海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站
新闻公告
海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站2019年度工作总结
作者: 尖峰岭站 更新时间: 2020-01-03
      2019海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站(简称“尖峰岭生态站”)的科研和监测工作由热林所森林生态监测与评价研究团队(简称“生态课题组”)负责,同时,本研究团队还负责了国家林业局森林碳汇研究与实验中心(简称“碳汇中心”)的科研业务工作。在科技部、国家林草局、中国林科院和热林所等上级主管部门和全体同仁的共同努力下,在海南省、广东省、广西自治区、广州市等林业主管部门的关怀和支持下,顺利完成了全年各科研项目计划任务。

一、2019年承担的课题概要

尖峰岭生态站2019年共有在册纵向研究和横向科技服务项目共37项(含挂在试验站的项目4项),其中,新增项目6项。

按照21项在研项目(或课题)来源划分类别,来源于国家自然科学基金项目4项(含子项目),占总项目的19.05%;科技部基础性工作专项和基础条件平台项目(子课题)1项,占4.76%;重点研发计划1项,占4.76%;中央院所基本科研业务费(简称院基金)项目7项,占33.33%;生态定位站运行费2项,占9.52%;广东省林业局科技创新项目3项,占14.29%;社会服务性项目3项,占14.29%

截止到201912月底至,全年度实际到位研发经费335.59万元,比2018年度到位经费减少32.16%;上年度结转经费938.94万元;课题年度支出经费404.64万元;结转下年度经费869.89万元,结转下年度经费主要是项目执行期为2年或以上的多年度经费。本年度课题组在保证资金安全前提下,保证了项目资金的使用进度。全年年度支出经费大于年度收入经费。

二、年度计划执行情况概要

1、监测数据积累工作基本正常

1)尖峰岭主站常规性监测数据积累基本正常

尖峰岭热带林生态系统定位站常规性研究监测包括三个地面气象站、四个集水区测流堰、三套森林小气候、一套碳水通量与廓线等基础监测内容进展顺利,年终又增加了二套林区空气负离子移动监测设备。与往年相比,2019年尖峰岭地区受台风等极端气候事件的影响相对较轻,监测设备总体运转正常,但部分野外监测设备的零监测零部件或主机主板、供电系统等由于使用时间长,终年空气相对湿度大,部分已出现老化情况。由于得到科技部、国家林草局以及院所等上级主管部门的大力关心和支持,保证了运行经费中有相关的仪器设备维护更新经费。一些小型的零部件能够得到及时更新和补充,但较大型的部件因更新采购手续和进口等原因,导致出现了短期的野外监测数据缺失情况,总体上监测数据缺失率大约在10%以下。

全年获得了森林水文、小气候、地面气象、土壤等基本观测数据约150万个,约500MB;自动观测数据约数据量约25GB(主要是碳水通量与廓线数据),保障了国家生态站的数据采集与社会科技服务支撑的基本要求。

2)尖峰岭副站(吊罗山等)监测工作进展顺利

本年度对海南吊罗山国家级自然保护区的3个自动气象站和霸王岭国家级自然保护区的3个自动气象站传感器进行维护或更换,为推进海南森林生态系统整体研究布局提供环境监测参数;更换了海南(尖峰岭、霸王岭和吊罗山)热带森林环境联网监测无线传输的设备采购工作,扩展了云服务器的数据存贮空间,这些都将为热带森林生态系统生态质量监测提供技术保障。

完成了国家重点研发计划项目专题在尖峰岭建立了30600-900 m2的人工林监测样地,并进行了样地每木调查和土壤取样;完成科技基础性工作专项专题在尖峰岭60.5公顷样地和、吊罗山的110.25公顷样地和黎母山50.25公顷样地的调查和土壤样品取样工作;完成院基金项目的尖峰岭30个人工林样地和12个天然林以及吊罗山10个样地的负离子和pm2.5pm10的定期监测工作;完成了院基金项目的尖峰岭热带雨林原始林和次生林土壤氮矿化和硝化速率、微生物群落组成及多样性的动态监测工作;组织协调完成了广州市碳汇项目(二期)的320个样地的野外复查调查及土壤样品取样工作;完成了国家面上基金项目的氮磷添加样地相关试验工作;完成了广东翁源青云山保护区生态监测项目的仪器安装调试和数据监测处理以及结题等工作;完成了广东翁源青云山省级自然保护区过境高速公路生态影响分析报告及结题验收等工作。完成了国家林业局定位站运行项目的负离子专项相关工作,建立完成了1套空气负离子和颗粒物自动监测系统及,并于2月份开始全时自动监测 ,目前运行良好。建成1套生态站野外数据无线传输系统,并的日常监测维护,目前运行观测状态良好。协助维护完成了生态站1个通量综合观测系统、3个小气候梯度观测系统、3个自动气象观测站等相关观测的仪器设备正常的维护、运行和数据收集工作。

2、生物多样性研究和森林群落研究进展顺利

60ha大样地内,每个月连续收集132个种子和凋落物框,并分枝、叶、花果称重和保存样品;对870个幼苗框进行生长动态观测2次;512月两次测量50个样方近4100个植株生长环变化;完成50个动物红外相机连续收集数据;完成60公顷大样地野外调查,正在核对数据;对11个历史固定样地进行复查和补充32个公里网格样地的复查;补充大样地及周边植物图谱文字部分。

以豆科植物为例,探讨不同氮磷条件下豆科植物如何与邻体共存;主持院所基本业务费雌雄异株植物亲缘识别研究,发现邻体的亲缘和性别属性对罗浮柿、罗汉果和菠菜3种植物的邻体选择产生影响;参与院基金陆均松生存机制项目,进行连续物候观测和吊罗山的种群调查。

