森林生态学-知识点整理-考研复习笔记

森林生态学讲稿第一章绪论一、森林生态学的概念.森林（Forestry）：一个以乔木和其他木本植物占优势的生物群落。.生态学（氏ology）是研究在一定环境下所有有机体与它们的整个环境之间的相互关系的科学。.森林生态学：把森林当作生物群落研究组成这个群落的各种树木与其他有机体之间的相互关系，也要研究有机体与它们所在自然环境之间的相互关系。二、森林生态学的发展简史生态学的发展可以分为四个时期：（一）史前时期指自有人类历史以来到1869年生态学一词正式提出之前的一段漫长的历史时期。二千年前的中国古人就注意到土壤、气候对树木生长的影响等生态现象：如《淮南子》（公元前2世纪）“欲知地道，物其树”（意思要了解某一地区的土地性质，先观察那里的树木。外国也有许多学者论述植物、动物与环境之间的关系。植物地理创始人德国人洪堡德（A.Humboldt,1769—1895）《植物地理学知识》）和伟大的生物学家英国达尔文（C.Darwin,1809—1882）《物种起源》等许多科学家为生态学的建立发表过重要论述。（二）生态学的建立时期指从“生态学”的提出到“生态系统”的提出（1869—1935年）1、1869年德国动物学家海克尔（E•Haechel）在他的《生物体普通形念学》一书中提出“生态学”一词，并定义为：生态学是研究动物与其有机环境和无机环境之间相互关系的学科。2、丹麦学者瓦尔明（E•Warming）1895年出版《植物生态学》一书，从此生态学便成为一门独立的学科。他定义为：研究生物有机体与周围环境之间的相互关系的科学（至今仍用，堪称经典生态学定义）（三）生态学的发展时期从1935年英国人坦期利提出“生态系统”（Ecosystem）一词到1969年联合国科教文组织提出“国际生物学计划”（IBP）。坦斯利突破经典生态学的局限，把系统工程学中的“系统”（系统是指相互影响、相互依赖的若干成分组成的具有特定结构、功能的统一体）引用到生态学上。 他认为有机体与其所处的环境条件是不可分割的，彼此相互形成一个统一的复合体一一生态系统，也是具有一定结构和功能的自然生态系统。这一阶段的研究为现代生态学的发展奠定了坚实的基础。（四）现代生态学发展时期从“国际生态学计划”IBP成立之后至今国际上本世纪50-60年代出现五大社会问题：（1）人口剧增（2）能源短缺（3）资源破坏⑷粮食不足（5）环境污染这些均与生态学有关，引起广大学者对生态学的重视。70年代的的电子计算机、遥感、新系统论的发展及其在生态学的应用，使生态学在深度和广度方面迅速。发展方向：研究生物圈的各个生态系统之间相互作用与联系的方向发展，尤其是向着以人类活动为主导作用的人与生物圈各个生态系统的相互作用与联系的跨学科（包括自然科学与人文科学）的生态学方向发展。森林生态学近代1981年我国第一部《森林生态学》森林生态系统的定位（1）热带林区云南西双版纳、海南尖峰岭一热带雨林生态系统定位站；（2）亚热带：广东鼎湖山南亚热带常绿阔叶林与季雨林，广东鹤山南来热带人工常绿阔叶林和针阔混交林，湖南会同杉木人工林；（3）暖温带：北京西郊东灵山森林生态系统定位系统；（4）温带林区：吉林长白山森林生态系统定位系统定位系统，黑龙江凉水和帽儿山森林生态系统；国外：由植物生态学分支而来1807年德国人洪德堡、《植物地理学》；1859年英国达尔文《物种起源》两位最早的生态学家。1895年瑞典人瓦尔明warming《以植物生态地理为基础的植物分布学》；1898年德国人辛柏尔schimper《以生理学为基础的植物地理学》；三、森林生态学的内容和任务1、内容：树木个休生态学、林木种群生态学、森林群落生态学、森林生念系统学(1)树木个休生态学：研究环境因对林木的生态作用，着重介绍光、温度、水分、大气、土壤生物及火等因子在时间和空间上的变化对其生态作用，同时研究林木对各因子的耐性、适应性及其分布。(2)林木种群生态学：研究林木种群在自然或人工栽培条件下种群数量动态等自我调节规律、种群动态过程对个体生长发育的影响及环境因子影响等。(3)森林群落学：研究分为两方面的内容，一是静态方面，如森林群落的组成、结构数量、外貌特征的描述，以及森林类型、地理分布等，另一方面是动态方面，着重森林的发生、形成和发展规律。(4)森林生态系统学：把森林作为森林生物群落与环境条件相互作用的统一体来研究，研究一个森林生态系统的结构、功能和演变，研究系统内能量转换和物质循环过程,系统输入和输出的动态平衡等。重点讲述树木个体生态学的内容即非生物因子如太阳辐射、温度、水分、土壤、风和火等因子对树木个体以有群落的影响，同时森林群落对这些因子的适应性。过去的传统林业几科完全是从经济学观点出发，森林的经营在走“人工林林业”(Plantationforestry)采伐用皆伐、渐伐等方式及其集材和清林方法。现在林业新提法如持续林业(Sustainableforestry)、环境林业(Environmentalforestry)>整体林业(Holisticforestry)>接近自然林业(Close-to-natureforestry)>多效益林业(Multiple-useforestry)和新林业(Newforestry),以及我国的生态林业(Ecologicalforestry)等。这些概念都是以生态学为基础，以维护和创造人类高质量的生活环境为目标，防止用经济法代替生物法则所带来的不良后果，对森林所进行的各种经营管理活动要尽量保护生物的多样性和结构的复杂性，保证森林生态系统内任一资源的持续性发展。了解森林生态系统的结构、功能、稳定性以及随时间变化的综合动态等。四、生态学的分支学科1、按生物学研究的层次划分:一般划分为：分子、细胞、器官、组织、个体、种群、群落、生物圈我国马世骏教授将生态学定义为：研究生命系统与环境系统之间相互作用的规律及其机理的科学。生命系统：基因细胞器官个体种群群落生物圈生态学：基因生态学 生物圈生态学2、按生物学的不同学科可划分为：植物生态学、动物生态学、微生物生态学及普通生态学等。3、按栖息场所可划分为：陆地生态学（森林生态学、草原生态学、沙漠生态学、山地生态学、岛屿生态学）水域生态学（包括淡水生态学、海洋生态学、内陆咸水湖生态学等）。4、按生态学与其它学科的结合：系统生态学（生态学与数学相结合）能量生态学（生态学与物理相结合，用第一、第二定律解释生态学系统的功能动念学）、化学（生态学与化学相结合）、景观（生态学与地理相结合）、城市场园林生态学（生态学与城市场园林绿化相结合）。5、按生态学研究的性质可划分为：基础理论生态学和应用生态学。应用生态学按生态学原理在人类活动各个方面的应用情况可划为：森林生态学、农田生态学、渔业生态学、城市生态学、城市场园林生态学。五、森林生态与可持续发展随着我国经济不断发展，越来越重视林业可持续发展，实现林业可持续发展具有重要作用，不仅能给社会带来一定程度上的经济效益，还能有效保护我国生态环境，促进我国经济持续发展。森林生态旅游对林业可持续发展有着积极促进作用，需要各级政府加强对森林生态旅游的重视，提高林业生态效益。第二章森林与环境一、森林环境与生态因子.环境的概念某一特定生物个体或生物群体周围的空间，以及直接或间接影响该生物个体或生物群体生存的一切事物的总和。生物科学中，生物是主体，环境是指生物的栖息地以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素的总和。环境科学中，人类是主体，环境是指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生存、生活和发展的各种因素的总体。环境是一个相对的概念，要包含特定的主体。主体的不同，环境的概念会有所差异,环境分类及环境因素分类也会有所不同。例如：对太阳系中的地球而言，整个太阳系就是地球生存和运动的环境。.