不同人工林生态系统林地土壤质量评价

利用定位研究方法,综合比较了第2代连栽杉木纯林、杉木与阔叶树混交林以及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量的影响．结果表明,与连栽杉木纯林相比,在杉阔混交和阔叶树轮栽两种经营模式下,土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高．利用土壤质量评价体系在对土壤功能评价的基础上,直观评价了3种经营模式的土壤质量状况．在研究区内,杉木与阔叶树混交以及阔叶树轮栽的水分有效性、养分有效性和根系适宜性以及最终的土壤质量指数均处于中等水平,而连栽杉木林的水分有效性、养分有效性和根系适宜性较差,土壤质量指数处于较低水平．总有机C、阳离子交换量和微生物生物量C与其它土壤理化性质和生物学性质之间明显相关,可将其作为研究区土壤质量的指示指标;土壤微生物生物量C、N、P与土壤总有机C、土壤全N、土壤全P含量之间也存在较好的相关性。     

杉木与固氮和非固氮树种混交对林地土壤质量和土壤水化学的影响

第 1代人工杉木林皆伐后 ,3种不同的经营模式 ,即连载杉木纯林、杉木与固 N阔叶树混交林和杉木与非固 N阔叶树混交林 ,对林地土壤质量和土壤水化学的影响进行了比较。结果表明 ,在杉树与阔叶树混交经营模式下 ,土壤养分含量增加 ,物理性状改善 ,土壤生物活性提高 ,微生物商 (Cmic:Corg)上升 ,代谢商 (q CO2 )稍有下降 ,但杉木与固 N树种的混交对土壤质量的改善效果比杉木与非固 N树种混交好 ;相反 ,杉木连载只能导致林地土壤质量的逐渐恶化 ;土壤溶液中 ,主要来自于大气中的一些离子浓度 ,如 SO2 - 4,Cl- ,Na 和 Mg2 ,在杉木纯林中显著高于混交林 ,而主要受系统内影响较大的一些离子 ,如 K 和NH 4,NO- 3,在经营模式间变异较小 ;H 和 Al3 浓度也是杉木纯林比混交林高。另外 ,研究结果还表明 ,总有机 C、CEC和微生物 C与其它土壤理化性质与生物学性质之间存在着较好的相关性 ,所以可以将总有机 C、CEC和微生物 C作为红黄壤地区亚热带人工林土壤质量的指示指标     

混交对亚热带针叶树根际土壤氮矿化和微生物特性的影响

混交阔叶树是退化红壤区针叶林改造的重要措施之一，土壤养分供应和转化是评价混交效应的重要参数，但混交后针叶树根际土壤氮矿化特征及其影响因素还不清楚。选取退化红壤区马尾松（Pinus massoniana Lamb.）纯林、湿地松（Pinus elliottii Engelmann）纯林及其补植木荷（Schima superba Gardn.et Champ.）形成的马-木混交林和湿-木混交林为研究对象，采集4种林分下针叶树根际土壤，测定速效养分含量、氮矿化速率、氮水解酶活性和微生物磷脂脂肪酸含量，探究混交对针叶树根际土壤氮供应及微生物特性的影响，分析土壤氮矿化和微生物特性间的相关性。结果表明：混交显著增加了针叶树根际土壤铵态氮，矿质氮和有效磷含量，而对硝态氮影响不显著。根际土壤氮矿化以硝化作用为主，混交后针叶树根际土壤氨化速率降低了27.0%，硝化速率增加了55.4%，而最终净氮矿化速率增加了24.1%。两个树种间，马尾松根际土壤矿质氮含量和净氮矿化速率显著高于湿地松。针叶树根际土壤真菌、丛枝菌根真菌，总微生物生物量及真菌/细菌比在混交后显著增加，且马尾松根际土壤总微生物和真菌生物量分别比湿地松高18.9%和27.0%。同时，针叶树根际土壤β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性在混交后显著增强，且根际土壤硝化速率和净氮矿化速率与微生物指标和酶活性正相关。总的来说，混交阔叶树显著提高了针叶树根际土壤氮供应，以此应对阔叶树混交后带来的养分竞争压力，而马尾松倾向于积极性的应对策略，通过增加土壤氮矿化以适应外界环境改变。     

