冰雪灾害对粤北杉木林土壤物理性质的影响

2008 年1 月至2 月, 雨雪冰冻天气袭击广东粤北地区。冻雨在枝叶上形成冰柱, 造成大量的折干残体。冰雪灾害对森林土壤的影响是森林恢复和管理的关键所在, 然而对灾害引起土壤物理性质的变化研究甚少。为了研究冰雪灾害对土壤物理性质的影响, 在粤北乐昌林场杉木林内建立三个面积为20 m×20 m 的固定标准地, 分别在标准地中心以及四个角采集上土层(0-20 cm)和下土层(20-40 cm)的土样, 测定土壤物理性质: 土壤容重、毛管持水量、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和通气孔隙度。研究结果表明: 与2008 年相比, 2011 年杉木林地土壤容重降低, 而土壤毛管持水量、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和通气孔隙度均升高, 说明冰雪灾害对土壤物理性质有重要影响。     

长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质

对长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质进行了观测和对比分析.结果表明:两种森林类型的土壤容重和各种孔隙度随土壤深度的变化趋势相同,即随着土壤深度的增加,容重和毛管孔隙度逐渐增加,总孔隙度和非毛管孔隙度逐渐降低;两种森林类型土壤物理性质的差异比较明显,阔叶红松林0～100 cm土层的平均土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别为1.41 g·cm^-3、52.31%、46.11%和6.20%,暗针叶林地土壤分别为0.98 g·cm^-3、50.65%、40.32%和10.33%;阔叶红松林和暗针叶林地土壤100 cm土层贮水能力相差较大,分别为619.89和1 033.05 t·hm^-2.两种森林类型的土壤水分特征曲线与一般土壤水分特征曲线相一致.     

西藏色季拉山土壤物理性质垂直地带性

以色季拉山为代表的藏东南高原山地的水土流失已成为区域生态环境的重要问题。对色季拉山不同海拔梯度土壤物理性质进行分析,结果表明:(1)除海拔3600、4200m外,土壤容重随土层深度增加而增大;总孔隙度、毛管孔隙度随土层深度增加而减小;非毛管孔隙度随土层变化无明显规律;饱和含水率、毛管含水率、田间持水率均随土层深度增加而减小。(2)不同海拔梯度,土壤容重总均值、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度变化范围分别为:0.58—1.10g/cm~3、57.00%—72.47%、53.33%—67.59%和3.20%—4.87%。饱和含水率、毛管含水率、渗透性具有相同规律,均为3800、3400m处最大,3200m和3600m处最小,4000—4600m居中,田间持水率随海拔梯度变化呈M型波动性趋势。(3)土壤物理性质具有较强的空间异质性,各指标间有明显的空间自相关现象。土壤物理性质各指标在不同土层和海拔间有较明显的差异性,人为干扰也是导致土壤物理性质空间异质性的重要原因。(4)总体上,色季拉山表层土壤(0—10cm)物理结构优于深层次(10—30cm)土壤;3200m和3600m处最差,4000—4600m居中,3400—3800m最佳。研究结果提示,以色季拉山为代表的藏东南原始森林地带,土壤结构脆弱,为保持水土,应防止旅游和森林生产经营的过度开发。     

华南热带区不同恢复阶段人工林土壤持水能力研究

选择华南热带区小良试验站中光裸地、桉树林、阔叶混交林和村边次生林4种不同恢复阶段的植被类型,测定不同层次的土壤容重、持水量、孔隙度等参数。结果表明：光裸地土质结实,容重在1.5 g cm-3以上;种植桉树后如果长期人为去除地表枯落物,其地表更为板结,土壤持水能力极差。桉树林改造为阔叶混交林后,0~40 cm土层的容重均低于1.3 g cm-3,土壤总孔隙度为46.1%~51.4%,非毛管孔隙度15.0%~22.7%,土壤持水能力明显优于光裸地和桉树林。混交林土壤0~40 cm层次的最大蓄水量达到1892 t hm-2,比光裸地和桉树林分别多269 t hm-2和418 t hm-2。村边次生林土壤容重最低,表层(0~10 cm)仅1.07 g cm-3,土壤总孔隙度为58%,土壤最大持水量可达538 g kg-1,均明显优于阔叶混交林。光裸地在26年间容重下降了27.7%,但其容重仍较大,阔叶混交林土壤由于系统功能的整体改善,土壤也变得更疏松,土壤持水能力有较大幅度提高,而桉树林土壤长期保持板结状态,土壤持水能力变化不大。建立种类多样、结构复杂的人工林可以显著增强地表水的入渗能力和土壤持水能力。     