环境的类型1）依据环境的主体分类♦以人为主体，其他的生命物质和非生命物质都被视为环境要素，这类环境称为人类环境；♦以生物为主体，生物体以外的所有自然条件称为环境，这是一般生态学所采用的分类方法。如针对农作物主体，称为农田环境；针对森林来讲，称为森林环境。2）依据人类影响程度分类自然环境半自然环境人工环境社会环境（人类聚集而形成的影响人类本身和自然界的环境，由社会的政治、经济和文化等要素组成）3）依据环境的范围分类宇宙环境（星际环境）地球环境（全球环境）区域环境（五个自然圈层组合而成）微环境（如群落环境、森林环境）内环境（生物体内组织或细胞间的环境）.生态因子的概念生态因子（氏ologicalfactor）是指对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。如光照、温度、湿度、氧气和其他相关生物等。生境（Habitat）是指具体生物个体和群体生活地段上的环境，一般是指个体或种群的栖息地。.生态因子的分类1）根据生态因子的性质、特征及作用方式气候因子（Climaticfactor）地形因子（Edaphicfactor）.生物因子（Bioticfactor）火因子（Firefactor）人为因子（Anthropogenicfactor）2）根据生态因子的稳定性稳定因子（如地心引力、地磁力、太阳辐射）变动因子：随时间变化的因子（如季节变化、潮汐涨落、刮风、降水、捕食及寄生等）.生态因子作用规律综合作用直接和间接作用阶段性作用不可替代性和补偿作用主导因子二、生物与环境的关系1.环境对生物的限制作用.Liebig最小定律（Lawoftheminimum）♦1840年，德国化学家李比希通过分析土壤营养元素与植物生长的关系，认为在植物生长所必需的元素中，供给量最少的元素决定着植物的产量某一营养物质减少量某一营养物质减少量国2-1Liebig最小因子曲线示意图♦Shelford耐性定律1913年，美国生态学家Shelford提出：任何一种环境因子对每一种生物都有一个耐受性范围，范围有最大限度和最小限度，一种生物的机能在最适点或接近最适点时发生作用，趋向这两端时就减弱，然后被抑制J L0J L0低死.最适区亡限一适宜区高死环境梯度亡限图2-2生物对生态因子的耐受曲线

(弓I自Putmanetal.,1984)2.生物对环境的适应适应(Adaptation)是生物在环境中，经过生存竞争而形成的一种适合环境条件的特性，它是自然选择的结果。适应性是指生物适应环境的程度。生物对环境的适应趋同适应(Convergentadaptation)：不同种类的生物由于生活在相同环境中，受到某种主导因子的长期作用，产生相同或相似的适应方式;趋异适应（Divergentadaptation）：同一种生物在不同环境条件下长期生活，产生了不同的适应方式，而形成的多种多样的生态类型。生物对环境变化的适应机制稳态（Homeostasis）及其保持机制：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。耐性及其驯化：人为驯化可以改变生物的耐性限度。生物对环境的适应类型形态构造的适应（保护色、警戒色、拟态）行为适应（迁移和迁徙）生理适应（生物钟、休眠）营养适应（保护色、警戒色、拟态）3.森林对环境的反作用森林利用光能，固定CO2,制造02,维持大气圈的氧碳平衡行为适应森林对气候的调节作用森林改变低空气流和防风固沙森林的保持水土和涵养水源的作用森林吸收毒物、杀灭病菌，具有净化空气和自然防疫作用森林是天然的消声器森林可以除尘和过滤污水第三章森林能量环境太阳辐射一、太阳辐射特性及时空变化太阳辐射的两种特性：(1)光子质流，所带能量叫量子(2)以电磁波形式传播按波长自短至长构成了x射线，r射线，紫外线，可见光、红外线的连续光谱。可见光占总能量45%,波长400-700纳米，其中：400-450紫光，450—500蓝光,500-570绿光，570-590黄光，590-610橙光，610—700红光，红外光：760-3000纳米近红外光，3000纳米外远红外光占总辐射能的45%左右，主要具有增热效应。太阳辐射能量(太阳常数)是1.94cal/cm2min其中：47%到达地面(包括直射光24%和云层散射17%以及天空的散射光6%)25%被云层反射。9%大气中颗粒散射并回到外层空间，10%以上云层吸收，9%为水气吸收。臭氧吸收紫外线，大气中的二氧化碳和水吸收红外线，达到地面主要是可见光。.云和水气对可见光的反射、散射和吸收大致相同-一阴天和天空中的云(白色).大气尘埃更多散射可见光较长波段，-一污染区天空呈褐色或淡红色。(3)大气分子更多散射可见光较短波段-天空呈蓝色天空呈兰色，低纬度地区全年变幅较小，中纬度地区全变幅大，但年生产总量并不低，坡向也会对太阳辐射有影响。入射辐射被反射的百分数称反射率，干净的雪可达95%,森林最大达3%。二、太阳辐射强度的生态效应太阳辐射强度：即垂直于太阳光的单位面积，单位时问内黑体所获得的太阳总热量。单位：J/m。min表示，也可用勒克斯(Lux)表示1卡/厘米。=7.8Lux,(一)光合作用光合作用效率的环境因子，主要决定于光照强度，二氧化碳浓度和温度等。光补偿点(cP)：当光合作用固定的二氧化碳恰与呼吸作用释放的二氧化碳相等时的光照强度。光饱和点(sP)：随着光照强度的进一步增加，净光合速率又减慢，直到光合产物不再增加时的光照强度。影响光合作用的植物因子是：叶龄、叶的光环境或树冠中叶的位置。如阳叶和阴叶。北美黄杉天然林中，最有生产力的叶子位于树冠上部从向阳条件逐渐过度到遮荫条件交界处。下部荫蔽，长期处于光补偿点以下的叶子，通常呼吸率高，光合产物少。影响光合作用的环境因子：光照强度、养分状况（尤其是N/P）光合作用的温度范围是-5-35（40）度，最适温度是18-25度，另外昼夜温度、叶温和土温也很重要。（二）形态同种植物在全光下和庇荫下生长其形态特征有明显差异。同种个体间表现型的差异经常是由所处光条件的不同所引起的。光对植物的形态的影响可以通过植物在黑暗条件下生长加以证明。植物在暗处生长时所产生的特殊形态称黄花，表现为节间特别长，叶子不发达、很小。侧枝不发育，植物体水分含量很高，细胞壁很薄，机械组织和维管束分化很差。被子植物、裸子植物、蕨类植物中均有黄化象限。黄化正是由于受光不足，不能形成叶绿素的现象。叶是树木进行光合作用的主要器官，叶形态明显受光强度的影响，处在不同光条件下的叶子，其形态结构往往产生适光变态。喜光树种和耐荫树种叶子的形态和解剖结构,蒸腾作用和呼吸作用较强，光的补偿点和饱和点较高。当阴生叶突然暴露在全光下，它们往往不能存活而死亡脱落。（三）耐荫性.喜光树种：只能在全光照条件下正常生长发育、不能忍耐荫蔽，林冠下不能完成更新过程。生长快，尤其是幼龄林阶段更为明显，开花结实早，寿命短。喜光树种有：落叶松、油松、马尾松、樟子松、白桦、杨、柳树枝树、相思树、刺槐、臭椿等。.耐荫树种：能忍受麻荫、林冠下可以正常更新。引起强耐荫树种，只在林冠下才能完成更新过程。云杉、冷杉、杜英、甜楮、白楠、建柏：竹柏、紫杉、红豆杉等。.中性树种介于上二者之间的树种。红松、概树、榆、水曲柳、杉木、毛竹、侧柏、香樟、榕树等。树种的耐荫性受年龄、气候、土壤的影响。.年龄：幼龄林，特别是幼苗阶段，耐荫性较强，随着年龄的增加，耐荫性逐渐减弱，特别在壮龄以后，耐荫性明显降低，需要更强的光照。.气候：在气候适宜的条件下，例如温暖地区，耐荫性能力比较强，而在干旱瘠薄和寒冷条件下，则趋向喜光。在低纬度温暖湿润地区往往比较耐荫，而在高纬度高海拔地区趋向喜光。.土壤：同一树种生长在湿润肥沃土壤中耐荫性较强，而在干旱瘠薄土壤上耐荫性较差。三、太阳辐射时间的生态效应植物和动物对昼夜长短日变化和年变化的反应称光周期性。（一）植物的光周期的反应主要是诱导花芽的形成和开始休眠。动物对反应主要是高速代谢活动和进入繁殖期。.