湖南会同杉木人工林生态系统碳素密度

利用定位观测数据 ,对杉木人工林生态系统的碳素密度进行了探讨。结果表明 :不同年龄的杉木枝、叶中碳素密度的季节变化规律均表现为冬季 >秋季 >夏季 >春季。叶的碳素密度平均为 0 .5 0 4 4 g C· g- 1 ,变异系数 2 .0 8% ,枝的碳素密度平均为0 .4 4 79g C· g- 1 ,变异系数为 2 .2 5 %。不同层次的叶碳素密度的变化范围在 0 .4 6 12 g C· g- 1 ～ 0 .5 5 2 4 g C· g- 1 之间 ,平均值的大小排列顺序为 :上层叶 >中层叶 >下层叶。不同层次枝条的碳素密度在 0 .3917g C·g- 1～ 0 .4 96 5 g C· g- 1之间 ,平均值的大小次序为 :中层枝 >上层枝 >下层枝。 10年生杉木各器官的碳素密度变化范围为 0 .4 5 2 9g C·g- 1～ 0 .4 972 g C·g- 1 ,11年生的为 0 .4 5 80 g C· g- 1 ～ 0 .5 0 2 2 g C· g- 1 ,14年生的为 0 .4 5 80 g C· g- 1 ～ 0 .5 0 93g C· g- 1 之间 ,变异系数范围为 1.6 8%～ 8.4 4 %。不同器官的碳素密度按高低排列基本上为树叶 >树皮 >树根 >树干 >树枝 >球果。随着杉木林年龄的增长 ,林下植被各组分、死地被物的碳素密度变化规律不明显。同一林分中各层次植物的碳素密度高低排列顺序为 :乔木层 >灌木层 >草本层。 10年生和 14年生杉木林土壤各层的碳素密度随土壤深度的增加而逐渐下     

广西马尾松人工林对重金属元素的吸收、累积及动态

探讨了广西马尾松人工林对重金属Cu、Zn、Mn、Pb、Ni、cd元素的吸收、累积及动态。结果表明:马尾松林地土壤层(0~60 cm)中重金属元素Cu、Zn、Mn、Pd、Ni、Cd的平均含量,分别为23.02,24.46,235.46,5.93.8.45和0.14 mg·kg-1,储量大小依次为Mn>Zn>Cu>Ni>Pb>Cd。马尾松林不同组分中,重金属元素的含量范围分别为Cu 2.97-13.47,Zn 12.09-42.93,Mn 143.14-751.78,Pd 2.87-25.12,Ni 0.19-25.05和Cd 0.16~1.24 mg·kg-1,对土壤6种重金属元素富集能力的大小依次为Cd>Mn>Pb>Zn>Ni>Cu。马尾松林中,重金属元素的总储量为39.791kg·hm-2,其中Mn、Zn、Pb、Cu、Cd、Ni元素的储量分别为34.047,3.351,1.226,0.874,0.245,0.084 kg·hm-2,各组分中重金属元素储量的空间分布为干>皮>根>叶>枝。Cu、Zn、Mn、Pd、Ni、Cd的周转期分别为13.9、7.0、3.1、20.4、2.1、12 a,流动系数为Ni>Mn>Zn>Cd>Cu>Pb。     

中亚热带植被恢复对土壤有机碳含量、碳密度的影响

为揭示植被恢复对土壤有机碳(SOC)库的影响机制, 采用空间代替时间的方法, 以湘中丘陵区地域相邻、环境条件基本一致的檵木(Loropetalum chinense)-南烛(Vaccinium bracteatum)-杜鹃(Rhododendron simsii)灌草丛(LVR)、檵木-杉木(Cunninghamia lanceolata)-白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana)-柯(又名石栎)(Lithocarpus glaber)-檵木针阔混交林(PLL)和柯-红淡比(Cleyera japonica)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林(LAG)作为一个恢复演替序列, 设置固定样地, 采集0-10、10-20、20-30、30-40 cm土层土壤样品, 测定不同恢复阶段SOC含量(C_SOC)和SOC密度(D_SOC), 通过主成分分析方法和逐步回归分析方法分析影响C_SOC、D_SOC变化的主要因子。结果表明: (1)各土层C_SOC、D_SOC随着植被恢复呈增加趋势, 且LAG显著高于其他3个恢复阶段。LAG 0-40 cm土层C_SOC分别比LVR、LCQ、PLL增加12.5、9.3和4.7 g·kg ^-1, 分别提高了248.5%、113.1%和58.5%; D_SOC分别增加67.1、46.1和32.5 t C·hm ^-2, 分别提高了182.0%、79.7%和45.6%。(2) C_SOC、D_SOC与群落植物多样性指数、群落总生物量、地上部分生物量、根系生物量、凋落物层现存量、凋落物层全氮(N)含量、凋落物层全磷(P)含量、土壤全磷(TP)、土壤有效磷(AP)含量、土壤C/N(除C_SOC外)、C/P、N/P、<0.002 mm黏粒百分含量呈显著或极显著正相关关系, 与凋落物层C/N (除D_SOC外)、凋落物层C/P、土壤pH值和土壤容重呈极显著负相关关系, 表明C_SOC、D_SOC随着植被恢复的变化受到植被因子和土壤因子诸多因子的影响。其中, 土壤C/P、土壤pH值和凋落物层C/P对C_SOC、D_SOC影响显著; 此外, <0.002 mm黏粒百分含量也显著影响着D_SOC, 而土壤C/P对C_SOC和D_SOC影响最显著。植被恢复过程中, 凋落物层C/P和土壤C/P、pH值、质地的变化是影响SOC库变化的重要因素。     