杉木连栽土壤对其幼树生长的影响

在会同林区采用３种不同连栽杉木次数的土壤,进行杉木幼树盆栽试验．结果表明,杉木连栽不利其幼树生长．连裁使幼树高生长下降３７—４０％,基径下降１９—２８％,冠幅下降２１—２９％,总生物量减少４５—５０％．杉木连栽还造成土壤养分递减,即腐殖质减少７—２８％,速效养分下降２３—２８％,土壤微生物数量和活性也大大降低．因此,杉木纯林连栽经营方式应尽快改变．     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分,与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时,土壤微生物也与植物争夺营养元素,在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析,发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林,且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低,土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型;热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定,而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树;而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时,土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异;但是在夏季和秋季,针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说,森林类型是主要的显著影响因子,季节不是显著影响因子,暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

杉木、火力楠纯林及其混交林生态系统C、N贮量

研究比较第2代连载杉木纯林、杉木与火力楠混交林以及火力楠纯林3种人工林生态系统的C、N贮量。结果表明,杉木与火力楠混交林生态系统C贮量要高于杉木纯林和火力楠纯林,而生态系统N贮量是火力楠纯林和杉木与火力楠混交林高于杉木纯林;生态系统C和N贮量的空间分布基本一致,土壤层占主要部分,其次为乔木层,再次是根系,林下植被层和凋落层所占比例最小;相关分析表明,土壤C、N贮量分别和林下植被生物量以及与森林凋落物现存量之间都具有良好的线性关系,说明林下植被和森林凋落物对土壤C、N贮量有着深刻的影响。     

土地利用方式对西双版纳热带森林土壤微生物生物量碳的影响

2006年1月至2007年9月,通过去除凋落物和切根控制试验,研究了热带森林不同土地利用方式(次生林/橡胶林)对西双版纳热带森林土壤微生物生物量碳的影响.结果表明:次生林转变为橡胶林后,土壤养分及植物碳输入均明显减少,土壤微生物生物量碳显著降低;两种林型雨季土壤微生物生物量碳均高于干季,其中次生林土壤微生物生物量碳与土壤温度呈显著正相关,而橡胶林则与土壤湿度呈正相关关系;次生林土壤微生物生物量碳受植物根系养分输入的调控,地上凋落物数量的影响较小,土壤微生物生物量碳与细根生物量及其C、N输入量呈显著正相关;橡胶林细根生物量及其C、N输入量,以及地上凋落物均未显著影响土壤微生物生物量碳.橡胶种植导致土壤养分含量和土壤pH值降低,加上严重的人为干扰,土壤微生物生物量碳减少,且其调控因素发生显著变化,最终可能影响土壤的其他生态过程.     

杉楠混交与人工杉木林自养机制的恢复

自养机制的形成是人工林可持续经营的目标之一.本研究通过混交模拟杉木人工林不同恢复阶段林分,观察比较发现从退化的杉木林阶段到地带性树种比例较低的混交林、地带性树种比例较高的混交林和地带性树种纯林阶段凋落量、N、P、K、Ca和Mg5种元素的归还量逐渐增加,特别是5种养分元素的循环速率也不断增大,其中N、Mg的循环速率由杉木纯林的0.1左右增大到火力楠纯林的0.5以上,与此同时林分土壤有机质含量和养分含量也不断增加,表明退化杉木人工林在恢复过程中随着林内地带性火力楠树种混交比例的增加,林分的自养机制逐渐获得重建.从杉木人工林可持续经营角度来看,杉阔混交比例的确定应以林分自养机制的形成和土壤养分状况的改善为标准.     

人工油松林（Pinus tabulaeformis）恢复过程中土壤微生物生物量C、N的变化特征

采用时空替代法,选取15a（PF15）、25a（PF25）、30a（PF30）的人工油松林作为样地,并选取灌丛作为参考植被,研究了植被恢复过程中土壤微生物生物量C、N以及土壤养分的变化特征,同时探讨了它们之间的相互关系。研究结果表明随着恢复的进行,土壤质量得到了改善,主要表现为有机碳、全氮、粘粒含量、土壤含水量的上升和pH值、容重的下降。土壤微生物生物量C、N分别在155.00~885.64mg/kg和33.73~237.40mg/kg的范围内变化。土壤微生物生物量C、N在植被恢复的初期显著低于灌丛,而后随着恢复的进行逐步增长。土壤微生物生物量C、N与植被恢复时间的相关性没有达到统计学上的显著水平,但是土壤微生物生物量C与土壤有机碳、全氮、全磷呈显著正相关,这表明植被恢复过程中土壤微生物生物量与土壤养分状况关系密切,植被恢复通过改善土壤养分状况间接地影响土壤微生物生物量的变化。Cmic/TOC在1.38%~4.75%的范围内变化。Cmic/TOC随着植被恢复不断下降,Cmic/TOC与植被恢复时间和土壤有机碳呈显著负相关,这表明植被恢复过程中,惰性有机质积累导致供应土壤微生物的活性有机质减少,Cmic/TOC同时受土壤有机质的数量和质量影响。     

