不同代数杉木林养分积累和分布的比较研究

在全国杉木中心产区,选择不同栽植代数(1、2、3代)、不同年龄阶段(5、10、15、20年)、不同立地(14、16、18地位指数)的杉木人工林,进行不同栽植代数杉木林养分积累和分布的比较研究.结果表明,栽植代数对杉木林养分积累和分布有较大影响.随栽植代数增加,杉木林乔木层养分积累及养分利用效率均呈逐代递减趋势,表现为3代<2代<1代,而林下植被养分积累呈逐代增加趋势,2、3代杉木林乔木层养分积累分别比1代下降17.62%和36.28%,3代比2代下降22.65%,同时多代连栽杉木林养分利用效率下降,生产单位干物质所需养分增加,增加了杉木生长对林地肥力的压力,不利于林地肥力的维持,但有利于其林下植被的养分积累.     

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。     

连栽杉木林的根系研究

 本文通过对福建三明连栽杉木林的根系进行了调查研究。结果表明：连栽林地上的根系重量、组成、形态和分布发生较大的差异,第一代杉木林地的单株根量分别比第二代、第三代高出24.93%、49.69%,全林分别为31.93%、55.22%;第一代的杉木林根系的组成和分布较合理,营养空间大,利于杉木的生长发育。     

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。     

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.     

不同林龄第2代杉木林枝叶凋落前的养分转移特征

利用会同杉木林25年的定位测定的基础数据,探讨了不同林龄杉木(Cunninghamia lanceolata(lamb) Hook)枝叶凋落前的养分转移特征,为人工林经营管理提供科学依据。结果表明:杉木枝叶凋落前年均养分转移量为3.22—31.89 kg hm~(-2) a~(-1),其中,叶占71.31%—94.41%,枝占5.59%—28.69%。枝的养分转移量随林龄增加而增加。林分20年生以前,叶的养分转移量呈上升趋势,20年生以后,呈下降趋势。枝的养分转移率为20.97%—22.59%,叶是22.98%—26.06%,枝和叶的养分转移率都随林龄增加而增大。各林龄段的枝的养分转移率差异不显著(P0.05),叶的养分转移率除1—7年生与其他林龄段的差异显著(P0.05),其余各林龄段之间差异不显著(P0.05)。转移的元素量中,N和K占83.75%—84.25%,P、Ca、Mg占15.75%—16.25%。N、P、K、Ca、Mg的转移率分别为24.59%—34.53%,36.36%—46.64%,42.86%—51.27%,3.68%—7.35%,3.67%—9.56%。养分转移率主要受枝叶凋落前、后的养分浓度差值与枝叶凋落前的养分浓度控制,与凋落物量无关。养分的转移量不仅受枝叶凋落前、后的养分浓度差值的影响外,更多地取决于凋落物量,而且与杉木生长发育特征有很大的关联。     

杉木人工林养分循环随林龄变化的特征

为弄清杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林不同林龄的养分循环特征, 为人工林丰产的经营管理提供科学依据, 利用湖南会同杉木林25年的定位连续测定数据, 根据杉木生长规律和养分吸收动态对杉木林不同林龄的养分循环进行了研究。结果表明: 对于同一林龄的杉木, 器官养分浓度大小依次为叶>枝>皮>根>干。林龄小于12年的, 杉木养分浓度随林龄增加而增高; 林龄大于12年的, 杉木养分浓度随林龄增加而降低。养分年均吸收量随林龄增长的变化曲线为双波峰。养分归还量随着林龄的增加逐渐增加。同一林龄, 各营养元素的利用效率都是磷(P) >钾(K) >氮(N) >镁(Mg) >钙(Ca)。林分郁闭后, 各营养元素的利用效率随着林木生长而增大。同一林龄, Ca、Mg的循环强度大于N、P, 各营养元素循环强度随林龄增长的变化曲线都为抛物线。同一林龄, N、P、K被杉木利用的时间比Ca、Mg长, 各元素被杉木利用的时间随着杉木生长的进行而缩短。研究显示: 不同林龄的养分吸收量除受生产量控制外, 还受这个林龄和前一个林龄杉木体内养分浓度的差异制约; 杉木体内养分再分配及贮备机制、杉木生长规律和不同生育阶段对养分的利用效率等共同调节控制着养分循环过程。     

不同林分密度杉木林养分积累与垂直空间分配

在对1800、3000和4500株hm-23种密度杉木林生长调查及生物量测定的基础上,测定3种密度杉木林各组分养分含量和养分积累量,研究其地上部分养分积累量的垂直空间分配,为杉木林高效培育提供科学依据.结果 表明:1800、3000和4500株·hm-2杉木林养分积累总量分别为1311.57、2531.55和2307....     

连栽对桉树人工林下物种多样性的影响

采用时空序列和定位监测相结合的方法,对广西国有东门林场桉树人工林的物种多样性及其维持机制进行了研究.结果表明,桉树连栽导致人工林植物多样性减少,在667 m²样方内,第2代林的植物种类比第1代林减少了54.43%;对18块4 m²样方监测(1998～2003年)结果,第2代林植物多样性比第1代林减少了50%,物种丰富度和Shannon-Wiener指数分别比第1代林减少39.39%和17.76%.桉树人工林连栽导致群落物种多样性降低,改变了群落的物种组成及特征.不同连栽代数群落的生活型谱存在明显差异,第1代林以小高位芽、藤本高位芽和矮高位芽植物为主,而第2代林则以草本高位芽植物、地上芽植物为多;第1代林的k-对策种和r-对策种分别为69.32%和30.68%,第2代林则分别是47.83%和52.17%,可见连栽使草本植物、地上芽植物和r-对策种的数量增加,木本植物和k-对策种的数量减少.可以认为,土壤中种子库和营养体对物种多样性维持有重要作用,提出了桉树人工林群落物种多样性维持机制的初始植物繁殖体组成假说.在一个经营周期内(6～7年),桉树人工林维持的植物多样性的高低取决于初始植物繁殖体组成的丰富程度,高强度干扰的连栽方式使某些高竞争力的物种或仅以种子(果实)传播的物种丧失,造成下一代林地初始植物繁殖体组成多样性的降低,从而使连栽林地的物种多样性逐代减少.     

