杉木人工林土壤可溶性有机质及其与土壤养分的关系

通过在福建省来舟林场对不同栽植代数杉木人工林土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)及土壤养分的研究,其结果表明,随着杉木栽植代数的增加林地土壤DOC和DON含量逐渐下降,在0～10cm土层内第3代杉木林土壤DOC和DON含量分别是第1代杉木林的83.9%和87.1%、第2代杉木林的90.6%和96.9%,在10～20cm土层内第3代杉木林土壤DOC和DON含量分别是第1代杉木林的80.2%和81.5%、第2代杉木林的81.8%和90.0%。在不同林地和土层内土壤DOC含量之间的差异性达到了显著或极显著水平,而DON含量之间的差异性不显著。不同栽植代数杉木林土壤养分的变化趋势与DOM一致,随着杉木连栽,土壤养分含量呈下降趋势。在0～10cm土层内第3代杉木林土壤全氮、全钾、铵态氮和速效钾含量分别是第1代杉木林的83.1%、60.4%、68.1%和44.3%,是第2代杉木林的84.6%、68.5%、74.4%和58.7%;在10～20cm土层内第3代杉木林土壤全氮、全钾、铵态氮和速效钾含量分别是第1代杉木林的74.0%、53.4%、57.6%和54.6%,是第2代杉木林的94.8%、59.5%、74.3%和65.5%。经相关性分析,在各土层内土壤DOC和DON含量与土壤全氮、全钾、铵态氮和速效钾等土壤养分含量存在着不同程度的相关性。     

杉木连栽土壤微生物及生化特性的研究

通过对杂木林、一代、二代及三代杉木人工林的土壤微生物、土壤酶活性及生化作用强度研究表明：随着杉木林取代杂木林及杉木连续栽植代数的增加,土壤微生物总数下降、各主要生理类群数量均呈下降趋势,土壤酶活性减弱,土壤生化作用强度降低。土壤微生物学活性降低是杉木连栽后土壤肥力衰退重要原因之一。     

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。     

杉木人工林土壤真菌遗传多样性

为探明杉木人工林土壤真菌遗传多样性及其与环境因子的关系,采用454测序技术对土壤真菌的遗传多样性进行了分析,测定了黄丰桥林场杉木人工林土壤真菌的遗传多样性与环境因子的相关性。试验结果表明:①不同代数、林龄的杉木人工林土壤理化性质及林下植被多样性均有显著差异。第1代杉木幼林林土壤肥力较高,有机质、全N、速效K的均值分别为88.02g/kg、2.56 g/kg、84.96 mg/kg均高于第2代和第3代杉木幼林林,速效N和含水量的均值分别为22.86 mg/kg和26.28%低于其他样地。杉木幼林林下植被多样性最为丰富。②通过454测序技术分析发现第1代杉木幼林真菌Ace丰富度指数、Chao丰富度指数及群落遗传多样性指数均大于第2代杉木幼林和第3代杉木幼林。杉木人工林土壤中粪壳菌纲(Sordariomycetes)真菌为优势种群。不同栽培代数杉木人工林的真菌群落存在差异,其中块菌科(Tuberaceae)为第2代和第3代杉木林特有真菌,而不同发育阶段的杉木人工林的真菌群落差异不明显。③经RDA分析,杉木人工林土壤主要真菌群落受含水量、有机质、速效P、速效K影响较大。土壤真菌群落遗传多样性Shannon-Wiener多样性指数与林下植被多样性、土壤全N显著正相关,土壤真菌Chao指数与土壤真菌Shannon-Wiener多样性指数、土壤全N含量显著正相关。本研究表明不同栽培代数杉木人工林的真菌群落存在差异,土壤真菌群落与环境因子之间具有相关性。     

