杉木人工林衰退机理探讨

杉木是我国特有的速生丰产树种,在商品木材的生产中占有重要的地位,而杉木连栽导致生产力下降和地力衰退一直是阻碍我国林业生产的重要问题,这引起了许多学者和林业工作者的兴趣和注意．本文对杉木人工林连栽后出现的生产力下降的现象进行了描述,并对导致杉木人工林连栽生产力下降的原因进行了总结和概括,对杉木人工林衰退机理做了分析．概括起来,杉木连栽导致生产力下降、地力衰退主要表现在：杉木人工林生产力下降和林地土壤物理和化学性质的恶化．而导致出现此现象的原因不外乎两个方面的原因,一是营林措施不合理,这是外因;其次是杉木自身的生物学特性,这是内因．内外因的结合导致杉木人工林连栽后出现生产力下降和地力衰退的现象．     

杉木生长的起伏型时间序列模拟研究

起伏型时间序列法是一种新的时间序列分析法,本文介绍了起伏型时间序列林木模拟与预测方法,以杉木人工林生长为研究对象,对杉木胸径生长进行建模模拟,模拟工达到98．3％,结果令人满意,且比逐步回归法,多维时间序列分析法模拟效果更优,说明起伏型时间序列分析方法可应用于林木生长模拟与预测,从而丰富了林木生长预测与预报方法。     

不同间伐强度对杉木人工林碳储量及其分配的影响

间伐改变了林分环境,影响林木生长及碳储量,准确评估不同间伐强度对杉木人工林生物量及碳储量的影响对碳汇林业的发展具有重要意义。2013年,以中国林业科学研究院热带林业实验中心1992年造林并于2005年实施3种不同间伐强度(74%:H、50%:M和34%:L)的杉木人工林为研究对象,样地内每木检尺,实测样木生物量,并结合杉木群落各组分含碳率的实测值,对杉木人工林的生物量和碳储量进行估算,结果表明:H(74%)显著增加了林木的胸径(P0.01),分别比M(50%)、L(34%)和CK(0%)增加了13.65%、20.74%和18.37%。3种间伐强度之间树高差异均不显著,而CK的树高均大于3种间伐强度的树高,分别比H、M和L增加了6.64%、15.73%和16.70%。与对照相比,H显著增加了林木的单株生物量(P0.01)。对照林地乔木层的碳储量均显著高于其他3种间伐强度的乔木层碳储量(P0.05),而乔木层各器官碳储量大小顺序为:树干树枝树根树皮树叶;3种间伐强度和对照处理杉木人工林之间的生态系统碳储量差异性不显著(P0.05),其中乔木层和土壤层为主要碳库,两者所占总的碳储量超过生态系统总的碳储量的97.62%。     

杉木和火力楠纯林及混交林内生菌根的研究

杉木(Cunninghamia canceolata)及火力楠(Michelia macelurei)是我国南方优良用材林树种,但杉木人工林连栽后,常导致土壤肥力衰退;并积累某些多酚类毒性物质,致使林木的生产率降低。为     

连栽第1和第2代杉木人工林养分循环的比较

森林生态系统的养分循环是生态系统的重要功能过程之一,直接影响着森林的生产力,很大程度上影响和制约着林地的肥力水平,而且人工林连栽地力衰退和生产力下降现象普遍存在,寻求杉木林连栽两代杉木人工林养分循环差异与连栽林分生产力下降的关系,无疑具有重要的现实意义。利用30多年连续定位的测定数据,分析了连栽第1、2代杉木人工林在物质生产养分利用有效性、生物地球化学循环、地球化学循环的差异。结果表明,杉木速生阶段,第2代林每生产1 t干物质需要的养分比第1代林多1.58-3.29 kg,干材生长阶段,第2代林每生产1t所需养分比第1代林多4.23-5.92kg;速生阶段生物地球化学循环的养分利用系数第2代林比第1代林分下降19.7%-22.8%,养分循环系数下降12.8%-15.6%,干材生长阶段养分利用系数比第1代林分下降35.3%-36.2%,养分循环系数下降23.2%-27.0%,养分周转利用的生物地球化学循环功能第2代林比第1代林差;由干材生长进入成熟阶段的生长期内,伴随水文学过程的养分地球化学循环中,第2代杉木人工林生态系统的养分积累的地球化学循环的能力下降,养分流失率是第1代林的2倍左右,养分的积累率还不到第1代林的60%,对森林地力的维持和林木生长都是不利的。从生态系统水平上定位研究,定量分析了杉木连栽两代人工林养分循环功能过程,研究成果为我国南方人工林持续经营措施的制定提供了理论指导和科学依据。     

