秦岭皇冠暖温带落叶阔叶林灌木层结构与物种多样性

灌木是森林生态系统中的重要组成部分,探究灌木层的物种组成、结构和空间分布可以为进一步阐明森林物种共存、生物多样性维持和群落演替机制奠定基础。本研究分析了秦岭皇冠25 hm²森林样地灌木层的物种组成、空间分布以及物种多样性。结果表明: 样地内灌木独立个体共20716株(分枝10463个),隶属于28科45属54种。灌木层优势种的优势度不明显,重要值均＜10。灌木层植被的径级结构为倒“J”型;灌木在样地内呈聚集分布且空间分布存在明显的海拔差异。样地内个体数最多的9种灌木的径级结构和空间分布与灌木层整体情况一致。随着海拔升高,Shannon多样性指数(H)和Simpson优势度指数(D)变化不显著,而Pielou均匀度指数(E)降低。多样性指数H、D、E随乔木层优势种个数增加而降低,E随亚乔木层优势种个数增加而升高。多样性指数H、D、E与土壤全磷呈显著负相关;H与土壤pH呈显著正相关,E与土壤全钾呈显著正相关。本研究区灌木层物种丰富,结构稳定,更新良好;灌木层的物种多样性主要受到乔木层优势种个数和土壤pH、全磷的影响。     

水杉原生种群核心种质资源的繁殖特性

水杉(Metasequoia glyptostroboides)原生种群天然更新困难, 为探究其原因是否与繁殖特性有关, 本文以其核心种质资源(40株个体)为对象, 通过对生境、母树个体和种子性状的调查, 并结合田间播种试验, 分析其繁殖特性。以方差分析检测不同母树个体间种子性状、发芽率和幼苗生长特征的差异; 采用相关性分析和多元线性回归模型分析个体性状对其种子、发芽率及幼苗生长的影响; 通过Logistic模型拟合, 分析幼苗生长的节律参数。结果显示: (1) 40株母树个体仅有7株产种, 产种率仅为17.50%, 且不同母树个体间产种量差异显著(P < 0.05)。(2)不同母树个体间的种子千粒重、种子发芽率、幼苗存活率和基径生长量均存在显著差异(P < 0.05)。(3) 7株母树个体种子的平均发芽率为19.73%, 幼苗平均存活率为73.42%, 不同母树之间差异显著(P < 0.05)。(4)母树个体的胸径与种子千粒重、种子发芽率呈显著负相关(P < 0.05), 种子发芽率与幼苗存活率呈极显著正相关(P < 0.001), 树高与幼苗存活率呈显著正相关(P < 0.05)、与幼苗基径呈极显著正相关(P < 0.001)。(5)母树树高对幼苗存活率有显著正效应(P < 0.05), 胸径对种子发芽率有显著负效应(P < 0.05)。(6)苗高、基径的生长符合“S”型生长曲线(R ² ≥ 0.928)。水杉原生种群产种量低, 种子发芽率低、幼苗存活率较低, 且不同母树之间差异显著可能是造成其天然更新困难的原因。     