国家基金项目以豆科植物为例的不同氮磷条件下豆科植物如何与邻体共存研究项目进展顺利;在热带植物费雌雄异株亲缘识别研究中,发现了邻体的亲缘和性别属性对罗浮柿、罗汉果和菠菜3种植物的邻体选择产生影响;院基金项目关于陆均松生存机制项目已获得相应的进展,开展了连续的雌雄异株植物物候观测;以及吊罗山热带雨林的主要种群动态调查研究。

正在执行中的广东省林业创新项目珠三角城市群森林生态系统连通性及其优化研究,及广西壮族自治区桂林漓江流域生物群落空间布局优化研究,完成遥感影像的解译及植被生态安全格局的初步构建;广东省雷州半岛常绿季雨林恢复树种筛选与群落构建研究与示范项目,完成了11ha残存的热带季雨林样地和91600m2样地的野外调查工作。

3、热带森林碳氮循环及其对气候变化的响应研究

1)揭示了典型热带森林生物量长期变化动态及其驱动因素

尖峰岭热带山地雨林近35年固定样地清查数据显示其碳汇大小平均为0.66±0.32 Mg ha-1 yr-1,但碳汇能力呈下降趋势,而且碳汇能力呈现剧烈的年际波动。碳汇能力的这种强年际波动主要是受频繁登陆的台风和季节性干旱等极端事件的影响。大量树木个体的死亡,导致死亡生物量显著增加,而且这种极端气候事件的发生存在较强的不确定性,从而导致生物量产生剧烈的年际波动。树木死亡导致热带山地雨林生物量年均减少3.06±1.1 Mg ha-1 yr-1,其中干旱导致生物量年均减少1.08 ± 0.25 Mg ha-1 yr-1,占死亡生物量总量的35.35%;台风导致生物量年均减少1.96 ± 0.42 Mg ha-1 yr-1,占总死亡生物量的63.82%。台风和干旱是尖峰岭热带山地雨林生物量和碳汇能力变化的主要驱动因素。近几十年来由于全球气候变化的加剧,导致极端气候事件(台风、暴雨以及季节性干旱等)的发生也更加频繁。一方面台风的影响不但使更多的大树发生倒伏、折断,导致死亡。同时,由于干旱抑制了光合作用导致代谢所需的碳底物供应不足,增加非结构性碳水化合物的消耗,导致碳饥饿发生,从而引发个体死亡;或者由于木质部水分传导的恶化导致气体交换、光合作用以及韧皮部传输等关键过程的限制使得组织脱水,从而导致个体死亡。虽然尖峰岭热带森林仍然具备一定的碳汇能力,但由于干旱等极端气候事件导致个体死亡率的增加,使得热带森林的碳汇能力呈现下降的趋势

2)揭示了极端气候事件对热带森林碳汇速率和生产力的影响

不管是干旱事件还是台风干扰,生物量净变化都会随着干扰事件导致死亡率的增加呈减少的趋势,但这种影响并非呈线性关系。与台风干扰相比,干旱导致生物量的减少存在一定的不确定性,即随着干旱程度的增加生物量并非呈线性减少趋势,表明生物量净变化的减少还受其他因素的重要影响,比如台风干扰,台风干扰导致死亡率的增加将使生物量显著减少。无论是干旱事件还是台风干扰,当低强度的死亡事件发生时,由于部分树木个体的死亡,使得光热等环境资源的显著改善,导致受压迫个体获得充足的环境资源以致可以快速的生长,导致热带森林碳汇能力反而出现一定程度的增加。

3)尖峰岭热带森林与世界主要地区的热带森林对干旱事件响应的比较分析

为了分析尖峰岭热带森林对干旱事件的响应是否与世界主要地区的热带森林对干旱事件的响应存在一致性,我们对比了亚马逊地区和东南亚婆罗洲地区以及其他地区热带森林对干旱的敏感性。总体而言,随着干旱的加剧,树木死亡率增加,死亡生物量也呈增加趋势。但是死亡率与干旱程度并非呈线性变化趋势,特别是在干旱程度严重时,死亡率的增加更是不成比例的。而且,在干旱程度强烈时,尖峰岭热带森林个体死亡率和死亡生物量随干旱的变化关系与亚马逊等其他热带地区差别明显,这主要是由于亚马逊地区干旱事件是比较确定的,而尖峰岭季节性干旱事件存在很大的不确定性,并且,除了干旱外,尖峰岭热带森林还受到台风等干扰事件的严重影响,使得尖峰岭热带森林对干旱事件的响应表现出与亚马逊等地区的不一致性。

4)评价了生物因子和非生物因子对南亚热带森林碳储量的影响及其贡献

为了量化评价南亚热带森林碳储量的影响,通过利用结构方程模型对广州市300个碳汇样地数据进行分析,结果表明,对南亚热带森林的主要影响因素是森林结构多样性、物种多样性、土壤和水热条件(解释率R2=0.45),其中起主要决定作用为结构多样性(正效应0.84),其次为物种多样性(负效应0.55)、水热条件(正效应0.24)和土壤碳(负效应0.14),凋落物、林分密度和土壤质地是通过对森林结构的间接效应而对碳储量起作用。

5)氮沉降对热带山地雨林土壤有机碳的影响

在群落水平上,氮磷添加对热带山地雨林树木生长无显著性影响,但在树木个体水平上,磷和氮磷添加是通过促进亚冠层树木(dbh<20cm)的生长而显著促进了林分的生长(p < 0.05),磷添加通过提高土壤磷含量、促进叶片和细根对磷的吸收以及促进土壤碳排放而促进树木生长,初步结果表明尖峰岭热带山地雨林原始林可能是一个受磷限制的生态系统。

