半干旱黄土丘陵区纯林土壤腐殖质异化特征及与其他性质的关系

纯林长期生长或多代连栽必然会导致土壤腐殖质含量和构成发生异化,探究这种异化特征及其与土壤其他性质的关系可以为纯林管理或混交改造提供科学依据。通过对半干旱黄土丘陵区南泥湾林场8种典型纯林土壤腐殖质及其他性质进行系统检测,结果表明:(1)侧柏林土壤腐殖质含量最高(34.61 g/kg),腐殖化程度和稳定性一般;白榆和白桦林土壤的腐殖质含量中等(19.69—23.58 g/kg)、腐殖化程度和稳定性最佳;茶条槭和小叶杨林土壤的腐殖质含量(20.59—22.53 g/kg)和构成均为中等水平;油松、沙棘和刺槐林土壤的腐殖质质量较低(11.77—13.81 g/kg),且腐殖化程度较低,稳定性相对最差;(2)与胡敏酸含量存在显著相互促进作用(P0.05)的土壤性质为CEC、N、微生物量和蛋白酶活性(相关系数0.769—0.926,下同),存在显著相互抑制作用的为有效Cu(-0.793);与富啡酸存在显著相互促进作用的为N、CEC、微生物量、蔗糖酶和磷酸酶活性(0.836—0.955),存在显著相互抑制作用的为有效Cu(-0.822);与胡敏素存在显著相互促进作用的为N、CEC、微生物量、磷酸酶活性和有效Zn(0.766—0.951),存在显著相互抑制作用的为脱氢酶活性(-0.784)。(3)腐殖质构成与其他性质的相关性均不显著(P0.05),其中相对有利于提高胡敏酸/腐殖酸含量之比的土壤性质为蛋白酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性,而不利的是脱氢酶活性;相对有利于提高胡敏酸/富啡酸含量之比的为速效K、CEC和脲酶活性,而不利的是脱氢酶活性。(4)总体而言土壤腐殖质含量较之腐殖质构成与其他性质之间具有更大的相关性;向土壤增施N肥可以促进腐殖质的形成,增加K肥则有利于腐殖质构成的改善,而通过混交改造或增加林下植被是促进纯林土壤腐殖质化过程和解决土壤退化的根本措施。     

秦岭山区人工林地枯落叶客置对土壤生物、化学性质的影响

通过对秦岭山区日本落叶松、油松、灰楸和锐齿栎4种典型人工纯林2年的枯落叶客置试验,探讨了枯落叶客置对土壤生物、化学性质的影响,以及不同树种的种间关系.结果表明：阔叶林枯落叶的年分解速率高出针叶林33.70%.当针叶林枯落叶被客置到阔叶林地后,年分解速率提高8.35%～12.15%,而当阔叶林枯落叶被客置到针叶林地后,年分解速率下降5.38%～9.49%.针阔树种间的枯落叶客置均能不同程度地提高土壤有机碳、速效氮、速效磷和速效钾的含量,且针叶林地的增幅(8.70%～35.84%)明显大于阔叶林地(3.73%～10.44%),其中针叶林地客置灰楸枯落叶后的增幅(24.63%～35.84%)大于客置锐齿栎枯落叶(8.70%～28.15%). 客置阔叶林枯落叶使针叶林地土壤由偏酸向中性方向发展, 土壤酶活性、微生物量C、N含量及其微生物数量提高,其中,客置灰楸枯落叶的增幅大于客置锐齿栎枯落叶;客置针叶林枯落叶后阔叶林地土壤酶活性、微生物量C、N含量及其微生物数量变化因树种而异,其中锐齿栎林地土壤酶活性和微生物量C、N含量有所提高,而灰楸林地却有所下降.客置阔叶林地枯落叶可改善针叶林地的土壤性质,而客置针叶林枯落叶后阔叶林地的效应则因树种而异.说明在人工纯林土壤退化的防治过程中,引入其他树种形成混交林或进行枯落叶客置都应注意种间关系的方向性.     