长日照植物较长日照条件下促进开花的植物，同照短于一定长度不能开花或推迟开花。通常需要14hr以上的光照才能开花。用人工方法处长光照时数可提前开花。如菠菜是长日照植物，在春季短日照条件下生长营养体，经济和食用价值高，一到春末夏初日照时数渐长就开花结实不宜食用。.短日照植物较短日照条件下促进开花的植物，日照超过一定长度不能开花或明显推迟开花。通常需要14以上的黑暗才能开花。深秋或早春开花的植物多属于此类，用人工缩短光照时间，可使这类植物提前开花。.中日照植物花芽形成需要中日照时间的植物。例如甘蔗开花需要12.5的日照。.日中囹直物脸好陶嗔他命野介段与日照骸无知雅物，女喻徽。植物对光周期的反应与体内的光敏素有关，它有两种存在形式：植物的光周期，具有控制生长、诱导休眠、调节开花和打破休眠的作用。但木本植物的开花结实不仅受光周期控制，而且还受其它因素的影响如营养的积累和光照强度等。（二）光周期现象对植物引种的影响大多数短日照植物原产热带或亚热带，其原产地生长季日照时间时数较长和诱导休H民所需要的短同照直到晚夏或秋季才出现。因为休眠因此使植物的自然分布和人工栽培受到限制。光能是森林生活的重要因子。在林业生产实践中，调节和提高光能利用率的措施很多。在育种工作中，可根据树种特性，利用光照来促进某些树种种子的发芽。如架设荫棚和有色塑料薄膜，以调节光照条件，提高苗木的产量和质量。在高温、干旱地区，对一些树种，特别是喜光树种进行全光育苗，则更为有利。在有条件的地方，可通过欠工延长光照时间，促进苗木生长，也可取得显著效果。适地适树是提高光能利用率的有效办法。根据树种的生态不同特性，以及立地条件的特点，合理选择造成林树种，能充分利用自然条件，提高光作用的强度。合理的密度，可以充分利用光能。在森林培育过程中，根据林木在不同生长发育阶段需光量的不同，进行抚育、修枝，调整林分密度以调节光照，改善环境条件。在造林初期，幼林尚未郁闭前，为了充分地利用地力和太阳光能，进行林农间作也会得到同样效果。培育针阔叶混交林或喜光树种与耐荫树种的混交林，形成合理的林冠结构，既能发挥森林的多种效益，又能有效地利用光能以提高森林的生产力。林木对光能的利用率与树种的特性有密切的关系。目前在林业生产上开始注意选择与培育高光效的优良树种及品种，对提高森林生产力很重要的实践意义。今后随着林业科学的不断发展，选育高光能利率的林木品种，模拟最合理的林分结构及制订全套科学的经济管理措施将成为有效地提高森林对光利用率的方向。四、太阳辐射光谱的生态效应太阳光谱主要由三部分组成：紫外线、可见光和红外线：.紫外线透入或组织、破坏分子的化学键，破坏作用并可以引起突变；.近红外线，叶子吸收很少，大部分被反射和透过，对远红外线吸收较多：红外线促进植物茎的延长生长，有利于种子和抱子萌发，提高植物体的温度。生理有效辐射，植物光合作用利用和色素吸收的太阳辐射连续光谱。红、橙光被叶绿素吸收最多的部分,具有最大的光合活性。红光还能促进叶绿素的形成。A、红光：一一有利于碳水化合物的合成B、蓝光：一一利于蛋白质的合成C、蓝紫光与青光： 对植物伸长生长及幼芽形成有很大作用，能抑制植物的伸长而使期形成矮态。D、青蓝紫光：一一引起植物向光性的敏感，并促进花青素等植物色素的形成。E、红光：一一影响植物开花，茎伸长和种子萌发F、红外线和红光：一一间接地以热效应反映，是地表热量的基本来源。五、太阳辐射的生态学效应太阳辐射是生态系统中绿色植物光合作用的能量来源，从而维持生态系统的生物生产力和能量流动。太阳辐射以它的光谱组成、光照强度和光周期影响森林植物的生活环境、光合作用、形态结构、树种特性、植物生产力以及动、植物的生长发育节律。太阳的辐射又是地球表面热量的来源，是热量平衡和水分循环的重要决定因素。森林生态系统中的绿色植物和其他生物对光照强度已经形成广泛的适应性，包括对光照过强和有害辐射的保护组织和在弱光下有效吸收光能进行光合作用的生理机制和形态结构。太阳辐射的三种主要特性是光谱、强度和时间。森林经营活动中较易控制的是强度,而且它又是决定森林生产力的重要因素之一，可通过提高森林覆盖率，增加林分的叶面积指数，保持适当密度，调整林分组成和结构，森林抚育，主伐更新等经营措施提高森林生产力和发挥其他有益作用。六、光因子在林业中的重要性林木抚育如果森林内光照强度突然增加，会引起林下幼苗的伤害，以及使树干长出徒长枝，降低木材质量。林业上，提高森林光能利用率或生产力的主要途径：保持、调整森林结构和提高光合强度具体做法：在森林不同生长发育阶段保证森林的适宜密度和叶面积指数，营造混交林，以充分利用光能。温度因子一、引言温度影响有机体的体温，体温高低又决定了生物生长发育速度、新陈代谢强度和特点、数量、繁殖、行为和分布等。决定温度地理变化的在个主要变量是纬度、海拔高度和是否邻近大水体。纬度和海拔影响辐射和热量平衡，而传导和对流使热量发生交换。由于水的比热大，水体附近的温度变幅较小，另外，地形也是影响局部地区温度条件的重要因素。(-)热量平衡太阳辐射是地球表面的热源，地面的辐射收入包括太阳直接辐射R为地面辐射热量收支，M为地面与空气热交换，地面与下层土壤热交换为B,水蒸发所消耗的热量或水汽凝结所放出的热量为LE。当R为正值时，LE值相当大，即热量相当大的一部分消耗在水分蒸发上，因此潮湿地表，土壤增温慢。M主要与风速有关，风速越大，热量交换量越强烈。B决定于土壤上下层的温度梯度和土壤导热率。但受海拔地形的制约。二、温度的时空变化.温度的空间变化纬度是决定一地区太阳入射高度角的大小及昼夜长短的重要因素。低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射量也大，但因昼夜长短差异较小，太阳辐射量的季节分配要比高纬度地区均匀。随着纬度增高，太阳辐射量减少，温度逐步降低。纬度每增高1度，(约111km)年均温约下降0.5——0.9度。从赤道到极地可划分为热带、亚热事、温带、寒带，相应生长着地带性的植被类型。(1)海陆分布海、陆辐射和热量平衡的差异，形成温度或气压梯度，故海陆分布影响气团移动方向。例如我国大陆性气候特点强，夏季盛行温暖湿润的热带海洋气团，夏季酷热；冬季盛行极地大陆气团，寒冷而干燥冬季严寒、温度年较差大。(2)地形和海拔东西走向的山系，如我国的天山、秦岭、阴山、南岭等，对季风有特殊作用。它们消弱了冬季风的南侵，也阻碍了夏季暖湿气流的北上。这种作用也影响了热量传递和湿润状况的地区分配，对气候形成和自然环境地带性的划分，都起了很大的作用。海拔增高，风力加大，空气稀薄，保温作用差，是引起温度变化的重要原因。海拔每升高100米，气温下降0.5-0.6度，这种垂直减率，夏季较大，冬季较小。因此出现植被垂直分布带。森林和树种除在纬度方向上向极地的分布受限制外，也受海拔高度的影响。2.温度的时间变化(1)昼夜变化气温变化中，最低值出现在将近日出的时候，同出后到13—14时，达到最高值。土表温度变化比较剧烈：昼间土表温度比气温上升快。夜间，地面辐射冷却，低于气温。随土深增加，温度变幅渐小。至35—100厘米，几乎无昼夜变化。随土壤深度增加，一昼夜最高、最低温度有后延现象，如土表最高温度出现在13时，而10厘米的最高土温可能出现在16—17时。(2)季节变化温度年较差是温度季节变化的一个重要指标。大陆性气候区的气温季节性变化比海洋性气候区的剧烈。温带、寒带气温变化又较热带剧烈。温度同变和季变是使植物形成温周期适应和物候的主要影响因素。土壤温度变化规律与气温不同，会明显影响土壤生物及树木根系的生长及其节律。温度的时间变化，还有长期性的以地质年代为时间尺度的演变。如冰期进退引起的气温变化，会造成动、植物的迁移、灭绝和热量或植被带的位移。古生物的化石证明，黑龙江下游地区曾生长过棒、银杏和落羽杉等。第四纪初，由于冰期和地质运动而消逝。三、关于生态方面的一些有关温度的概念.最适温度生物生长发育或胜利活动得以正常进行的温度范围。