川西亚高山暗针叶林恢复过程中岷江冷杉天然更新状况及其影响因子

在川西亚高山米亚罗林区海拔3 100~3 600 m阴坡、半阴坡, 以立地条件基本一致的箭竹和藓类林型不同恢复阶段(20~40 a生的箭竹阔叶林、50 a生的箭竹针阔混交林、160~200 a生的箭竹原始暗针叶老龄林; 20~40 a生的藓类阔叶林、50 a生的藓类针阔混交林、160~200 a生的藓类原始暗针叶老龄林)的群落为研究对象, 共设置了50个样方(20 m×20 m), 采用空间代时间的方法分析了岷江冷杉(Abies faxoniana)的天然更新状况, 并采用通径分析法对其影响因子进行分析。结果表明: 箭竹和藓类两种森林类型岷江冷杉幼苗、幼树和小树的密度偏低。对于箭竹林型不同恢复阶段, 岷江冷杉幼苗密度＜幼树密度＜小树密度; 对于藓类林型不同恢复阶段, 藓类阔叶林幼树密度大于幼苗和小树密度, 藓类针阔混交林小树密度大于幼苗和幼树密度, 而藓类原始暗针叶老龄林幼苗密度大于幼树和小树密度。藓类林型岷江冷杉天然更新状况好于箭竹林型。对箭竹林型而言, 影响岷江冷杉天然更新的关键因子为母树密度、倒木蓄积量、箭竹盖度和苔藓层厚度, 其中母树密度和倒木蓄积量对岷江冷杉天然更新起着促进作用, 箭竹盖度和苔藓层厚度对岷江冷杉天然更新起着阻碍作用; 对于藓类林型而言, 影响岷江冷杉天然更新的关键因子为灌木盖度和苔藓层厚度。灌木和苔藓有利于幼苗的发生, 但不利于幼苗向幼树、小树的过渡。     

林分结构对桂西南蚬木种群天然更新的影响

研究垂直结构(树冠指数、大树比例、小树比例和树高)及密度因素(基面积、乔木密度、灌木密度、灌木盖度和蚬木比例)对桂西南喀斯特山地典型蚬木种群天然更新的影响.结果表明: 群落平均更新密度为1742～3861株·hm^-2,密度相对较低.垂直结构和密度因素对蚬木幼龄植株个体数影响不显著,对地径和株高生长有一定影响.在垂直结构变量中,树冠指数与蚬木幼苗株高呈显著负相关,与幼苗地径的相关性不显著;大树比例和树高与幼苗的地径和株高均呈显著负相关,小树比例与幼苗地径和株高呈显著正相关.在密度变量中,乔木密度与幼苗地径、株高呈显著正相关;蚬木比例与幼苗地径呈显著负相关.多元回归分析显示,林分结构因子与蚬木幼龄植株个体数的拟合较差(P>0.05),蚬木幼苗的数量分布在一定程度上受到垂直结构的综合影响;林分结构因子模型对蚬木幼苗地径和株高的拟合较好(P<0.01),幼苗地径生长主要受乔木密度影响,株高生长主要受乔木密度和基面积的共同影响.     

古尔班通古特沙漠土壤因素对退化梭梭更新局限的影响

古尔班通古特沙漠梭梭退化主要发生在平原和小沙丘(高度5m)区域,而与其邻近的大沙丘(高度10m)生境中梭梭却长势良好。本文对比分析了退化区和正常生长区小尺度范围梭梭种群年龄结构、不同盐分梯度下梭梭种子及其萌发特征、土壤理化性质及其对梭梭种群更新的影响。结果表明:退化区梭梭幼株缺乏,自然更新明显受阻。平原、小沙丘和大沙丘3种生境中梭梭种子的带果翅百粒重、无果翅百粒重和果翅直径差异显著,无盐胁迫条件下梭梭种子萌发率差异不显著,而在有盐胁迫条件下差异显著,且萌发率都随盐分浓度的增加而降低,说明退化区梭梭林更新不良与种子特征关系不大,与土壤盐分关系密切。3种生境土壤理化性质差异显著,平原和小沙丘土壤电导率明显高于大沙丘。梭梭活株密度与各土层土壤电导率、土壤含水量呈极显著负相关,梭梭幼株数(株高40cm)与土壤表层(0～30cm)电导率极显著负相关。综上所述,退化区高的土壤盐分导致梭梭植株密度严重降低、抑制种子萌发和限制梭梭幼苗存活,进而使得梭梭林自然更新不良。     