黄土高原小叶杨与其他树种枯落叶混合分解对土壤性质的影响

将小叶杨分别与其他11个树种枯落叶粉碎混合后进行室内分解培养,分析不同树种枯落叶混合分解对土壤性质的影响及其相互作用.结果表明:12个树种枯落叶单独混土分解均明显提高了土壤脲酶、脱氢酶、磷酸酶活性和有机质、碱解N含量,但对土壤速效P含量和土壤阳离子交换量(CEC)的影响差异较大,其中柠条和紫穗槐枯落叶改善土壤性质的效果明显.小叶杨分别与油松、侧柏、刺槐、白榆枯落叶混合分解,对土壤微生物数量的影响存在相互促进作用;小叶杨分别与侧柏、柠条枯落叶混合分解对土壤有机质、速效P、速效K含量和CEC的影响存在相互促进作用,但对土壤大部分酶活性的影响却存在相互抑制作用;小叶杨与落叶松枯落叶混合分解对土壤多数酶活性和养分含量的影响存在相互促进作用,而与樟子松枯落叶混合分解时则有抑制作用.总体上,小叶杨分别与白榆、油松、落叶松和刺槐枯落叶混合分解可促进土壤性质的改善,而与侧柏、柠条、樟子松、沙棘和紫穗槐枯落叶混合分解时则相互抑制.     

黄土高原樟子松和落叶松与其他树种枯落叶混合分解对土壤的影响

通过采集树木枯落叶与土壤进行室内混合分解培养试验,研究了黄土高原常见的樟子松和落叶松与其他树种枯落叶混合分解对土壤性质的影响及存在的相互作用,从而为不同树木种间关系的探索和该地区人工纯林的混交改造提供科学指导。结果表明:12种枯落叶单一分解均明显提高了土壤脲酶(54%—110%)、脱氢酶(85%—288%)和磷酸酶(81%—301%)活性以及有机质(29%—55%)和碱解N(12%—49%)含量,但对土壤速效P含量和CEC的影响存在较大差异。综合而言,樟子松分别与白桦、刺槐、白榆、柠条和落叶松枯落叶混合分解在对土壤性质的影响中存在相互促进作用,而分别与小叶杨、沙棘、紫穗槐、侧柏和辽东栎枯落叶混合分解在对土壤性质的影响中存在相互抑制作用;落叶松分别与刺槐、白桦、小叶杨和紫穗槐枯落叶混合分解在对土壤性质的影响中存在相互促进作用,而分别与柠条、侧柏、辽东栎、沙棘、油松和白榆枯落叶混合分解在对土壤性质的影响中存在相互抑制作用。     

岷江上游不同树种林地客土混合对土壤生物化学性质和枯落叶分解的影响

人工纯林的长期经营会引发连栽障碍,影响森林的可持续发展,解决途径是引进更新树种形成混交林。为了指导四川岷江上游人工纯林更新树种和混交比例的选择,尝试通过针阔叶树种林地腐殖质土壤及其枯落物的客置和混合原位培养试验,探讨不同树种种间关系的协调性。结果表明:(1)连香树、云南松和云杉林地经过各种客土混合后酶活性普遍都有所提高,而在糙皮桦林地,经云南松土壤客土混合后酶活性普遍有所下降,经云杉土壤客土混合后脲酶和过氧化氢酶活性有不同程度的提高,蔗糖酶活性却有所下降;(2)连香树和云南松林地经过各种客土混合后,加速了C和N由枯落物进入土壤,而在糙皮桦和云杉林地经过各种客土混合后,促进了N从枯落物和有机质矿化分解进入土壤的过程,但却会对有机C进入土壤产生抑制作用;(3)所有不同针阔叶树种林地经土壤客土混合后,对原有土壤的酸碱性起到中和的作用,即原来的阔叶林地土壤向偏酸性方向发展,而原来的针叶林地土壤向偏碱性方向发展;(4)所有不同树种林地的客土混合对枯落叶分解均具有明显的促进作用;(5)连香树林地的LM0.15~0.50和LY0.15~0.35、糙皮桦林地的HM0.15和HY0.15~0.50、云南松林地的ML0.15~0.50和MH0.35~0.50、云杉林地的YL0.35~0.50和YH0.35类型是相对较好的选择,可作为确定更新树种和混交比例的参考。     

红松阔叶混交林凋落叶、土壤动物、土壤的微量元素含量

对小兴安岭凉水国家自然保护区红松阔叶混交林的凋落叶、土壤动物、土壤中微量元素含量进行了分析.结果表明, 3种微量元素在凋落叶、土壤动物和土壤中含量排序均为Mn＞Zn＞Cu.不同环境组分中的微量元素含量不同.其中,Mn的含量为土壤＞凋落叶＞土壤动物;Zn的含量为土壤动物＞凋落叶、土壤;Cu的含量为土壤动物＞土壤＞凋落叶.阔叶凋落叶中微量元素变化幅度大于针叶凋落叶.不同土壤动物对不同元素的富集能力不同,蚯蚓体内Mn含量最高,蜈蚣体内Zn含量最高,而马陆体内Cu含量最高.土壤动物体内微量元素的含量均与环境本底值、凋落物分解速度、土壤动物食性以及对微量元素的选择性吸收和富集作用等有关.3种微量元素在土壤中的含量均是土壤层(5～20 cm)大于腐殖质层(0～5 cm),不同土层中微量元素的动态变化不同.     