长期施用化肥、猪粪和稻草对红壤水稻土化学和生物化学性质的影响

2005年和2007年分别从望城县已建立27年的肥力定位试验田内采集土壤样品,测定土壤有机碳（TOC）、全N、速效N、速效P、微生物生物量碳、氮（C_mic、N_mic）及土壤呼吸和酶活性,研究长期施用化肥、猪粪和稻草对土壤化学和生物化学性质的影响.结果表明：长期施用化肥、猪粪和稻草处理的土壤pH值与试验前相比均有所下降,电导率（EC）变化不大.化肥与猪粪、稻草配施处理的TOC、全N、速效N、速效P、土壤呼吸、C_mic、N_mic和酶活性均高于不施肥（CK）和单施化肥处理;化肥与猪粪、稻草配施处理的水稻产量也高于单施化肥处理.在研究期间,NK化肥与猪粪、NPK化肥与稻草配施处理 的C_mic/TOC大于相应的单施化肥处理.各处理土壤生物化学性质与TOC和养分含量呈正相关(P<0.01).猪粪、稻草与化肥长期配合施用能显著改善土壤化学和生物化学性质,提高土壤质量和土壤肥力.     

华南典型人工林土壤有机碳库及其稳定性特征研究

研究了华南地区4种25年林龄的典型人工林土壤有机碳库及其稳定性特征。测定了林内0～10 cm和10～20 cm层土壤的有机碳(Total organic carbon,TOC)含量、易分解碳库/稳定性碳库大小以及土壤微生物生物量碳。结果表明,4种林型土壤TOC含量为:马占相思林大叶相思林湿地松林荷木林,其中豆科人工林(马占相思和大叶相思林)的TOC含量显著高于非豆科人工林(湿地松和荷木林)。在表土层(0～10 cm),荷木林易分解碳库最大(7.80 mg g-1),易分解性碳潜在周转时间最短(49 d),马占相思林易分解碳库最小(2.14 mg g-1),占总碳量也最小(8.63%),说明马占相思林土壤有机碳库比其它人工林具有更好的稳定性。4种人工林表土层土壤微生物量碳含量为马占相思林湿地松林大叶相思林荷木林,马占相思林显著高于其它3种人工林,表土层微生物量碳含量格局与土壤有机碳含量相似,较高的微生物量有利于更多的枯枝落叶转化为土壤有机碳。在亚表土层(10～20 cm),大叶相思林土壤微生物量碳最大,马占相思林最小,与表土层的格局相反,但亚表土层微生物碳总含量并不高。因而,人工林土壤有机碳积累水平与土壤有机碳的稳定性及表层土壤微生物量有关。     

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。     

施肥对雷竹林土壤活性有机碳的影响

采用重施肥料试验研究了不同重施肥习惯对雷竹林土壤碳库产生的影响,结果表明,各有机肥、化肥混合处理土壤总有机碳(TOC)、水溶性碳(WSOC)、微生物量碳(MBC)、矿化态碳(MC)及WSOC/TOC、MBC/TOC和MC/TOC均显著或极显著高于单施化肥各处理.3个有机肥、化肥混施处理中,随着有机肥用量减少,TOC、WSOC、MBC和MBC/TOC显著下降,有机肥用量减少一半,上述各类碳分别下降10.75%、12.02%、30.94%和22.61%.单施化肥处理中,氮素用量超过1009.5 kg·hm^-2·年^-1会使土壤WSOC、MBC、MBC/TOC明显降低.雷竹土壤TOC、WSOC、MBC和MC两两之间相关性均达显著或极显著水平,进一步通过6个处理变异系数分析发现,土壤MBC、MBC/TOC是衡量雷竹土壤碳库质量的最佳指标.     

