森林生态学

森林生态学
定义,生态学是研究有机体之间以及有机体与环境之间的相互关系的科学。

森
林是以树木和其它木本植物为主体的一种生物群落。

因此,森林生态学是研究森林的结构、功能、动态、分布等规律,研究森林如何
改变环境和维护环境质量的一门科学。

森林生态学主要内容一般分为两个部分,即森林环境和森林群落。

内容大致包
括三个方面。

1.研究树木个体和群体与周围环境因子之间的相互作用。

主要研究光、温度、水分、大气、地形、土壤等因子的生态学意义;生态因子
与森林的作用方式和作用力大小;树木个体对环境因子的适应性和耐性;森林对环
境的反作用力;估价森林对人类的效益。

2.研究森林群落的结构特征、分类原则和方法;研究森林群落的演替规律。

3.
研究森林生态系统。

把森林植物群落和它所在的周围环境看作一个不可分割的有
机整体,研究系统内的动物、植物、微生物与无机环境之间的依存、制约和因果关系,系统内物质交换和能量转化,系统内自动调节的机制和稳定性,介绍系统模型和
方法
研究任务,森林生态学揭示森林的发生、发展、演替的原理和规律,运用这些原
理和规律去解决造林、营林和防治环境污染的各种技术问题,这就是学习生态学的主要任务。

三、森林生态学的发展
森林生态学是从人们生活和生产实际的需要而逐渐发展起来的。

人类为了生存, 需要了解大自然的各种现象和识别它周围的动物和植物,这就要具备生态学方
面的知识。

我国在周朝的《诗经》里就记载了很多植物的种类。

“山有枢、险
有榆”。

西周的禹贡,记载了植物与土壤的关系。

《管子—地员篇 ) ) ( 公元前约2 00年)把植物分布的垂直带写得很清楚。

在欧洲19 世纪中期,德国人洪德堡( A`Humboldt)对世界植物的分布做了理论上的阐述,创始植物地理学。

丹麦人瓦尔明(E.Warming )著有“植物生态学”(1895 ),标志着植物生态学的诞生。

随后法国、德国的林学家相继论述林木耐阴性的理论。

本世纪初,借助实验的方法,研究森林群落和立地条件相互作用的基本原理。

随着林业科学和生态学的发展,到了本世2 0年代,便把营林学基础从森林学中分出来成为生态学的一个分支,即森林生态学。

60年代以后,才集中研究生物群落中植物、动物、微生物的相互作用生态系统 ( Ecosystem )的研究。

70年代又逐及其与环境所组成的功能单位,即
步形成生态科学的一个新领域 - 系统生态学 ( System ecology),森林生态
学也得到进一步的提高。

研究方法
生态学的研究长期处于定性描述阶段。

对群落结构、类型划分和地理分布都采用静态描述,对群落的演替变化,如群落的建立、发育、成熟、消失规律,加速、延缓或改变自然演替的途径等则采用动态描述。

20世纪60年代以来,森林生态学的研究,除借助于传统的生物学、物理学、化学等方法及其最新成就外,还借助于气象学、水文学的知识以及系统工程和电子计算机等手段。

精敏测算仪器,如自记红外线气体分析仪、自记分光光度计、氧弹或热量计,以及放射性同位素等的应用,也为定量研究提供了更好的条件。

林业遥感技术的应用,使森林生态学的研究又有了新的发展。

近几年来提出的生态界面系统的理论和方法,是从存在于生物与环境间的界面层的性质、结构、功能和作用,直接探索生态系统的运动规律,又使生态学关于生物与环境之间因果关系的传统概念和研究方法有了改变。

定性描述阶段定量研究、数学建模
四、森林生态学近代研究的动向
今天的生态学是研究生命系统和环境系统的互相关系,研究它们之间的机理,研究能量的转换,开始数量化,这样才可称得为现代生态学。

现代生态的范围从环境和生物的关系扩大到内外环境对个体和群体的交互影响,物质循环和能量转移,以及短期的演替和长期的演化。

森林是陆地上最复杂的一个生态系统,是一个有生命的再生资源,
是最有持久性的第一性生产力,是物种的“基因库” ,能维持陆地上的生态平衡。

由于森林群落和森林环境是一个变化大、多变量的综合整体,从 7 0 年代以来,运用现代数学的控制理论,对森林生态系统进行系统
分析,使之数量化和模型化,从而长期处于描述性的森林生态学跨进了定量实验的领域,这是森林生态学在理论上和方法上的一个新飞跃。

