌、藤、竹、层外植物 和水生植物等) 的森林植物、栽培植物和生活在其间的动物( 禽、兽、昆虫等) 、微生 物以及它们赖以生存的气候与土壤等自然因素的总称1 。城市森林的研究对象，具体而 言，包括城市孤立木、城市行道绿化带、建筑和栏杆等的垂直绿墙、城市绿化隔离带、 城市公园、广场绿地、社区绿地和郊区的村镇绿化、城市农田防护林网、城市近郊区和 远郊区的森林公园、自然保护区等。“。 自1 9 6 5 年，加拿大多伦多大学的e r i kj o r g e n s e n 教授最早提出了城市森林的概念 以后。，国内外对城市森林展开了广泛而又深入的研究。 g r e y 在1 9 7 8 年出版了第一部城市森林专著。“。1 9 8 8 年吉林省长春市开始兴建 我国第一个省级“森林城”。“；我国在城市森林方面的研究起步较晚，目前主要集中在 对城市森林结构、城市森林效益以及城市森林规划管理方面。1 9 9 2 年我国在天津市召开 了首次城市森林研讨会，1 2 个城市的5 0 多名代表从不同角度对当前城市森林的概念、 内容、规划布局及发展对策进行了深入的探讨。；2 0 0 2 年9 月1 6 2 2 日，上海市召开 城市森林与生态城市国际学术研讨会，来自1 0 多个国家的7 8 个专家参加了这次会议。 专家学者们从城市森林的理论和实践，城市森林特征及其在生态城市规划与设计中的作 用，城市森林建设的案例，城市森林的经营管理与城市树木生态，城市森林评价体系与 方法等方面进行了探讨。 2 1 4 本文研究的目的及意义 城市是一个有别于所有自然生态系统的高度人工化的生态系统。因此，其组成要素 与结构、功能与自然生态系统截然不同。自城市生态系统产生的那天开始，与自然生态 系统的相生相克关系就形成了。“。自然生态系统中的生产者通过光合作用将大气圈中的 c o 。固定并释放当量的氧气；而城市排放过量的二氧化碳，又要消耗当量的氧气。当城 市人口达到一定规模时，必然产生城市生态系统氧气不足而二氧化碳浓度过高的结局， 仅此就会导致城市生态系统结构的破坏和功能的丧失”。为此研究城市中森林公园的生 产者一森林对城市氧气需求的贡献率和消纳吸收二氧化碳的水平，对减弱城市的热岛效 应，提高城市生态系统的环境质量、完善人居环境和城市整体功能，是十分必要的。 二战后，世界范围内城市迅速发展，人口激增，工业生产规模不断扩大，由此引发 城市中绿地面积大量减少，城市中生产者、消费者与分解者比例不协调突出。城市生态 系统平衡面临空前危机，人们的身心健康受到威胁。 城市中的森林植被通过光合作用，从空气中吸收大量的二氧化碳，合成有机物，并 释放大量的氧气，促进大气中的二氧化碳与氧气的平衡。据测定，1 k m 2 的阔叶林地在1 天内可吸收1 0 0 0 k g 二氧化碳，释放7 3 0 k g 氧气。也就是说，1 k m 2 的森林植被制造的氧 气，可供1 0 0 0 人呼吸。1 。城市森林植被通过光合作用释放氧固定碳的功能，在城市低 空范围内调节和改善城区的碳氧平衡，缓解或消除局部的缺氧，以改善局部地区的空气 质量。森林植被的这种功能，在城市这种特定的系统中，是其它手段所不能替代的。 据研究植物固定二氧化碳、释放氧气的速率因植物种类、植物生长状况、叶面积大 小等因素不同而呈现差异。“”删。同时由于森林生态系统不是孤立存在的，它与其 下的土壤构成一个复杂的生态系统，植物的光合作用主要是吸收二氧化碳释放氧气的过 程，而土壤的呼吸作用，主要是消耗氧，释放二氧化碳的过程。森林一土壤系统究竟能 提供多少氧气，主要受这两个过程影响。由于森林生态系统非常复杂，因此目前把对单 个叶片的测定扩展到对整个叶冠以及整片森林的研究分析计算，国内外开展的较少，并 且也很难得到精确的数值“3 “3 7 1 ”。3 。