民勤沙区人工梭梭林自然稀疏过程研究

通过实地样方调查,对民勤沙区人工梭梭林的自然稀疏过程进行分析,以探讨其自然稀疏机理。结果表明:(1)民勤沙区梭梭经过自然稀疏,15~32 a林龄的密度为387.14株.hm-2。(2)梭梭林内乔木、灌木、草本植物对不同层次土壤水分利用的分异比较明显,草本植物和灌木分别主要利用0~20 cm和0~100 cm的土壤水分,梭梭主要利用60~120 cm的土壤水分。(3)在梭梭林成长过程中,沙丘水分递减,梭梭因水分亏缺而自然稀疏化,且在10 a林龄以内自然稀疏过程最明显。(4)当林龄达到15 a以上时,植株普遍枯梢,生长不良,植株个体增大缓慢。(5)对于15 a及其以上成龄梭梭林进行人工补灌没有显著恢复效果,只是增加草本植物的密度和盖度。     

乌兰布和沙漠天然梭梭种群动态及空间分布

为进一步明晰乌兰布和沙漠天然梭梭(Haloxylon ammodendron)种群动态和空间分布特征,该研究以乌兰布和沙漠天然梭梭林为研究对象,采用静态生命表、存活曲线、生存分析和空间分布格局指数等方法分析种群动态与内在生活史特征和外在干扰之间的互动关系,探讨梭梭种群波动特征及其存续机制,以揭示天然梭梭种群动态及空间分布特征,为梭梭种群的合理保护与种群恢复提供依据。结果表明:(1)乌兰布和沙漠天然梭梭种群龄级结构呈倒“J”形,为增长型,但相邻龄级个体数量波动性较大;种群年龄结构数量变化动态指数V_(pi)=17.43,受随机干扰时种群年龄结构动态指数V_(pi)′=1.02,种群年龄结构对随机干扰的敏感性指数P_(max)=5.88,说明种群对外界干扰较为敏感。(2)研究区天然梭梭种群的存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型,各年龄级种群有相近的死亡率;生存函数、累积死亡率、死亡密度在第Ⅰ~Ⅹ龄级(基径<10 cm)变化较大,且在第Ⅰ~Ⅸ龄级危险率较高;生存函数、累计死亡率、死亡密度在第Ⅺ~ⅩⅧ龄级(基径≥10 cm)趋于稳定,危险率在第Ⅹ龄级后逐渐增加,种群动态呈现出低龄级间个体数量波动大,高龄级衰退的特征。(3)研究区天然梭梭种群密度在328.57~942.86株/km^(2)之间,平均为706.34株/km^(2),种群空间分布大多呈聚集分布。研究表明,乌兰布和沙漠在现阶段环境气候条件下,适宜梭梭种群的生长,而且在不受人为干扰的情况下,梭梭种群能够稳定存续,可以抵抗一定的气候风险。建议减轻人为干扰对低龄级种群数量的影响,在局部梭梭林衰退严重区可参考天然梭梭种群密度与空间分布型建植人工梭梭林。     

间伐强度对华北落叶松天然更新的影响

以山西庞泉沟自然保护区华北落叶松纯林为对象,设置5个间伐强度(5%、25%、45%、65%、85%),利用相关性分析,构建间伐强度-林下生境-天然更新的结构方程模型,分析间伐强度对华北落叶松天然更新的影响机制。结果表明：中度间伐(45%)和强度间伐(85%)林地的更新指数明显大于其他间伐强度并且差异显著。构建的结构方程模型适配度良好,间伐强度对各因子的影响依次为：土壤碱解氮(-0.564)>更新指数(0.548)>土壤容重(-0.462)>母树平均高度(-0.348)>草本植物盖度(-0.343)>土壤有机质(0.173)>枯落物未分解层厚度(-0.146)>土壤全氮(0.110),间伐强度对更新指数有正向影响,这种影响主要通过调整母树高度、加速枯落物分解、改善土壤理化性质,间接促进华北落叶松天然更新。抚育间伐能够有效改善更新苗的生存环境,在后续森林经营中从华北落叶松天然更新的角度考虑,间伐强度选取中度间伐(45%)和强度间伐(85%)更为合理。     