4、热带森林生态系统质量评价研究

在尖峰岭林区的热带原始林、热带次生林、热带人工林等13个类型中设立了空气质量监测点,其中1处为实时在线监测点,测定分析了不同类型热带森林空气质量时空变化特征及其影响因素,通过对热带山地雨林典型类型进行全年实时监测,尖峰岭热带雨林负离子年平均值为3592±1706/cm3,具有明显的日变化特征(最高为10点至12点,最低为04点至06点和19点至20点)和季节变化特征(雨季高于旱季,最高值为7-8月);影响负离子的因素为林内降雨(空气相对湿度)、风速以及林分类型。空气负离子评价指数热带山地雨林天然林>热带阔叶人工林>热带针叶人工林>热带经济林>热带乡土阔叶人工林>空旷地;影响负离子的因素为林内降雨、风速以及林分类型。

在其他类型的监测中,分别与8月、10月和12月对13个类型的近40个点进行了3次监测。数据质量好,目前正在数据分析中。从已获得的数据和初步分析结果显示,天然林在空气环境质量方面比人工林要高很多。目前正在依据这些初步结果制定森林生态系统质量评价标准。

5、森林土壤与微生物生态学研究

1)华南森林土壤背景研究

1)共完成411个剖面1626份土壤的数据汇总上缴;2)建立华南地区土壤属性数据库一套,包括6大分表:调查点基本情况表、植被(林分)特征表、土壤剖面特征表、理化性状表、土壤全矿质表和森林土壤常规调查表。3)提交成套的剖面照、景观照、远景照和实物照片共计822幅照片3.25GB4)撰写提交《华南森林土壤调查技术及综合评价报告》(近3万字)和《中国森林土壤资源与质量》书稿-华南部分(2万多字)。

获得的主要结果如下:

收集总结出华南森林土壤资源状况及土壤类型概况

根据第八次全国森林资源连续清查统计数据2009-2013和收集到的资料显示,华南三省区森林面积约2436.6hm2,各省森林面积及覆盖率为:广东906.13hm251.3%;广西1527.17hm256.5%;海南187.77hm255.4%。山地占绝大部分。

②系统表述华南地区森林土壤水平和垂直分布特点

华南区域地带性森林类型按纬度呈带状分布,主要地带性森林植被包括:中亚热带典型常绿阔叶林、南亚热带季风常绿阔叶林、热带季雨林和热带雨林。土壤类型随纬度由南而北呈有规律的地带性变化的星带状分布有中热带砖红壤地带、北热带砖红壤区、南亚热带赤红壤区、中亚热带红壤区、南亚热带石灰土区。而山地森林土壤由于海拔、温度、湿度等差异性,形成在每个水平分布土壤类型区出现土壤垂直带谱的差异,如海南岛由于存在水量的经度分布和热量的纬度分布特点的联合作用,其土壤垂直分布随山体的增高,其分布也遵循水热规律:(1)东北坡热带湿润地区:砖红壤黄色砖红壤赤红壤山地黄壤山地矮林草甸土。(2)西南坡热带半干旱地区:燥红土褐色砖红壤赤红壤山地黄壤山地矮林草甸土。

③对华南森林土壤理化性质进行综合分析与评价

对不同区域、不同森林类型的土壤性质指标进行空间差异性比较,以及各指标的相关性规律总结。在华南地区三省共调查到的森林类型包括11类(林型),而在有些相同林型中调查了不同演替阶段、林龄、优势种等20个林系(林分类型)共411个剖面1626份土壤样品。结果显示:

a)土壤物理性质。华南三省森林土壤容重均值在1.193 g/cm3,属较为疏松土壤;土壤容重的区域差异是海南岛的最大,广西的最小;不同森林类型土壤平均容重值在0.727 g/cm3~1.591 g/cm3之间,最小值为广西自治区的亚热带针叶林土壤,最大值为海南岛的热带加勒比松林。平均值中位数为海南岛的热带山地雨林土壤(1.232 g/cm3),从这看到热带山地雨林土壤的发育在华南地区具有代表性。华南三省总体上土壤容重随土壤深度而增加,表层到深层土壤容重平均值范围在0.987 g/cm3~1.371g/cm3,平均数标准差变化不大,均属较为疏松土壤。总孔隙度均值在50%左右,结构较为疏松,海南岛土壤容重最大,广西的最小。平均最大值的森林类型是亚热带高山常绿阔叶灌丛林地(59.721%),最小值的是桉树林地(35.462%)。

b)土壤化学性质。pH值平均值在4.41,变异系数CV%达到24.22%,土壤较酸,这反映了华南地区土壤偏酸性的固有特点。土壤有机碳含量(25.63 g/kg)与区域本底背景值相差不大,土壤还是属于缺磷(0.22 g/kg)状态。不同深度土壤中,表层0-20cm比深层土壤较酸,这可能除本区域部分地区属石灰岩母岩外,区域酸雨严重有关。有机碳、全氮、全磷含量是随土壤深度增加而降低,表层养分丰富;不同类型森林土壤的化学性质存在差异,广东各种森林类型中土壤pH值都较低,有机碳含量是地带性植被类型南亚热带季风常绿阔叶林最高,达到35.939g/kg,阔叶林、或阔叶混交林土壤有机质比针叶林丰富;土壤全氮含量状况与有机碳含量状况相似;磷含量最高的是亚热带落叶阔叶林类型,达到0.386g/kg,最小的也是亚热带针叶林;而土壤钾含量则是亚热带针叶林、针阔混交林最大,亚热带常绿阔叶林最小,这反映了针叶和阔叶化学组成特征差异。

c)华南森林土壤理化性质相关性。土壤容重与电导率(-0.485)、全氮(-0.686)、孔隙度(-0.840)、有机碳(-0.765)等呈较大的负相关,而土壤pH值和全磷含量则与全钾含量(分别为-0.268-0.505)呈现一定程度的负相关,土壤孔隙度与有机质(0.509)、全氮(0.632)、全磷(0.633)含量均极显著正相关。主成分分析结果显示。前两个主成分可以反映全部信息的74.2%,说明在主成分1上,土壤电导率、全氮、孔隙度、有机碳含量起较大的决定作用,而在主成分2上,土壤容重、pH值及全磷起较大的决定作用。