川中丘陵区土地利用方式对土壤理化性质影响的灰色关联分析

以川中丘陵区小流域为研究对象,研究了坡耕地、坡改梯、甜橙林和水保林4种土地利用方式以及裸地(对照)对0～10和10～20 cm土壤容重、土壤孔隙度及土壤养分含量的影响.结果表明: 同一土地利用方式下,毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾随土层加深而减小,而土壤容重则相反,全钾层间差异不大.相同土层甜橙林毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、全磷、有效磷含量最大,容重最小,水保林全氮、碱解氮含量最高,水保林0～10 cm土层的有机质含量最高,甜橙林10～20 cm土层的有机质含量最高.0～10 cm土层,灰色关联度从大到小依次为水保林(0.9441)、甜橙林(0.8858)、梯平地(0.6300)、裸地(0.5397)、缓坡耕地(0.4714);10～20 cm土层,灰色关联度依次为水保林(0.8919)、甜橙林(0.8401)、梯平地(0.5773)、裸地(0.5301)、缓坡耕地(0.5175).水保林改善土壤理化性质作用最佳,缓坡耕地改良效果最差.     

玛纳斯河流域扇缘带不同植被类型下土壤物理性质

对生长在玛纳斯河流域扇缘带上的柽柳、盐穗木、白刺、猪毛菜4种植被类型下的土壤物理性质进行了研究.结果表明:在水平方向上,1m剖面内柽柳土壤pH值、全盐含量、土壤容重最小,分别为8.75、0.97g/kg和1.42g/cm3;土壤有机质、含水率、总孔隙度、毛管孔隙度均最大,分别为9.04 g/kg、16.67％、45.57％和36.18％,表明柽柳能够显著降低土壤盐分,改善土壤结构.沿垂直剖面,4种植被类型在表层0-20 cm土壤盐分均达到最高,出现盐分“表聚”现象而形成“盐霜”;随着土层深度增加,含水率和土壤容重均呈显著性升高,土壤有机质、田间持水量、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均呈显著性降低(P＜0.05).相关性分析显示,土壤有机质是引起其他土壤物理性质变化的主要原因.相比空裸地,4种植被覆盖类型1 m剖面内土壤有机质、总孔隙度和毛管孔隙度均呈显著性提高,土壤容重显著性降低,有机质分别提高了162.94％、82.94％、85.59％和27.94％,总孔隙度分别提高了44.90％、20.83％、36.06％和15.80％,毛管孔隙度分别提高了58.27％、30.71％、43.48％和25.72％,土壤容重分别降低了18.86％、10.86％、17.14％和7.43％,表明干旱荒漠区盐碱土上生长的不同盐生植物能够显著改善土壤质量.     

干旱荒漠区煤矸石山覆土区土壤水分物理性质的空间异质性

基于网格取样(20 m×20 m),采用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究了干旱荒漠区煤矸石山表层(0~5 cm)土壤水分物理性质的空间异质性和分布格局。结果表明:研究区土壤容重、毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度、饱和含水量表现为弱变异,土壤含水率表现为中等变异。除土壤容重的最佳拟合模型为高斯模型外,其余指标的最佳拟合模型均为指数模型;土壤容重和含水率的块基比[C₀/(C₀+C)]较小,空间自相关性强烈;土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度和土壤饱和含水量则表现为中等的空间自相关性;土壤容重与毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度、饱和含水量呈极显著负相关,土壤含水率与其余指标没有显著的相关关系;土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度及饱和含水量两两之间呈极显著正相关关系;Kringing等值线图表明,土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度和饱和含水量分布类似,高值集中在坡中部及下部左侧,土壤容重则与之相反,土壤含水率的大小主要受坡位的影响,由坡上向坡下增大。建议干旱荒漠区煤矸石山覆土区在人工植被恢复时应采取整地措施,疏松根区土壤;在植被恢复初期,应适当提高坡上部的灌水量,以改善煤矸石山覆土区土壤水分状况,为植被恢复营造均一、良好的土壤水分物理条件。     