白桦和辽东栎纯林腐殖层土壤对9种灌草的化感效应

采集立地条件基本相同的白桦和辽东栎林地及无林荒地(对照)腐殖质层土壤,在塑料大棚内进行9种灌草植物播种盆栽试验,研究森林腐殖质土壤对林下灌草植物的化感效应.结果表明: 白桦林腐殖质土壤显著抑制紫花苜蓿和草木樨种子萌发,降低草木樨、小冠花、紫花苜蓿和胡枝子过氧化氢酶(CAT)活性,提高柠条、小冠花和沙打旺幼苗丙二醛(MDA)含量,小冠花、紫穗槐、紫花苜蓿、草木樨和沙打旺生物量在白桦林腐殖质土壤中显著降低48.2%、45.1%、44.2%、37.3%和36.0%.辽东栎纯林腐殖质土壤显著抑制紫花苜蓿和沙打旺发芽率,降低毛苕子、紫穗槐和紫花苜蓿叶片叶绿素含量,提高胡枝子、柠条、草木樨和沙打旺MDA含量,沙打旺、紫花苜蓿、草木樨和紫穗槐生物量在辽东栎林腐殖质土壤中显著降低52.6%、43.8%、35.5%和34.6%.白桦林腐殖质土壤对紫花苜蓿、草木樨和紫穗槐,辽东栎林腐殖质土壤对紫花苜蓿、沙打旺和紫穗槐生长整体上存在明显化感抑制效应.     

云南松林的枯枝落叶层持水效应初探

 本文通过对天然云南松林采取去除与保留林地枯枝落叶层(即土壤的A0层)的对比试验观测,得到如下结果：去枯与留枯相比较,前者较后者,年平均地表固体径流量高13倍,液体径流量高3.3倍,地表径流系数大3.4倍,云南松林枯枝落叶层的蓄积量及其最大吸水量分别为28.9t／ha和58.7m3／ha．在干季具有枯枝落叶层覆盖的林地土壤含水量始终高于地表裸露的林地,     

大兴安岭北部多年冻土区河岸森林湿地土壤性质和微生物呼吸活性特征

多年冻土区河岸森林湿地是水文、生态和生物化学过程的关键区域。本研究以河岸森林湿地及其与泥炭地的交错带土壤为对象,分析了腐殖质层和不同深度土壤理化性质、生态化学计量和微生物呼吸活性( 微生物生物量碳、基础呼吸、微生物熵和代谢熵)特征。结果表明: 与大兴安岭多年冻土区泥炭地和河岸森林湿地的交错带相比,河岸森林湿地土壤理化性质主要分异在20 cm土层以下,其总碳、总氮含量和碳磷比、氮磷比显著降低,生态化学计量特征的变化主要是由于氮含量变化引起的,说明河岸森林湿地土壤氮转移相对较快,存在氮限制;交错带湿地土壤中钠、镁、钾和钙含量主要在30 cm土层发生分异,而河岸森林湿地土壤中钠、镁、钾和钙含量主要在20 cm土层发生分异,其镁含量与土壤总碳、总氮和总磷含量显著相关,说明土壤镁含量是大兴安岭河岸森林湿地的重要营养元素;河岸森林湿地和交错带腐殖质层微生物呼吸活性高于其他层土壤,说明其易分解的碳组分含量高;河岸森林湿地和交错带土壤微生物呼吸活性与土壤理化性质、生态化学计量特征及营养元素的相关性存在差异,而河岸森林湿地土壤总氮含量与微生物呼吸活性显著相关,说明大兴安岭河岸带湿地土壤微生物活性受氮的限制。     

林地开垦后坡面土壤元素的时空变化特征

土壤中常量元素Ca,Mg和微量元素Cu,Zn,Mn,Fe是植物生长必需的重要元素,也是评价土壤质量的重要指标,林地被开垦破坏后,坡面土壤元素的空间分布受人为犁耕活动,侵蚀－沉积－搬运过程和元素性质的影响;林地开垦初期（1－2年）,坡面不同部位土壤Cu,Zn,Mn,Fe,K,Ca和Mg皆增加;而开垦两年后,受土壤侵蚀的影响,这些元素又趋于下降;开垦6年后,Cu,Fe,K和Mg比开垦前下降了1.5%-4.56%,SiO2含量在坡面上部随开垦年限的增加而增加,在坡面中部则随开垦年限而减少。Al的变化则与SiO2相反。     