④建成完整的华南三省土壤数据库。

子课题除汇交土壤样品分析数据、气象数据、植被样地调查数据外,还采集提交了土壤标本实物和剖面图片,包括调查林分所在地的景观照片、林内照片、土壤剖面照片等资料外,还提交了土壤调查点分布示意图、三省区森林植被类型分布图等其他专题图件,以及原状土壤标本和比样标本等实物标本,实景展示了华南森林土壤类型的特质。

2)土壤微生物对养分有效性的调控作用及其机理研究

揭示了磷限制条件下森林土壤微生物生物量磷周转机制。磷是森林生态系统最常见的限制因子,微生物生物量磷是土壤有机磷的重要组成部分,其周转过程和速率是影响土壤磷有效性的重要因素。本研究采用同位素标记结合室内微宇宙培养方法,对不同磷含量森林土壤中微生物生物量磷的周转机制进行了深入探索。结果发现:在磷限制条件下,微生物更倾向于循环利用储存在细胞内的磷养分来维持其基本的新陈代谢,微生物生物量磷的周转速率降低,减少了微生物个体以及微生物与外界环境之间磷的交换和流转,我们称之为“维持模式”;在非磷限制条件下,微生物生长繁殖和更新换代速率加快,细胞内的磷养分随微生物的死亡而被释放到土壤磷库中,很快又被新繁殖的微生物个体重复利用,微生物生物量磷的周转速率提高,增加了微生物个体之间及其与环境中磷的交换和流转,我们称之为“生长/死亡模式”。

评价了土壤氮转化功能微生物对恢复初期森林土壤有效氮的影响。氮是植物生长所必需的大量元素,也是森林演替初期最主要的限制性因子。为了更清楚地认识森林恢复初期土壤氮转化功能微生物的群落特征及其与土壤氮有效性的相互关联,为科学管理森林生态系统提供理论依据,研究了采用荧光定量与功能基因高通量测序相结合的方法,分析了马占相思纯林、马占相思与厚荚相思混交林,非豆科乡土树种混交林以及马尾松纯林四种修复类型林分中土壤固氮和反硝化功能微生物的群落丰度与组成,解析了不同森林修复模式中土壤氮转化功能微生物与土壤有效氮含量的相关性,深入探讨了森林恢复初期,豆科与非豆科树种对土壤氮素累积及其有效性的作用差异。研究结果显示:不同修复类型中,土壤固氮微生物的群落丰度与组成差异显著,其中群落组成与土壤NH4+含量显著相关,表明土壤固氮微生物群落组成可能是影响森林恢复初期土壤有效氮的关键因素;豆科植物对土壤有效氮含量有显著的促进作用,其中马占相思纯林的土壤有效氮含量大于马占相思与厚荚相思混交林,表明豆科纯林能够选择特定的固氮微生物类群,通过影响土壤固氮微生物的群落构建,促进土壤有效氮的累积;反硝化功能微生物群落特征主要与土壤含水量、NH4+和微生物生物量氮相关,马占相思纯林和马尾松纯林中,nirS- nosZ-反硝化功能微生物群落组成差异显著,而nirK-反硝化功能微生物在两种林分内表现出相似的群落组成,表明nirS- nosZ-功能微生物对不同森林修复类型的响应更敏感;相比nirS- nosZ-功能微生物,nirK-功能微生物群落有更稳定的网络结构,且马尾松林中,nirK-功能微生物网络中的关键类群丰度较高,表明马尾松能够通过影响nirK-反硝化微生物群落结构的稳定性,进一步提高森林恢复初期土壤反硝化过程的稳定性。

阐明了不同人工林土壤微生物群落构建模式与土壤养分有效性的耦合关系。明确不同生境条件下调控土壤微生物群落构建的关键生态因子有利于准确预测微生物群落结构及功能对环境变化的响应。经济的快速发展导致我国华南地区大量的天然林被人工经济林所取代,显著影响了土壤元素循环及养分有效性,然而,土壤微生物群落构建的响应及其与养分变化的关联性仍不明确。通过对广东省雷州半岛人工橡胶林和桉树林土壤细菌及真菌群落特征的调查发现:橡胶林中土壤微生物群落多样性,以及与氮磷循环相关的微生物网络功能模块复杂性显著高于桉树林;养分异质性而引起的环境过滤是影响橡胶林土壤微生物群落组成变异的重要因素;而桉树林中土壤微生物群落组成变异与养分变化的协同关系较小,导致其微生物群落构建模式的随机性和不确定性;橡胶林中土壤有机质含量和氮磷养分有效性显著高于橡胶林,这主要是由于其土壤微生物结构对养分变化的正反馈效应,表明土壤微生物群落构建对人工造林响应显著,且其响应是影响土壤养分有效性的关键因素。