基于此，本文以净月潭为典型区，采取野外实 测及g i s 平台相结合的手段，在同等条件下进行几种林型的森林一土壤系统释放氧功能 对比研究，不以得到精确数值为目的，而是测得相对的数据，为净月潭森林公园的长远 规划及长春市生态城建设提供立论依据。 2 研究区概况 2 ，1 地理位置、范围 净月潭国家森林公园位于长春市东南部( 见图2 1 ) ，距市中心仅1 8 k m ，地理坐标 为1 2 5 。2 6 1 5 ”e 一1 2 5 。3 3 4 5 ”e ，4 3 。4 1 3 0 ”n 一4 3 。4 9 n ，总面积9 6 3 8 k m 2 ， 森林面积5 0 4k m 2 ，森林覆盖率达5 2 2 9 ，潭水面积4 3k m 2 。净月潭不仅是国家森林 公园，同时也是亚洲最大的人工森林。 图2 1 净月潭国家森林公园地理位置图 2 2 自然环境特征 2 2 1 地形 地处吉林省东部山地向西部草原的过度地带，属于长白山余脉的低山丘陵，海拔一 般在2 2 0 - - 4 0 6 m 。 2 2 2 地质地貌 主要地貌类型为流水地貌，有山地、河漫滩、阶地和洪积台地。区内最古老的地层 为二叠纪，分布在净月潭水面一带，系层状蚀变凝灰岩、板岩，基本地震烈度为7 度。 2 2 3 水系 净月潭地区大部分属于低山丘陵裂隙潜水贫水区，由于植被覆盖面积大，地表水比 较充足。 净月潭水库建成于1 9 3 5 年，水库的设计水位为2 3 4 m ，死库水位为2 2 3 5 m ，达到设 计水位时的库容为2 5 7 4 1 0 4 m 3 ，死库容为9 5 7 1 0 4 m 3 ，是长春市区当时生产、生活的 主要供水基地。 2 2 4 气候 净月潭地处亚欧大陆温带亚湿润气候区，年平均气温4 7 ，i o 。c 以上的年积温 2 9 5 0 。c ，平均最高气温2 8 3 。c ，平均最低气温一2 2 4 。c ，绝对最高气温3 8 8 。c ，绝对最 低气温一3 4 9 。c ；平均相对湿度6 9 ；全年主导风向为西南风，夏季多西南风，冬季多西 北风；年平均降水量6 4 5 3 r a m ；雨季集中在7 、8 两个月，占全年降水量的6 7 o ，蒸发 量为1 3 9 2 5 哪；初雪日为1 0 月2 0 日，终雪日为j 月3 日，无霜期为1 4 5 天；历年最 大冻土深度为1 6 9 c m 。 2 2 5 土壤 净月潭地区土壤垂直分异明显，丘陵地的主要土地类型为白浆化暗棕壤，台地面上 为黑土，河谷平地为草甸土，p h 值在6 2 7 2 之间，土壤肥力不高，厚度一般为 1 5 5 0 c m 。 2 2 6 植被 净月潭地区植被处于东部森林向西部草原的过渡地带，跨长白、内蒙、华北三个植 物区系，有高等植物5 5 0 多种。区内现有林地面积5 0 4 0 公顷，以人工林为主，主要乔 木有红松、油松、云杉、冷杉、赤松等；阔叶及灌木树神主要有杨树、柳树、水曲柳、 黄菠萝、胡桃楸、花曲柳、黄刺槐、蒙古栎、黑桦、椴树、槭树、桑树、杏树、白桦、 紫穗槐、胡枝子等，以针叶树种占优势，树木长势以樟子松为最好，落叶松生长正常。 区内植被依照地势可以分为下列五带：丘陵森林带、丘陵草原带、平原带、河套带、 湖畔带。 草本植物中除鸢尾、山丹、百合、芍药等具有较高的观赏价值外，还有蕨菜、黄花 菜、蘑菇等可以供食用的美味植物和菌类。药用植物也比较丰富，如当归、党参、沙参、 细辛等多达上百种。 z 2 7 动物 本区大多数野生动物、特别是鸟类主要栖息在森林中。据野生动物普查统计，净月 林区境内有松鼠、刺猬、野兔等陆生动物7 5 种，有山鹊、山鹰、伯劳等飞禽6 5 中，昆 虫4 6 0 多种。 2 3 研究区林业发展的历史沿革 净月潭林业发展的历史已有6 6 年之久。