人工杉木林林分空间结构参数分析及相关性研究

基于南平松溪林场九个人工杉木林标准地的实测数据, 对人工杉木林林分空间结构参数进行了评价和相关性分析, 为制定杉木林和其他纯林林分空间结构优化和调整措施奠定基础。采用n=4确定林木的空间结构单元, 用大小比数、角尺度和竞争指数等3个林分空间结构参数分析杉木林的林分空间结构特征。结果表明, 9个标准地的杉木林大小比数都接近中庸状态, 林木个体差异不大, 林木分化不严重; 角尺度处于均匀和随机分布状态之间, 与水平分布理想模式存在一定差距; 竞争指数较为稳定, 没有因为年龄的不同而出现大幅度的变动。大小比数U和竞争指数H间为中度相关, 大小比数U和角尺度W, 以及角尺度W和竞争指数H间几乎不相关。研究结果有助于杉木人工林的可持续经营。     

阔叶和杉木人工林对土壤碳氮库的影响比较

通过比较我国亚热带地区19年生阔叶人工林和杉木人工林土壤碳氮储量,探讨树种对土壤碳氮库的影响.结果表明：阔叶人工林0～40 cm土层碳储量平均为99.41 Mg·hm^-2,比杉木人工林增加33.1%;土壤氮储量为6.18 Mg·hm^-2,比杉木人工林增加22.6%.阔叶人工林林地枯枝落叶层现存量、碳和氮储量分别是杉木人工林的1.60、1.49和1.52倍,两个树种的枯落叶生物量、碳和氮储量均有显著差异.枯枝落叶层碳氮比值与土壤碳、氮储量之间呈显著负相关.阔叶人工林细根生物量(0～80 cm)是杉木林的1.28倍,其中0～10 cm土壤层细根生物量占48.2%;阔叶人工林细根碳、氮储量均高于杉木人工林.在0～10 cm土层,细根碳储量与土壤碳储量具有显著正相关关系.阔叶树种比杉木的土壤有机碳储存能力更大.     

格氏栲和杉木人工林地下碳分配

通过对福建三明36年生的格氏栲人工林和杉木人工林林木地下C分配(TBCA)进行研究,结果表明,由分室累加法直接测定的格氏栲和杉木人工林的TBCA分别为8.426和4.040 t C.hm-2.-a 1。在格氏栲和杉木人工林TBCA组成中,根系净生产量和根系呼吸各约占50%;在根系年净生产量中,细根年净生产量和粗根年净生产量各约占75%和25%。而格氏栲和杉木人工林的细根年C归还量则均约占各自TBCA的1/3(分别为33%和36%)。在假设地下C库处于稳定状态时,由C平衡法计算的格氏栲和杉木人工林的TBCA(分别为6.039t C.hm-2.-a 1和2.987 t C.hm-2.-a 1)低于分室累加法,这与两种人工林地下C库尚未达到稳定状态有关。利用R a ich and N ade lhoffer全球模式方程推算的格氏栲和杉木人工林的TBCA(分别为9.771t C.hm-2.a-1和5.344 t C.hm-2.-a 1)则高于分室累加法,这与全球模式方程只是一种全球尺度规律有关。     

不同生态地理区域杉木人工林土壤微生物及生化活性的研究

 本文研究了广西龙胜县里骆林区、宜山县庆远林区、岑溪县七坪林区和田林县老山林区四种不同生态地理区域杉木人工林土壤微生物及其生化活性。研究结果表明：1．土壤微生物的总数及各类群数量均以龙胜县里骆林区和田林县老山林区杉木人工林土壤最高,岑溪县七坪林区次之,宜山县庆远林区最低。2．土壤生化活性包括土壤氮的转化强度,土壤碳的氧化代谢能力和土壤酶活性,也均以龙胜县里骆林区和田林县老山林区杉木人工林土壤最强,岑溪县七坪林区次之,宜山县庆远林区最弱。3．四种不同生态地理区域杉木人工林生长状况与土壤微生物的数量分布和生化活性表现相似规律,龙胜县里骆林区和田林县老山林区杉木人工林林木生长最好,岑溪县七坪林区次之,宜山县庆远林区最差。     