不同林龄人工沙棘林结构与林下物种多样性研究

采用样地调查的方法,研究了陕西省永寿县马莲滩流域不同林龄人工沙棘(Hippophae rhamnoides)林土壤理化性质、根系活力、林木径阶结构、林下物种多样性特征以及天然更新状况等,以探讨沙棘林衰败机理.结果显示:18年生沙棘人工林林分郁闭度为86.67%,根系活力和天然更新能力(241 trees·hm-2)衰退,林木径阶结构呈"衰退型";林下植物种较少(20种)且较分散,活根瘤虽然个体最大(横径>1.80 cm,纵径>1.15 cm),但比例最低(63%左右),固氮能力减弱.13年生沙棘人工林长势最好,林分郁闭度适中(76.67%),根系活力和天然更新能力(833 trees·hm-2)较强,林木径阶结构呈"稳定型";林下植物种较丰富且较集中(S-=12,菊科、禾本科为主),活根瘤个体较大(横径>1.40 cm,纵径>0.85 cm)且比例最高(93%),固氮能力最强.8年生沙棘人工林为灌木状,覆盖度达86.67%,但透光性较好,林木长势好,根系活力较18年生沙棘强,天然更新最好(1 566 trees·hm-2),林木径阶结构呈"增长型",林下植物种最丰富且最为集中(S-=18,菊科、禾本科为主),活根瘤虽然比例较高(85%),但根瘤个体最小(横径<0.95 cm,纵径>0.60 cm),固氮能力弱.研究表明,18年生沙棘人工林处于衰败状态,应对18年沙棘进行平茬更新,提高林分的稳定性和生态功能.     

濒危植物闽楠幼苗更新及环境解释

为了更好地理解濒危植物闽楠幼苗天然更新与微环境的关系,以广西富川县蚌贝村闽楠天然林胸径5.0 cm以下的更新个体为研究对象。基于0.64 hm₂^{固定监测样地调查数据,采用Pearson相关系数、冗余分析等方法对幼苗更新密度与样地微环境因子关系进行分析。结果表明：(1)闽楠小幼苗更新个体数最多,随龄级增加更新密度呈下降趋势;幼苗向幼树转化率低,小幼苗向中幼苗转化率是闽楠更新成功的关键阶段;(2)闽楠幼苗更新密度与样地灌木层高度、最近母树距离、灌木层覆盖度极显著正相关,与样地光照、草本层覆盖度显著负相关; (3)灌木层高度、最近母树的距离、灌木层覆盖度、叶面积指数、光照、草本层覆盖度、凋落物厚度、土壤盐分是影响闽楠幼苗更新的主要微环境因子,光照和草本层覆盖度是闽楠幼苗更新的限制因子。因此,降低光照强度、减少草本层的覆盖度、增大灌木层的覆盖度等有利于闽楠种群更新发展。}     

Dynamics of water usage in Haloxylon ammodendron in the southern edge of the Gurbantünggüt Desert

植物的水分来源是荒漠地区植物水分关系研究的重要方面, 有助于理解荒漠植物对干旱环境的适应。为了研究古尔班通古特沙漠主要建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)生长季的水分利用动态, 以及其对发生在不同时期相似量级降水脉冲的响应, 利用稳定性同位素技术测量了梭梭小枝木质部水、降水、0-300 cm不同土层的土壤水和地下水的δ ¹⁸O值。水源依据深度划分为4个: 浅层土壤水(0-40 cm), 中层土壤水(40-100 cm), 深层土壤水(100-300 cm)和地下水。然后, 应用IsoSource模型计算了梭梭对潜在水源的利用比例。结果表明: 4月份, 梭梭主要利用浅层土壤水, 利用比例为62%-95%; 5-9月份梭梭主要利用地下水, 利用比例为68%-100%。梭梭对不同时期发生的两场相似量级的降水具有不同程度的响应。5月22日, 6.7 mm降水后第1天, 梭梭对土壤水的吸收达到最大值, 由降水前的9.8%增长为降水后的40.4%, 同时降低了对地下水的吸收, 由降水前的83%-98%下降为42%-81%。8月31日7 mm降水后, 梭梭对土壤水的吸收没有增加, 仍然保持对地下水的高比例利用, 达71%-98%。低的土壤含水量可能抑制了表层根系的活性, 导致梭梭对降水不敏感。由冬季融雪和春季降水补给的浅层土壤水和地下水是梭梭种群可利用的两个重要水源。梭梭的水分利用动态反映了其对干旱环境的适应。     