林场创立于1 9 3 5 年，建场的目的在于涵养 长春市水源地净月潭水库。“净月潭”是与台湾“日月潭”相对应而定名的。 净月潭林场在建场后6 6 多年的时间里，经历了日伪、国民党、新中国三个历史时 期，不同的历史时期有不同的特点。 z 3 1 日伪统治时期( 1 9 3 5 年一1 9 4 5 年) 日伪统治时期，净月潭林场由伪满林野总局直接领导。建场初期，主要任务是育苗 和造林，场名为“净月潭造林林场”。1 9 3 7 年设立了实验室，场名也随之改变为“净月 潭林业试验场”。这一时期完成了一定面积的育苗、造林实验研究。 2 3 2 国民党统治时期( 1 9 4 6 年- - 1 9 4 8 年1 1 月) 本时期林场名先后改为“净月潭造林林场”和“长春实验林场”。但由于当时形势 所限，所有工作均流于形式，森林破坏极为严重。 2 3 3 归属于东北行政大区及吉林省林业厅领导时期( 1 9 4 8 年一1 9 5 5 年) 本时期场名仍为“净月潭实验林场”，林场的主要任务是保护好既有的森林资源， 积极恢复天然次生林、大力发展人工造林，同时开展林业实验研究工作。本阶段通过封 山育林，使天然次生林得到恢复。林场在种子检验、催芽、红松直播造林和引种樟子松 造林等实验研究工作上取得了突出的成就。 2 3 4 归属于长春市领导时期( 1 9 5 5 年至今) 本时期经历四十六年，各方面成绩极为突出。在对现有森林进行保护抚育的同时， 继续开展植树造林，增加森林面积。1 9 8 9 年，经国务院批准，建立了长春净月潭国家森 林公园。 2 4 净月潭森林公园在长春市的重要作用 净月潭森林公园是我国最大的人工林场，同时也是亚洲最大的人工森林，曾先后被 国务院和林业部命名为国家级风景名胜区和国家级森林公园，现已成为吉林省省级度假 区，迄今已形成多树种、多层次、多结构独具特色的森林景观，在长春市生态城市和市 域生态环境的建设中起着十分重要的作用，它对长春市大气中氧气、二氧化碳以及细菌 的含量起着关键的调节作用，号称长春市的天然大氧吧。 2 5 研究区森林景观格局 本研究所采用的空间数据分析软件为h r c g i s 8 1 、e a r d a s 8 5 ，借助上述平台显示 2 0 0 0 年度森林资源信息，进行图表制作和数据分析处理，采用专题林相图( 1 ：1 0 0 0 0 ) 及相应的二类清查数据库作为主要数据源。 在h r c g i s 8 1 、e a r d a s 8 5 平台上建立净月潭森林公园2 0 0 0 年的森林资源地理信息 库( 图库和属性数据库) ，将优势树种、林龄和林分密度进行叠加，生成净月潭森林景 观格局图4 “2 ：( 图2 2 ，表2 1 ) ，为简化研究内容，突出最终目标，将近熟林和成熟 林合并为成熟林计算。 6 圈 嫒 迎 饔 i e ； 基 楼 鼹 暖 史 麓 n 圈 伸岳* 蠢戮 毽氍巨睢能l辛nu怔链襞瓣，至l 蒜 饕黻酬 p嚣带孽?埘惭辑二_u dl闫霉一戮一 蠕接e 曼u韶爿霉俐帐蠕饕震 币磊似一 型颦一o s聪雕蕾俪捌鞋幽罐萑疆圈躲链晕豫固驻型引懈崔攀，o枢掣厦；二三=蜘【i，鞋雕蕾 纠器 亡g 睁睡_ 纠掣曩。j_怔蠡靶一 蓄赫 孑嚣鹫一 毫固 表2 1 净月潭森林公园森林景观类型统计表 景观类型单元面积( m 2 )占总面积( ) 樟子松幼龄林中等密度林分 6 7 8 3 0 71 3 5 樟子松幼龄林密林 1 2 3 6 3 3 92 4 5 樟子松中龄林疏林 2 9 1 9 0 9o 5 8 樟子松中龄林密林 2 8 6 8 6 3 25 6 9 樟子松成熟林密林 1 2 3 5 9 5 8 22 4 5 2 樟子松成熟林中等密度林分 9 4 7 7 5 81 8 8 樟子松过龄林密林 3 3 6 2 6 5 