杉木水分利用效率对混交和气象因子的响应

我国现存的杉木人工林普遍是树种组成单一、林分密度不合理、生产力低下的低效人工林，在改善低效人工林方面通常采取引入阔叶树种的营林措施。本研究以江西官山林场杉木纯林和杉楠混交林为对象，基于树轮δ¹³C稳定同位素方法量化植物内禀水分利用效率(iWUE)及其对气象因子的响应，分析引入楠木对低效杉木人工林林木质量的提升效应。结果表明：纯林中的杉木断面积生长量为0.23 cm²,高于混交林杉木的0.19 cm²;杉木纯林树轮δ¹³C和iWUE分别为-27.4‰和52.9%,低于混交林的-26.7‰和62.8%。杉木纯林δ¹³C对年均降水和年均相对湿度的变化更敏感，杉木混交林δ¹³C则与气象因子的相关性不明显；杉木纯林iWUE与年均温度、年均大气CO₂浓度和年均最高温度呈正相关，与年均降水和年均相对湿度呈负相关，而杉木混交林iWUE仅与年均大气CO₂浓度呈正相关。表明杉木纯林对气候的响应较杉木混交林更敏感。     

Changes in nutrient cycling with age in a Cunninghamia lanceolata plantation forest北大核心CSCD

Aims The purpose of this study is to investigate the characteristics of nutrient cycling in Cunninghamia lanceolata plantations with different ages, and to provide scientific basis for the management of high-yield plantations in China. Methods In this study, we used the ecological data of the past 25 years in Hunan Huitong Ecological Station and analyzed the nutrient cycling characteristics of the C. lanceolata plantation forests with different ages according to the law of tree growth and the dynamics of nutrient uptake. Important findings For most nutrients, their concentrations ranked in order as leaf > twig > bark > root > stem for all C. lanceolata trees with any ages. When the tree age was less than 12 years, nutrient concentrations increased with age, while they decreased with age when the tree was more than 12 years old. The changes in average annual nutrient uptake with age showed two peaks. Nutrient return gradually increases with age. For the same age, the nutrient use efficiency followed the order of phosphorus (P) > potassium (K) > nitrogen (N) > magnesium (Mg) > calcium (Ca). After the stand was closed, the nutrient utilization efficiency increases with the growth and development of trees. The cycling intensity of Ca and Mg was greater than that of N and P at the same stand age. The changes in nutrient cycling intensity with age varying curve with stand age acted as parabolic curve. Utilization of N, P and K was longer than displayed a parabolic shape for all elements. The utilization time of each element got shorter with increasing stand age. These results suggested that the nutrient uptake in different growth stages was not only controlled by the quantity of biomass, but also affected by the difference in nutrient concentration between previous and current stages. The nutrient cycling processes were jointly controlled by the mechanisms of nutrient redistribution and storage in Cunninghamia lanceolata, during the growth and development stages, and the nutrient use efficiency during different growth stages. © 2018 Editorial Office of Chinese Journal of Plant Ecology. All rights reserved.     

改善杉木人工林的林地质量和提高生产力的研究

杉木人工林在我国亚热带森林生态系统中和木材生产上占有十分重要的地位。但杉木纯林在整个生长发育过程中,林地养分被大量消耗,土壤微生物数量逐年减少,生化活性和氧化代谢功能下降,致使林地质量退化,生产力降低。特别是杉木纯林连栽,地力递减,香草醛类有毒物质积累,环境退化更加严重,生产力下降30％以上。试验证明,杉木火力楠混交林不仅能减轻杉木纯林诸多弊端,而且表现了良好生态、经济效益,是解决上述问题的一个重要途径。     

不同生长阶段杉木人工林土壤C∶N∶P化学计量特征与养分动态

在福建省白砂国有林场选取幼龄林(5年)、中幼龄林(8年)、近熟林(21年)、成熟林(27年)和过熟林(40年)5个生长阶段的杉木人工林,测定不同土层(0～10、10～20、20～40 cm)土壤总碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、全钙(Ca)、全镁(Mg)含量以及C∶N∶P化学计量比,探究杉木人工林土壤碳氮磷(C∶N∶P)化学计量特征与养分随林龄的变化规律。结果表明: 随着林分发育,TC、TN未发生显著变化,土壤C∶N保持不变。随着林分发育,0～20 cm土层土壤TP含量呈增加-降低-增加的变化趋势,其中在杉木成熟林达到最低,C∶P和N∶P最大,而20～40 cm土层土壤TP在各个林龄之间无显著变化。Ca、Mg含量在所有土层均在杉木成熟林达到最低。土壤TC与C∶P、N∶P、C∶N均呈显著正相关,TP与C∶P、N∶P呈显著负相关,土壤TP含量是调控土壤C∶P和N∶P的关键因子。杉木人工林发育到成熟期受到P的限制,为保证人工林正常发育,可在杉木速生阶段施加P肥,促进养分良性循环。适当提高杉木林的轮伐期可能会有利于土壤养分的恢复与保持。     

Unusual Fine Root Distributions of Two Deciduous Tree Species in Southern France: What Consequences for Modelling of Tree Root Dynamics?