C4植物净光合的最适温度在30℃以上，温带树木在20-30C间滚滚和能力最强。最适温度，因生物种类，各生长发育阶段和生理活动，以及植物提的不同部分而异。.低温限度和高温限度陆生植物可在很宽的温度范围内生长，在活动状态下，维持生命的温度范围通常为-5-50℃o净光合的低温限度，热带植物为5-7,而温带和寒带植物稍低于0的温度也能同化二氧化碳。3.积温既可表示各地的热量条件，又能说明生物各生长发育阶段和整个生育期所需要的热量条件。有效积温的计算方法是：从某一个时期内的平均温度减去生物学零度（即生长发育的起点温度，温带地区常用5℃,亚热带地区常用10℃）再乘以该时期天数。如某温带树种，生长发育的起始温度为5℃,当平均温度达5度时，到开始开花共需30天，这段时间内的日平均温度为15C,该树种开始开花的有效积温是300℃。活动积温的计算方法是把生物学零度换成物理学零度。按上例，活动积温是450ro积温还常作为气候和农、林业区划的主要指标。是一个重要的农、林业界线温度。当日平均气温稳定升至以上时，许多植物生长加速，物质积累增加，喜温植物也可以播种。当同平均气温稳定升至以上时，光合作用和物质积累显著减弱，喜温植物也停止生长2io℃起止同期与无霜期的起止日期相差不大，可把其视为生长期。四、温度对植物的影响(一)温周期现象植物对昼夜温度变化规律的反应称之为温周期现象。.对种子萌发的影响，变温后可提高种子、的萌发率，如水曲柳。.对生长有明显的促进作用，如西藏东南部林区同云南松林区。植物适应于气候条件的节律性变化，形成与此相适应的植物发育节律，称为物候。.与大陆性气候有密切的联系。这主要是受气候的影响，造成冬、夏季的等温线和等物候线方向不一致。.受气候变迁的影响，导致物候的推迟和提早。(二)温度与伤害1.低温危害(1)寒害：气温降到0度以上，植物所受到的伤害。分为两种：直接伤害，直接由气温骤变造成的；间接伤害：缓慢降温造成的(2)冻害：气温降到0度以下植物组织发生冰冻而引起的冻害。原生质结构破坏，使细胞丧失生命。另外还有由低温引起的间接伤害如：冻举、冻裂、生理干旱等。2.高温危害(1)皮伤：树木形成层和树皮组织局部死亡。这多发生在树皮光滑的成年树木上，如冷杉。纪念品病菌侵入创造条件。(2)根颈灼伤：土表温度增高，灼伤幼苗柔弱根茎。如松柏科植物幼苗当土表温度达40度就要受害。樟不过长江，马尾松北界不过华中区，榕树在1月平均气温低于8℃的地主不能生长，主要受低温的限制。五、温度与植物分布.高纬度和高海拔的限制(1)冬温过低对植物的直接作用是妨碍新陈代谢，使组织结冰，降低养分和水分。非季节性低温比冬温更严重，冻死实生苗或影响开花，限制分布。(2)夏温不足不能满足生长繁殖的需要，总光合不足以补偿呼吸作用，植物凋落，无净生长。.低纬度和低海拔的限制(1)夏温过高引起植物新陈代谢紊乱，过热死亡、失水过度。光合、呼吸作用易于平衡的植物，移到低纬度或低海拔会受到限制，夜间呼吸作用比白天光合作用增加的幅度更大。(2)冬季冷期过短尤其是需要低温打破休眠和刺激开花的树。如温室的植物和昆虫不能分布到亚热带。苹果、桃、梨等，在低纬度地区栽种不能开花结果的主要原因。六、动物对温度的适应.生理性适应包括蛰伏、冬眠、降低细胞液冰点和减少散热等。动物通过减少机体含水量，降低细胞液的冰点，增加脂肪含量、避免机体冻结，增强耐寒性。.形态适应动物毛皮、羽毛、皮下脂肪秋冬季加厚，具有隔热性，防止体内热量过分散失。.行为适应许多动物在生理、形态适应的基础上，还有行为适应。如长距离地迁移，高度迁移等。七、温度因子在林业中的重要性森林对温度的影响主要表现在气温和土温两方面。森林能影响气温的季节和昼夜的变化。在夏季和白天，由于林冠层阻挡和吸引了光和热，植物蒸腾消耗了大量的太阳辐射能，林内空气湿度大，增温也较慢，所以林内温度低于无林地。据报道，南方杉木林内，夏季温度比林外低3.6-4.1C。在冬季和夜晚，由于林冠的覆盖，阻挡了林内空气的对流和林内热量的扩散，使林内温度高于无林地2-3C左右。在森林的影响下，林内气温变幅比空旷地小，这种影响并且扩展到森林周围一定范围，有利于农业生产。森林具有层次结构，由于各层植物白天对太阳辐射，夜晚对散热的阻挡，造成气温的高低也有层次分布现象。白天气温自林冠至林地表面，温度逐渐降低，夜晚则相反。由于林冠和枯枝落叶的覆盖，阻挡了土壤对热量的吸收与扩散，以致在夏季和白天林内土壤温度比林外温低，面在冬季和夜晚，林内土温又高于林外，这样就缩小了土壤温度的变幅。此外，林内和林外土壤温度的变化都随土层深度的增加而减少，但林内土温显著变化的土层深度比林外浅。林内温度的这种变化特点能使幼苗、幼树免遭高温和低温的危害，有利于林冠下更新。同时，也为林木生长创造了有优良的生境。森林影响温度的变化，不仅对林业生产有利，同时，对农牧业也有很大的促进作用，特别是草原和森林草原地区，防护林带能使地表的气温和土温变幅缩小，生长季延长。据黑龙江省某一大队调查，该地由于大规模营造防护林，使用权生长季延长了7-10天。通过抚育间伐或修枝以减少林木密度，稀疏林冠，使光线适当透入林地，有利于提高林内气温和土温。既可以促进幼苗、幼树的生长，又可以促进微生物的活动，加速枯枝落叶的分解，提高土壤肥力，从而提高森林生产力。世界郁闭森林约占陆地面积的20%,其中大约一半属于温度变化极小的热带林，另一半森林温度变化很大，限制林木生理活动，不论大气候或局部气候条件，在某些方面均能影响森林经营工作。极端温度和温度的急剧变化，能损伤树木，如寒害、冻害、芽死亡造成的多项枝、日灼和形成层的块状死亡等，会造成树木枯死、伤害、感染病虫害和品质下降。森林工作中应注意树种和立地的选择、栽种庇护植物、混交等措施加以防止和避免。各项森林经营活动中，皆伐对温度的影响最大，这是因为皆伐改变了辐射和能量平衡。皆伐后，辐射霜冻和冷空气的排入能产生霜穴，使人工更新失败或对树木产作伤害。章节小结温度是很重要的环境因子。它的空间和时间变化与太阳辐射有密切关系。空间变化决定于纬度、水陆分布和海拔。时间上有日、季和长期变化。此外，热的对流和传导、地形部位，天气形势以及人类活动都影响温度。最适温度、低温限度和高温限度，是针对树种、各生长发育阶段和树木不同部分而言的。植物各生长发育阶段和生理活动，需要的最适温度不同，并受高温和低温的限制。温周期和物候是植物对温度长期适应的反应和对节律性变温的适应。极端温度和温度急剧变化能使植物产生各种各样的伤害。第四章森林物质环境水因子一、引言.水是生命活动的重要介质水的独特物理和化学性，植物从土壤中吸收营养物质，以及各种物质在植物体内的运输和各种生理生化过程都是在水中进行。.水分是植物重要组成成分：(1)柔软叶子含水约80%90%(2)树干含水50%(3)成熟的干种子含水10%15%.水具有不可压缩性水使植物和树木组织保持膨压，维持器官的紧张度，保持一定的形态和结构，使其各种生理机能正常进行。.水具有较大的比热和汽化热，是理想的缓冲剂，使植物体温变化不象气温那么激烈。同理大气中的水汽可吸收长波的太阳辐射，维持地球表面温度变化不过于激烈，对维持地面热量平衡及各种植物的生存创造复杂的条件。二、不同形态水及其生态意义.汽态水：空气中的水汽，常用相对湿度表示，它影响光照条件、树木蒸腾和物理蒸发，是树木水分平衡的重要影响因素。.液态水：主要指降雨，是降水中的最主要形式，不仅直接影响土壤水分，大气湿度，同时也影响整个地球环境，对植物生长发育和分布是头等重要意义。(1)降水量与树木直径生长成正相关：从年轮为例，干旱年份年轮窄，湿润年份年轮宽。(2)根据树种不同生长特性不同，前期生长快，高生长停止早，早春的雨水量多少对生长影响最大。有些树木在整个生长期随降水增加而促进生长，如水杉、杨树、落叶松等，一旦干旱出现，高生长就会影响，甚至形成顶芽，若秋季雨水过多还可出现二次生长现象。