森林生态系统的物质积累与循环
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作者： 刘增文著
出 版 社： 中国林业出版社
出版时间： 2009-3-1字数：版次： 1页数： 205印刷时间：开本： 16开印次：纸张：I S B N ： 9787503853548包装： 平装内容简介
本书在综述和分析森林生态系统物质积累与循环研究方法的基础上，结合作者多年来对陕蒙半湿润半干旱地区、秦岭山区和川西亚高山地区人工及天然林研究的翔实资料，较全面地总结了森林生态系统的物质积累与循环特征方面的研究成果。其中，系统研究了刺槐、沙棘、柠条等人工林的生物量、养分分配格局和循环规律；研究了西北地区常见树种落叶前的养分回流问题；调查分析了不同地区主要森林群落林下灌木和植物盖度、生活型组成和物种多样性特征；首次提出了人工纯林土壤性质极化的概念、分类体系、表征方法和分级标准等理论，并应用该理论研究了不同地区人工及天然纯林的土壤性质极化趋势；首次提出了应用客土混合培养、枯落叶客置等试验方法研究不同树种种间关系和防治土壤性质极化的技术原理，对指导我国人工林的可持续经营管理具有重要的参考价值。
作者简介
刘增文，男，1965年生，西北农林科技大学资源环境学院副教授，博士生导师。本科毕业于西北农林科技大学林学院，获中国科学院西北水土保持研究所土壤学博士学位，曾留学于德国慕尼黑大学林学系。主要从事森林生态与水土保持方面的教学与科研工作，发表学术论文50余篇。
目录
前言
第1章 森林生态系统物质积累与循环研究方法
1.1 森林生态系统的概念与稳定性
1.1.1 关于生态系统概念的讨论
1.1.2 生态系统稳定性研究的历史与现状
1.1.3 应用熵理论研究森林生态系统的稳定与发展
1.1.4 森林生态系统稳定性的养分原理
1.1.5 论生态系统的可持续性和持续林业
1.2 森林枯落物分解研究方法
1.2.1 枯落物分解研究方法和模型讨论
1.2.2 有限土壤环境下的枯落物分解模型
1.2.3 平衡法研究森林生态系统枯落物分解
1.2.4 Olson枯落物分解模型存在的问题与修正
1.3 森林生态系统物质循环研究中的若干问题
1.3.1 森林生态系统养分循环特征参数
1.3.2 森林生态系统养分循环研究中若干问题讨论
1.4 森林生态系统中初级生产者一分解者互利竞争关系
1.4.1 封闭型森林生态系统中初级生产者一分解者养分关系讨论
1.4.2 开放型森林生态系统中初级生产者一分解者养分关系讨论
1.4.3 森林生态系统中初级生产者一分解者N关系及其循环模型
1.5 森林土壤性质的极化
1.5.1 人工纯林土壤性质极化概念
1.5.2 土壤极化类型划分
1.5.3 关于土壤极化的表征
1.5.4 土壤性质极化程度分级
1.5.5 关于土壤极化的防治原理
第2章 陕蒙半湿润半干旱地区森林生态系统的物质积累与循环特征
2.1 渭北半湿润黄土残塬沟壑区
2.1.1 刺槐人工林生态系统的养分循环动态模拟
2.1.2 刺槐主要养分元素内循环及外循环通量
2.1.3 刺槐人工林养分利用效率
2.1.4 常见树木养分内循环研究
2.1.5 不同树种人工纯林土壤性质极化
2.2 陕北半湿润黄土丘陵沟壑区
2.2.1 不同森林群落林下植物特征
2.2.2 主要树种人工及天然纯林土壤性质极化
2.3 陕北半干旱黄土丘陵沟壑区
2.3.1 沙棘灌木林生态系统的物质积累与循环
2.3.2 柠条灌木林生态系统的物质积累与循环
2.3.3 不同森林群落林下植物特征
2.3.4 主要树种人工及天然纯林土壤性质极化
2.4 陕北半干旱风沙区
2.4.1 不同森林群落林下植物特征
2.4.2 主要树种人工纯林土壤性质极化
2.5 内蒙古半干旱低山丘陵区
2.5.1 不同森林群落林下植物特征
2.5.2 主要树种人工及天然纯林土壤性质极化
第3章 秦岭山区人工林生态系统的物质积累与循环特征
3.1 不同人工林土壤性质及其对外源性C、N干扰的响应
3.1.1 研究方法
3.1.2 结果与分析
3.2 典型树种人工林土壤性质极化及其防治原理
3.2.1 典型树种人工纯林土壤性质极化趋势
3.2.2 原位客土混合培养对人工林土壤性质的影响
3.2.3 枯落叶客置对人工林土壤性质的影响
3.2.4 几种人工林凋落叶对种子萌发的自毒效应及其种间关系
第4章 川西亚高山地区人工林生态系统的物质积累与循环特征
4.1 不同人工林生态系统C、N分配格局及其对外源性C、N干扰的响应
4.1.1 不同人工林生态系统C、N分配格局及随枯落叶分解释放规律