黄土丘陵区主要林分生物量及营养元素生物循环特征

以黄土丘陵区子午岭为研究区域 ,用标准木法和收获法对暖温带森林优势群落辽东栎林、油松林及刺槐人工林的生物量、营养元素生物循环量及循环特征进行了研究。结果表明 :黄土丘陵区子午岭油松林、辽东栎林和刺槐人工林 3林分总生物量为 :86 .2 4 7、12 9.0 0 5 t/ hm2和 14 4 .795 t/ hm2 ,乔木层生物量分别为 :85 .2 2 3、12 6 .989t/ hm2和 14 2 .4 88t/ hm2 ,随群落针阔树种转化替代 ,群落总生物量呈现明显的增加趋势。年均生长量为 3.2 75～ 5 .6 99t/ hm2。生物量和年生长量排序为刺槐人工林 >辽东栎林 >油松林。 3林分林下植被层生物量、凋落物贮量表现为刺槐林 >辽东栎林 >油松林 ,林下植被层生物量的差异主要是由林分郁闭度和林下凋落物的不同引起的 ;刺槐林和辽东栎林林下植被层发达的根系和较高的凋落物量有利于提高土壤肥力、保持水土。同化器官的各种元素含量高于其它器官 ,茎中营养元素的含量最低。乔木层营养元素积累量分别为 :0 .74 5、1.378t/ hm2和 1.80 5 t/ hm2 。不同林分不同营养元素的积累量差别较大。因采伐而引起的 3林分林地养分流失量分别达 6 5 .4 5 %、5 3.76 %和 2 5 .1%。 3林分林下植被层和凋落物层的营养元素积累量排序为 :刺槐林 >辽东栎林 >油松林。凋落物营养元素贮     

毛竹(Phyllostachy pubescens)、杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林生态系统碳贮量及其分配特征

研究比较了湖南会同林区毛竹、杉木人工林生态系统碳含量和碳贮量分配特征,结果表明,15年生杉木各器官碳含量在47.15%～50.43%之间,不同器官碳含量高低依次为树干、树叶、树皮、树枝、树根;毛竹不同器官碳含量波动在44.51%～49.91%,各器官碳含量高低依次为竹鞭、竹枝、竹叶、竹干、竹蔸、竹根,但是毛竹不同器官碳含量与年龄之间没有明显变化规律。林地土壤3个层次(60cm深)碳素含量为0.746%～2.390%,各层次碳素含量分布不均,表层(0～20cm)土壤碳素含量和碳贮量最高。毛竹、杉木人工林生态系统碳贮量分别为166.34tC·hm-2和150.19tC·hm-2,并且其碳贮量空间分布格局基本一致,土壤层是主要部分,其次为乔木层,林下植被层和凋落物层所占比例最小。其中,毛竹林土壤层有机碳贮量占83.92%,乔木层占15.38%,林下植被和凋落物层分别占0.38%和0.32%;杉木人工林土壤层碳贮量占62.03%,乔木层占34.99%,林下植被和凋落物层分别占0.70%和2.28%。另外,碳贮量在两个树种各器官中的分配,基本与各自的生物量成正比例关系。从植被年固定碳量来看,毛竹林为9.94tC·hm-2·a-1,相当于年固定CO2量为36.44tCO2·hm-2·a-1,是杉木林的1.39倍。     

杉木人工林土壤有机质研究

土壤有机质在养分循环、土壤理化性质等方面具有重要作用,是陆地生态系统重要的碳库,对全球碳素循环的平衡起着重要作用．本文详细阐述了杉木林地土壤有机质的性质与组成。杉木连栽对土壤有机质含量、腐殖质结合形态的影响以及林分发育过程中土壤有机质的变化,炼山、整地、施肥等经营活动对杉木林地土壤有机质的影响．杉木纯林有机质含量和质量均低于混交林,且随栽植代数的增加有机质含量和质量呈下降趋势,林地土壤肥力下降．最后提出应加强对土壤有机质周转模型、有机质组分,尤其是活性有机质以及有机质与全球碳循环关系的研究．     

采伐迹地恢复阔叶林与人工栽杉土壤肥力变化差异的初步研究

本文连续3a分析比较了采伐迹地恢复阔叶林和人工种植杉木林土壤肥力变化的差异。结果表明:在人工栽杉3a内,杉木林土壤水分含量和有效水含量下降,土壤干湿交替变化增大,水分物理性状变差,土壤水稳性团聚体含量降低,结构体破坏率增大,而阔叶林则呈上升趋势。杉木林下土壤微生物数量在造林3a内呈不断下降趋势,而阔叶林则呈增加趋势;杉木林土壤氧化还原酶活性弱于阔叶林,水解酶活性强于阔叶林,两种酶系活性在3a内阔叶林增强,杉木林减弱;阔叶林土壤养分在3a内不断提高,杉木林土壤不断下降。     