 (3)珠三角城市群不同模式生态公益林碳储量及其动态变化研究获得初步结论

该项研究由李意德研究员主持的广东省林业局项目“广东省生态公益林可持续经营模式评估研究”和骆土寿主持的科技部重点项目子课题“华南地区森林土壤典型调查”联合广东省佛山市云勇林场共同开展,旨在通过珠三角城市群生态公益林改造模式的生态监测,评估不同模式群落的现状和动态,为广东省公益林可持续建设提供建议。通过对比研究云勇林场12个模式的杉木人工林改造的针阔混交林的植物生物量和土壤理化性和土壤碳调查,共获得36块样地108个土壤剖面408份土壤样品的理化性指标的大量数据,分析结果表明:①不同树种配置模式林分生态系统碳储量均值介于161.69 t.hm-2-217.73t.hm-2,比5年前研究结果有所增加;②总碳储量随林龄增加表现为先降低后增加的小幅波动趋势,各阶段针阔混交林总碳储量均高于杉木纯林。③在碳储量分布格局上表现为土层(占52.88%-69.04%)>植被层(占29.22 %-44.88%)>凋落物层(占1.28%-2.99%);④土壤碳储量均值在92.79 t.hm-2-139.33t.hm-2之间,是各种模式林分系统各层碳储量中占比最大,其碳储量的比例随林龄的增加呈现先降低后升高的趋势,而且土壤表层(0-20cm)碳储量平均在33.32 t.hm-2-44.87t.hm-2,占剖面(0-100cm)的29.33%-36.59%,林龄越大占比下降,而地上植被层碳在增加;⑤模式林分综合评价及优选工作还在进一步统计分析。基于12个模式林分的样地调查、土壤剖面及理化分析等获得了大量数据,将对这些数据进一步深入多维角度分析,最终选择出适宜的模式建议推广。

4)准确评价森林土壤涵蓄水源能力的常规因子可靠性研究

森林生态系统最为重要的生态服务之一是其强大的涵养水源和调蓄水分功能,而怎样有效、便捷测定及评价土壤涵蓄水源能力是快速进行生态价值评估及补偿提供科学依据的现实需要。通过对广东省陈禾洞省级自然保护区14个森林生物多样性长期监测固定样地开展的影响森林土壤涵蓄水分能力因子分析研究结果显示:该保护区森林土壤容重值较小,变化在0.94 g.cm-3~1.38 g.cm-3之间;非毛管孔隙变化在8%~15%之间,总孔隙度则变化在45%~56%之间;静态的土壤饱和持水量可达4895 t.hm-2,非毛管持水量为1105 t.hm-2,土壤涵蓄降水量为2259 t•hm-2。表明陈禾洞保护区森林土壤具有良好的涵蓄水分能力。逐步回归分析表明土壤总孔隙度、非毛管/毛管孔隙度比例、土壤容重和森林群落Shannon-Weiner物种多样性指数,是反映森林土壤涵蓄水分能力大小的主要因子。

6、森林碳汇监测、计量与碳汇机理研究

1)海南岛热带森林碳源汇的长期动态变化及其驱动因素研究

通过对尖峰岭30多年的历史样地调查和环境因子记录数据的联合分析,发现与世界其他典型热带森林,比如亚马逊热带森林相比海南岛热带森林的碳汇能力相当,但随着顺利演替的进程,其碳汇能力呈逐年下降的趋势。通过对环境和生物因素的综合探讨,发现台风、强降雨和季节性干旱是驱动碳汇能力变化的主要因素。

2)广州市森林碳汇监测与计量研究获得进展

通过分析300多个森林样地的复查数据,估算了广州市森林生态系统碳汇能力,广州市2018年森林生态系统植被固碳130万吨碳,相当于抵消了同期广州市化石燃料碳排放量的12.2%,森林植被和土壤平均碳汇能力分别约为每年每公顷5.02吨碳和0.54吨碳;通过广州森林高分辨率影像数据获取了森林结构数据(植被分类、植被指数和NPP),正探索结合样地级别森林碳汇参数,建立碳汇计量数据分析模型,估算森林生物量和碳储量以及碳汇潜力。协调林业活动温室气体排放、广州市森林碳汇管理决策和服务支持系统构建和广州市林业碳汇项目交易市场研究和开发4个课题/专题任务的执行和进度质量等工作。

7、尖峰岭生态站开放平台运行与国内外交流情况良好

尖峰岭生态站今年有来自加拿大不列颠哥伦比亚大学林学院John L. InnesGuangyu Wang教授、德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授,国外专家来访75人次,举办5期国际交流培训班,参训人员大概有300人次等。以及国内的北京大学、中山大学、华南农业大学、西北农林科技大学、中国林科院森环森保所、中科院植物所、海南大学、中南林业科技大学等14家科研院校的专家教授及研究生,约100余人次参与了生态站的合作研究工作。目前尖峰岭站的开放平台运行情况越来越顺畅。

本站周璋副研究员于4月份顺利结束在英国利兹大学的交流访问学习,回归生态站,在英期间,周璋副研究员深入了解和学习了热带森林野外监测样地的调查和数据管理规程,并在尖峰岭热带森林生物量与生物多样性的关系方面取得了重要进展。陈德祥研究员以及林明献工程师也在4月份顺利完成对英国利兹大学的短期访问,进一步加深了双方热带森林碳循环监测方面的交流和密切合作。

尖峰岭生态站继续支撑了北京大学主持的973项目“中国陆地生态系统碳源汇特征及其全球意义(2010CB950600)”和国家自然科学基金创新群体项目“中国陆地植被的时空格局与生态功能(31021001)”继续在尖峰岭站开展氮磷添加实验研究;西北农林科技大学参与的973项目“碳循环关键过程及其气候系统耦合研究(2013CB956600 )”继续在尖峰岭站开展甲烷气体监测研究;海南大学在尖峰岭60公顷样地内进行了多次微生物调查(国家自然科学基金项目);支撑了广州市的森林碳汇计量与研究项目(二期)、广东青云山省级自然保护区生物多样性监测项目和主要生态因子监测项目、协助广东翁源青云山省级自然保护区申请第三期项目获批准,批复经费200万元,继续支撑了北京大学的中国植被志编研项目,以及中山大学、中国林科院、中国科学院等科研院所相关科研项目的研究。

广东翁源青云山省级自然保护区武深高速公路穿越影响评价项目通过验收,监测结果表明,高速公路穿越自然保护区,在噪声、PM2.5PM10、重金属沉降、对植物生长等方面在近期无明显负面的影响,但可预测到这种影响是积累的,后期的影响,特别是重金属沉降的影响,还需作进一步的跟踪监测。