宁夏大罗山4种主要植被类型的细根生物量

采用根钻法,分析了宁夏大罗山4种主要植被类型(青海云杉纯林、油松纯林、落叶灌木和荒漠草原)0～40 cm土层的细根生物量、土壤含水量和土壤容重,并对50 a、70 a和100 a 3种树龄的青海云杉纯林细根生物量进行了研究.结果表明: 4种植被类型的细根生物量集中分布在0～20 cm土层,大小顺序为油松纯林>青海云杉纯林>落叶灌木>荒漠草原,其中油松纯林显著高于其他3种植被类型;不同树龄青海云杉纯林细根生物量表现为70 a > 100 a > 50 a,且其活细根和死细根生物量分配比例无显著性差异;4种植被类型下0～40 cm土壤含水量的大小表现为:青海云杉纯林>油松纯林>落叶灌木>荒漠草原;土壤容重则呈相反的规律,并与细根生物量呈极显著负相关.     

北方温带森林不同海拔梯度土壤碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性

采集长白山脉龙岗支脉老秃顶子南坡3个不同海拔梯度森林(岳桦林、针阔混交林、红松林)土壤,进行室内温度梯度培养试验,研究土壤碳矿化速率(C_min)和土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(β_G)动力学参数及温度敏感性.结果表明： 海拔和温度对C_min均有显著影响,3种森林土壤C_min均随着培养温度升高而增加,且岳桦林土壤C_min最高.3种森林土壤碳矿化速率温度敏感性\[Q₁₀(C_min)\]大小为岳桦林>红松林>针阔混交林,但差异不显著.3种森林土壤β_G动力学参数最大反应速率(V_max)和米氏常数(K_m)均随培养温度升高而增加,V_max的温度敏感性\[Q₁₀(V_max)\]为1.78～1.90,K_m的温度敏感性\[Q₁₀(K_m)\]为1.79～2.00.岳桦林Q₁₀(V_max)/Q₁₀(K_m)值显著高于红松林和针阔混交林,表明高海拔岳桦林土壤有机碳水解酶动力学参数受温度升高影响最大.     

马尾松人工林林窗对土壤团聚体及有机碳分布的影响

以四川宜宾39年生马尾松人工林人工采伐形成的不同大小林窗为对象,研究林窗对土壤团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量的影响.结果表明： 土壤团聚体组成以>2 mm团聚体为主,其含量占团聚体总量的51.7%～78.7%.>5 mm土壤团聚体有机碳和活性有机碳含量与土壤总有机碳和总活性有机碳含量相关性最高,且有机碳及活性有机碳含量和储量均较高,是该地区土壤有机碳固定的特征团聚体.马尾松林窗形成后,土壤总有机碳及各团聚体有机碳含量普遍降低,但1225 m²林窗有机碳储量略高于林下;总活性有机碳含量仅225和400 m²林窗较马尾松林下高,总活性有机碳储量225、400、900和1225 m²林窗较马尾松林下高,其余面积林窗低于林下.这表明合适的林窗面积可以增加土壤有机碳及活性有机碳积累.林窗大小显著影响到团聚体的组成、有机碳及活性有机碳含量和储量.其中,1225 m²林窗土壤有机碳含量和储量均最高,活性有机碳储量也较高,且团聚体组成较好,是比较适宜的林窗面积.     

三种植被恢复树种的冠层气孔导度特征及其对环境因子的敏感性

应用Granier热消散探针,长期监测华南地区荷木、大叶相思和柠檬桉林不同径级样树的树干液流,结合同步观测的气象数据,求算冠层气孔导度(g_c),并分析其对环境因子的响应方式及敏感性.结果表明: 不同季节荷木林日间平均g_c显著高于大叶相思和柠檬桉(P<0.05)（除3月外）.在干季和湿季,g_c与光合有效辐射(PAR)呈现对数正相关关系(P<0.001),湿季g_c对PAR响应比干季更敏感.g_c与水汽压亏缺(VPD)在干湿季均呈现对数负相关关系(P<0.001),同样在湿季表现出更高的敏感性.湿季g_c与VPD的偏相关系数高于干季,VPD对气孔行为的调控作用在湿季更为明显.随着土壤含水量的降低,g_c对VPD的敏感性下降,荷木和柠檬桉林下降的幅度大于大叶相思林,荷木和柠檬桉林下降的幅度相当.通过综合分析g_c对环境因子(PAR和VPD)的敏感性及其对土壤含水量变化的响应规律,发现乡土树种荷木作为植被恢复树种比外来引种的大叶相思和柠檬桉更为适宜.     