上海外环线绿地群落凋落物对土壤水分物理性质的影响

选取上海外环线绿化带8个人工植物群落为对象,以裸地为对照,研究了凋落物量、土壤孔隙性状和持水特性,探讨了城市绿地群落凋落物对土壤水分物理性质的影响.结果表明:各群落0～10 cm土壤的最大持水量、毛管持水量、最小持水量、质量含水量、体积含水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度和土壤通气度均显著高于裸地(P<0.05),而容重均显著低于裸地(P<0.05);10～20 am土壤水分物理性质差异不显著;凋落物年凋落量与绿地群落0～10 cm土壤毛管孔隙度呈显著负相关,而与绿地群落0～10 cm土壤持水特性相关性均不显著;凋落物现存量与绿地群落0～10 cm土壤总孔隙度和通气度呈显著正相关,与0～10 cm土壤容重呈显著负相关;而凋落物年凋落量、现存量与绿地群落10～20 cm土壤水分物理性质相关性均不显著;绿地群落凋落物蓄积能有效改善绿地群落内表层土壤(0～10 cm)水分物理性质,主要是改良土壤孔隙状况;在绿地养护中应保留绿地群落凋落物.     

甘肃兴隆山森林演替过程中的土壤理化性质

在森林群落恢复演替过程中,由于森林类型及其所处立地环境不同,森林与土壤相互作用过程具有复杂性。以甘肃兴隆山6种森林类型(青杄林、青杄-白桦林、山杨-白桦林、灌丛林、落叶松林和油松林)0—60 cm土壤层为研究对象,探讨森林恢复演替过程中土壤理化性质的变化规律,旨在为该区域退化森林生态系统恢复与重建提供依据。结果表明:1)在土壤剖面上,兴隆山森林土壤容重随深度的增加而逐渐增大,总孔隙度、毛管孔隙度、自然含水量、最大持水量、毛管持水量、田间持水量均随深度的增加而减小;pH值差异不显著,无明显变化规律;土壤有机质、全N、水解N、有效P、速效K均随深度的增加而变小,表聚效应明显;全P差异不显著,呈"圆柱体"分布模式;2)在森林恢复演替过程中,天然林容重、孔隙度、持水能力、渗透性明显好于人工林,随森林正向演替的进行,天然林容重不断减少,孔隙度明显改善,通透性能不断增强,而人工林土壤物理性质出现明显退化现象;天然林pH值在演替方向上并未表现出酸化现象;天然林土壤有机质、全N、水解N、有效P和速效K变化规律不明显,但总的变化趋势为先增加后减小;3)有机质与全N、水解N、最大持水量、毛管持水量、田间持水量呈显著正相关,而与容重呈显著负相关;全N与水解N呈显著正相关;土壤有机质在改善土壤理化性质和促进养分循环方面具有重要作用,已成为植被恢复过程中土壤变化的一个重要标志。     

贝壳堤岛3种植被类型的土壤颗粒分形及水分生态特征

运用土壤粒径质量分布原理与分形学理论,以黄河三角洲贝壳堤岛的3种植被类型为研究对象,以裸地为对照,测定分析土壤颗粒分形维数、粒径组成和水分物理参数,探讨不同植被类型的土壤颗粒分形特征及其影响因素。结果表明：贝壳砂土壤中粗砂粒含量最高;其次是细砂粒,而石砾和粉粘粒含量较低。灌木林地和草地具有降低石砾、粗砂粒,增加细砂粒和粉粘粒含量的作用。不同植被类型土壤颗粒分形维数均值在1.5845－1.9157之间,大小依次为酸枣林、杠柳林和草地,表层高于20－40cm土层。酸枣林、杠柳林及草地0－40cm土壤容重均值分别比裸地低23.87%,14.51%和10.47%;总孔隙度均值分别比裸地增加16.96%,16.71%和1.31%。植被恢复措施对贝壳砂表层的孔隙结构、疏松程度改善较好,草地及灌木林地的蓄水性能均表现为0－20cm高于20－40cm。土壤颗粒分形维数与粉粘粒含量、毛管孔隙度、总孔隙度、饱和蓄水量、吸持蓄水量等呈极显著正相关,与细砂粒含量呈显著正相关,与粗砂粒含量和容重呈极显著负相关,与石砾含量、非毛管孔隙度、滞留蓄水量的相关性不大。从土壤分形维数及其水分生态特征来看,贝壳堤岛3种植被类型的改良土壤物理性质及蓄水保土功能表现为灌木林好于草地,其中酸枣林好于杠柳林,0－20cm好于20－40cm土层。     