(3)降水对开花结实的影响开花阴雨连绵是不利于传粉授粉和结实的，成熟前过多则生长成熟期，过少则落花、落果并影响向种子质量。(4)降水对种子萌发的影响降水多，特别春雨多，土壤含水量充足，有利于种子吸胀，种皮软化和空气的渗入,因此可促进种子萌发。(5)降水能过土壤水分影响植物生长发育三、植物对水分过多和不足的适应.按水分的适应可分为(1)水生植物：适于部分或完全沉于水中的植物。对水生的适应可分为沉水、浮水和挺水植物。可通过通气组织气腔和海绵组织特征，还具有水通气根。如可生于浅水中的落羽杉、池杉。(2)陆生植物：在陆地上生长的植物。.植物对水分不足的适应(1)避旱植物(Droughtescapers)指短命植物，以种子或泡子阶段避开早影响，主要特征是个体小、根茎比值大，短期完成生命史。它们没有抗旱的植物形态特征，不能忍耐土壤干旱，多年生的主要以各种变态的营养器官如鳞茎、块茎、根茎等渡过干旱季节。(2)抗旱植物1)防旱植物有两种保水型和耗水型A、保水型植物肉质和某些硬叶植物，者均能在萎^前长期限制蒸腾。肉质植物能随时、大量吸收并贮存在薄壁细胞和液泡中。非肉质保水型植物，包含抗旱的针叶树和常绿的被子植物，原始适应是具有很不透水的角质层。B、耗水型植物植物蒸腾速率高，以加速水分吸收，保持体内水分，光合和生长速率较，叶脉、维管束等输导组织发达，蒸腾速率高。许多植物有各种物质征达到耐旱或避免脱水的目的。例如严重缺水时，细胞液的溶质含量的提高能使细胞产生低渗透势维持细胞膨胀，从而防止脱水。苔薛、地衣和一些蕨类在空所干燥条件下，长期无伤地存在，当再吸水时即恢复生3）适旱植物主要形态特征是：缩小枝条、增加根系护展范围、缩小叶面、增加叶厚度、增厚细胞壁、角质层厚、养活气孔、木质部细胞较小、栅栏组织、海绵组织不明显、缩小细胞间隙等。主要生理特征是：含糖量高、细胞液浓度高、低渗透势、细胞水含量低、增加原生质透性、单位叶面积蒸腾率高、加快单位叶面积光合作用、抗萎藏早开花结实、寿命长等。四、森林的水分平衡.植被对降水的再分配和树冠截留林内雨量：滴落量、径流量、穿透雨量。林外雨量：在连续降雨的一段时间内，林冠上部或旷地雨量。树冠截留：林外雨量一林内雨量截留量是植被对降水的最初分配，取决一植被截留能力、树种、林冠结构、年龄和密度等，在环境因子中与蒸发这些水分所需要的有林龄相同、密度不同的林分，截留率从高密度林分的15%变化到低密度林分的26%。这和林冠形态有关，密林向上的分枝使茎流比例大。入渗：降水向土壤中渗透。林地的终渗率高，入渗量占降水量的比例大，这是因为林地土壤结构好，孔隙度大。树木根系和土壤间形成管状的粗大孔隙，土壤动物的活动也形成粗大孔隙，加之植物为土壤提供了大量的有机物质，改善了土壤结构，增加了粗、细隙。因此林地土壤孔隙度比无林地好得多；另一方面林地地面枯落物的覆盖，减轻了雨滴的冲击，长期保持土壤孔隙不会被堵塞。.蒸发散蒸发散：土壤水经森林植被蒸腾和林地地面蒸发而进入大气，林林这种蒸腾发作用称为蒸发散。林木蒸腾：水从植物组织的生活细胞，通过气化或蒸发作用而进入大气称为蒸腾。还可分为气也和角质层蒸腾。水热条件优越地带，森林蒸腾非常强烈。如热带雨林蒸腾量比温带森林蒸腾量大2-3倍以上，其蒸腾量3000mm/年。林地地面蒸发：如果林内地表温度高于近地面的气温，土壤水将会成为地表水流而汇入溪流，这个过程称为地表径流。森林可以显著地表径流。如林地内死地被植物能吸收大量降水。森林生态系统水分输入的主要形式是降水，水分输出的形式是蒸发散和径流。五、森林对降水的影响.森林增雨作用戈尔丁认为：温带区域对降水增加的最大效应是5%。我国气象学家朱炳海认为，川西南及滇西北广大森林区的蒸发散，可能是我国东部地区降水水汽的一个来源，对降水的增加有重要影响。森林能增加垂直降水，其首先在于森林的蒸腾作用增加了。森林上空大所中水蒸气含量，一般地说，有林地比农阳温度高5-10%,甚至20%,,其次，由于林木不断向空中蒸散水气，又消耗了大量的热，使森林地区夏季温度比无林地区低，空气湿度大，水蒸汽便容易饱和凝结，成云致雨。同时，在夏季强烈的阳光照射下，无林地区受热急剧增温，产生上升气流，而森林上空温度低，产生下降气流。林区经常发生局部的空气对流，这是成云致雨的重要条件。所以，森林区一般雾多、雨多、云多。降水是一个复杂的过程，影响降水的因素很多。大气环流、地理位置和海拔高度三项是主要的因素，但肯定的说，森林也是影响降水的一个因素。随着科学技术的发燕尾服，森林影响降水的作用将会得到进一步的阐明。.降水通过林冠后水质的变化林外雨的养分含量是很低的，而且季节变化小。通过林冠的叶、枝和树干时，将沉积在这些部分和幼嫩枝叶释放出来故含较多的营养。如在红松林内测得不同树种茎流中所含养分不同。现在，治理水体污染的方法除采用工业措施，回收利用和减少废水外，生物净化是一个重要途径。例如，利用微生物或藻类可把污水中的有害物质转化为无害物质。利用灯心草、芦苇等植物来净化严重污染的水域等。森林在净化水体方面有着重要作用。此外，森林也影响水温。在有森林保护的流水中，比无森林保护的水温要低得多，水温增高常被为“热污染”，在热污染的情况下，容易使水产生不正常的气味（或味道）。六、水分和林业的关系水分影响森林分布的重要因素，世界陆地约有1/3面积缺雨，限制森林分布和生产力。全球湿润地带：天然林；半湿润、半干旱地域：森林草原。研究生态系统的水分子,必须以水循环知识为基础。森林具有重要的水土保持和水源涵养作用。森林系统结构，对水分平衡的主要影响是增加水平降水，减少地表径流，有得于水分的入渗，故森林保持水土、涵养水源，调节河川流量的作用是明显的。土壤因子一、引言土壤是森林的主要生态因子，是林木生长发育的基地，树木生命过程所需的水分和无机养分，都要通过根系从土壤中吸收，同时土壤支持着树体使维持直立状态。土壤性状对植物的影响。(1)母质不同母形成不同的土壤，因为它可以直接影响土壤的质地、化学成分和PH值。如砂岩或页岩易形成酸性土壤，利于松树生长，石狄岩易形成微酸土碱性土,利于柏木分布。(2)质地是指组成土壤的矿质颗粒即石块、沙、粉粒的相对含量。一般分为在类：粘土、壤土和沙土。粘土结构致密，利于保水，保肥。但也隙度小通气与透水性差，不利于排水，湿时粘重，干时板结；沙土孔隙度大，粘结性小，通气与透水性强，利于排水而不宜蓄水。壤土介于两者之间，利于植物生长。土壤结构 指土壤颗粒排列的状况，如团粒状、片状、柱状、块状、核状等。一般团粒结构为佳，利于保水、保肥、通气和透水，适宜微生物活动。土层厚薄是影响土壤水分与养分总贮量及极系分布的重要因素之一。这受很多因子影响，如土壤下面的石砾、坚实的粘土、盐积层、沙积层、地下水、永冻层以及城市中的地下设施等。山地条件的土层还受地形、坡度、坡向和坡位的影响。坡度越大,土层越薄，阳坡土层较浅，阴坡土层较厚，同一坡面上，山脊土层最薄，中上腹次之，下腹和谷地则较厚。土壤中的空气状况据测定粘土的空气含量占其容积比例的5-15%,壤土的空气含量占其容积比例的10-25%,沙土的空气含量占其容积比例的30-40%。土壤中的水分土壤中水分主要来自降雨、降雪和人工灌水。一般可分为三部分,一是重力水，仅有很少一部分可被植物利用；二是毛细管水，当重力水排出后，土壤中剩下的所有水分称田间持水量，其中绝大部分是毛细管水，植物根系从土壤中吸收的水分主要是这一部分；三是土壤吸湿水，植物不能利用土壤中有机质与矿质元素职权土壤中的营养元素主要来自土壤中的有机质，其中包括非腐殖质和腐殖质两大类。二、土壤的物理性质与林木的生长土壤物理性质的变化：采伐使用的生型机械能改变土壤结构、孔隙度、孔隙大小的分布、通气状况、保水能力等。死地被物层的丧失，裸露的矿物质土更易压实或受雨水冲刷，使表土失去原有的结构。三、土壤的化学性质与林木的生长土壤形成一方面是地质变化过程，因为土壤是岩石风化的产物，另一方面土壤的形成又是生物变化过程，因为土壤表面和土壤内部存在的绿色植物、微生物和动物的各种作用，改变着母质的成分和性质。