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%。     

蒙古栎次生林的生长更新与林下植被多样性对林分密度的响应

以辽宁省抚顺市清源县蒙古栎天然次生林为对象,在2018年对6块面积为0.1 hm²的蒙古栎样地进行疏伐,并于2020年调查样地内植被的生长情况,研究疏伐后形成的600(低密度)、720(中密度)、900株·hm^-2(高密度)3种密度对林木生长、林下实生苗更新与林下植被多样性的影响。结果表明: 由于疏伐后间隔年份较短,不同密度下树高、胸径无显著差异。但低密度下林冠对称指数显著高于高密度,表明树冠生长对于林分密度的响应比树干生长更迅速。中密度下实生更新苗数量最多,且相同苗高的实生苗地径显著高于其他两个密度,中密度下实生苗更新与幼苗生长都好于高、低密度。林中共有植物70种,隶属于41科67属,其中木本植物蒙古栎、胡枝子与草本植物山罗花、三叶委陵菜占优势地位。灌木层与草本层的优势度指数、均匀度指数和多样性指数在中密度下表现最佳,表明该立地条件下林分密度保持在720株·hm^-2时更有助于辽东山区蒙古栎次生林的可持续发展。     

不同密度华北落叶松林天然更新及其影响因子

以关帝山区8种林分密度(128、240、320、400、480、560、640和720株·hm^-2)华北落叶松纯林为研究对象,分析了不同密度下华北落叶松天然更新优劣及其影响因子。结果表明: 更新指数随林分密度增大先升高后降低,中密度(400～560株·hm^-2)林分更新效果明显优于过疏和过密林分;林下光环境、草本植物及凋落物对落叶松更新有双重作用,光照过强、草本植物盖度过大或凋落物过厚不利于林下更新,土壤有机质可使土壤质地松软、水分含量充足并形成低磷高氮环境促进林分更新;各因子对更新指数的影响依次为:土壤含水量(0.798)>全氮(0.621)>凋落物厚度(-0.597)>土壤孔隙度(0.504)>土壤有机质(0.493)>全磷(-0.404)>林下总光照(-0.274)>草本植物盖度(-0.021)。在后续森林经营中,可通过抚育间伐或补植将林分密度控制在480株·hm^-2左右,并适当清理林下凋落物,改善土壤条件,促进华北落叶松天然更新。     

林分密度对马尾松林下植物与土壤种子库多样性的影响

林分密度是影响林下植物多样性的重要因子。本研究以马尾松人工林为对象,设置低密度(1575株·hm^-2,D₁)、中密度(2474株·hm^-2,D₂)和高密度(3550株·hm^-2,D₃)3个林分密度,分析林下植物和土壤种子库多样性及二者的关系,为马尾松人工林实现多目标可持续发展提供科学依据。结果表明: 3种林分密度林下草本与灌木植物共有42科62属70种,D₁密度以喜光植物种类分布较多,而D₂、D₃密度以耐阴植物为主;3种林分密度间的草本、灌木的Margalef (M)、Shannon (H)、Simpson (D)、Pielou (J_sw)、Alatalo (Al)指数均随林分密度增加而呈下降趋势,且在草本与灌木层中对密度的响应不同。在草本层中,D₁与D₃的H、D、J_sw、Al指数均存在显著差异;在灌木层中,不同林分密度J_sw和Al指数存在显著差异,H和D指数差异不显著。土壤种子库H、D、J_sw和Al指数均随林分密度增加呈先下降后升高趋势,D₁密度的物种丰富度及多样性最高;不同林分密度下土壤种子库Jaccard与Sorensen相似性系数均较低。草本层M与J_sw指数呈显著正相关;灌木层林分密度与H、D、J_sw、Al指数的相关性大于草本层,而草本、灌木层的林分密度与J_sw指数均呈显著负相关。林分密度1575株·hm^-2是马尾松林下植被生长发育较为合适的密度,能够维持林下植物多样性,有利于马尾松人工林的可持续经营。     

