不同森林恢复方式对我国南方红壤区土壤质量的影响

2008-2009年在我国南方红壤区,研究了3种典型森林恢复方式(自然恢复的天然次生林、人工恢复的本地种马尾松人工林和引进种湿地松人工林)对林地土壤质量的影响.结果表明:天然次生林的土壤含水量、土壤容重、土壤粒径构成、土壤全碳、全氮、全磷、有机碳、速效氮、速效磷、速效钾含量均优于两种人工林.综合土壤物理性状、化学性状和微生物性状得到土壤质量综合指数.天然次生林土壤的综合质量指数(1.20+0.10)显著高于马尾松人工林(0.59±0.03)和湿地松人工林(0.59±0.06),而两种人工林之间差异不显著.在我国南方红壤区,自然恢复的天然次生林土壤质量优于人工恢复的马尾松林和湿地松林.     

南方红壤区3种典型森林恢复方式对植物群落多样性的影响

合理的森林恢复方式能提高植物多样性,进而提高生态系统服务功能.在我国南方红壤区研究了3种典型森林恢复方式(引进种恢复的湿地松(Pinus elliottii)人工林本地种恢复的马尾松(Pinus massoniana)人工林和自然恢复的天然次生林)的植物区系构成和植物群落多样性.结果表明:(1)湿地松人工林有155种植物,隶属66科118属,马尾松人工林有137种植物,隶属59科97属;天然次生林有226种植物,隶属86科160属,3种森林恢复方式的乔木层、灌木层和草本层的优势科属明显不同,马尾松人工林的优势物种和天然次生林更相似;(2)天然次生林的植物区系基本构成、植物区系类型种类高于马尾松人工林和湿地松人工林,并且天然次生林的温带成分比例高于湿地松人工林;(3)恢复方式对植物群落的多样性指数有显著影响,天然次生林的物种丰富度、辛普森指数明显高于马尾松人工林和湿地松人工林,两种人工林之间差异不显著;(4)3种森林恢复方式的植物群落结构存在显著差异,相比湿地松人工林,马尾松人工林的植物群落组成与天然次生林更相似.总之,自然恢复的天然次生林植物群落多样性高于人工恢复的马尾松人工林和湿地松人工林,本地种马尾松人工林在维持区域植物群落结构功能上优于引进种湿地松人工林.     

中亚热带典型人工林土壤质量演变及其环境意义

对中亚热带不同发育阶段的杉木(Cuninghamia lanceolgta)和湿地松(Pinus elliottii)人工林以及对照次生常绿阔叶林土壤的有机质、全氮、全磷和碱解氮、速效磷和速效钾含量进行了研究.结果表明:从不同森林类型来看,土壤有机质、全氮和全磷表现为次生林高于杉木和湿地松林,且杉木随着林龄增加而增加,湿地松随林龄增加而降低,但土壤全磷相对前二者变化较平缓;土壤速效态养分总体也表现为次生林高于杉木和湿地松林,但10年生和20年生杉木林土壤碱解氮和速效钾含量低于30年生杉木林的土壤,而湿地松林土壤则相反;另外,从生态环境角度探讨了肥力指标演变可能带来的生态环境影响,提出适当延长杉木人工林轮伐期和缩短湿地松人工林轮伐期对土壤肥力和有机碳库功能保持具有现实意义.     

不同森林恢复类型对南方红壤侵蚀区土壤质量的影响

为了探讨主要森林类型对土壤质量的影响 ,对南方红壤侵蚀区 4种主要森林恢复类型下土壤物理、化学、生物学性状进行了比较研究 ,结果表明 :不同的森林恢复类型导致了土壤物理、化学和生物学性质的显著差异。 4种森林类型的土壤质量均比长期干扰下对照的土壤质量高。人工林土壤质量又相对比天然次生林土壤质量低。其土壤质量综合指数分别为 :天然次生林(0 .95 )、油茶林 (0 .6 8)、杉木林 (0 .5 5 )、湿地松林 (0 .36 )、对照 (0 .0 4 )。自然恢复在恢复初期是提高土壤质量的有效途径。导致人工林和对照土壤质量相对较低的主要因素是 :周期性的森林抚育打破土壤物理结构、凋落物质量较低、凋落物量较低、微生物生物量较低、微生物功能较差和土壤养分流失严重。在土壤质量指标选择方面 ,土壤微生物生物量结合微生物功能多样性是反映土壤生物学活性和土壤质量的较好指标。     