连栽杉木人工林参与土壤碳氮转化过程酶活性及其与土壤理化因子的相关性

选取福建三明不同连栽代数杉木人工林(一代、二代、三代)及格氏栲天然林为研究对象,运用冗余分析法研究不同林地土壤理化性质、养分含量与参与碳,氮转化过程酶活性之间的相互关系,以探究中亚热带连栽杉木人工林土壤酶的季节变化及其影响因素,为揭示杉木人工林养分循环特点和林地土壤质量评价提供依据。结果表明:连栽杉木人工林地土壤pH显著低于天然林,但一、二、三代杉木林间无显著差异。12月份土壤全碳、全氮含量在不同连栽代数杉木林中无显著差异,并且二代和三代林土壤全碳、全氮含量均显著高于天然林(P0.05);6月份杉木三代林土壤全碳含量显著高于一代林(P0.05),但与二代林和天然林无显著差异。12月份土壤铵态氮和硝态氮含量在一、二、三代杉木林间无显著差异。6月份杉木一代林土壤硝态氮含量显著高于二代林和天然林(P0.05),但与三代林无显著差异。12月份天然林土壤脲酶活性显著高于连栽杉木人工林(P0.05),而一、二、三代杉木林土壤脲酶活性无显著差异;杉木一代、二代林和天然林土壤天冬酰胺酶活性无显著差异,均显著高于三代林(P0.05)。冗余分析表明,土壤含水量、NO~-_3-N含量和pH对酶活性的影响较大,它们与土壤天冬酰胺酶、β-葡萄糖苷酶(BG)、和蛋白酶(protease)呈显著正相关,但与土壤N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)呈显著负相关。本研究说明杉木林进入成熟林-过熟林阶段后,不同连栽代数林地许多土壤理化指标及酶活性均有不同程度恢复,而且它们受季节因素影响很大,建议今后加强土壤酶活性对环境变化响应的长期综合监测。     

扩鞭繁殖毛竹林碳氮贮量的动态变化特征

为探讨不同成林时间扩鞭繁殖毛竹林的碳、氮贮量变化特征,以撂荒地和14年生杉木林为对照,对不同成林时间扩鞭繁殖毛竹林的碳、氮变化动态进行了研究。结果表明,林地的碳、氮贮量均显著高于撂荒地;而14年生杉木林转化为毛竹林后,碳贮量短暂下降后快速上升,成林10年毛竹林的碳贮量达到最大,其后随着“林龄”的增长呈下降的趋势。成林时间超过10年的毛竹林的氮贮量显著高于14年生的杉木林,而成林5年毛竹林的氮贮量低于杉木林。几种类型林分系统的碳、氮贮量均为土壤层>乔木层>凋落物层>林下植被层,且乔木层碳、氮贮量比例越大,土壤层碳氮贮量比例越低。毛竹林凋落物碳、氮贮量高于撂荒地,低于杉木林;但毛竹林凋落物层碳氮贮量随着成林时间的延长而降低,毛竹林较低的凋落物碳氮贮量可能会影响毛竹林的持续固碳能力。因此,平衡乔木层和土壤层的碳氮贮量是森林实现科学经营的关键。     

不同栽植代数杉木林养分吸收、积累和利用效率的比较

利用第一代以及与第一代连栽的第二代杉木林的40多年定位连续测定的生物量和养分数据,分析了第一和第二代杉木林在养分吸收、积累、利用效率的差异。结果表明:同一生育阶段第二代杉木体内N、P、K、Ca、Mg浓度分别比第一代高2.85—3.48,0.16—0.25,1.86—2.72,2.10—2.50,0.77—1.31 g/kg;第一代7、20、25年生时的养分积累量分别比第二代多9.14%,2.01%,0.22%,而11、16年生时则分别比第二代少6.72%,3.44%,杉木连栽不一定导致第二代林乔木层养分积累减少;第一代1—7年生的年均吸收养分量比第二代多7.94%,8—11,12—16,17—18、21—25生分别比第二代少13.04%,2.52%,7.93%和14.58%;1—7,8—11,12—16,17—20,21—25年生时,每生产1 t干物质所需养分,第二代比第一代分别多1.28、3.19、4.28、4.09、4.09 kg;杉木连栽可导致第二代林的养分吸收量增多,养分利用效率降低。     

亚热带地区阔叶林与杉木林土壤活性有机质比较

通过对亚热带3个地区地带性阔叶林和杉木林土壤活性有机质的比较,分析森林类型变化及杉木连栽对土壤有机碳和养分含量的影响.结果表明：地带性阔叶林转变为杉木林后,土壤总有机碳含量下降27.8%～52.1%、腐殖酸碳下降32.2%～52.8%、胡敏酸下降36.4%～59.0%、富里酸下降29.7%～50.0%;杉木连栽也使土壤总有机碳和腐殖质含量下降.森林类型改变和杉木连栽对土壤活性有机质的影响更明显.杉木林取代阔叶林后,土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量的最大降幅分别为61.8%、38.2%、43.3%和69.0%;与第1代杉木林相比,第2代杉木林土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量的最大降幅分别为34.7%、29.3%、30.4%、18.4%.经相关性分析,除冷水浸提有机氮外,土壤活性有机质与养分含量之间具有密切的相关关系.     