从土壤形成的五大因素(气候、母岩、生物、地形和年龄)来年，生物是土壤形成的主导因素。森林植物特别是乔木对土壤形成的影响不同于草本植物。在森林作用下，土壤有独特的形成过程。首先，木本植物都是多年生的，它的寿命常常是数十年或数百年，而草本植物却多半是一年生的，农作物更是每年收割一次。和农作物比较，森林每年从土壤中吸收的营养物质比较少。其次，木本植物在全年期间要把一部分有机物质，如树叶、枯枝、花及果实等脱落到土壤表面，形成一层枯枝落叶层，这是森林土壤特有的现象，也是森林土壤的一个显著特点。第三，乔木的根系对土壤理化性质影响很大。根系一方面从土壤中吸收营养物质，另一方面又是土壤有机持的主要来源之一。据估算，天然林的根系量，每公顷有数吨至数十吨。例如，阔叶红松林的根系量，每公顷约10吨，亚高山暗针叶林每公顷为17—21吨。此外，林木根系分泌的水溶性腐殖质是一种酸性物质，其酸度随树种而不同，如松、云杉等树种的根系分泌物质酸度较大，而栋、桦等酸性则弱。由于森林对土壤有巨大的影响，所以，不同的森林群落下时常会出现不同的土壤类型。例如，大兴安岭地区以兴安落叶松、樟子松为主的针叶林下，主要是棕色针叶林土,在华北、西北松林落叶阔叶林下，主要为棕壤及山地褐土，在海南岛热带雨林、季雨地区，主要为砖红壤性土。四、土壤有机物土壤温度的变化，皆伐后，土温发生明显改变，其程度取决于矿物质土壤的裸露状况，以用采伐后地表积累有机物的厚薄。冬季寒冷地区，森林群落生产力受矿质土化冻晚、升温慢的影响，植物根系分布局限在表面的有机质层中。当养分缺乏和地被物分解缓慢时，林木营养不良或生长缓慢时,林木生长不良或生长缓慢。夏季，死地被物层很容易干燥失水，使实生苗受到干旱或死亡。五、土壤生物森林内的死地被物包括当年的凋落物，累积的凋落物和残骸等。主要有两类：（一）柔软死地被物粒状结构，细菌和软体动物多，真菌少C/N比率低，中性或微酸性反应，结构疏松，通气性和透水性良好。（二）粗糙死地被物细菌和软体动物少，真菌少C/N比率高，酸性反应，结构紧密,通气性和透水性差。影响死地被植物结构和性状的因素，主要是立地条件和树种组成，由于树种组成不同，凋落物的数量和养分含量、成分不同，加上形成的森林环境不同，因而左右了死地被物结构和性状。一般针叶树林凋落物含养分元素低，特别是含钙量低。此外，立地条件对死地被物的影响也很大。土壤过于潮湿，温度又低，通气不良的条件，易形成粗糙的死地被物，土壤湿度适中，温度又高，通气良好的条件，则容易形成柔软死地被物。六、土壤肥力土壤是植物生活的基质，它是多种自然和生物因素长期作用下发展起来的。土壤为植物生长发育提供了必要的条件，如固定和支撑作用，供应水分、养分和空气等。土壤是森林生态系统中最不易更新的成分。因火灾、采伐、侵蚀而使流失的话，要恢复原状,则需要几个世纪甚至千年之久。对森林工作者来说，树木仅是一种产品，土壤才是资源。正确认识和评价土壤的实质及其生态作用，对了解生态系统也很重要。土壤质地、结构、孔隙度和温度等物理性状是影响土壤水分，通气状况和肥力的重要因素。同时对林木根系、土壤稳定性的抗蚀能力都有重要影响。土壤肥力是其供给植物所需养分和水分的能力，受土壤物理、化学、生物学特性相互作用所影响。森林土壤肥力主要取决于土壤中养分的输入情况和有机质的分解速率。合理的森林经营活动，能改善土壤的理化性质和提高土壤肥力。七、土壤的生态意义土壤对植物的重要性在于：.固定作用生长在石质山地上的树木,根系可扎到岩隙或风化岩石20米深以下,十分抗风倒。密林中的树木，根系、树冠相互交织在一起，在根系不足以支撑守卫部分的情况下，可增加树木的稳定性。一旦森林不断遭受破坏，在强风中就往往发生成片风倒现象。土壤通气不良，物理板结，化学胶结(铁或钙的硬盘)、地下水位过高、有毒化学物质的积累、土温过低，季节冻层等原因，均会聘用制根系的活动。长在深厚但长期或短期积水土壤上的林分，通常比浅层石质土上的林分更易遭风倒。.水分的供应土壤能吸水和储水，无土壤的地方也无植被，其中主要一个原因是没有水分储存。保水能力极差的土壤无植被生长或只生有稀疏耐旱植物。土壤水分过多对大多数植物生长也不利，因为缺少根呼吸所需的氧气。排水良好且生长季内保持湿润的土壤，一般有茂盛植物且生产力很高。只有在土壤气、水比例适当时，植物才有可能获得最佳生长状况。土壤有机质通常有利于保持土壤湿度。地被物层厚的地区，即便干旱，也可有较好水分状况。有机质含量多的土壤也会产生过湿的总是如泥炭群类形成的土壤总是常年处于水分过饱和状态。绝大多数植物难以生存。.养分的供应植物生长可通过多种途径获取养分，如从大气，土壤溶液、矿物风化物、有机质分解以及体内养分内部再分配等。另外菌根共生营养也十分重要。每年树木吸收的大部分养分来自生物地球化学循环，即主要通过土壤的林林死地被物，主要是氮和磷。八、森林经营与土壤土壤具有潜在的森林生产力，是森林生态系统中，最不易更新的成分，而土壤肥力直接关系着森林生产率的高低。因此，不断提高土壤肥力，是经营森林过程中的首要任务之一。.提高土壤肥力的措施(1)已经形成粗糙死被地物的林地，应进行疏伐，适当透汉，以提高林内温度，增强土壤微生物的分解活动。条件允许，还可以施石灰，以中和土壤酸性，促进微生物活动，加速死地被物分解，形成腐殖质。(2)板结或酸性太强的土壤，可翻松土壤，使有机质混合，或施石灰，以改善土壤通气条件和减低酸性，促进微生物活动，加速分解作用。死地被物过厚，土壤酸度又过高的情况下，施行有效措施受限制时，可采取控制火烧的办法，以导致硝化作用。(3)森林采伐或抚育问伐后，如有大量枝、梢、叶、皮等残留在林地，加上阳光直射，温度高，干燥快，不利于分解，应把粗大的梢截成细段，散入于林地，使之接触土壤减少蒸发，有利于微生物活动。(4)营造混交林，选择针阔叶树种或阴阳性树种混交，或有根瘤树种与无根瘤树种混交或在林冠下引种有根瘤的灌木，使林分内形成柔软.采伐对土壤的影响主要表现在：(1)破坏土壤森林主伐会破坏土壤表层。轻者翻动森林死地植物，生至失去整个表土层，破坏的主要因素是集材和采伐等。(2)影响土壤稳定性皆伐对土壤的破坏不仅局限在表层的翻动。在陡坡，会使土壤失去稳定，产生大量土体坡移(塌落、滑动和岩屑崩落)。坡度大，集材道和皆伐的地方更易发生。3)土壤有机质、养分的损失和休学性质的变化森林采伐后，没有植被的蒸腾作用，生态系统水文特征有明显变化。通常是增加夏季溪流量，溶于溪水中的离子浓度明显提高，许多有机无机微粒物质，也大量随溪水流出。(4)集约经营的林分应加强土壤管理，沼泽或地下水位高的立地要开沟排水，在坡上修筑土填，进行培土，以防止水土流失。(5)经济林，如油茶、油桐、白油树、文冠果、漆树、竹林等，应进行施肥，以保持土壤肥力，并定期进行除草、松土，培土、扩穴等土壤管理措施，以改良土壤结构，提高与维持土壤肥力。(6)保持林内的死地被物，禁止人为搂掉枯枝落叶，以免破坏森林内的养分循环。但是对不同树种，土壤肥力的意义也不同。例如在潮湿的淤泥腐殖潜育土上，赤杨具有最的生产力，而红松在这时就难以生长。在华北、西北山区比较疏松的土壤上，油松生产力高；在比较粘的土壤上它们的生产力就下降，但是辽东栋则相反。因此，贯彻适地适树的原则是非常重要的。第五章森林环境中的干扰因素风因子一、引言地球表面不同地区，太阳辐射能数量及被大气层和地表吸收的比例有很大差异。这导致大气和近地层温度的不同和大气压差，从而产生大气运动，形成风。季风是影响降水、湿度和温度的重要因素。夏季风把云和水汽传送到陆地。形成降水，冬季风可使气温明显下降。(1)风使气团、云相遇，发生闪电，闪电是引起森林火灾的火源之一。(2)风从一生态系统，将无机和有机微粒物质吹到另一生态系统中沉降。(3)风蚀土壤有机物和矿物质，使质地变粗，甚至岩石裸露，引起肥力和水分条件恶化，这是沙漠化的重要原因。(4)植物的蒸腾和林地蒸发受风的影响，从而影响植物体的水分改善，蒸腾有助于叶面降温。