侵蚀退化红壤自然恢复下土壤生物学质量演变特征

为了探讨严重侵蚀退化红壤区自然植被恢复过程中土壤生物学质量演变特征,对南方严重侵蚀退化红壤自然植被恢复的4个演替阶段（裸地,地衣地,苔藓地和草地）,以及该地区人工马尾松林地的土壤微生物量、酶活性和线虫数量进行了比较研究。结果表明：在侵蚀红壤自然恢复过程中土壤生物学性质演变特征明显。在恢复初期,地衣和苔藓对土壤生物学性质的改善主要体现在土壤表层。在0～2cm土层地衣地土壤微生物量碳、氮、蔗糖酶和脲酶活性高于裸地,但差异不显著;苔藓地表层微生物量氮、脲酶和酸性磷酸酶活与人工马尾松林地已无显著差异,表明苔藓地是严重侵蚀退化红壤自然恢复过程中土壤质量改善的重要阶段。裸地、地衣地和苔藓地土壤线虫恢复程度低于微生物量和酶活性。草地土壤微生物量碳、氮和3种酶活性以及线虫数量则显著高于自然恢复初期各阶段。与人工恢复林相比较,自然恢复草地表层土壤生物学质量优于人工马尾松林地,但对深层土壤的改善效果不如林地。相关分析表明自然恢复过程中土壤微生物与酶活性的改善程度比较一致,而土壤线虫对自然植被恢复响应与微生物和酶活性不尽相同。     

中国北亚热带天然次生林与杉木人工林土壤活性有机碳库的比较

为了了解北亚热带东部地区天然次生林转变成杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林对土壤活性有机碳库的影响, 以浙江省富阳市庙山坞森林生态系统定位研究站杉木人工林和天然次生林为研究对象, 对达到成熟林状态的两种林分类型0-60 cm内各土层土壤活性有机碳含量进行了比较研究。结果表明: 1)天然次生林土壤总有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳和轻组有机质含量均高于杉木人工林, 与人工杉木林相比, 增幅分别为19.0%-32.6%、0.8%-30.3%、3.8%-54.1%和6.3%-38.6%, 且在0-10和10-20 cm土层差异显著(p < 0.05) (水溶性有机碳仅在0-10 cm土层差异显著); 2)杉木人工林土壤水溶性有机碳与易氧化碳占总有机碳的比率均高于天然次生林; 3)两个林分土壤水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与总有机碳含量均呈现极显著相关, 且天然次生林土壤易氧化碳、轻组有机质与总有机碳的相关系数均大于杉木人工林; 4)土壤有机碳、水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、速效磷、速效钾、速效钙和速效镁)的相关性均达到显著(p < 0.05)或极显著(p < 0.01)水平。     