4.1.2 外源性C、N干扰对人工林凋落叶分解的影响
4.2 典型树种人工林土壤性质极化的防治原理
4.2.1 野外原位客土混合培养对人工林土壤性质及枯落叶分解的影响
4.2.2 典型人工林地土壤室内混合培养对生物化学性质的影响
参考文献
书摘插图
第1章 森林生态系统物质积累与循环研究方法
1.1 森林生态系统的概念与稳定性
1.1.1 关于生态系统概念的讨论
“在一定时间和空间范围内，生物与生物之间、生物与物理环境之间相互作用，通过物质循环、能量流动和信息传递，形成特定的营养结构和生物多样性，这样一个功能单位就被称为生态系统”，这就是由英国生态学家Tansley在1935年首次提出，并经Lindman、whit—taker、Odum和许多生态学者逐步完善的关于生态系统的概念，也是被公认为生态学界至今为止最重要的一个概念。
生态系统概念的提出要归功于系统分析方法的出现。20世纪30年代以来，随着在科学界掀起“系统分析”的热潮，极大地推动了关于“自然平衡”和早期群落稳定性问题的研究。因为“系统分析”将复杂的系统视为具有反馈机制和内部关联的各个分室，从而使系统能稳定在相对恒定的平衡点上。从Odum对生态系统的定义中可以看出系统分析的方法，他指出：“生态系统是一个包括生物和非生物环境的自然单元，二者相互作用产生一个稳定系统，在系统中的生物与非生物环境之间通过循环途径进行着物质的交换”。
系统分析中的“机器类比法”是许多生态学者认可的一种研究手段，这一手段成为研究浩大而繁杂的自然系统的一种实用方法，并有助于在系统模拟过程中进行计算机控制。由于这种方法的形象化和易于被大众所接受，所以生态学概念得到了广泛的交流。
既然“生态系统”概念这样具有独创性，且在生态学领域被确立非常重要的地位，那么为什么还要对其提出讨论呢？一个不容回避的事实是：生态系统理论不是关于自然的后时眭实验观察，而是一种以先时性理论审视自然的研究方法。这种方法聚焦于自然的某些特性，但却同时忽视了其他特性。经过半个多世纪的应用，这种概念和理论逐渐暴露其存在的模糊性和歧义性，从而引起了越来越多生态学者对其概念本身的争议。
1.1.1.1 问题的提出
在过去的几十年中，关于环境问题的灾害预言曾经成为世界关注的热点。生态学领域过分夸张其预言命运的能力，而后经实践检验，这种对灾害的恐慌是不必要的，且在一定程度上束缚着人类的自由并限制了经济的增长。曾有强烈的反对者提出，人类智慧足以在未来人口不断增长的情况下为自己解决衣食和能源等问题。在生态预言中，生态系统的概念和理论起到推波助澜的作用，因而也成为众矢之的。反对者认为，“生态系统”根本不是一个科学的概念，而是对生物进行物理束缚的观点。像“稳定性”和“生态系统”这样的概念其本身就是模糊的，而且其定义也是互相矛盾的，因为事实上根本不存在一个完整的、平衡的和内稳定的生态系统。反对者还认为，如果根本没有稳定的平衡，何需去保持呢？因为历来就存在物种的消失，那么对濒危物种的保护和恢复就是不必要的。如果不知道恢复的目标，怎么去恢复生态系统？如果通过增加边缘物种和生境片段化可以增加生物多样性，那还存在什么环境危机呢？
当然，这些反对的主张存在各种各样的理论偏见，但不是全部。在生态学领域展开了对“生态系统”这一概念的广泛争议。Pickett等提出一个明确的观点：“经典的生态学方法，由于强调稳定状态，并主张自然系统是一个封闭的、自调节和自然平衡的非科学的观点，将不再可以作为理论基础满足生态保护的要求”。
在生态学领域曾有众多学者对质疑者提出的反对主张有过强烈的反击，然而这种反击不总是信心十足的。大家越来越觉得，曾被拥护或攻击的生态系统理论已成为一个“历史工艺品”或一个“稻草人”，因为生态系统现在被广泛认为是非平衡的、开放的、具有层次结构和空间特性且具有尺度的空间单元，也许对传统概念和理论的讨论将促进对一些问题的澄清。
1.1.1.2对生态系统概念的困惑
像任何其他思想方法一样，“生态系统”理论也是一种思想方法，一种便捷的组织思想的途径，它实际上是人类认识复杂的真实世界的必然思维方法。在生态系统中，人们面对的是成千上万相互作用的群落，这些群落随着时间发生着复杂的变化，而且在任何尺度上都是异质的。“生态系统”概念综合了这些复杂的现象并集中于一点，即一个特定区域内所有种群的平均和整体特性。这种方法在研究如物质循环和能量流动等特性时具有极大的优越性，而且便于进一步研究其结构和功能的相对稳定性。
