本书以松山国家自然保护区生态系统野外调查及室内实验数据为基础，
在林分尺度对4种典型林分的植物物种多样性、生物量及生产力、土壤养分、
降水分配特征和水质离子净化效应方面展开研究；在景观尺度对保护区景观
格局进行分析并提出网络优化对策。本研究获得的重要科学发现如下：①随
着海拔高度的增加，灌木多样性与丰富度指数减小，草本丰富度指数略增，乔
木、灌木和草本均匀度随山体高度增加无显著变化；②各林分生物量范围在
58.30 ~ 305.48 t/hm2，大小依次为针阔混交林＞蒙古栎纯林＞山杨纯林＞油松
纯林，4种林分的各器官生物量的积累以树干和树枝为主；③随土壤厚度的增
加，土壤速效养分含量和土壤全量养分含量逐渐减少，全钾含量＞全氮含量＞
全磷含量，阔叶林＞针叶林；④不同林分在不同雨量级和生长季各月的降水分
配月动态差异明显，降水分配特征基本一致，通过主成分分析法对各林分生态
水文功能进行综合评价，结果为混交林（2.44）大，油松纯林（-2.74）小；
⑤大气降雨经过4种林分各层次后，其水质均有一定程度的改善。从不同林分
来说，山杨纯林和油松纯林枯落物层的净化作用较为显著，在对水质起到关键
净化作用的20 ~ 40 cm和40 ~ 60 cm土壤层，以蒙古栎纯林的净化效果，
其次是油松 毛白杨混交林；⑥2010 2020年，北京松山国家森林公园以林
地为核心景观基质，以阔叶林为优势景观类型，由于人为干扰不断增强，景观
破碎度持续增加。通过构建潜在生态廊道对森林公园景观格局及生态网络进行
了优化，可为森林公园区域景观规划、资源管理保护及生态可持续发展提供科
学依据。
本书针对松山森林生态系统结构维护与功能提升提出以下建议：①在今
后生物多样性及生产力保护措施实施过程中，需按照自然演替规律，综合考虑
冠层物种组成与结构、微地形的调控作用，寻找适宜林分类型的森林群落多样
性，根据经验制定合理可行的保护技术，为森林群落生态功能的发挥提供科学
支撑；②大面积种植针阔混交林能有效提升森林水文功能，对维持森林生态系
统稳定发展、改善北京地区生态环境起到积极作用；③目前保护区内的景观破
碎现象已经得到缓解，仍需在后续的保护管理中结合园区实际特点着重保护以
阔叶林为代表的优势景观类型，并进行全面的网络调整与优化。本研究对强化
松山国家自然保护区管理乃至促进首都生态文明建设均具有重要参考价值。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的和意义 2
1.3 国内外研究进展 3
1.3.1 森林物种多样性研究进展 3
1.3.2 森林生物量及生产力研究进展 5
1.3.3 森林土壤养分研究进展 7
1.3.4 森林水文效应研究进展 8
1.3.5 森林生态系统水质研究进展 10
1.3.6 森林景观格局与网络优化研究进展 13
1.4 应用方向或应用前景 14
2 研究区概况 15
2.1 地理位置 15
2.2 地质地貌与土壤 16
2.3 气候及水文 16
2.4 植被状况 17
3 研究内容与方法 18
3.1 研究内容 18
3.1.1 不同林分植物物种多样性研究 18
3.1.2 不同林分生物量及生产力研究 18
3.1.3 不同林分土壤养分研究 18
3.1.4 不同林分降雨再分配过程研究 19
3.1.5 不同林分水质效应研究 19
3.1.6 森林景观格局及网络优化研究 19
3.2 研究方法 19
3.2.1 研究对象选取及样地调查法 19
3.2.2 不同林分植物物种多样性 21
3.2.3 不同林分生物量及生产力 22
3.2.4 不同林分土壤养分 23
3.2.5 不同林分降雨再分配过程 25
3.2.6 不同林分水质效应 32
3.2.7 松山自然保护区景观格局及网络优化 34
3.3 技术路线 39
4 不同林分植物物种多样性研究 41
4.1 植物物种组成及数量特征 41
4.2 植物物种多样性和植物生长型的关系 44
4.3 林下草本物种多样性 45
4.3.1 草本物种多样性 45
4.3.2 草本物种多样性 46
4.4 讨论 47
4.4.1 物种组成及数量特征 47
4.4.2 物种多样性和植物生长型的关系 47
4.4.3 林下草本物种多样性与多样性变化特征 48
4.5 结论 49
5 不同林分生物量及生产力研究 50
5.1 不同林分乔木层生物量和生产力 50
5.1.1 蒙古栎纯林生物量和生产力 50