参与了海南热带雨林国家公园科研监测规划的编制、海南省生态公益林生态服务功能核算等方面的技术支撑等服务工作。

全年为华中农业大学林学英才班40余为学生、海南大学30多为生态学研究生、海南尖峰岭国家级保护区技术人员、尖峰岭小学生、广州龙洞地区小学生等开展了生态学教学实习、技术培训、科普教育等方面的服务5次,共约150人受益。

据不完全统计,2019年尖峰岭生态站为国内外相关科研教学单位提供了数据共享和其他类型的支撑服务,全年共享支持服务单位数据约80家,共享支持服务人数超过500人次。

全年邀请德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授、加拿大UBCJohn L. Innes教授来尖峰岭生态站指导和进行学术交流,继续为美国佛罗里达大学联合培养博士研究生1名。

Yakov Kuzyakov教授和加拿大魁北克大学彭长辉教授分别为尖峰岭生态站及热林所科研人员做了2场和1场学术报告。

9、积极开展技术培训等社会服务

为落实国家级野外科学观测研究站的“共享、咨询、宣传、科普、教育、培训、交流”的国家台站建设与运行的基本要求,尖峰岭生态站举行了一系列的咨询培训类的社会服务活动。

我站李意德研究员1月份为广东省国有林场与森林公园管理局提供了“广东省国有林场和森林公园增质提效”咨询报告,并4月份在中国林学会青年学术年会上应邀做了“森林群落中的稀有物种——生态修复中需关注的类群”的报告,在该学术会上,许涵研究员和陈洁博士分别作了海南热带雨林国家公园建设和热带雨林土壤微生物多样性与功能微生物方面的学术报告;4月份李意德、陈德祥、许涵、骆土寿、陈洁、林明献和张涛等尖峰岭生态站研究人员,在尖峰岭举行了“森林生态站设施建设与监测数据采集技术交流培训会”授课并带来30余学员开展业务实习,学员来自江西、广东、江苏、海南等省区;4月份李意德研究员应邀到华中农业大学讲授“森林生态监测方法”课程;7月份尖峰岭生态站组织了热林所海南试验站的技术人员来广州参加华南植物园组织的科普教育活动;8月李意德研究员应邀参加了“广州市智慧绿化”研讨会,对城市林业和园林绿化管理中的生态系统监测、森林碳汇、公众参与、公众受惠等方面提出了支撑建议;8月陈德祥研究员组织了首届“尖峰生态讲堂”活动,邀请来自加拿大魁北克大学的彭长辉教授做专题讲座;9月李意德研究员应邀参加了“粤港澳大湾区森林生态与人居环境学术交流会”,并作“珠三角城市群森林生态系统连通性及其优化研究”学术报告,9月李意德研究员被聘为新一届广东省自然保护区评审委员会专家组成员;8-11月,李意德研究员负责组建广东省林学会生态与自然保护专业委员会,并被推选为首届专委会的主任委员,同时新组建广东省林业自然保护与生态服务标准化技术委员会;11月李意德研究员应邀在广东省林学会组织召开的华南片区林学会学术报告会是作“粤港澳大湾区城市森林生态系统连通性及优化研究”的学术报告。2月央视“远方的家”栏目拍摄了尖峰岭生态站的故事,在国际频道和法语频道播出;海南卫视分别于8月和10月摄制了尖峰岭生态站的专题片“[忠诚无限.初心]美丽尖峰岭传承师生情”和“奋斗点亮幸福—李意德:雨林守护者”的纪录片,分别在海南卫视播出。许涵研究员在11月到尖峰岭林业局为全局技术人员做生物多样性监测技术培训;11月周璋博士和尖峰岭生态站的研究生为广州龙洞地区小学生开展了生态科普教育和环境因子监测的教学活动,效果很好。

7月和8月,李意德研究员和许涵研究员参加不忘初心调研,到海南和广东樟木头林场等地考察广宁红花油茶林桑寄生危害以及广东东江林场的生态造林基地,提出了技术服务新型模式。

10、加强宣传报道,扩大台站影响

据不完全统计,尖峰岭国家级森林生态站2019年在国家林业局、中国林科院、科技部国家生态系统观测研究网络等网站报道了生态站的研究动态与进展、学术交流、合作研究等信息报道35条共79次,扩大了尖峰岭生态站的影响。

三、成果产出(论文、成果、报告、获奖等)

1、尖峰岭生态站发表论文24篇,其中SCI论文14篇;参与出版专著1部:

A、以尖峰岭站人员作为第一作者或通讯作者发表的论文(14篇,SCI期刊8篇):

(1)    Jie Chen, Jasmin Seven, Thomas Zilla, Michaela Dippold, Evgenia Blagodatskaya, Yakov Kuzyakov. Microbial C:N:P stoichiometry and turnover depend on nutrients availability in soil: A 14C, 15N and 33P triple labelling study. Soil Biology and Biochemistry, 2019,131, 206-216. (SCI,一区, IF=5.29)

(2)    Han XuMatteo DettoYanpeng LiYide LiFangliang HeSuqin Fang . Do Nfixing legumes promote neighbouring diversity in the tropics? Journal of Ecology, 2019,107,229-239. (SCI, 一区,IF=5.687)

(3)    Jie Chen, Han Xu, Dan He, Yide Li, Tushou Luo, Hongguo Yang, Mingxian Lin. Historical logging alters soil fungal community composition and network in a tropical rainforest. Forest Ecology and Management, 2019, 433,  228-239(SCI, 一区,IF=3.126)

(4)    Chen J, Shen W, Xu H, Li Y and Luo T (2019) The Composition of Nitrogen-Fixing Microorganisms Correlates With Soil Nitrogen Content During Reforestation: A Comparison Between Legume and Non-legume Plantations. Front. Microbiol. 10:508. doi: 10.3389/fmicb.2019.00508(SCI,二区, IF=4.259)