参考文献,森林生态学的内容、任务及近代的研究动向洗
自强(江西农业大学林学系 ,
21世纪森林生态学的研究方向
1.森林植被对生态环境的影响及其调控机理研究
2.加快森林生态网络系统工程建设步伐
3.以高新技术为依托,建立森林生态工程检测网络体系
4.充分发挥森林生态学分支学科的作用
5.加强生物多样性保护
6.进一步进行生态经济学的研究
我国与世界先进水平的差距何在
发展问题
森林的生态服务功能
1森林是人类的资源宝库. 2 涵养水源 3保育土壤 4净化大气环境 5?森林防护6. 固碳释氧 7积累营养物质 8 物种保育 9 森林游憩 10提供负离子近年来森林生态学的研究热点分析
从不同年份有关森林生态学研究的文章关键词数量的变化可以看出( 图 6) ,气候变化虽然在2003-2007年都有研究,但从2007年以后迅速超越了其他领域,成为最受关注的研究热点!生物多样性的研究热度仅次于气候变化,这是研究者持续关注的领域,其研究热度稳中
有升,但未出现像气候变化领域的突变!物种竞争"生态保护"生物入侵也成为研究者关注的热点,其热度紧随气候变化和生物多样性之后!值得关注的是入侵物种的研究在2010-2013 年出现了一个高峰
期!接下来受关注的是生态干扰"草食动物"物种丰富度!这三方面的研究一直比较平稳,十年中未出现大的变化。

全球气候变化、"生物多样性"可持续发展的生态系统是当前国际森林生态学优先研究的领域,也是今后相当一段时期的研究热点,先进科学技术和试验手段的介入将使这些研究深入发展! 参考文献,《森林生态学研究态势计量分析》黄东晓毛萍周华王海燕王芋
华( 中国科学院成都生物研究所,
森林生态学研究热点问题
1、森林生态系统碳循环
碳循环是连接生物圈与大气圈之间的重要环节,对全球气候变化的影响至关重要,也就成为森林生态系统研究的热点之一
全球变化与森林生态系统的相互作用
定位监测及大样地建设
森林生态效益补偿研究
3s 技术在森林生态系统研究中的应用
参考文献,《近 20年国内森林生态学热点问题综述》杨敏鲁小珍张晓利
南京林业大学
森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性,对全球生态系统和人类经济社会发展起着至关重要和无可替代的作用。

推进森林资源可持续经营,增加森林总量、提高森林质量、增强生态功能,已成为中国林业可持续发展乃至推进中国生态文明建设和建设美丽中国的战略任务。

本文全面综述了森林生态系统经营发展历程,分析了森林生态系统经营的现状和存在问题,在此基础上,提出整合基于生态系统管理与满足现代人类福祉对森林多重需求的新的森林生态系统经营理念,面向生态系统服务的森林生态系统经营理念是未来的发展趋势。

森林经营发展战略表现为: 1) 从单纯的森林面积数量扩张,转变到提高单位面积的森林生产力和森林质量; 2) 从单一追求木材生产逐步转变为多目标经营,将森林林产品单一的经营目标转变为广泛的生态、经济和社会等多目标经营; 3) 森林经营重点从林分水平转变为森林景观的经营,强调森林景观的时空异质性和动态变化,权衡和协同多种生态系统的服务功能,倡导森林景观的多样性和连通性,提高森林与其它土地利用模式镶嵌构成的复合景观的可持续性和稳定性,增强森林生态系统对气候变化影响的适应能力; 4) 森林生态系统经营将从依赖传统经验的主观决策转变为信息化、数字化和智能化的决策,发展森林生态系
统经营决策支持系统和森林景观恢复与空间经营规划系统。

森林生态系统经营的现状与面临的问题
尽管通过长期不懈的努力,我国的森林资源状况有了很大改善,森林覆盖率已由建国初期的 12,5%上升至 2013 年的21,63%。

目前,全国森林面积2,08 亿 hm2,森林蓄积151,37 亿 m3。

天然林面积12184 万 hm2,天然林蓄积 122,96 亿 m3。

人工林保存面积 6933 hm2,蓄积 24,83 亿 m3,人工林面积继续保持世界首位。

然而,我国森林覆盖率远低于全球 31%的平均水平,人均森林面积仅为世界人均水平的
1/4,人均森林蓄积只有世界人均水平的 1/7,森林资源总量相对不足、质量不高、分布不均的状况仍未得到根本改变,林业发展还面临着巨大的压力和挑战。