生态恢复对马尾松叶片化学计量及氮磷转移的影响

为了解生态恢复对侵蚀红壤恢复的马尾松林叶片碳氮磷化学计量及氮磷养分转移的影响,在福建省长汀县河田镇典型侵蚀红壤区选取恢复13、30、33a的马尾松林为研究对象,并以未治理侵蚀地(CK1)和次生林(CK2)分别作为恢复前和恢复后的对照,通过测定马尾松叶片的碳、氮、磷含量,计算其计量比,内稳性指数和氮磷转移率,分析了侵蚀红壤生长的马尾松养分限制与养分转移的关系。结果表明:在侵蚀红壤恢复过程中,马尾松1年龄叶片C、N、P含量及1年龄叶片C∶N、C∶P、N∶P变化较小,这与马尾松较高的内稳性有关(N和P内稳性指数分别为7.57和3.89)。所有实验地马尾松1年龄叶片N∶P处于11.0—13.4之间,表明马尾松的生长受N、P共同限制,其中马尾松叶片N转移率显著低于P转移率,这与生态恢复过程中马尾松养分利用效率、生长需求以及土壤养分供应状况有关。1年龄叶片C∶N、C∶P分别与马尾松N、P转移率成负相关关系,当马尾松叶片C∶N、C∶P较低时,表明N、P利用效率较低,叶片衰老时更多的N和P被转移利用;反之,则N、P利用效率较高,转移率低。同时,C∶N、C∶P分别与树高、胸径成显著负相关关系,即马尾松生长对N、P的需求同样会影响化学计量比的变化,从而影响养分转移。虽然侵蚀地生态恢复过程中土壤N、P含量增加,但仍较贫瘠,不足以满足马尾松的生长,马尾松养分转移率较高,因此,为了提高侵蚀地恢复的马尾松林的生产力,建议下一步恢复措施中适当施加N肥和P肥。该研究将侵蚀红壤不同生态恢复年限的马尾松叶片C、N、P化学计量及养分转移结合,有助于全面、系统地揭示生态恢复过程马尾松林的养分循环,对指导侵蚀红壤恢复和提高马尾松生产力具有重要意义。     

湿地松和马尾松人工林土壤甲烷代谢微生物群落的结构特征

土壤甲烷代谢微生物影响甲烷的产生和氧化,然而关于林型对土壤中甲烷代谢微生物群落结构影响的研究较少。采用基因芯片GeoChip 3.0研究了湿地松人工林和马尾松人工林土壤甲烷代谢微生物群落结构特征。结果如下,(1)两种林型的甲烷代谢微生物群落结构存在极显著差异(P=0.008),林型能解释其34.9%的变异;(2)产甲烷菌(包含甲基辅酶M还原α亚基基因mcrA的微生物)的优势菌群发生了变化,湿地松人工林的的优势菌为Methanocorpusculum labreanum Z,马尾松人工林的优势菌群除Methanocorpusculum labreanum Z外,还包括产甲烷古菌和Methanosarcina mazei Gol;(3)甲烷营养菌(包含甲烷单加氧酶基因pmoA基因的微生物)的优势菌为Ⅱ型,有3种不可培养细菌只在湿地松人工林检测到,在马尾松人工林中未检测到;(4)mcrA基因丰度或同源基因数量与土壤容重正相关,与土壤粘粒含量呈显著负相关;pmoA基因信号强度或多样性指数与土壤全碳含量、全磷含量和速效氮含量显著正相关。总之,相比本地种马尾松人工林,引进种湿地松人工林的土壤甲烷代谢微生物群落结构发生了显著变化。     

桂北喀斯特山区不同植被类型土壤碳库管理指数的变化特征

以广西北部喀斯特石山地区不同植被类型(青冈栎次生林、灌丛、马尾松林、竹林、草地、农田、裸地)土壤为研究对象,探讨植被类型对活性有机碳库以及土壤碳库管理指数的影响,为喀斯特山区生态环境建设提供依据。结果表明:1)青冈栎次生林土壤碳储量、全氮含量、速效氮含量显著高于其他植被,土壤容重小于除农田以外的其他植被类型; 2)不同植被类型下土壤有机碳(SOC)、活性有机碳(LOC)含量均随土层深度的增加而降低,0～40cm土层SOC含量为1.07～29.76 g·kg~(-1),大小关系表现为青冈栎次生林灌丛马尾松林竹林草地农田裸地; LOC含量为0.58～13.77 g·kg~(-1),表现为青冈栎次生林灌丛马尾松林竹林农田草地裸地; LOC/SOC表现为青冈栎次生林最小,农田最大; 3)土壤碳库管理指数随土层深度的变化为先减小后增加再减小的趋势,0～40 cm土层CPMI平均值表现为青岗栎次生林灌丛马尾松林农田竹林草地裸地; 4)土壤植被类型、土层深度以及二者的交互作用对土壤碳库管理指数及碳库特征具有显著影响。本研究表明,增加植被覆盖以及减少人为活动的干扰,能提高土壤有机碳含量,有利于维持桂北喀斯特山区土壤碳库的稳定性。     