马尾松和苦槠林根际土壤矿化和根系分解CO2释放的温度敏感性

以中亚热带马尾松林和苦槠林为对象,原位收集根际和非根际土壤、树木不同生态功能的根系,开展15 ℃、25 ℃、35 ℃和45 ℃恒温培养模拟试验,采用密闭气室碱液吸收法测定53 d内CO₂释放的动态变化.结果表明: 两种森林类型不同温度下土壤矿化CO₂释放速率的根际效应介于1.12～3.09,且培养前期高于培养后期;15 ℃下马尾松林和苦槠林差异不显著,25 ℃和35 ℃下前者低于后者,45 ℃下则相反.不同培养温度下两树种吸收根分解的CO₂释放速率均高于过渡根和贮存根,且马尾松均低于苦槠.两种森林类型CO₂释放的Q₁₀值均为土壤(1.21～1.83)显著高于根系(0.96～1.36).两种森林类型土壤矿化CO₂释放的Q₁₀值差异不显著,而马尾松根系分解CO₂释放的Q₁₀值高于苦槠.推断全球变暖导致的土壤矿化CO2释放的增量将远远高于根系分解,且马尾松林高于苦槠林;地带性顶极群落应对气候变化的抵抗力强于先锋树种群落.     

长白山不同海拔梯度森林土壤中性糖分布特征

2010年7月,采集长白山北坡5个典型植被带(阔叶红松林、明针叶林、暗针叶林、岳桦林和高山苔原)林下土壤,研究了不同海拔梯度下森林土壤的中性单糖分布、数量及其影响因素,并结合中性糖来源差异探讨土壤有机质的生物化学积累机制.结果表明: 在长白山不同海拔梯度下,森林土壤的中性糖差异显著,中性糖来源碳在土壤有机碳(SOC)中的相对含量为80.55～170.63 mg·g^-1,并且随海拔升高呈递增的趋势.采用多元线性拟合分析发现,生长季平均气温是影响土壤中性糖相对含量的主要因素,低温有助于中性糖的积累.土壤中(半乳糖+甘露糖)/(阿拉伯糖+木糖)为1.62～2.28,且随海拔升高呈增加趋势,说明土壤中微生物来源中性糖的贡献随海拔升高逐渐增加.微生物熵随海拔升高而降低,说明低温条件下微生物活性下降而对外源碳的利用效率提高,植物残体被微生物分解转化后,以微生物同化物的形式固存于土壤中,从而增加了微生物来源中性糖的比例.     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.     

土地利用类型对千烟洲森林土壤碳矿化及其温度敏感性的影响

土壤有机质分解是陆地生态系统碳循环的重要环节,它不仅受温度和水分的影响,还对土地利用变化十分敏感.以中国科学院千烟洲生态试验站的柑橘园和湿地松人工林为对象,研究不同土地利用类型、温度(5、10、15、20和25 ℃)和水分(30%、60%和90%饱和含水量)对土壤碳矿化及其温度敏感性的影响.结果表明： 土地利用类型、温度和水分对土壤碳矿化都具有显著影响,且各因素间存在显著的交互效应.柑橘园和湿地松人工林土壤碳矿化速率均与温度呈正相关,60%饱和含水量处理下土壤碳矿化速率最高.在相同的温度和水分处理下,柑橘园土壤碳矿化量显著高于湿地松林.土地利用类型和水分对土壤碳矿化温度敏感性(Q₁₀)具有显著影响.培养7和42 d,土壤碳矿化的温度敏感性随水分升高而上升;柑橘园温度敏感性高于湿地松林,且水分越高差异越明显.包含温度和水分的双因素模型可以很好地模拟土壤碳矿化对温度和水分的响应,温度和水分共同解释土壤碳矿化变异的79.9%～91.9%.     

中国主要天然落叶松林的多孔菌多样性

落叶松是我国北方重要的针叶树种,天然落叶松倒木上生长有种类繁多的多孔菌,它们能够分解倒木中的纤维素、半纤维素和木质素,促进森林生态系统的物质循环,同时维持生态系统中的碳平衡,在森林生态系统中发挥重要的生态功能.本文针对我国5种主要落叶松树种上的多孔菌种类,综合分析了该类群的物种组成和分布特征,并对不同树种上的多孔菌种群进行对比分析.结果表明： 落叶松上共有多孔菌107种,分属11科43属,其中褐腐真菌种类49种,占到总数的45.4%,是中国已报道褐腐真菌种类的50%.91.7%的多孔菌生长在刚开始腐烂的倒木上.兴安落叶松上的多孔菌不论是种类还是数量均比其他4种落叶松多.兴安落叶松和长白落叶松以及新疆落叶松和西藏落叶松上的多孔菌种群相似度高,这与其林分的天然分布相一致.