06 6 7 樟子松过龄林疏林 4 5 1 6 3o 0 9 落叶松幼龄林密林 1 1 1 2 7 2 62 2 1 落叫松幼龄林疏林 1 9 6 7 5o 0 4 落叶松中龄林密林 7 6 1 9 4 5 1 5 1 落叶松中龄林中等密度林分 1 6 6 1 7 00 3 落叶松成熟林密林 8 2 3 9 3 6 21 6 3 5 落叶松成熟林疏林 2 6 4 4 8 9o 5 2 落叶松成熟林中等密度林分 2 2 9 3 9 8 0 4 6 落叶松过龄林密林 3 0 2 8 5 6 9 6 o l 落叶松过龄林中等密度林分 1 6 6 7 3 303 3 柞树幼龄林中等密度林分 3 3 6 9 40 0 7 柞树中龄林密林 2 2 6 3 6 2 9 4 4 9 柞树成熟林密林 7 6 8 3 8 0 3 1 5 2 5 柞树成熟林中等密度林分 7 5 4 8 2 41 5 0 柞树成熟林疏林 1 0 6 2 2 7o 2 l 柞树过龄林疏林 1 8 0 2 30 0 4 红松幼龄林疏林 7 4 0 3 5o 1 5 红松幼龄林密林 2 1 8 6 0 80 ，4 3 红松中龄林密林 3 6 5 1 4 0 0 7 2 红松成熟林密林 5 7 9 5 5 2 1 1 5 椴树成熟林密林 9 4 3 3 6 21 8 7 椴树成熟林中等密度林分 1 4 5 8 9 6 0 2 9 阔叶林成熟林中等密度林分 5 1 5 3 5 0 1 0 阔叶树成熟林密林 5 2 2 9 2 51 0 4 落叶树成熟林密林 4 7 1 6 6 60 9 4 针阔混成熟林密林 5 0 1 1 6 o 1 0 针阔混幼龄林中等密度林分 2 1 9 7 70 ，0 4 云杉幼龄林密林 2 0 4 6 3 60 4 1 杨树过熟林密林 3 1 9 5 9 0 0 6 榆树成熟林中等密度林分 6 8 1 5 2 o 1 4 杂木林幼龄林中等密度林分 2 2 5 3 0 0 0 4 杂术林中龄林中等密度林分 2 4 1 0 5 00 5 针叶林中龄林密林 6 6 6 7 9 0 1 3 水曲柳中龄林密林 4 7 0 7 5 0 0 9 从表2 1 中可见，按树种算，樟子松林占总面积的4 0 5 ，落叶松林占2 6 1 1 ，柞 树林占2 0 6 7 ，红松林占3 6 5 ，榆树林占1 1 7 ，云杉林占0 6 3 ，椴树林占2 4 2 ， 水曲柳占0 8 1 ，杂木林占3 5 2 ，杨树占0 3 2 ，混交林占0 2 0 ，详见图2 3 。净月 潭森林公园中针叶树占总面积的7 0 8 9 ，占绝对优势。阔叶村中以柞树居多，占阔叶树 面积的7 1 5 。而针阔混交林仅占林地面积的0 2 。从林龄结构看，幼龄林占8 5 1 ， 中龄林占3 7 3 8 ，成熟林占4 0 0 4 ，过熟林占1 3 9 5 。林龄结构基本合理，详见图2 4 。 图2 3 净月潭森林公园中各树种的面积百分比对比图 图2 4 净月潭森林公园各林龄树木的百分比对比图 3 实验地概况与实验设计 3 1 实验地选取原则 为了研究净月潭森林公园内不同森林一土壤系统中的光合作用、呼吸作用以及林下 土壤系统的呼吸作用强度，以定量地对比净月潭不同森林一土壤系统对于氧气的贡献量， 在分析净月潭森林景观格局图以及实际踏查的基础上，根据如下原则，在净月潭森林公 园选择监测点进行定位监测。 1 主导性原则 在净月潭森林公园内选择面积占比重比较大，有代表性的森林生态系统作为主要的 测量单元，根据面积比例的大小，本文中选择樟子松、落叶松、柞树和红松作为监测的 主要树种。 2 差异性原则 在选择的森林生态系统中，同一树相存在不同的林相和林分密度。