一是实现 2020 年森林增长目标任务艰巨。

二是严守林业生态红线面临的压力巨大。

三是加强森林经营的要求非常迫切。

四是森林有效供给与日益增长的社会需求的矛盾依然突出。

从总体上看,森林资源数量、质量的增长依然不能满足社会对林业多样化需求的不断增加,生态问题依然是制约我国可持续发展最突出的问题之一,生态服务产品依然是当今社会最短缺的产品之一,森林资源质量与生态服务供给能力差距依然是我国与发达国家
之间的最主要差距之一。

中国森林的经营管理粗放、技术水平相对比较落后,
存在的主要问题分析概括为以下几个方面: 1) 森林经营的对策僵化不适应时代的变化,即简短的分类为商品林和公益林体系,由此规划森林的经营目标、投资方向和经营措施,没有体现森林生态系统的自然属性,包括森林结构组成、生物多样性变化、更新演替、健康状态、自然干扰特征; 2) 森林经营与森林利用的最终目标或产品脱节。

例如,目前营造的许多人工林缺乏明确的经营目标或利用的最终产品,伴随人们对森林功能认识的提高,传统的森林经营理念受到了冲击。

人类对森林生态系统的产品的需求不仅仅限于木材,而是多样化的产品需求,在保证木材供给的同时,更多的关注森林生态系统的生态服务功能( 生物多样性、水土流失、水源涵养、干
旱洪涝灾害、环境污染、野生动物栖息地、流域健康和固碳等) 。

3) 缺乏有效的森林健康管理。

由于过去长期和大规模的干扰导致许多现存的森林处于破碎化或次生退化演替状态,加之营造了大面积人工纯林,在缺乏有效的森林健康管理的情况下,出现了严重的森林病虫灾害、森林火灾或地力衰退等问题。

4) 缺乏综合的森林景观管理。

森林经营管理不但要着眼森林生态系统本身,还要考虑森林经营管理对溪流和河流水系、生物多样性和人居环境的影响,从森林景观的综合要素考虑,包括各种相关利益群体需求、农林牧复合景观结构特征、景观生物与水土资源的有效性、土地利用政策等方面,制定综合的森林景观管理规划,籍以实现景观资源的优化配置和景观环境的可持续性。

5) 在自然资源综合规划管理中的国土、水利、农业、林业和环保等各部门行业管理中不能真正做到有效协调和兼顾社会、经济和环境的多方面的效益。

生态工程建设各自有不同的目标和侧重点,而且又分属不同的部门或机构实施和管理,导致不同部门缺乏有效的项目之间的协同性和整合性,难以实现可持续土地利用模式下
的综合生态系统( 森林、草地、农田、流域等) 管理的目标。

《面向生态系统服务的森林生态系统经营: 现状、挑战与展望》刘世荣,代力
民
温远光王晖
《中国森林生态系统服务功能及其价值评估》王兵; 任晓旭; 胡文;
城市森林是城市生态建设的重要内容,而城市森林生态服务功能研究是当前城市生态学关注
的热点之一。

作为一个特殊的自养生态系统,城市森林与人类朝夕相伴,其生态过程所提供的
服务构成了人类赖以生存的基本前提[1~5]。

城市森林生态服务价值评估方法作为当今生态服务价值评估中的一项重要内容,对于量化城市森林生态服务功能,更好地指导城市规划建设都具有重要意义。

一般而言,城市森林是指城市内及城市周围的树木、林木和相关植被,包括城区、近郊、远郊的对城市环境产生显著效应的所有植被区域[12]。

城市森林生态服务价值:基于城市森林与生态服务价值理论,借鉴前人对城市森林生态服务的理解,笔者认为城市森林生态服务价值是指城市森林生态系统及其生态过程所形成的有利于城市居民生存与发展的条件与效用,及其所提供的各种物质产品、环境资源、生态公益、社会服务和美学价值,包括生态价值、经济价值和社会价值。