The spatial distribution of fine roots of two deciduous tree species was investigated in contrasting growing conditions in southern France. Hybrid walnut trees (Juglans regia×nigra cv. NG23) and hybrid poplars (Populus euramericana cv. I214) were both cultivated with or without annual winter intercrops for 10 years on deep alluvial soils. Soil samples for measuring the fine root distribution of both trees and crops were obtained by soil coring down to 3-m depth at several distances and orientations from the tree trunk. The distribution of live fine roots from walnut and poplar trees was patchy and sometimes unexpected. In the tree-only stands, fine root profiles followed the expected pattern, as fine root density decreased with increasing depth and distance from the tree trunk. However, many fine root profiles under intercropped trees were uniform with depth, and some inverse profiles were observed. These distributions may result from a high degree of plasticity of tree root systems to sense and adapt to fluctuating and heterogeneous soil conditions. The distortion of the tree root system was more pronounced for the walnut trees that only partially explored the soil volume: in the tree-only stand, the walnut rooting pattern was very superficial, but in the intercropped stand walnut trees developed a deep and dense fine root network below the crop rooting zone. The larger poplars explored the whole available soil volume, but the intercrop significantly displaced the root density from the topsoil to layers below 1 m depth. Most tree root growth models assume a decreasing fine root density with depth and distance from the tree stem. These models would not predict correctly tree–tree and tree–understorey competition for water and nutrients in 3D heterogeneous soil conditions that prevail under low-density tree stands. To account for the integrated response of tree root systems to such transient gradients in soils, we need a dynamic model that would allow for both genotypic plasticity and transient environmental local soil conditions.     

幼龄桔园套种对土壤流失的影响及其模拟研究

在幼龄桔园套种紫云英 (Ⅰ )、套种 (混播 )黑麦草和紫云英 (Ⅱ )、不套种 (Ⅲ )及套种黑麦草 (Ⅳ ) ,分析和模拟了下垫面性状和降雨与土壤流失量的关系及规律 .套种牧草使土壤流失量大大下降 ,平均侵蚀量仅为自然裸露区的 1 4.7% ;各小区 (折算成hm2 )单位降雨的土壤侵蚀量随降雨过程次序的增加而呈指数规律下降 ,土壤流失量随覆盖度指数而下降 .     

凋落物的树种多样性与杉木人工林土壤生态功能

通过模拟试验和野外调查对凋落物的树种多样性与杉木人工林土壤生态功能之间关系进行了研究。林分取样调查的结果表明 ,有两个树种凋落物覆盖的几个杉阔混交林土壤脲酶和蔗糖酶活性均明显高于只有杉木凋落物覆盖的杉木纯林土壤 ,酸性磷酸酶活性也呈现相同的变化趋势 ,这 3种土壤酶活性均以具有凋落物种类最多的次生常绿阔叶林土壤最高。除了土壤酶活性升高之外 ,杉阔混交林的土壤有机质和全氮含量也明显高于仅有一种杉木凋落物覆盖的杉木纯林土壤。采用杉木叶凋落物与不同阔叶树种凋落物处理土壤的模拟试验结果表明 ,在凋落物投放量和 (1 5NH4 ) 2 SO4 施用量相同的控制条件下 ,随着投放的凋落物树种组成的增加 ,土壤中 1 5N的残留量也随之增加 ,而其损失量却随之减少 ;土壤中杉木幼树对于 1 5N的吸收量以及杉木幼树的单株鲜重也随着处理凋落物组成树种的增加而增加 ,具有不同树种数量的凋落物处理之间差异显著 (p<0 .0 5 )。可见随着凋落物树种多样性的增加 ,不仅土壤有机质和全氮含量这两个基本的质量指标得到明显改善 ,而且土壤酶活性、土壤养分保蓄功能以及保证幼树良好生长等的生态功能明显改善     