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）。     

不同连栽代数杉木人工林细根生长、分布与营养物质分泌特征

用土钻法研究了不同连栽代数杉木细根生长与分布,结果表明,杉木连栽1代后,细根生物量明显减少,第1代杉木活细根生物量的范围为646．4－799．7g.m-2,而第2代则为284．4－536．9g.m-2,在一定距离范围内,离树体的距离越远,细根分布越少,杉木连栽后,主要减少了表层土壤（0－10cm)细根的生长,根系分泌物的分析表明,杉木连栽1代后,根系阳离子NH4＋,Na ,K ,Ca2 ,Mg2 的分泌量没有变化,而阴离子NO3-,Cl-,SO4 2-,HPO4^2-,的量都减少,但只有Cl-和HPO4^2-差异显著（P＜0．05）,第2代杉木根系分泌物中的HPO4^2-量仅为第1代的1／65,根－土界面磷交换过程的阐明有利于说明第2代杉木根系HPO4^2-分泌量减少的原因,杉木连栽后,表层土壤细根生长的减少和根系分泌行为的改变可能是生产力下降的重要原因。     

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.     

不同林龄杉木组织迁移养分的再利用

为了清楚了解不同林龄杉木(Cunninghamia lanceolata)组织迁移养分(氮、磷、钾、钙、镁)再利用特征, 为人工林丰产的经营管理提供科学依据, 该文利用湖南会同杉木林不同林龄段的活的枝叶与枯死枝叶养分浓度及其差异和枝叶枯死量, 估算枝叶枯死前的养分迁移量。用某林龄段开始和结束时的杉木器官的养分浓度差异, 估算那些在某林龄段开始前林分生产的, 在林龄段结束时仍存活的器官(干、皮、枝、叶、根), 即仍存活物质, 在该林龄段的养分迁移量。将枝叶枯死前迁移的养分和这些仍存活物质中转移的养分与从土壤中吸收的养分相结合, 根据森林生产的生物量, 综合分析森林物质生产的养分利用特征。研究表明: 1-7年生林分, 利用枝叶枯死前迁移的养分生产的生物量及占总生产生物量的比例, 分别为217 kg·hm ^-2·a ^-1和3.52%; 20-25年生林分则分别上升到2 540 kg·hm ^-2·a ^-1和17.50%。枝叶枯死前迁移的养分生产的生物量及占总生产生物量的比例都随林龄增加而增大。林分在12-16、17-20、21-25年林龄段, 由这些仍存活物质中迁移出的养分生产的生物量分别为385、561和450 kg·hm ^-2·a ^-1, 分别占总生产生物量的3.40%、3.40%和3.11%。这些仍存活物质中迁移出的养分量随林龄增加呈现先上升后下降的变化, 由这些养分生产的物质量占总生产物质量的比例随林龄增加呈下降趋势。结果显示, 只要有枝叶枯死发生, 就有枝叶枯死前迁移出养分用于物质再生产。林分郁闭后, 才会发生这些仍存活物质中迁移出的养分再利用。杉木体内养分再分配及贮备机制、杉木生长规律和不同生长发育阶段对养分的需求和利用效率等, 共同调节控制着枝叶枯死前迁移的和这些仍存活物质中迁移出的养分再利用的年变化。     

杉木不同家系对异质养分环境的适应性反应差异

 构建异质和同质两种养分环境,选择3个杉木(Cunninghamia lanceolata)优良家系作试验材料,并以马尾松(Pinus massoniana)为参照,通过 量化分析不同养分环境中植株生长量、干物质积累和分配、根系形态、养分吸收和利用效率等,研究杉木家系对异质养分环境的适应性反应差 异。结果表明,3个杉木参试家系对不同养分环境的生长反应差异显著,‘锦屏45’家系在异质养分环境中苗高生长量大、干物质积累量多、根 系发达,而‘龙15’和‘靖398’两个家系则在同质养分环境中表现较好。 杉木不同家系的根系均主要在异质养分环境之贫养斑块中大量增生 ,根系形态可塑性与觅养精确性较低。作为参照的马尾松,对异质养分环境反应敏感,根系广布性大、觅养精确性高。在3个参试杉木家系中, ‘龙15’和‘靖398’对异质养分环境的生长反应敏感度低,根系生理可塑性一般,而‘锦屏45’对异质养分环境的生长反应敏感度较高,根系 生理可塑性较高。试验观测到不同杉木家系在异质养分环境中根系N、P、K吸收效率通常低于同质养分环境。在富养斑块中的根系养分吸收效率 明显低于贫养斑块,这与马尾松在富养斑块中根系养分吸收效率较高有很大的差异。然而杉木家系在富养斑块中根系的养分含量却不同程度地 高于贫养斑块或与之相 近。‘锦屏45’家系在异质环境中生长表现显著地优于同质养分环境,除因其具有较高的根系生理可塑性外,还与较多 比例的干物质和营养元素分配至地上部分、根冠比较少有关。