《城市森林生态服务价值评估研究进展》赵煜; 赵千钧; 崔胜辉; 吝涛; 尹锴; 3 主要研究内容
3 1 1 城市森林结构分析
通过城市森林本底资源调查与评估 , 了解城市森林的资源状况 , 城市森林的格局、结构、植物组成、景观特征和人文环境 , 对城市绿化树种的水平结构、树种重要性、美学布局、树种配置、组成成分等进行定性和定量的研究
[3 ,8 ,31 ,41] . 在人口高度密集的城市环境中 , 研究森林生态系统在植物物种组成、种群结构与动态、层片结构、空间布局等结构特征 [20] .与自然林相比 , 由于人类活动的巨大影响 , 城市森林及其植物从生理、个体结构、种群结构到群落结构都要受到强烈的影响 [17 ,26] , 因此 , 其结构必然发生很大变化 . 3 1 2 城市森林的生态服务功能研究
分布于密集居住区的森林 , 对城市污染物有吸收、降解作用 , 同时能改善城
市小气候 , 减轻城市热岛效应 , 改善市区内的碳氧平衡 , 满足市民美学需
求 , 提高人类身心健康 [6 ,10 ,11 ,36] . 利用环境监测法测定城市森林生态环境的动态及空间变化 , 研究城市
森林净化环境、服务城市的生态功能 .
3 1 3 城市森林生态规划与设计
运用生态学的基本原理 , 结合城市森林的特点 , 按一定的原则 , 因地制宜 , 以一个具体城市为案例 , 从空间布局和群落结构两方面对城市森林进行布局规划
与结构设计 , 使之获得较好的生态效益 [4 ,27 ,33 ,40] , 同时为传送可持续发展提供了一条有效途径 . 3 1 4 城市森林的维护和管理
城市森林由于其所处的自然环境相当恶劣 , 人为因素干扰很大 , 显得非常脆
弱 . 应根据实际情况建设园林植物群落 ,增加城市绿化苗木 , 保护古树名木 ,
做好园林植物引种 , 加强乡土植物资源保护和利用 , 以提高城市植物的多样性[21] . 搞好城市森林的维护工作 , 加强城市森林的管理 , 制定出相关的法律法
规是城市森林生态学所研究的一项重要内容 [29 ,37] .
3 1 5 城市环境对城市森林的影响
城市环境以人类活动为中心 , 人口密集、交通拥挤、环境污染等一系列问题
不可避免地会对城市森林造成影响 , 使城市树木呈现各种受害症状 , 甚至枯萎死亡 . 随着工业发展 , 废气排放与日增加 , 毒气污染大气生态环境 , 危害植物健康 . 因此 , 研究植物与城市环境的相互关系 , 有利于抗逆性树种的筛选及环境
污染的综合治理 [35] .
4 城市森林生态学理论基础和基本原理
4 1 1 理论基础
城市森林生态学尚未形成成熟的理论体系 . 城市森林生态学基本概念实际上
已框定了城市森林生态学的理论构架 .针对每一概念的深入研究都将是对理论基础的进一步概括和融合 , 从而形成日趋成熟的城市森林生态学理论体系 . 城市森林生态学是一门边缘的交叉学科 , 在其形成和发展过程中 , 吸收融合了许多森林生态学、景观生态学、园林学、人类生态学等其它学科的现有理论 , 因此 , 上述4 门学科的理论应成为城市森林生态学的理论基础 .
4 1 2 基本原理
4 1 2 1 1 城市森林生态系统的非生物成分最小限制因子原理 :1840 年德国化学家 J.Lbig 提出了最小限制因子规律 . 他在研究谷物产量时发现 , 植物对某些矿物盐类的要求不能低于某一数量 . 当某种土壤不能供应这一最低量时 , 不管其它养分含量如何多 , 该植物也不能正常生长 . 后来人们将因子范围加以扩大 , 并严格地限制于物质和能量的输出和输入处于平衡状态时适用 . 城市森林植物处于一个特殊的环境因子中 , 最小限制因子原理仍然适用于该系统 , 植物的生长仍遵循这个原理 [28] .
耐受性原理 : 环境因子在最低量时可成为限制因子 , 但如果因子过量 , 超
过生物体的耐受程度时也可成为限制因子 . 城市森林植物有机体耐性限度中的任何一个在质和量上的不足或过量 , 都会引起有机体的衰减或死亡 . 城市是污染较为集中的地方 , 也有某些因子起着限制因子的作用 , 如果城市森林经常处于这种不利的极限环境条件之下 , 植物生长会严重受阻 , 从而影响到整个森林系统的健康 . 因此 , 应树立因子补偿作用的概念 , 通过因子的相互作用改变因子的利用率 , 从而在一定范围内起到补偿作用 . 4 1 2 1 2 城市森林生态系统的生物成分生态位原理 : 生态位是指种群在群落中与其他种群在时间上和空间上的相对位置及其机能的关系 . 城市中的资源和空间较之自然界更是非常有限 , 而城市森林生态系统中的每种生物的生存都需要一定的空间和资源 , 并为此引起有同样需要