贺兰山10种典型植物光合及水分利用效率特征研究

为了探究贺兰山不同乔灌草的光合生理特性及其对自然环境的适应特性和机制,该研究采用Li-6400XT便携式光合仪测定了贺兰山10种乔灌草气体交换参数及自然环境因子并分析其相关性。结果表明:(1)净光合速率(Pn)日均值从大到小为披针叶黄华>灰榆>山杨>栒子>冰草>油松>小叶忍冬>小檗>青海云杉>苔草,从不同生活型来看表现为乔木>草本>灌木。(2)青海云杉、油松、灰榆、小檗、栒子和小叶忍冬的Pn日变化曲线为单峰型,山杨、披针叶黄华、苔草和冰草的Pn日变化曲线为双峰型,具有明显的光合“午休”现象,山杨和冰草主要为非气孔因素所致,披针叶黄华和苔草主要为气孔因素所致。(3)相比同种生活型的其他植物,青海云杉、油松、小叶忍冬和披针叶黄华具有较高的水分利用效率(WUE)日均值。(4)通径分析表明,乔木和灌木植物的主要决定因子为光照强度(PAR),主要限制因子为叶片温度(T_l)和饱和蒸汽压亏缺(VPD);草本植物的主要限制因子为气温(T_a)和T_l。研究发现,贺兰山东麓不同乔木、灌木、草本植物的光合特性日变化规律不尽相同,相比同种生活型的其他植物,青海云杉、油松、小叶忍冬和披针叶黄华具有较好的抗旱性,能适应较为干旱的气候环境。     

杉木(Cunninghamia lanceolata)、火力楠(Michelia macclurei)纯林及其混交林细根分布、分解与养分归还

用土钻法研究了杉木（Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａ）、火力楠（Ｍｉｃｈｅｌｉａｍａｃｌｕｒｅｉ）纯林和混交林的细根分布,用分解袋法研究了杉木和火力楠细根的分解,计算了３个林分中细根分解的Ｎ,Ｐ,Ｋ,Ｃａ,Ｍｇ的归还量。活细根的垂直分布以火力楠纯林层次性最强,混交林次之,杉木纯林最差。火力楠细根的养分含量比杉木细根高,而Ｃ／Ｎ比低。火力楠细根年分解率比杉木快,火力楠为５７．７％,而杉木为３２．７８％。细根分解的养分归还量多少顺序依次为：火力楠纯林、杉木火力楠混交林和杉木纯林。混交林中,细根分解的Ｎ,Ｐ,Ｋ,Ｃａ和Ｍｇ归还量分别为枯枝落叶的３３．３８％,５．８２％,２６９．３３％,３４．１２％和３７６．０８％。细根在３个林分的物质循环和周转中起着不可忽视的作用。     

保留密度对杉木人工林生长和生物量及经济效益的影响

在广西凭祥市热带林业实验中心青山实验场的杉木中龄人工纯林(14年生)中,以不间伐为对照(密度1500株·hm^-2),研究不同保留密度(500、750和1000株·hm^-2)对杉木人工林胸径、树高、蓄积生长量和林分生物量及经济效益的影响。结果表明: 500株·hm^-2处理杉木人工林的平均胸径、树高生长量及大径材蓄积量均最高,分别达20.55 cm、15.70 m、18.31 m³·hm^-2。对照林分活立木蓄积量最高(199.63 m³·hm^-2),显著高于500、750株·hm^-2处理。不同处理乔木层生物量、生态系统生物量和经济效益差异显著。1000株·hm^-2处理乔木层生物量(90.72 t·hm^-2)、生态系统生物量(94.97 t·hm^-2)和经济效益(11.84万元·hm^-2)显著高于其他处理。降低林分保留密度虽然能促进杉木胸径和树高的生长,提高林分的出材径级、大径材比例、单木平均材积和生物量,但不能提高活立木蓄积量。1000株·hm^-2处理是杉木中龄林最适保留密度,林分的总蓄积量、乔木层生物量、生态系统生物量和经济效益分别比对照增加2.3%、5.7%、4.7%和5.8%。     

杉木拟赤杨混交林林分生产力及生态效应研究

 本文从林分结构、生物量、群落特征、生产力、培肥土壤、涵养水源及林内小气候等方面对不同混交模式的杉木拟赤杨混交林及其纯林进行的研究结果表明：杉木拟赤杨是具有较高生产力和协调种间关系能力的针阔混交树种。7年生3:1带状混交林蓄积量和生物量分别比杉木纯林提高7.24％和18.22％,同时混交林还表现出比杉木纯林更好的培肥土壤、涵养水源、改善林内小气候等生态功能。应用AHP法进行不同混交模式的综合选择结果表明：3:1杉木拟赤杨带状混交模式是值得南方林区大力推广的杉阔混交模式。