杉木(Cunninghamia lanceolata)连栽地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用

收集了有关杉木连栽的地力退化和连栽杉阔混交林的对比研究文献,并进行分析表明,杉阔混交林土壤容重平均比杉木纯林降低5％;连栽杉木人工林随代数的增加呈现容重变大的趋势,2代比1代平均增加6％,3代比2代平均增加9％。这种容重的变化使看似具有可比性的对比样地之间失去了可比性,可能导致对杉木连栽人工林地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用的评价产生偏差。通过对这种容重变化产生的影响进行校正,对杉木连栽人工林地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用进行了重新评估。结果表明,采用固定深度采样的杉阔混交林与对照的杉木纯林、多代连栽杉木人工林不同代次问土壤有机碳和全氮贮量的相对变化均出现不同程度的低估现象。固定深度采样时,与对照的纯林相比,杉阔混交林对土壤的改良作用被低估,土壤有机碳和全氮贮量的相对变化平均低估6％和5％;杉木连栽引起的地力退化也被低估,土壤有机碳和全氮贮量从1代到2代分别低估5％和7％,从2代到3代分别低估7％和8％。经t-检验表明,杉阔混交林与对照的杉木纯林、多代连栽杉木人工林不同代次间土壤有机碳和全氮贮量的相对变化在土壤容重影响校正前后有明显差异（P=0．05）。     

杉木人工林土壤活性有机质变化特征

在中国科学院会同森林生态实验站对第一代、第二代杉木林和地带性阔叶林土壤活性有机质主要组分进行了研究.结果表明,土壤活性有机质各组分含量均为杉木林低于阔叶林,而第二代杉木林又低于第一代杉木.第一代杉木林活性有机质总量、微生物生物量碳、水溶性有机碳和碳水化合物含量分别为18.79 g·kg^-1、421.7 mg·kg^-1、22.2 mg·kg^-1和136.3 mg·kg^-1,上述活性有机质组分在第二代杉木林中的含量分别是第一代杉木林的73.6%、87.9%、66.3%和3.2%,地带性阔叶林则分别为22.31 g·kg^-1、800. mg·kg^-1、361.1 mg·kg^-1和220.1 mg·kg^-1.相关性分析结果表明,土壤活性有机质各组分之间具有不同程度的相关性,其中土壤微生物生物量碳与其它活性有机质组分的相关性相对较高.     

会同杉木人工林不同生长阶段植物固碳特征

为了探讨杉木人工林不同生长阶段的固碳功能,以会同杉木林为研究对象,在定位连续测定林分生物量和碳素含量的基础上,研究了杉木林不同年龄阶段的储存碳量及在各组分的分配和植物固碳能力。结果表明:杉木各器官碳素含量树叶树皮树根树干树枝,且随着林龄增加而增大;杉木林植被储存碳量为22.93—86.98 t/hm2,各个层次储存碳量乔木层林下植被层枯死物层;乔木层碳素在器官间的相对分配大小依次为树干树根树叶树皮树枝;树干碳素分配比随着年龄增长而增大,树枝、树叶随年龄增长而减少,树根和树皮虽有波动,但变化较平稳;树枝、树叶、树干、树皮和树根碳积累年均变化都呈单峰形曲线,但波峰出现林龄各有不同;杉木林固碳动态特征可分为固碳功能建立、固碳能力迅速增长、固碳能力最大、固碳能力相对平稳和固碳能力下降等5个阶段;杉木林的固碳能力,不仅受不同生长阶段生长发育生物学特性的制约,而且还受林分冠层结构特征以及土壤肥力条件的影响。     