(5)风是气体循环和各类生态系统气体输入输出的主要动力，也是热量交换的动力。(6)风起着风媒、风播作用，也会发生风折、风倒。(7)风对人类影响也很大，风能分散大气污染，强风可摧毁房屋、建筑、毁灭农田和森林。二、风的时间和空间变化就一个地区而言，风的类型主要有：季风、干热风、台风、能及地方性的水陆风、山谷风和焚风等。季风全年变各两次，夏季从大海吹向陆地，冬季则从陆地吹向大海。我国冬季受蒙古冷高压控制，形成风向偏北的冬季风，气温低且较为干燥。夏季我国主要受印度低压控制，多刮偏南季风，且温暖湿润多雨。干热风，多发生在春夏之交，欧亚大陆北部南下的冷空气，沿途经过己增暖的下垫面和面积广大的干热沙漠时，变性增暖，同照充足、空气增温减湿，出现又热又干的干热风天气。多数地区最高温可大于25度，相对湿度小于30%-40%,风速大于4-5m/s。我国淮河以北，华北、西北、东北和内蒙古等地常有程度不同的干热风出现，不仅影响作物生长，也使树木干枯落叶。小范围的地方环流，产生地方性的水陆风、山谷风、焚风等水陆风，又称向岸风和离岸风。发生在海岸和湖岸地区，白天，陆地比水面升温快,风从水体吹向陆地，称海风或向岸风。夜间相反，陆地比水体冷却快，风从陆地吹向水体，称陆风或离岸风。美国和加拿大的大湖区周围，工厂排出的污染物，在湖区上空发生光化学反应形成臭氧，白天臭氧被岸风吹向岸边陆地，使湖岸的作物和烟草受到污染和危害。山区，由于山岭起伏，形成两种风，一种是白天吹向坡上的风（上坡风和夜间吹向坡下的风（下坡风）；另一种形式是白天从平原吹向山地的风（谷风），夜间山谷冷空气沿谷地吹向平原（山风）。这两种山谷风方向变化的规律性，己应用于森林火灾补救、规定用火和病虫害虫防治等。焚风是由于气流下沉而变得又干又热的风。夏末发生焚风能促进果实成熟。强烈焚风会使植物、树干干枯、死亡。焚风频率高，影响生的地区，甚至使群落类型发生明显改变。三、风对植物的影响.风媒风播许多森林优势树种，尤其是温带、寒温带森林中，以风传粉，如松柏类、柔藁花序类树种。许多树种的种实靠风传播，种实生有适于风揪的翅、冠毛等附属物，如松、云杉、冷杉、落叶松、白蜡、械、榆、桦、杨、柳等。.形态风对植物表型外观有明显的影响。旱风条件下生长的植物，其植株偏小。这是因为水分不足限制了细胞分生和处长。风和干旱也会造成芽和叶子的死亡，从而也限制了高生长。近海岸、极地、高山树木线，与辽阔草原相邻的森林边缘，树木高度逐渐卫生局低。生长在上述地区最前沿的树木，通常只局限在遮风的地形部位。风对植物形态的影响，有时不是风本身的效应，而是风所携带的微粒物质造成的。如近海面的盐粒和沙，高山和有强的地区，冰屑或矿物质造成的。长期的单向风会使树木长成旗形树冠。树木对强风的反应很不同，长白山的岳桦在低山带为高大挺直乔木，而在多风的亚高山带长成曲干矮林状。树干形状的改变是树木对风的普遍反应。处在长期单向强风的生境，针叶树树干背风面产生宽大年轮，称为应压木，而同一年轮在迎风面却很窄甚至缺如，结果树干横断面长成椭圆形，长轴与盛行风的方向一致。阔叶树与针叶树略有不同，常在迎风面产生应拉木.风害超过10m/s的大风，对树木有破坏作用，13-16m/s的风速，使每平方米树冠表面受到15-20K的压力。强风作用下，根系生长浅的树种（如生长在小兴安内参谷地永冻土或季节性冻土上的云杉）能被连根吹倒，这种现象称为风倒。感染病虫害、生长衰弱、老龄过熟林木，能被强风吹折树干，称为风折。风害与地形关系密切，有些地形部位会使风速可强，易发生风害虫的地形部位和立地是：蛉顶、山的上半坡和山肩：主山脊的缺口或马鞍形的鞍底；峡谷或林中风道；林缘或采伐迹地边缘。四、风对生态系统的影响森林抗风害能力，与树种、林分特征和立地条件有关。材质坚硬、根系深的树种抗风力强；根系浅，材质软脆，树冠大，易感染病腐的树种抗风力弱。生长在粘生、潮湿、通气不良、冻土层上的林木，抗风力弱。通常热带、亚热带森林根系发达，藤本植物较多，互相缠绕，故抗风能力很强，能经受住台风的侵袭。生长在寒冷地区的针叶林，根系浅，树干长，树冠集中在树干上部,抗风力弱。林分遭受部分风害后，很容易向顺风方向扩展。人工林和天然林均以壮龄期抗风力最强，其后变弱，至老龄期最弱。这是因为林木根系从壮龄后便生长衰退，而地上部生长仍在继续，林木逐渐变为上生下轻，增加了不稳定性。五、植被对风的影响植被明显影响地面风，它们的粗糙表面增加磨擦力，使风速降低但湍流增加，森林多孔隙，大量叶、枝和树干具有很大的摩擦面，当风穿过林时，能大降低风速和改变风向。森林的密度越大，枝叶越多，对风的阻力也愈大。风在森林中的垂直变化与林分的树种、密度和结构有关。林内无下木的同龄林，林冠风速低，但林冠与地面之间，仍有明显的风。多层结构的森林群落，林冠以下的任一高度，风速均较低，大风降低的风速要比小风降低的幅度更多。林内风速的减弱程度，与距林缘向林内的距离成正比。防风林带对风的影响，与其结构所决定的疏透度（林带纵断面的透光面积与纵断面积之比）有关。紧密结构林带，纵断面很少透风，疏透度极小。防风林带结构的设计，应考虑风善状况、庇护作物类型和土地经营者的愿望。落叶阔叶林事，不能阻挡冬季的风来庇护家畜，因其背风林带处风速大。紧密的针叶林带不能阻挡夏季风，保护农作物免受危害，因背风面的湍流和只不过短距离风速的降低。林带的防风、固沙作用已在世界各国广泛应用，我国的三北防护林建设即为突出一例。另外，林带还能影响沙和雪的沉积格局，所以也应用于固沙和护路。六、风对林业的重要性风对森林生长发育，林分稳定性和林业发展均有重要影响。森林更新期内，风关系着更新造林的成败。更新、造林栽植的苗木，如不断受风吹动，使根系遭受损害或引起水分亏缺。发生在我国西北和华北的干旱风，不但影响作物产量，也使树木干枯落叶。通常林间空间地面积越小，风速越低，直至接近郁闭森林的状况。所以，皆伐时减小伐区面积，对避免风速增大和森林更新是有益的。迹地植苗更新时，栽植点选择在伐根、微地形和采伐剩余物的背风面能减轻风害，提高成活率。森林和林带都能明显降低风速，也影响夹带物（如沙和雪等）沉积的格局。根据风状况，防护目的可设计不同结构的林带，达到防风、固沙、庇护作物和家畜的目的。山风和谷风，风向日变化的规律性已应用于林火管理和病虫害防治。章节小结风对生物有重要的生态效应。它影响植物蒸腾速率、气体交换、水分平衡和形态。虽然轻风是有益的，但中级风，尤其是干旱风可对树木产生不利影响。强风能产生机械伤害。持续单方向的吹风，会使树木产生矮态、旗形树、应压木、应拉木和尖削树干等,从而降低木材产量和质量。夹带着冰屑、盐粒和其他微粒物质的风，其生理和机械损害理炙严重。风是生态系统中气体循环和热量交换的动力。风能带来和分散大气污染物。风媒和风播，可对植被发展格式有重要影响。森林和林带能降低风速，庇护作物和家畜、防止风蚀、固定流沙。防风林带的效应与林带结构有关。火因子一、引言许多生态系统经常有规律地发生火灾，如寒温带针叶林、温带落叶阔叶林和温带草原等。对古树和大树火烧痕迹的详细研究表明，在人类采取防火措施前，北欧的泰加林每个世纪约发生两起火灾。中国大兴安内参北部火灾轮回期为110-120年，南部约为30一40年。分布在这些地区的松属、栋属和杜鹃花科树种，称为典型的“适应火的树种”或“依赖火的植物”，这些植物对火的适应性很强。火的加热作用使松和石南属植物的种子更易萌发，许多松树种子经70-80度的高温才从球果中脱落出来，以后便在无其他植物竞争的立地上萌发。薄皮树种，如云杉、冷杉、山毛棒和搬等，对火特别敏感。火影响植物群落的组成，我国大兴安岭，兴安落叶松林与白桦的更替与火灾有关，火灾后火烧迹地上首先侵入白桦，如有落叶松种源，又逐渐在白桦林下更新起落叶松。所以在自然条件下，森林常规规律，是在火的作用下，白桦与落叶松之间更替与反更替不断发生，最后仍是落叶松占优势。火对生态系统的能量流和养分循环也有重要影响，火可在短期内烧失地上部生物量，输出大量碳化物和氮化物。