基于结构方程模型的兴安落叶松天然林更新影响因素

以大兴安岭新林林业局翠岗林场49块兴安落叶松不同蓄积占比的固定样地调查数据为基础,分别从林分非空间结构、林分空间结构、林木多样性、土壤条件和立地条件5个方面37项观测指标,在相关性分析的基础上,构建林分尺度更新密度和更新多样性(包括树高和地径)的结构方程模型,并计算各路径的直接、间接和总影响系数,量化和提取影响大兴安岭地区兴安落叶松天然林更新密度和更新多样性的关键可控因素,为该地区森林的可持续经营提供理论基础和技术依据。结果表明: 对林分更新密度影响最大的潜变量依次为:林分非空间结构(-0.410)>林木多样性(0.380)>土壤条件(0.250)>立地条件(0.249)>林分空间结构(0.197);对林分更新多样性影响最大的潜变量依次为:土壤条件(0.778)>立地条件(0.748)>林分空间结构(0.684)>林分非空间结构(0.287)>林木多样性(0.105)。综合来看,影响更新密度和多样性的共性观测变量主要为:pH值、全钾、树种多样性、树高多样性、角尺度和单位蓄积。在后续经营中,可通过采伐或补植阔叶树种的方式来优化和调整林分的树种组成、多样性、土壤pH值和养分等特征,最终达到促进天然更新的目的。     

树种相互作用、林分密度和树木大小对华北落叶松生产力的影响

本研究以塞罕坝地区华北落叶松纯林、白桦纯林和华北落叶松与白桦混交林为对象,每种林分类型设置2个林分密度(200～340和880～1100株·hm^-2)。基于树木大小分层取样,采集树芯样本668条。运用线性混合模型,分析了树种相互作用、林分密度和树木大小对华北落叶松生产力的影响。结果表明: 华北落叶松断面积生长量不同程度地受竞争、胸径、年龄和邻体密度的影响;在林分密度较高的混交林中,由于白桦对华北落叶松生长的促进作用,落叶松生产力发生明显的增益效应;在林分密度较低的混交林中,落叶松和白桦之间不发生相互作用,2个树种的生产力均低于相应的纯林;种内竞争是影响华北落叶松生产力的主要因素;树木大小对华北落叶松生产力产生积极的影响,但影响程度因林分密度和树种组成而异。适当增加林分密度和选择白桦作为混交树种可以提高华北落叶松生产力。     

浑善达克沙地榆树疏林和小叶杨人工林碳密度特征及其与林龄的关系

榆树(Ulmus pumila)疏林是浑善达克沙地的地带性隐域植被, 小叶杨(Populus simonii)是该区域主要的防风固沙造林树种。该文通过测定两种森林生态系统乔木层(叶、枝、干、根)、草本层(地上植被和地下根系)和土壤层(0-100 cm)的碳含量, 比较了两种森林生态系统的碳密度及其分配特征, 并运用空间代替时间的方法, 阐明了乔木层、土壤层和总碳密度随林龄增加的变化特征, 估算了两种森林生态系统的固碳速率。结果表明, 榆树疏林乔木层和土壤层平均碳含量都低于小叶杨人工林, 榆树疏林生态系统总碳密度是小叶杨人工林的1/2。两种森林生态系统的总碳密度中, 乔木层碳密度和土壤层碳密度总占比98%以上; 土壤层与植被层碳密度的比值随林龄的增加而降低, 过熟林时该比值分别为1.66 (榆树疏林)和1.87 (小叶杨人工林); 榆树疏林和小叶杨人工林的乔木层、土壤层和生态系统的总碳密度随林龄的增加而增加, 其中乔木层碳密度及榆树疏林总碳密度与林龄均呈现出显著的线性正相关关系。小叶杨人工林乔木层的固碳速率约为榆树疏林的5倍, 榆树疏林生态系统和小叶杨人工林生态系统的总固碳速率分别为0.81 Mg C·hm^-2·a^-1和5.35 Mg C·hm^-2·a^-1。这一研究结果有利于估算沙地森林生态系统的碳储量, 为区域生态环境恢复和增加碳汇的政策制定提供依据。     