连栽杉木林林下植被生物量动态格局

用空间一致时间连续的定位研究方法,在湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站试验基地的第2集水区,对连栽杉木林林下植被生物量进行了12 a的监测,研究了林下植被种类的变化、生物量动态特征、生物量的组成与分布变化格局。结果表明:连栽杉木林在14a生长发育过程中,林下植物种类呈现波动性的减少趋势,其中木本植物物种数下降率为40.0%,草本植物物种数下降率为47.1%。林下植被生物量由杉木林3年生29.48 t/hm²下降至14年生的2.53 t/hm²,其中木本植物生物量由7.07 t/hm²,下降至1.25 t/hm²,下降了82.3%;草本植物由22.41 t/hm²,下降至1.28 t/hm²,下降了94.3%。在此期间,木本与草本植物生物量的高低均出现波动现象。3年生杉木林下木本植物以乔木树种生物量6068.97 kg/hm²最高,占总生物量85.88%,藤本植物生物量736.97 kg/hm²为次,占10.44%,灌木植物生物量259.87 kg/hm²最低,仅占3.68%。14年生杉木林下木本植物以灌木植物生物量881.87 kg/hm²为首,占总生物量70.73%,藤本植物生物量247.07 kg/hm²为次,占19.82%,乔木树种生物量117.87 kg/hm²最少,只占9.45%。3年生杉木林下草本植物以蕨类植物生物量8391.44 kg/hm²最高,占总生物量的37.44%,过路黄生物量36.77 kg/hm²最低,仅占0.16%。杉木14年生时,以芒生物量573.00 kg/hm²最大,占总生物量44.78%,金毛耳草生物量2.93 kg/hm²最小,仅占0.23%。研究结果,可为研究杉木林养分循环、碳平衡、维护和提高林地地力及可持续经营管理提供科学依据。     

连栽第1代和第2代杉木近熟林水文过程养分动态比较

利用小集水区径流场技术和定位研究方法,在获得连栽两代杉木近熟林的大气降水、穿透林冠水、地表、地下径流量等水文学数据,并测定其养分含量的基础上,研究了连栽两代杉木近熟林水文过程的营养动态特征。结果表明:降水中养分浓度第2代林比第1代林高20.30%—39.64%,养分的输入量比第1代多38.52%;穿透水中养分浓度,第1代和第2代林分别比大气降水中高4.149—4.895 g/kg和4.271—5.605g/kg,雨水对冠层营养物质的淋溶,第2代比第1代高2.94%—21.37%;地表径流中的养分浓度两代林差异不大,地下径流中的养分浓度第2代林比第1代高48.06%—78.87%,径流输出的养分量第2代林是第1代林的1.58—2.61倍;养分地球化学循环中,第1代林养分地球化学循环速率26.75%—29.95%,第2代林37.24%—47.43%,养分地球化学循环的周期第1代林3.3—3.7a,第2代林2.1—2.7a,养分地球化学循环中第2代林的养分流失率是第1代林的1.30—1.72倍,养分的净积累率只有第1代林的73.57%—87.14%。系统持留与利用由外界输入的养分功能上,第2代林低于第1代林。     

我国南方4种常见人工林林下植物多样性特征及影响因素

为了解长期植被恢复的成熟人工林林下植物组成与多样性特征及其影响因素,基于广东鹤山生态系统国家野外科学观测研究站的南亚热带人工林生态系统,对环境相似(坡度、坡向、海拔)、30 a生4种类型人工林(桉树混交林、马占相思纯林、乡土混交林、针叶混交林)进行调查研究,分析林下植物组成和物种多样性(Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数)特征。结果表明,人工林林下植物类型丰富,均可形成乔-灌-草垂直结构;4种林型林下植物组成既有相似性,也有差异性,桉树混交林与针叶混交林、马占相思纯林与乡土混交林的灌木层组成相似;桉树混交林与马占相思纯林、乡土混交林与针叶混交林的草本层组成相似,而桉树混交林与针叶混交林的草本层组成极不相似。林分类型影响林下植物多样性,马占相思纯林林下灌草多样性显著低于其他3种混交林(P<0.05),灌木物种数、个体数最少;针叶混交林林下物种丰富度最高。林分郁闭度与林下植物多样性呈正相关(P<0.001),林下植物分布与土壤养分含量相关,桉树混交林、马占相思纯林林下植物多样性与不同形态氮含量相关,有效磷、全磷影响乡土混交林林下物种的分布,针叶混交林受土壤酸碱度、全钾的影响较为明显。在4种人工林林下植物群落中,乡土混交林多样性,均匀度最高,优势度最低,具有更佳的保育和维持林下生物多样性功能。因此,乡土树种混交林更适用于生态公益林构建或对一些针叶林及外来树种纯林进行林分改造。