瓦屋山扁刺栲-中华木荷常绿阔叶次生林土壤有机碳组分特征

次生林在全球碳循环中占有重要地位,为了研究中国中亚热带次生林土壤有机碳组分特征,以四川瓦屋山中山段扁刺栲-中华木荷常绿阔叶次生林为对象,通过挖取土壤剖面分层(0—10、10—40、40—70 cm和70—100 cm)取样方式,研究土壤各有机碳组分特征。结果表明:土壤有机碳、微生物生物量碳、可浸提溶解性有机碳和易氧化碳含量均随土层深度增加而减小,0—10 cm土层有机碳含量为121.89 g/kg,高于已报道的亚热带其他常绿阔叶林和四川各类森林;0—10 cm层微生物生物量碳含量为1931.82 mg/kg,可浸提溶解性有机碳含量为697.42 mg/kg,易氧化碳含量为20.98 g/kg,高于已报道的许多相似天然林和人工林活性碳含量。土壤有机碳储量为154.87 t/hm2,在四川省各类森林中处于中等水平。研究表明瓦屋山扁刺栲-中华木荷常绿阔叶次生林活性碳含量较大,微生物活动和养分流动较为活跃,凋落物层转化为土壤碳的潜力较大,这类生态系统可能会在区域碳循环过程中扮演更为重要的角色。     

沙质草地营造樟子松林后土壤容重的变化及其影响因子

采用野外调查和室内试验相结合,以辽宁省章古台地区不同生长阶段(包括幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林)的20块樟子松人工固沙林样地(以临近的7块天然草地为对照)为研究对象,研究了沙质草地营造樟子松人工林后不同生长阶段0—100 cm土层土壤容重的变化及其影响因子。结果表明:天然沙质草地营造樟子松人工固沙林后,不同生长阶段樟子松林在0—10 cm土层土壤容重变化的变异系数为78%,其他土层变异系数范围为1.08%—4.35%。随着樟子松人工林林龄的增加,土壤容重变化量在0—20 cm和60—100 cm层逐渐降低,在20—60 cm层先降低,到37年左右后逐渐升高,过熟林较成熟林显著增大。林龄对不同土层容重变化的决定系数由大到小依次为40—60、60—80、20—40、10—20、0—10、80—100 cm层。土壤容重变化在60—80 cm层与土壤粗颗粒(粒径0.05 mm)含量、在0—10、20—40 cm和60—80 cm层与土壤全氮含量、在0—10、20—60 cm和80—100 cm层与土壤全磷含量、在20—40 cm和80—100 cm层与土壤全钾含量显著负相关,且土壤全氮和全磷含量对土壤容重的影响效果随土层深度的增加逐渐降低,土壤容重变化在10—20 cm层与土壤含水率、在20—40 cm层与土壤有机碳含量呈显著的正相关。总体上,沙质草地营造樟子松人工林可以改善土壤结构,提高土壤质量,建议采取封育禁牧等营林措施增加樟子松林下枯落物积累,提高土壤养分含量,同时对37年樟子松人工林逐渐进行更新。     

川西亚高山三种森林恢复途径对土壤生物有效磷的影响

土壤生物有效磷在提高森林生产力和生物地球化学循环中起着至关重要的作用,研究不同森林恢复途径对土壤生物有效磷的影响对于退化森林的适应性恢复和可持续经营具有重要意义。选取川西亚高山不同恢复途径下形成的3种森林类型,即粗枝云杉人工林（人工种植,PF）、岷江冷杉-红桦天然次生林（自然更新,NF）和粗枝云杉阔叶混交林（人工种植后自然更新,MF）,采用基于生物有效性的土壤磷分级方法测定土壤生物有效磷（CaCl₂-P、Citrate-P、Enzyme-P和HCl-P）,探究不同森林恢复途径对土壤生物有效磷的影响。结果表明：不同森林恢复途径对土壤生物有效磷影响显著（P<0.05）,NF和MF的土壤Citrate-P和Enzyme-P显著高于PF（P<0.05）,而PF的土壤HCl-P显著高于NF（P<0.05）。自然更新是3种森林恢复途径中最能提高土壤生物有效磷的方式。3种森林恢复途径下的土壤生物有效磷组分与速效磷均呈现显著的正相关关系,且NF的土壤速效磷与生物有效磷的相关性更强（CaCl₂-P除外）。显著影响NF土壤生物有效磷的土壤理化性质有全钾、铵态氮含量和pH值,且全钾对NF的土壤生物有效磷变异的解释程度最高（r²=0.63,P=0.001）。土壤pH值、钙和可溶性有机碳含量是显著影响MF土壤生物有效磷的主要土壤理化性质（P<0.05）。对PF的土壤生物有效磷具有显著影响的土壤理化性质是土壤有机碳、铁和可溶性有机碳含量。土壤理化性质对3种恢复途径下森林土壤生物有效磷的解释率均超过了80%,森林恢复途径对土壤生物有效磷的影响与土壤理化性质有关。     