(5)    Chen, J.; Li, J.; Shen, W.; Xu, H.; Li, Y.; Luo, T. The Structure and Species Co-Occurrence Networks of Soil Denitrifying Bacterial Communities Differ Between A Coniferous and A Broadleaved Forests. Microorganisms 2019, 7, 361(SCI, 二区,IF=4.167)

(6)    Jie Chen, Yakov Kuzyakov, G. Darrel Jenerette, Guoliang Xiao, Wei Liu, Zhengfeng Wang, Weijun Shen. Intensified precipitation seasonality reduces soil inorganic N content in a subtropical forest: greater contribution of leaching loss than N2O emission. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2019,124,3,494-508. (SCI,二区, IF=3.621)

(7)    Ma, H.; Zou, W.; Yang, J.; Hogan, J.A.; Xu, H*.; Chen, J. Dominant Tree Species Shape Soil Microbial Community via Regulating Assembly Processes in Planted Subtropical Forests. Forests 2019, 10, 978. (SCI, 二区,IF=2.116)

(8)    Junjie GuoTao ChengHan Xu*Yide LiJie Zeng*. An efficient and cost-effective method for primer-induced nucleotide labeling for massive sequencing on next-generation sequencing platforms. Scientific Reports, 2019,9,3125. (SCI,三区, IF=4.011)

(9)    解亚鑫,林明献,许涵,王中清,李意德. 长脐红豆幼苗生长对不同土壤氮磷添加的响应及其对土壤养分的反馈. 生态科学, 201938256-66.

(10)解亚鑫,许涵,陈洁,陆俊锟,李意德. 不同氮磷添加浓度对豆科 种树木幼苗生长及生物量分配的影响. 植物科学学报, 2019375572-581

(11)石佳竹,许涵,林明献,李意德. 海南尖峰岭热带山地雨林凋落物产量及其动态. 植物科学学报, 2019375603-611

(12)王中清,许涵,林明献,李意德. 海南尖峰岭60hm2 大样地萌生植物数量特征. 林业科学研究, 201932217-24

(13)王颖灿,林家怡,许涵*,林明献,李意德. 海南尖峰岭热带山地雨林60 ha大样地木本植物性别系统数量特征. 生物多样性, 2019273297-305

(14)黄力明,骆土寿*,朱永钊,熊露桥,叶瑞银,陈 洁,许 涵,李意德. 保护区森林土壤水分物理性质及土壤涵蓄能力研究. 水资源研究, 2019, 8(3), 280-289

B、以尖峰岭站作为合作平台或共享数据、尖峰岭站人员参与发表的论文(10篇):

序号

论文名称

全体作者姓名

通讯作者

期刊名称

年卷期页

类别

影响因子

分区

1

Patterns of local species richness and their associations with functional traits in a 60-ha tropical forest dynamics plot

Lipeng Zang, Han Xu, Mingxian Lin, Runguo Zang

Runguo Zang

Ecosphere

2019, 10,4,e02617

SCI核心

2.746

生态学:三区

2

The Influences of Disturbance Histories and Soil
Properties on Aboveground Biomass through Plant Functional Traits in a Tropical Rainforest

Wensheng Bu Cancan ZhangJihong HuangRunguo Zang Yi DingHan XuMingxian Lin Jinsong Wang

Runguo Zang

Forests

201910774

SCI核心

2.116

农林科学:二区

3

Plant Functional Traits Are the Mediators in Regulating Effects of Abiotic Site Conditions on Aboveground Carbon Stock-Evidence From a 30 ha Tropical Forest Plot

Wensheng BuJihong HuangHan XuRunguo ZangYi DingYide LiMingxian LinJinsong Wang,Cancan Zhang

Runguo Zang

Frontiers in Plant Science

2019,9,1958

SCI核心

4.106

植物科学:二区

4

Isotrema sanyaense, a new species of Aristolochiaceae
from Hainan, China

Rongtao LiZhiwei WangJun WangXinxin ZhuHan Xu

Zhiwei Wang

PHYTOKEYS

201912885-96

SCI核心

1.5

植物科学:四区

5

The Hydrological Impact of Extreme Weather-Induced
Forest Disturbances in a Tropical Experimental Watershed in South China

Yiping Hou Mingfang Zhang Shirong LiuPengsen Sun Lihe YinTaoli YangYide LiQiang LiXiaohua Wei

Mingfang Zhang

Forests

2018,9,734

SCI核心

2.116

农林科学:二区

6

Direct and indirect effects of climate on richness drive the latitudinal diversity gradient in forest trees

Chengjin Chu,…Yide Li,…Han Xu,

Chengjin Chu

Ecology Letters

201922245-255

SCI核心

8.699

生态学:一区

7

海南尖峰岭热带山地雨林 60 hm2 动态监测样地土壤微生物物种估算

唐欣,刘世荣,许涵,张于光

刘世荣

林业科学

2019551067-74

中文核心

 

 

8

植被生态系统恢复及其在华南的研究进展

任海,陆宏芳,李意德,温远光

任海

热带亚热带植物学报

2019275469-480

中文核心

 

 

9

尖峰岭热带山地雨林根部真菌植物互作网络结构特征

杨思琪,张 琪,宋希强,王 健,李意德,许 ,郭守玉,丁

丁琼

生物多样性

2019273314-326

中文核心

 

 

10

环境因子对青云山自然保护区森林群落物种分布
的影响

陈晓熹,杨新东,曾献兴,陈流保,谢冲林,黄久香,吴建辉,李意德,许

黄久香

生态学杂志

20191-12

中文核心

 

 

C、参与出版专著:

许涵(参与):海南岛热带天然林主要类型的生物多样性与群落组配(臧润国等著),高等教育出版社,北京,20196月。

2、科技成果获奖:

许涵研究员排名第4获中国林科院重大科技成果奖:海南热带雨林生物多样性形成机制。

3、学术交流与技术培训报告等17人次:

(1)李意德研究员为广东省国有林场与森林公园管理局提供了“广东省国有林场和森林公园增质提效”咨询报告; (2)李意德研究员月份在中国林学会青年学术年会上应邀做了“森林群落中的稀有物种——生态修复中需关注的类群”的报告; (3)李意德研究员月份在尖峰岭举行了“森林生态站设施建设与监测数据采集技术交流培训会”并授课;许涵研究员介绍了森林生物多样性监测样地建设技术;骆土寿高级工程师介绍了森林土壤长期固定监测技术;周璋博士介绍了森林气候监测技术;陈洁博士介绍了土壤功能微生物野外取样技术;林明献工程师和张涛技术员带来学员们开展了为期天的野外实操教学。 (4)李意德研究员月份应邀到华中农业大学讲授“森林生态监测方法”课程; (5)李意德研究员月应邀参加了“粤港澳大湾区森林生态与人居环境学术交流会”,并作“珠三角城市群森林生态系统连通性及其优化研究”学术报告; (6)李意德研究员月应邀在广东省林学会组织召开的华南片区林学会学术报告会是作“粤港澳大湾区城市森林生态系统连通性及优化研究”的学术报告; (7)陈洁博士参加年中国林业青年学术年会,并在森林生态分会场做“热带雨林天然恢复——土壤真菌群落的响应及其作用”学术报告。 (8)许涵研究员参加年中国林业青年学术年会,并在森林生态分会场做“天然林保护和次生林恢复长期监测体系构建”学术报告。 (9)周璋副研究员月为广州龙洞地区小学生做“神奇的植物世界”的科普报告,生态站研究生马志婷、石佳竹、邓方立、王一荃、王璐颖等带来小学生们做空气负离子、等环境因子的测定。 (10)周璋副研究员月在广东省林学会周年庆祝及学术研讨会上做“广州市森林碳汇及固碳能力”学术报告。 (11)许涵研究员月为海南尖峰岭国家级自然保护区技术人员做“热带森林生物多样性监测技术”培训并做报告。 4、其他荣誉:

(1)李意德研究员月荣获中共中央、国务院和中央军委联合授予的“中国人民共和国建国周年”纪念勋章。 (2)许涵研究员获全国生态建设突出贡献先进个人称号。 (3)研究生马志婷的论文“广州市风水林碳库及及其影响因素研究”荣获广东省林学会周年暨学术研讨会“优秀论文一等奖”。 四、人才培养

2019年尖峰岭站陈德祥博士通过了国家林草局/中国林科院职称评定委员会的评审,顺利晋升为“研究员”正高级技术职务,周璋博士顺利晋升为“副研究员”技术职务。

陈洁博士获2019年度中国林科院“优秀青年创新人才”项目资助。

2019年共有在读科学硕士研究生3名,专业硕士2名,农业推广硕士4名;联合培养博士研究生2名(其中美国佛罗里达大学1名)、硕士生3名;本年度2名科学硕士和1名农业推广专业硕士研究生完成论文答辩并顺利毕业。

五、2020年工作计划

在新的一年里,尖峰岭生态站研究团队全体人员将继续努力,共同把尖峰岭生态站的各项监测研究工作和开放性研究平台工作做好。工作主要有:

1、继续加强尖峰岭国家级生态站的管理工作,特别是在科技部和国家林业局要求下的开放性研究平台建设与管理工作,保证尖峰岭生态站有效的运行与科研生产生活的安全;

2、维护好生态站的野外设备设施,持续保证生尖峰岭态站水、气、土、生等常规性监测数据的完整性和连续性,这是定位站所有工作中的最基本任务;

3、着力抓好三个研究平台(生物多样性监测研究平台、森林应对全球气候变化研究平台、地下生态学过程研究平台)的深化研究,特别是要保证生物多样性监测研究平台、全球气候变化与森林生态系统和地下生态学过程研究平台等专项研究项目的顺利实施;

4、着力做好尖峰岭生态站各个科研项目已获得的监测数据的分析整理工作,争取产出更多研究成果;集成总结好已有的研究成果,做好国家台站的支撑服务。

4、继续加大“请进来的工作力度,邀请国外知名作者来尖峰岭生态站指导,鼓励和加强与其他大专院校和科研单位联合开展研究;通过已获得的海量数据的分析整理,利用引智计划项目、创新团队项目等聘请的国外专家优势,撰写更多高水平的论文;同时也要加大走出去的力度,让尖峰岭生态站年轻的研究人员出国开拓视野,提升数据挖掘处理和论文撰写水平,争取人才培养等方面有更进一步的发展和提高。

5、出版《海南热带雨林区气象数据集(1957-2017)》。

6、继续做好国家台站的数据共享与社会服务工作,完成广东青云山保护区主要生物多样性和生态因子监测项目(第四期),广东和海南几个国家级和省级自然保护区生物多样性样地的复查监测工作;完成广州市森林碳汇计量与监测项目(二期)的结题;广东省生态公益林可持续经营的项目的数据整理工作等;继续加强与海南、广东、广西、海南、香港和澳门等地林业和自然保护等管理部门的联系,为地方林业生态建设出谋划策,为海南热带雨林国家公园建设、“粤港澳大湾区”建设做出应有的贡献。

7、积极参与尖峰岭站的依托单位生态学科的调整行动,优化生态学科团队技术力量。谋划参与国家“一带一路”发展战略,争取在东南亚热带森林生态学合作研究中有所突破。

 

           中国林科院热带林业研究所森林生态监测与评价课题组

海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站

                                                                                                                                                                                                                 

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