南亚热带乡土树种人工纯林及混交林土壤微生物群落结构

以我国南亚热带格木、马尾松人工纯林及二者混交林林地土壤为对象,运用磷脂脂肪酸(PLFAs)法研究了3种人工林土壤微生物生物量和群落结构特征.结果表明: 旱季土壤微生物的PLFAs总量及各菌群的PLFAs量显著高于雨季.旱季土壤微生物的PLFAs总量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、放线菌PLFAs量均为马尾松人工林最高,混交林次之,格木林最低;而雨季格木人工林土壤微生物的PLFAs总量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、丛枝菌根真菌PLFAs量高于混交林,并显著高于马尾松人工林.主成分分析表明,土壤微生物群落结构组成受林分类型和季节的双重影响.冗余分析表明,土壤温湿度、pH值、全氮及铵态氮含量与特征磷脂脂肪酸之间呈显著相关关系.在全年水平上,混交林土壤真菌/细菌比值始终高于格木林和马尾松林,表明格木与马尾松混交更有利于提高土壤生态系统的稳定性.     

杉木人工林土壤微生物生物量碳氮特征及其与土壤养分的关系

研究了湖南会同红黄壤区杉木人工林和常绿阔叶林土壤微生物量和养分状况.结果表明,该区杉木人工林取代地带性常绿阔叶林和杉木连栽后,土壤微生物碳、氮和土壤养分含量下降,土壤严重退化.在0～10 cm土层内,常绿阔叶林土壤微生物碳和氮含量为800.5和84.5 mg·kg^-1,分别是第1代杉木林的1.90和1.03倍、第2代杉木林的2.16和1.27倍;在10～20 cm土层内,常绿阔叶林土壤微生物碳和氮含量为475.4和63.3 mg·kg^-1,分别是第1代杉木纯林的1.86、1.60倍和第2代杉木林的2.11和1.76倍.在0～10 cm 和10～20cm土层内,杉木人工林取代常绿阔叶林和杉木栽植代数增加后,土壤全氮、全钾、铵态氮和速效钾含量均明显降低,但差异并不显著.人工杉木林林分组成单一,其凋落物分解慢、归还养分数量少;炼山等造成的表土流失是杉木人工林土壤微生物量和养分库退化的重要原因.土壤微生物碳与土壤全氮、铵态氮、全钾和速效钾含量呈极显著的正相关,土壤微生物氮与土壤养分含量也达到极显著水平.     

栓皮栎人工林灌木层植物多样性的空间分布及其与光环境的关系

采用地统计学方法,对栓皮栎纯林和栓皮栎-侧柏混交林2种林分类型灌木层植物物种多样性空间异质性及其与光环境的关系进行研究。结果表明: 栓皮栎纯林灌木层植物Shannon(H)、Simpson(D_s)、Margalef(M_a)物种多样性指数均显著小于栓皮栎-侧柏混交林。栓皮栎纯林灌木层植物物种多样性指数的变程和空间自相关距离均大于栓皮栎-侧柏混交林,其空间均一性较差,空间依赖性较强。栓皮栎纯林灌木层植物H、D_s、M_a结构比为44.2%～49.7%,具有中等强度的空间自相关性;栓皮栎-侧柏混交林中H、D_s、M_a结构比为1.5%～3.3%,具有强烈的空间自相关性。栓皮栎纯林灌木层植物物种多样性指数的空间分布主要呈明显的条带状梯度变化,而栓皮栎-侧柏混交林则呈明显的斑块状梯度变化,说明栓皮栎混交林灌木层植物较栓皮栎纯林空间连续性差,空间变异更为显著。相关与逐步回归分析表明,对栓皮栎纯林和栓皮栎-侧柏混交林灌木层植物多样性影响最为显著的光环境指标分别是林下总光照和冠层开度,冠层结构所形成的光环境在维持及形成灌木层植物多样性方面起到重要作用。     

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。     

菜园土壤微生物生态特征与土壤理化性质的关系

对广州白云区64个菜园土壤样本的研究表明,微生物碳与土壤全氮、碱解氮、有效钾、阳离子交换量和有机质,微生物氮与土壤全氮、全磷、阳离子交换量及有机质,土壤基础呼吸与土壤全氮、碱解氮、全钾、阳离子交换量及有机质,AWCD值与全氮及有机质含量,以及Shannon多样性指数与全氮和阳离子交换量均呈显著正相关关系.较低的碱解氮含量使土壤微生物碳、土壤基础呼吸和呼吸商的值升高,过高的碱解氮则使呼吸商下降;过高的土壤有效磷降低微生物碳、微生物氮和微生物呼吸商.有效磷/碱解氮比值过高降低了土壤微生物碳、微生物氮、微生物碳氮比及土壤基础呼吸.土壤微生物生态特征与土壤理化性质关系密切,有效养分过高及养分比例不适当对土壤微生物均存在不利影响.