5.1.2 油松纯林生物量和生产力 51
5.1.3 针阔混交林生物量和生产力 51
5.1.4 山杨纯林生物量和生产力 51
5.2 乔木层生物量、生产力与主要林分因子的相关性 52
5.3 讨论 54
5.3.1 不同林分类型乔木层生物量 54
5.3.2 不同林分乔木层净初级生产力 54
5.4 结论 55
6 不同林分土壤养分研究 57
6.1 不同林分对土壤有机质的影响 57
6.2 不同林分对土壤全磷、全氮和全钾的影响 58
6.3 不同林分对土壤速效养分的影响 59
6.4 不同林分土壤养分主成分分析 60
6.5 讨论 62
6.5.1 不同林分土壤长效养分的影响 62
6.5.2 不同林分土壤速效养分差异 63
6.5.3 不同林分土壤养分主成分分析 63
6.6 结论 64
7 不同林分降雨再分配过程研究 65
7.1 不同林分林冠层降水分配特征 65
7.1.1 不同雨量级下林冠层降雨再分配特征 65
7.1.2 生长季不同月份的林冠层分配特征 68
7.1.3 不同林分穿透雨特征 70
7.1.4 不同林分树干径流特征 72
7.1.5 不同林分林冠截留特征 74
7.2 不同林分枯落物层降水分配特征 77
7.2.1 枯落物厚度与储量 78
7.2.2 枯落物持水过程 79
7.2.3 枯落物吸水速率 81
7.2.4 枯落物层持水量 82
7.2.5 枯落物层拦蓄能力 83
7.2.6 枯落物层降水分配特征 84
7.3 不同林分土壤层降水分配特征 86
7.3.1 不同林分土壤容重 86
7.3.2 不同林分土壤孔隙度 87
7.3.3 不同林分土壤持水能力 88
7.3.4 不同林分土壤入渗特征 90
7.3.5 不同林分地表径流、壤中流特征 92
7.4 不同林分生态水文功能综合评价与分析 95
7.4.1 不同林分生态水文功能综合评价 96
7.4.2 不同林分生态水文功能分析 98
7.5 讨论 99
7.5.1 不同林分林冠层降水分配特征 99
7.5.2 不同林分枯落物层降水分配特征 100
7.5.3 不同林分土壤层降水分配特征 101
7.5.4 不同林分生态水文功能综合评价 102
7.6 结论 102
8 不同林分水质效应研究 105
8.1 不同林分不同空间层次对降雨中水质离子的影响 105
8.1.1 大气降雨水质特征 105
8.1.2 不同林分林冠层水质效应 107
8.1.3 不同林分枯落物层水质效应 115
8.1.4 不同林分土壤层水质效应 123
8.2 森林生态系统对溪水、地下水和库区水的影响 132
8.2.1 溪水、地下水和库区水的水质特征 132
8.2.2 森林生态系统对溪水、地下水和库区水水质的影响 134
8.3 森林生态系统水质效应对比分析 136
8.3.1 森林生态系统中阳离子水质效应对比分析 136
8.3.2 森林生态系统中阴离子水质效应对比分析 139
8.4 不同林分不同空间层次净化水质效果综合评价 142
8.4.1 主成分分析法的基本原理 143
8.4.2 评价过程 143
8.4.3 评价结果 147
8.5 讨论 150
8.5.1 不同林分不同空间层次对降雨中水质离子的影响 150
8.5.2 森林生态系统对溪水、地下水和库区水的影响 153
8.5.3 森林生态系统水质效应对比分析 154
8.5.4 不同林分不同空间层次净化水质效果综合评价 156
8.6 结论 157
9 森林景观格局及网络优化研究 160
9.1 森林景观格局分析 160
9.1.1 森林景观类型划分 160
9.1.2 景观格局分析 167
9.1.3 景观格局与地形因子分异特征关系 179
9.2 景观格局驱动力分析 183
9.2.1 景观格局变化驱动因子选取 183
9.2.2 驱动因子数据处理 183
9.2.3 景观格局变化驱动力分析 184
9.3 松山森林生态系统网络优化 190
9.3.1 生态网络分析 190
9.3.2 生态网络优化 193
9.3.3 景观格局生态网络优化策略 201
9.4 讨论 203
9.4.1 景观格局动态变化的驱动因素 203
9.4.2 景观格局与地形因子分异特征关系 203
9.4.3 森林生态系统景观格局优化对策 204
9.5 结论 204
参考文献 206
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