的物种间激烈的竞争 [22] . 竞争和选择的结果 , 种群间产生了生态位的隔离 , 避免或减少了生态位的重叠 , 使得城市森林生态系统在一定范围内呈现出物种多样性的特点 .
生物多样性导致群落稳定性原理 : 生物群落与环境之间保持动态平衡的稳定状态的能力 , 同生态系统物种及结构的多样、复杂性呈正相关 . 这是由于在结构复杂的生态系统中 ,当食物链 ( 网 ) 上的某一环节发生异常的变化 , 造成能量、物质流动的障碍时 , 可以有不同生物种群间的代偿作用给予克服 [32] . 城市森林建设中多种生活型和基因型的植物种、种群的应用将促进城市森林生态系统的稳定和功能、效益的全面、有效的发挥 . 4 1 2 1 3 城市森林生态系统的变化过程生态演替原理 : 变动和发展是生态系统最基本的特征之一 . 森林生态系统中随时间推移优势种发生明显改变 , 引起整个森林组成变化的过程就是森林演替[12] . 演替通常以稳定的生态系统为发展的顶点 , 表现为一个群落取代另一个群落 . 同样 , 城市森林生态系统也是变动发展的 , 也要遵循生态演替规律 . 城市中人类活动对城市森林的不同的干扰方式、干扰强度必然会引起城市森林生态系统的一系列反馈 , 并导致城市森林演替 .
生态平衡原理 : 处于稳态机制下的生态系统能够在一定限度内通过自我调节能力平衡自然或人为的干扰和冲击 , 从而保持其稳定性 . 城市森林生态系统物种种类少、食物网、食物链比较简单 , 遇到外界干扰 , 很容易使其结构破坏 , 影响整个生态系统功能的正常进行 . 由于系统自身的生态阈值比较小 , 仅靠自身的自我调节能力维持生态平衡是不现实的 , 必须不断地向系统输入能量、物质和信息 , 以维持有序的耗散结构 , 达到稳定的生态平衡状态 . 因此 , 城市森林生态系统的生态平衡的实质决不是简单的能量与物质的平衡 . 4 1 2 1 4 城市森林规划与经营城市森林园林艺术效果 : 城市森林规划和经营过程中遵循园林艺术、园林植物种植设计、园林绿地系统规划的基本原理 . 并以自然美为前提 , 融合艺术
美 , 重视植物的景观、美感、寓意和韵律效果 , 尽量体现园林的艺术性 . 多采
用开放的自然式园林设计 , 通过多样的种群、灵活的配置和丰富的色相、季相变
化 , 使生态效能与绿化、美化、香化相结合 , 自然生物属性得到文化体现 , 产
生富有自然气息的美学价值和文化底蕴 , 同时强调开放性与外向性 , 与城市景观特色、不同造型和结构的建筑物相协调融合 ,考虑教育、文化、环境、经济等诸多方面的要求 [38] .
景观多样性导致稳定性原理 : 自然界中景观的稳定性时与景观的多样性相联
系 , 即多样性可导致稳定性 . 城市森林生态系统的规划遵循景观多样性原理 ,
涉及到城市森林的美化效应和城市森林稳定性问题 . 通常城市森林的景观多样性来自种群多样和配置的灵活 , 而城市森林的景观不但要依从地域环境的特定要求 , 还要满足社会经济发展及居民心理的需要 [15] .
整体性和系统性原理 : 城市森林生态系统的规划与经营在注意植物个体间关
系的同时 , 注意动植物间以及城市森林与人类之间的关系 . 并通过城市森林“点”、“线”、“面”的结合把城市森林开敞空间连接成网络 , 减少城市森
林分布的孤立状态 , 保留大面积的城市森林 , 增强了其抗干扰能力和边缘效应 , 因此 , 城市森林生态网络所发挥的生态作用是许多小的分散的城市森林所无法代
替的 .
5 研究方法
5 1 1 城市森林资源调查
资源调查主要包括森林各类型面积的调查、森林总生物量调查和森林生态环境
资源和功能的调查 3 个方面 [14] . 通过随机布点的野外调查或城市森林本底资
源调查 , 可了解城市森林的面积、类型、个体数量、生长情况、健康情况、森林群落多样性、森林贮碳和制氧能力等各项数据 , 为城市森林的结构和功能研究提
供基础数据 .。