植被恢复对西南喀斯特地区土壤气候韧性的提升作用

土壤质量提升是生态系统应对气候变化能力增强的关键。为探究气候变化背景下不同植被恢复方式对喀斯特地区土壤质量的影响,基于黔桂喀斯特地区气候梯度样带84个样方土壤物理、化学和生物性质综合分析,分别以耕地和次生林作为退化和顶级恢复对照,探讨了自然恢复(灌木林)和人工恢复(人工林)的土壤质量提升效应及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被恢复不仅显著提高了土壤细菌、真菌、放线菌等微生物丰度以及有机碳、全氮、速效氮等养分含量,也对土壤质地有一定改善;(2)自然恢复和人工恢复均提高了土壤质量,两种恢复方式之间土壤质量指数无显著差异,但与次生林依然存在差距。灌木林和人工林的土壤质量仅约为次生林土壤质量的62%-66%;(3)耕地土壤质量随年均温和年平均降雨量的增加而下降,次生林的土壤质量随年平均降雨量的增加而上升,植被恢复对土壤质量的提升率与年均温和年平均降雨量呈正相关关系。阐明了在一定范围的气候变化下进行植被恢复可以显著提升喀斯特地区土壤的气候韧性,揭示了喀斯特地区植被恢复对土壤质量的提升主要是由于提高了土壤碳氮养分含量及改善了土壤微生物群落结构,这为全球气候变化背景下喀斯特退化土地生态恢复和管理提供了理论依据。     

不同植被类型下红壤pH和交换性酸的剖面特征

研究湘南红壤丘陵区11种植被类型下施肥区域和未施肥区域红壤剖面(0～100 cm)pH及交换性酸的变化特征.结果表明: 施肥区域0～60 cm土层土壤的pH大小顺序为茶园<花生地<柑橘园,交换性酸含量大小为花生地≤柑橘园<茶园;种植茶树和花生后,表层(0～40 cm)相对底层(60～100 cm)均产生酸化,pH分别降低0.55和0.17,而种植柑橘后,土层间无显著差异.未施肥区域中,植被恢复区0～40 cm土层pH大小为白檵木林≤湿地松林<板栗园<白茅草地,交换性酸含量大小为白茅草地<板栗园<白檵木林≤湿地松林;天然林区0～20 cm土层中次生林和油茶林的pH均显著低于马尾松林0.34和0.20个单位,马尾松林和次生林交换性酸含量显著低于油茶林.与裸地相比,未施肥区域除白茅草地外,其他植被类型均加速了表层土壤酸化,其中天然次生林酸化最严重,pH降低0.52;未施肥区域除天然次生林外,其他植被类型均提高了深层土壤pH,其中白茅草地提升效果最显著,pH升高0.43.无论施肥区域还是未施肥区域,整体上随着土层深度的增加,植被类型或施肥对土壤酸度的影响越来越小.     

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.     

湿地松林分结构调整对土壤活性有机碳的影响

以21 a湿地松纯林为对照,研究了间伐后补植阔叶树(间伐补阔,补植枫香)对不同年限(3、6、9 a)湿地松林分和21 a湿地松×枫香混交林土壤活性有机碳的影响.结果表明：间伐补阔后,6和9 a湿地松林分的土壤可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物生物量碳(MBC)含量均比21 a湿地松纯林显著增高;21 a湿地松×枫香混交林的土壤各活性碳组分含量显著高于3、6、9 a湿地松林分,其DOC、ROC和MBC含量分别比21 a湿地松纯林增加113.1%、53.3%和54.6%.说明间伐补阔结构调整是改善人工湿地松纯林土壤生态功能的有效措施.     

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%.     