然而，为了这些优越性，“生态系统”概念以一系列限制人们思想的假定为前提。人们不得不经常检验这些假定的正确性，特别是要检验这些假定是否束缚了人们回答问题的能力，如相对稳定性问题。由于整合性、生态系统和稳定性等概念的模糊性，使得一些问题的讨论陷入困境。Pimm指出，这些概念含义的任何改变都将导致关于稳定性的不同结论。目前，人们以各种各样的方式应用着“生态系统”概念，但存在两种观念：一种观念认为，“生态系统”是一个很方便的术语，它说明一个地区有机生物与无机环境的相互关系；另一种观念认为，生态系统只是一个被精确设计的预测模型或理论，但却需要以许多假定为前提。随着对这些限制性假定的怀疑和不断否定，对概念本身的困惑也与日俱增。
(1)生态系统的空间封闭性生态系统和所有其他系统一样，多少是人们主观识别和想像的产物，一般人提到生态系统概念时，对其范围和大小并没有严格的限制，但把特定生态系统作为研究对象时，首先应根据研究目的进行严格界定。一般来讲，生态系统在概念上指的是一个空间单元，如一个小流域或一个湖泊，它研究发生在这个空间单元边界之内的相互作用和生态过程。尽管生态系统概念也承认自己是一个开放系统，在边界上仍存在着有机生物、物质和能量的交换，但生态系统概念假定，对边界之内的研究已足以说明问题。
这个假定对于那些较大的或开放程度较小的生态系统，在研究一定时间尺度内的某些生态特征时是可取的，或者说是生态学者面对复杂研究对象的一种“无奈的选择”。然而，如果面对的是一个较小的或开放程度较大的生态系统，在研究较长时间尺度上的某些生态特征时，这个假定往往与实际不相符合，因为群落组分的空间分布往往超出生态系统的边界，如常常可见到捕食动物个体分布远大于生态系统的边界。此外，由外部向生态系统边界之内的扩散是系统保持稳定的一个重要机制，所以，一个生态系统的稳定性，包括各种生态过程和系统的恢复，是不能仅以研究发生在人为设定的生态系统边界之内的机制来充分说明的。
(2)生态系统的空间均质性与生态系统的空间封闭性思维方法一样，生态系统概念尽管并不否定其内部的异质性特征，但还是假定空间单元具有均质性，并以此为前提来研究系统的整体特性。这在研究某些一般规律时是可行的，然而不能以偏概全。因为，正是内部异质性或较大空间范围上的异质性才保证了维持稳定性的生物种群的广泛分布。如果没有异质性，就不存在先锋物种，生态恢复也就不可能实现。一个均质的生态系统，正如一个完全等同的生物种类，不能对外界的变化做出及时反应，从而成为不稳定的系统。例如，两个具有相同平均特性的森林生态系统，会由于空间异质性差异的存在而具有不同的稳定性。所以，一个生态系统的稳定性不能以忽视异质性的理论来预测。
(3)生态系统内物种的可替代性传统的生态学研究以列出主要生物种类为确定一个生态系统的标准方法。然而，“生态系统”概念允许某种程度的物种替代。例如，一个生态系统尽管由于干扰使其优势生物种群发生改变，但如果在外貌和功能上仍能返回到原来状态，则认为这个生态系统得以“恢复”。也就是说，系统的功能特性得以恢复，但生物种类组成发生了改变。事实上，在许多生态系统的理论中，所关心的是功能过程，至于由哪些生物种类完成这些功能则不予考虑。
由于生态系统概念中的物种可替代性，常常引起一些模糊的认识。例如，考察一个正在富营养化的湖泊，如果生态系统被定义为一个空间位置的功能系统，那么尽管环境条件发生了改变，这个湖泊还是同一个湖泊。相反，如果生态系统以主要生物种类来定义，那么一个营养贫瘠的生态系统就可以被一个富营养化的生态系统取代，因为生物类群发生了改变。而且，由于生态系统在干扰后不能恢复到与原有生态系统具有完全相同的生物种群，所以将得出生态系统永远不稳定的结论。
如果生态系统以物种来定义，那么只有在极端恶劣的环境条件下才存在稳定的生态系统，如极地苔原。在这里只有少数生物种类能够生存，且在干扰并恢复后可以与原来生态系统具有完全相同的生物种类。由此得出的推论是：生态稳定性与生物多样性呈反相关关系。
既然以上两种定义生态系统的方法都有失偏颇，那么折中的办法，即以功能特性和生物种类相结合来定义生态系统似乎是一条合理的途径，但仍然无法解决稳定性问题。例如，海岸生物群落在干扰后可以恢复到同样的生态功能，但是生物种类却不同；在森林里，由于动物和林火的交互作用可以产生不同的稳定状态，但令人疑惑的是，这些是具有不同终结状态的稳定生态系统还是不稳定生态系统？另外，据波兰的历史记载，在冰川时期，生物种类随着环境的变化而改变。一个地区的生物种类，即使是优势种群，也会由于温度等条件的变化而发生迁入或迁出，结果，一个地方群聚的生物种类持续不断地发生着变化。那么，按照较保守的生态系统的定义，这样的生态系统是不稳定的，或者甚至可以说，在这里从未有过生态系统存在。
……