从净月潭森林景 观格局图中可以看出，净月潭森林公园的林分密度分为3 类，有密林、中等密度林分和 疏林，密度不同势必会影响到不同森林一土壤系统对于氧气的贡献量；同理，林龄不同， 其光合作用、呼吸作用的强度也不同，也势必影响其对氧气的贡献量“3 14 ”。因此在监测 点的选择中，必须考虑同一林相内不同林龄、不同密度差异对监测结果的影响。 3 同步性原则 光合作用和土壤的呼吸作用都有日变化规律，对不同监测点的监测因监测时间的不 同步必然会影响监测的精度和准确性，为将误差降至最低，力求在监测同龄、同密度、 不同树种时选择空间上距离相对小的样地。 3 2 实验地概况 根据上述原则，本文在净月潭森林公园内共选择2 4 个样地( 表3 1 ) ：樟子松幼龄 林密林及中等密度林分，樟予松中龄林密林及疏林，樟子松成熟林密林及中等密度林分， 樟子松过熟林密林及疏林，落叶松幼龄林密林及疏林，落叶松中龄林密林及中等密度林 分，落叶松成熟林密林、中等密度林分及疏林，落叶松过熟林密林及中等密度林分，柞 树幼龄林中等密度林分，柞树中龄林密林，柞树成熟林密林、中等密度林分以及疏林， 柞树过熟林疏林、红松中龄林密林森林一土壤系统中，每一样地随机选取监测点进行郁 闭度测量，采用目估方法，以代表整个净月潭森林中同样森林一土壤系统的郁闭度( 表 3 2 ) 。 根据树木年龄的不同，尽量选择接近林地边缘的地方设置样方，随机选择树木进行 树木外缘叶片净光合速率的测量。 表3 1 不同森林一土壤系统样地概况表 径( c m )高( m ) 样地号林分郁闭度落叶层厚( c m ) 最大优势最大优势 1 号樟子松幼龄林 0 2 1 未全盖住地面1 41 01 09 2 号樟子松中龄林 o 41 2 51 71 71 4 3 号樟子松成熟林o 51 53 22 92 72 4 4 号樟子松过熟林 o 823 43 2 3 02 7 5 号落叶松幼龄林 0 311 4 1 21 61 1 6 号落叶松中龄林 0 522 11 72 0 1 6 7 号落叶松成熟林 o 632 52 42 31 9 8 号落叶松过熟林 o 832 82 72 82 6 9 号柞树幼龄林 o 3l1 081 11 0 1 0 号柞树中龄林 o 521 51 31 61 3 l l 号柞树成熟林 0 831 91 62 01 6 1 2 号柞树过熟林 o 532 21 92 42 l 1 3 号红松中龄林 o 511 41 31 71 4 表3 2 不同林分密度的森林土壤系统的郁闭度测量表 森林系统郁闭度森林系统郁闭度 樟子松幼龄林密林 0 2樟子松幼龄林中等密度林分o 1 5 樟子松中龄林密林 o 4樟子松中龄林疏林o 2 樟子松成熟林密林 o 7樟子松成熟林中等密度林分0 5 樟子松过熟林密林 0 8樟子松过熟林疏林0 4 落叶松幼龄林密林 0 3 落叶松幼龄林疏林 0 2 落叶松中龄林密林 o 6落叶松中龄林中等密度林分o 5 落叶松成熟林密林 0 7 落叶松成熟林中等密度林分 o 6 落叶松成熟林疏林 o 4 落叶松过熟林密林 o 8 落叶松过熟林中等密度林分 0 6柞树幼龄林中等密度林分o 3 柞树中龄林密林 0 5柞树成熟林密林0 8 柞树成熟林中等密度林分 o 7柞树成熟林疏林0 4 柞树过熟林疏林 0 5红松中龄林密林o 5 4 实验材料与方法 4 1 实验材料 4 1 1 化学试剂 本实验所用的n a o h 、h c l 、酚酞指示剂、b a c l 。等均为分析纯。 4 1 2 实验仪器 t p s 一1 便携式光合作用测定系统：英国国际有限公司，山东农业大学植物科学系 s a 2 l o o e l 型蒸馏水器：东京理化器械株式会社； p h 计：上海人仕电子有限公司。 