由于植物和枯落物的烧失，会显著影响水分平衡和养分循环。二、林火的类型和发生条件林火发生需有可燃物、助燃物和火源。可燃物是由生量积累而在，主要是地上部分的叶、干、枝及地下的根系和森林死地被物层以及土壤中的泥炭层。另外还有森林经营活动中的采伐剩余物。助燃物指空气中的氧。在这种条件下，如有林火发生的气候和气象条件，以及自然或人为火源，就可能发生林火。常用林火发生的时间、强度和速度来表示和区分。林火发生时间指特定地点能量释放的时间。林火强度指单位长度或面积、单位时间内林火释放的能量。蔓延速度指林火发生后，向外扩展的速度，常用起点至终点的直线距离除以时间表示。也可用火场面积除以时间表示单位时问的燃烧面积。根所林火的火烧部位、强度、速度和林木受害程度不同，将林火分为三种类型：.地表火：火沿林地表面蔓延，以烧毁死地被物和林下植物为主，也能烧伤林木干基和露出的根系。蔓延速度每小时几十米至1公里以上。据我国东北统计，地表火占火灾的总数的94%。地表火可影响林木生长，造成幼林死亡和林木枯死并引发病虫害。轻微的地表火对养分释放和森林天然更新是有益的。发生地表火后，植物能否从地下各种繁殖体再萌发，取决于火灾时热量向土壤中传导和辐射的深度，以及繁殖体在土壤中的分布.地下火林地腐殖质层或泥炭层中燃烧的火灾。地表只有烟雾基本见不到火焰。地下火蔓延速度慢、温度高、持续时间长、破坏力大，可烧死林地中树木、休眠种子和其他繁殖体，使植被再生时间推迟。地下火多发生在高纬度地区，特别干旱的针叶林下和森林沼泽。.树冠火几种类型的森林火灾可相伴发生。强风中发生的地表火，如遇针叶幼树群、采伐剩余物、下木、枯立木，即可烧及树冠而发生树冠而发生树冠火。树冠火可达900℃,烟雾能升至几千米。蔓延速度达5-25公里/小时。严重的树冠火，可烧毁土壤矿物质以上所有有机物。强风中，树冠火可能权烧毁林木的叶子、小枝，并快速通过林冠，使树干保存下来。这种树冠火很少影响森林枯落物。树冠火发生后，有些树种由于树冠的燃烧而死亡，如樟子松、马尾松、云杉等；而另些树种却能萌发出叶子和枝条，如落叶松、白桦等。根据已发生的火灾次数统计，地表火占绝对优势，林火的发生首先是由地表火开始，然后可能发展为树冠火。林火还可按烧及面积分为火警、火灾、大火灾、特大火灾等如下表所示。1序号1火灾等级11受害面积(ha)11_11111森林火警111<1111-1|211一般森林火灾11|1-100111_1|311重大森林火灾11|101-1000111-1|411特大森林火灾1|>100011林火还可按是否有控制，分为火灾和用火。用火是在人为控制下，在指定地点进行安全用火并达到预期的经营目的和效果，它是森林经营的一种措施或手段如烧除采伐剩余物质。用火的火强度是有限度的，一般在350-7(X)KW/m。要求的条件和技术也高。各气候区的水热条件，决定了森林和植被类型的差异。中高纬度区，以针阔混交林和针叶林为主，因树体和森林死地被物含有树脂及挥发油等易燃物，所以针叶林，尤其是松林最易燃。1981-1983年间的过火森林面积中，针叶林占41%,阔叶林占28%,其他森林占39%。我国森林火灾易发季节是春、秋季，也就是相对应的森林防火期。当气候、植被、可燃物、气象要素使森林燃烧条件具备时，则火源是林火发生的主要条件。火源分为自然火源（雷击火、泥炭自然，火山活动等）和人为火源。人为火源又分为生活性的（烧荒、打防火线、焚烧采伐剩余物、炼山）非生产性的（吸烟、烤火、生活用火等）。我国森林火灾以人为火源为主，占火源总数的99%,大兴安岭林区雷击火源占总火源数的15%,全国约占1%。严格控制人为火源，及时发现天然火源，是杜绝或减少森林火灾发生的重要措施。三、火对土壤影响火对土壤影响主要是对物理、化学和生物等的变化。.物理变化火灾对土壤的物理变化主要表现为土壤含水率和土壤温度。火灾减少了森林面积，从而降低了林冠蒸腾和截留的水分散失。植被全被烧死的地方，土壤会变湿，甚至造成沼泽化。粗质地土壤，其含水量决定于枯枝落叶和腐殖质会计师，二者含水多少对土壤水分和植物生长十分重要，有机质被烧掉，土壤会变得更加干燥，枯落物层与腐殖层之间的水分梯度大时，轻微的地表火只能烧失枯落物层，下层不会受影响，对土壤理化性质影响不大。土壤温度：火灾对土壤温度有着短期和长期的影响。燃烧期间释放的能量，对土壤温度产生短期效应，表层土温可高达1000-1004℃o但由于森林枯落物的隔热物特性，热量的穿透深度通常有限，如澳大利亚在燃烧采伐剩余物时，土壤表层温度是350-900℃,而在5-10厘米深处仅为100℃。长期影响一般包括增加土壤的温度。火灾后，黑色的土壤表面能增加太阳能的吸收,土表有机物质的减少，能促进热的传导进入矿质土层。森林采伐后地表失去遮荫使土温升高，而剩余物火烧后，又再次更多地增高了土湿。土温的增加，对枯落物分解有利，可提高土壤肥力，促进繁殖体的萌发和增加草食动物的食物及营养价值.火灾对土壤的化学变化土壤的酸性有机物质燃烧时，形成了阴离子如N\C「和阳离子如Ca+、Mg+和K+,燃烧时阴离子的损失量要妇阳离子大得多。火烧残留的灰分含有大量可溶性碱土金属氧化物，能很快合成碳酸盐。这些碳酸盐具有碱必反应能中和土壤的酸性。结果使土壤酸性火烧后增加，其增加的程度和持续时间决定于火灾强度、有机物的烧失量及土壤的缓冲力。土壤有机质火对土壤的最重要影响之一是烧掉了有机物。通常地表火仅烧掉森林死地区性被物的表层，这是由于燃烧需要氧和深层死地被物太湿太紧。土壤表层有机物损失程度，取决于火灾发生期间、强度和可燃物的温度，春季，地被物仍湿时，发和珠火灾可能仅燃掉新的凋落物而对F和H层影响不大。强度高的秋季火灾能烧掉干燥立地岩石上50cm厚的有机物质。土壤养分含量和可利用性火可使含在有机物中植物不可利用的养分变为可利用形式，所以，虽然火以氧化挥发、漂尘和径流淋洗等方式使养分造成损失，从而引起总土壤养分含量的下降，但火可促进养分的可利用性。火后较高的养分可利用性，首先对森林活地被物有利。.生物的变化燃烧期间土温的啬，对土壤动物有很大影响。如在烧松树林地，蜻等土壤动物的多度明显减少，强烈火灾中，把地表积累的有机物全部烧除的地方，虽然小型土壤动物会向下迁移到较冷湿的矿质土层，但它们可能在火灾后数年内明显减少或消失。火灾使微生物种群减少，但在第一次降雨后明显增加，这是因为火后PH增加，减少了微生物间的竞争和提供了养分的可利用性。四、火对植物的影响和植物的适应森林和生态系统从植物能量分配的角度，把依赖火或耐火种分为两个基本类型：.再萌芽型它们把大部分能量分配到地下定期器官，而很少用到生殖结构(花不明显、花蜜少、种子少)，地上部被火烧死后能快速更新的植物。.火后大量结实型与前者相反，这类植物产生大量种子，火后即快速发芽。植物对火的适应.营养阶段对火的适应1)抗火树皮是树木对地表火和地下火最普遍的适应之一。如我国大兴安岭的兴安落叶松、北美的西部落叶松、花旗松以及被子动物，如校树和栋等(2)减小易燃性植物一些器官能减低火的扩散和强度，降低火灾的损失。如一些阔叶树种的叶子含水量很多，树脂和挥发油含量少，所以一般要比含树脂多的针叶树具更大的抗火性。针阔混交林比针叶树纯林抗性大，原因是阔叶树隔断了林冠可燃物的连续性。(3)保护芽植物被火烧去叶子、枝条、甚至全部地上枝后，继续生长和恢复分枝能力不同。一些针叶树种，如兴安落叶松、刚松、红杉和阔叶十树种白桦等，能以不定芽或潜伏芽的萌发，代替被火烧去的叶子和枝条。.繁殖阶段对火的适应(1)提早开花结实多年生植物减少从萌发到结实的时间。如北美的叶松，5年生时就能产生种子，在频繁周期性发生林火的地区，火淘汰了解定期开花的种。另外，火能刺激开花结实，这是因为火后植物的C/N增加，则会促进开花结实。(2)种子散布己发现叶松、北美短叶松和黑云杉是闭果树种，即球果成熟后果鳞被松脂粘连而不能开裂，只有等发生火灾时，火能熔化松脂而使果鳞开裂，然后种子脱落散布。.火对发芽的影响