秦岭典型林分土壤活性有机碳及碳储量垂直分布特征

采用野外调查结合室内分析的方法,2013年8月分析了秦岭典型林分锐齿栎(马头滩林区,Ⅰ)、油松(Ⅱ)、华山松(Ⅲ)、松栎混交林(Ⅳ)、云杉(Ⅴ)、锐齿栎(辛家山林区,Ⅵ)土壤剖面上活性有机碳及碳储量的分布规律.结果表明: 研究区各林分土壤的有机碳、微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳含量均随着土层深度的增加而不断减小;在整个土壤剖面(0～60 cm)上,云杉和松栎混交林的土壤有机碳和水溶性碳含量明显高于其余林分,不同林分的土壤有机碳和水溶性碳含量的平均值大小均为Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅵ;各林分不同土层的微生物生物量碳在71.25～710.05 mg·kg^-1,不同林分的土壤微生物生物量碳大小依次为Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅵ;整个土壤剖面上,松栎混交林的土壤易氧化态碳含量降幅最大,不同林分土壤易氧化态碳含量的平均值大小为Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅵ.3种活性有机碳占有机碳的比例在不同林分类型中没有表现出一致的规律性.各林分0～60 cm土层的有机碳储量大小为Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅵ＞Ⅱ.各林分的土壤微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳两两之间均表现为极显著相关,各林分的土壤微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳与土壤有机碳、全氮之间的相关性均表现为显著或极显著水平,与碳氮比、pH、土壤水分、土壤容重的相关关系不显著.     

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.     

大兴安岭火烧迹地不同恢复方式碳储量差异

为了探讨不同恢复方式对大兴安岭重度火烧迹地碳储量的影响,以人工恢复(兴安落叶松、樟子松)和天然恢复的林分为研究对象,采用干烧法对乔木层、灌木层、草本层和枯枝落叶层含碳率进行测定.采用全收获法和平均标准木法获得林分各组分生物量估算森林植被的碳储量,分析不同恢复方式下林分各组分碳储量的分配特征.结果表明： 人工恢复和天然恢复的林分灌木层平均含碳率高于乔木层和草本层.兴安落叶松人工林灌木层平均含碳率为45.8%、枯枝落叶层为45.3%、乔木层为44.4%、草本层为33.6%.樟子松人工林灌木层和乔木层平均含碳率高于50%.天然次生林乔木层、灌木层和枯枝落叶层平均含碳率在42%左右.森林植被层中,生物量贡献率从大到小依次为乔木层、灌木层和草本层.兴安落叶松人工林森林植被层和枯枝落叶层生物量总和为123.90 t·hm^-2,远高于樟子松人工林和天然次生林.火烧后人工恢复23年的兴安落叶松人工林森林植被碳储量为50.97 t·hm^-2,其中,乔木层碳储量为49.87 t·hm^-2,占森林植被层总碳储量的97.8%,草本层所占比重仅为0.02%.人工恢复的林分植被层总碳储量高于天然恢复的林分,火烧迹地在这一时段内采用人工恢复的方式较天然恢复碳汇能力更强.     

低丘人工林林下植被物种多样性初步研究

选取江西省泰和县狗丝茅岭低丘荒山人工造林l0a的人工生态系统中8种人工林主要类型和1个对照区,通过比较这些类型林下植被的物种多样性(物种丰富度和Shannon-Wiener指数)和相关的环境因子,揭示林下植被物种多样性的差异及其与环境因子之间的关系。结果显示：人工林类型(造林树种)、林分组成(纯林或混交林)和林分密度对物种多样性的影响较为明显,其中林分密度的影响最为显著：各人工林类型林下植被的Shannon—Wiener指数与物种丰富度具有大体相似的规律,即在相近造林密度下,不同造林树种其林下植被物种多样性以针叶纯林稍占优势,针阔混交林次之,而阔叶纯林相对较低：针叶林林下植被物种多样性虽然最高,但针叶林土壤的持水力相对较差,有机质含量也较低,而阔叶纯林相对较好,针阔混交林则最佳。