亚热带不同树种土壤水源涵养功能

亚热带地区由于大面积的砍伐使天然林被人工林所代替,对森林土壤水源涵养功能造成了很大影响。树种可以通过自身特性来改变土壤物理结构进而影响土壤持水能力,因此合理选择树种对区域水源涵养具有重要意义。然而,立地条件的差异往往会对实验结果产生影响。为减少立地条件的差异,2012年2月在土壤发育和经营历史相同的林地上建立了中亚热带常见树种同质园。2019年8月测定了种植12个树种后不同土层(0—10、10—20、20—30、30—40 cm和40—50 cm)的土壤容重、含水量、总/毛管/非毛管孔隙度、最大/毛管/非毛管持水量和蓄水量。结果表明,种植不同树种7年后,土壤容重、含水量、总/毛管/非毛管孔隙度、最大/毛管/非毛管持水量和蓄水量均在表层(0—20 cm)土壤中差异显著,而在深层(20—50 cm)土壤中差异不显著。土壤孔隙度、持水量和蓄水量均与土壤容重呈显著负相关关系,而与土壤含水量呈显著正相关关系。与其他树种相比,种植鹅掌楸、枫香和全缘叶栾树等落叶阔叶树种可在较短时间内增加土壤孔隙度,提高土壤持水量和蓄水量。因此,在亚热带人工林经营管理中,可在杉木、马尾松纯林中适当引入鹅掌楸、枫香和全缘叶栾树等落叶阔叶树种,提升亚热带森林土壤水源涵养功能。     

亚热带5个生态系统土壤微生物学性质比较

为了解亚热带生态系统土壤微生物学特性,对疏草荒地(Barren grassland)、纯杉木林(Cunninghamia lanceolata forest)、纯樟树林(Cinnamomum camphora forest)、杉木樟树混交林(Cunninghamia lanceolata-Cinnamomum camphora mixed forest)和自然恢复地(Nature recovery)等5种生态系统土壤微生物学性质进行了分析。结果表明,在0~20、20~40和40~60 cm土层,纯樟树林、杉木樟树混交林和自然恢复地的土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸显著高于疏草荒地和纯杉木林(P0.05),而他们的代谢熵低于疏草荒地和纯杉木林(P0.05);随着土层深度的增加,不同生态系统的土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸显著减小(P0.05),代谢熵显著增大(P0.05)。土壤容重与土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸呈显著负相关(P0.05),与代谢熵呈显著正相关(P0.05);土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸均与土壤总孔隙度、土壤水稳性大团聚体、土壤有机碳、全氮、有效氮、有效磷呈极显著正相关(P0.01),代谢熵与土壤总孔隙度、土壤水稳性大团聚体、土壤有机碳、全氮、有效氮和有效磷呈显著负相关(P0.05)。因此,自然恢复地、纯樟树林和杉木樟树混交林对土壤质量的改善有明显促进作用,而疏草荒地和纯杉木林对土壤改良效果不明显。     

晋西黄土区人工林细根与土壤水碳的耦合关系

以晋西黄土区山西离石典型人工林刺槐、侧柏、核桃为研究对象,研究其深剖面（0-500 cm）细根参数、土壤水分和有机碳的分布特征,并以农地为对照,评价各人工林土壤水分亏缺和有机碳积累效应,在此基础上探讨三者的耦合关系。结果表明：（1）3种人工林土壤浅层（0-70 cm）细根累计生物量占整个土层的56%-71%,具有明显表聚性。（2）3种人工林土壤深层（70-500 cm）土壤水分亏缺效应均显著高于浅层（P < 0.05）,与农地相比,其亏缺值表现为：侧柏 > 核桃 > 刺槐。（3）3种人工林深层土壤有机碳密度占整个土层的77%-86%;与农地相比,侧柏和核桃土壤有机碳积累效应总体为正向积累作用,刺槐则相反。（4）在土壤浅层,细根参数与土壤水分和有机碳密度均有显著相关性,而在深层,细根主要与有机碳密度显著相关,与土壤水分的相关性仅在刺槐样地显著。晋西黄土区不同人工林深层细根分布有很大差异,且已对其深层土壤水分和有机碳的分布产生影响。综合来看,刺槐的细根分布已造成深层土壤水分亏缺,同时也不利于深层有机碳的积累。