4 2 实验方法 4 2 1 树木净光合速率的测定方法 于2 0 0 4 年8 月2 2 日和2 3 日，9 月8 曰、9 日和1 0 日5 个晴朗天气，分别在樟子 松幼龄林、樟子松中龄林、樟子松成熟林、樟子松过熬林、落叶松幼龄林、落叶松中龄 林、落叶松成熟林、落叶松过熟林、柞树幼龄林、柞树中龄林、柞树成熟林、柞树过熟 林以及红松中龄林1 3 个样地中设置样方，样方面积为l o l o m 2 。 对于绿色植物净光合量的测定方法主要有三种，一是在实验室或野外常用的测定方 法：确定干物质的累积量，即半叶法；二是氧气释放量的确定方法；三是c o 。吸收量的 确定方法( c a t s k y ，1 9 8 5 ) “。其中利用c o 。气体交换来测定光合作用是最常用的方法。 红外线分析法灵敏度高、具有连续快速测定且不破坏植物活体等优点，因此无论在实验 室还是在野外都得到了广泛的应用。本实验中采用t p s 一1 便携式光合作用测定系统测定 光合作用就是采用的这种方法。 具体监测时，在每个设置的样方内，随机的在林边选择2 株树木进行测量，上午从 9 ：3 0 开始分别在这些采样点进行测定( 不离体) ，取样部位为树木外缘处的功能叶片3 5 片( 叶片选取部位一致) ，在自然条件下使用t p s 一1 便携式光合测定系统开路测定净 光合速率( p n ，um o l - m - e s 。) 每个叶片测定重复3 次，以测定的3 5 片叶的平均值 代表该时次的净光合速率值，同时测定的还有蒸腾速率( e ，m m o l 扩s 。) 、气孑l 导度 ( g ，m m o l m - 2 s 1 ) 、细胞间隙c o ：( c i ，p p m ) 、叶温( t ，) 等，测定速度尽量较 快，使得各样方测定时间相差不大，使误差达到最小。下午从3 ：0 0 开始测定，测定的 样方顺序和上午相同。 4 z 2 土壤总呼吸测定方法 用于测定土壤呼吸量的方法有多种，且在不断地完善。目前，大多数土壤呼吸是采 用封闭气室测定的，这些封闭气室可以分为静态气室和动态气室。静态气室法可通过碱 1 2 液( k o h 或n a o h ) 吸收c 0 ：，来标定一定时间间隙内的土壤呼吸量，也可以利用密闭气 室收集土壤表面产生的气样，通过气相剖面c 0 。浓度梯度( pc o 。) 进行测量。动态气室 法是通过一个密闭的或气流交换方式的采样系统连接红外线气体分析仪( i r g a ) 对气室 中产生的c o z 进行连续测定。近年来，一些大气物理学家设计了一种新的土壤碳流测定 方法微气象法，也称为涡流联测系统法“。一般来讲，静态气室法测定的结果要低 于动态气室法，开放系统气室法的最大缺点是极易受气室内外气压差的影响，即使很小 的气压差也可能造成严重误差，目前最为理想的测定方法是气流交换式法，但是此法由 于仪器昂贵并没有被广泛使用。微气象学方法测定裸地的土壤碳流十分理想，但对于植 被高大的群落，这种方法会受到极大的限制。综合起来，目前最为常用的就是便携式c o 。 红外分析仪测定法与静态气室法“7 ”。”1 。在本实验中采用静态气室法。 图4 1 静态气室法测量简图 在测定树木净光合速率的同时，在采样点林下随机地选择较平坦的部位，将地上部 分的植被小心除去，以排除地上部分植物的呼吸作用，如图4 1 所示，将一端开口， 一端封闭的铁质圆桶，开口朝下垂直插入一定深度的土壤中，使得铁筒和外面的空气隔 绝，铁筒直径2 0 o c m 、长2 5 o c m 。在铁筒内有一盛有2 0 m ll m o l l 的n a o h 溶液的 小吸收瓶，其下垫有2 c m 高的铁制三角支架，土壤呼吸释放的c 0 2 被碱液吸收，5 5 个时间后取出吸收瓶，加入过量的b a c i ：，固定生成的n a 。c o 。将吸收瓶密闭至实验室 内，加2 滴酚酞指示剂，用0 3 0