Carbon density characteristics of sparse Ulmus pumila forest and Populus simonii plantation in Onqin Daga Sandy Land and their relationships with stand age

Aims
Sparse Ulmus pumila forest is an intrazonal vegetation in Onqin Daga Sandy Land, while Populus simonii has been widely planted for windbreak and sand dune stabilization in the same region. Our objective was to compare the differences in carbon (C) density of these two forests and their relationships with stand age.
Methods
We measured the C content of tree organs (leaf, twig, stem, and root), herb layers (above ground vegetation and below ground root) and soil layers (up to 100 cm) in sparse Ulmus pumila forests and Populus simonii plantations of different stand ages, and then computed C density and their proportions in total ecosystem carbon density. In addition, we illustrated the variation in carbon density-stand age relationship for tree layer, soil layer and whole ecosystem. We finally estimated the C sequestration rates for these two forests by the space-for-time substitution approach.
Important findings
The average C contents of tree layer and soil layer for sparse Ulmus pumila forests were lower than those for Populus simonii plantations. The total C density of sparse Ulmus pumila forests was half of that of Populus simonii plantations. The carbon density of soil and tree layers accounted for more than 98% of ecosystem C density in the two forests. Irrespective of forest type, the C density ratios of soil to vegetation decreased with stand age. This ratio was 1.66 for sparse Ulmus pumila forests and 1.87 for Populus simonii plantations when they were over-matured. The C density of tree layer, soil layer, and total ecosystem in both forests increased along forest development. There were significantly positive correlations between tree layer’s C density and stand age in both forests and between the total ecosystem C density of sparse Ulmus pumila forests and stand age. The C sequestration rate of tree layer was 5-fold higher in Populus simonii plantation than in sparse Ulmus pumila forest. The ecosystem-level C sequestration rate was 0.81 Mg C·hm^-2·a^-1 for sparse Ulmus pumila forest and 5.35 Mg C·hm^-2·a^-1 for Populus simonii plantation. These findings have implications for C stock estimation of sandy land forest ecosystems and policy-making of ecological restoration and C sink enhancement in the studied area.     

中亚热带典型人工林土壤酶活性及其化学计量特征

以中亚热带典型的马尾松林、湿地松林和马尾松-木荷混交林(针阔混交林)为研究对象,分析不同林分类型下0～10和10～20 cm土层的β-D-葡萄糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)、多酚氧化酶(POX)、过氧化物酶(POD)6种土壤酶活性,以及酶化学计量比及土壤理化性质特征,分析驱动中亚热带典型林分类型土壤酶活性及其计量比变异的主要因素。结果表明: 林分类型显著影响了土壤BG和LAP活性,表现为湿地松林10～20 cm土层土壤BG显著高于马尾松林,而LAP在马尾松林最高;湿地松林10～20 cm土层土壤BG/(NAG+LAP)、BG/AP显著高于马尾松林,而马尾松林(NAG+LAP)/AP显著高于湿地松林和针阔混交林;林分类型间酶化学计量的向量长度在10～20 cm土层差异显著,表现为湿地松林>针阔混交林>马尾松林。3种人工林酶化学计量的向量角度均大于45°,其中在湿地松林10～20 cm土层向量角度显著大于马尾松林。冗余分析表明,土壤碳质量指数和有机碳与全磷的比值(C/P)以及土壤含水量和C/P分别是0～10和10～20 cm土层土壤酶活性及其化学计量的关键影响因素,土壤碳和磷的数量和质量,以及土壤含水量在调节中亚热带人工林生态系统养分循环中发挥关键作用。