中亚热带南酸枣落叶阔叶林土壤磷素空间变异及其影响因素

在湖南省长沙县大山冲国有林场南酸枣落叶阔叶林建立1 hm²固定样地,基于植物群落学调查数据和等距离网格布点取样的土壤养分测定数据,采用地统计学和GIS相结合的方法,研究土壤P含量的空间变异特征及其影响因子.结果表明: 腐殖质层及0～10、10～20、20～30 cm土层的全P、有效P含量的均为中等强度变异,同一土层有效P含量的变异程度较全P含量高,随着土壤深度增加,全P、有效P含量下降,变异程度增大.土壤全P、有效P含量具有较高的空间自相关性,主要受结构性因素影响.有效P含量的空间异质性较全P强,各土层全P、有效P含量空间自相关范围分别为92.80～168.90 m、79.43～106.20 m.同一土层全P含量分维数高于有效P,空间格局较有效P复杂,有效P含量空间依赖性更强,具有更好的结构性.腐殖质层及0～10、10～20、20～30 cm土层的全P、有效P含量呈现条带状和斑块状梯度性分布,且全P、有效P含量的空间变化趋势基本一致,高值出现在洼地,低值则出现在山脊.全P、有效P含量与高程、地表凋落物现存量呈显著负相关,与凹凸度、树种种数、株数、土壤pH相关性不显著,与土壤有机C、全N含量呈显著正相关.这反映出土壤P的淋溶特性,其空间变异性受到多种因子相互作用的影响.     

湖南省森林植被碳储量、碳密度动态特征

利用湖南省4次(1983—1987年、1990—1995年、2003—2004年和2009年)森林资源清查数据,采用材积源-生物量法,结合湖南省现有森林植被主要树种碳含量实测数据,研究近20多年来湖南省森林植被碳储量、碳密度的动态特征。结果表明:从1987年到2009年,湖南省乔木林植被碳汇为66.40×106tC,碳密度提高了5.65 tC/hm~2,阔叶林碳汇最大(48.43×10~6tC),其次是杉木林(9.54×10~6tC)和松木林(6.68×10~6tC),各乔木林植被碳密度波动较大;除过熟林外,各龄组乔木林均为碳汇,中龄林碳汇最大,幼龄林、中龄林、近熟林植被碳密度依次提高了4.75、4.09、0.83 tC/hm~2,成熟林、过熟林分别下降了6.87、13.88 tC/hm~2;天然林、人工林植被碳汇分别为41.01×10~6tC、25.39×10~6tC,碳密度分别提高了7.19、4.91 tC/hm~2。湖南省森林植被(包括疏林)碳汇为84.87×10~6tC,乔木林碳汇最大,其次是竹林,分别占湖南省森林植被碳汇的78.24%和33.31%,碳密度提高了6.24 tC/hm~2,各森林类型植被碳储量随其面积变化而变化。表明近20多年来,湖南省乔木林植被单位面积储碳能力明显提高,天然林在湖南省乔木林植被碳储量占有重要地位。     

中亚热带植被恢复阶段植物叶片、凋落物、土壤碳氮磷化学计量特征

为揭示植被恢复过程中生态系统的养分循环机制及植物的生存策略, 根据亚热带森林群落演替过程, 采用空间代替时间方法, 以湘中丘陵区地域相邻、环境条件基本一致的檵木(Loropetalum chinensis) +南烛(Vaccinium bracteatu) +杜鹃(Rhododendron mariesii)灌草丛(LVR)、檵木+杉木(Cunninghamia lanceolata) +白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana) +柯(Lithocarpus glaber) +檵木针阔混交林(PLL)、柯+红淡比(Cleyera japonica) +青冈(Cyclobalanopsis Glauca)常绿阔叶林(LCC)作为一个恢复系列, 设置固定样地, 采集植物叶片、未分解层凋落物和0-30 cm土壤样品, 测定有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量及其化学计量比, 运用异速生长关系、养分利用效率和再吸收效率分析植物对环境变化的响应和养分利用策略。结果表明: (1)随着植被恢复, 叶片C:N、C:P、N:P显著下降, 而叶片C、N、P含量和土壤C、N含量、C:P、N:P显著增加, 其中LCC植物叶片C、N含量, 土壤C、N含量及其N:P, PLL植物叶片P含量, 土壤C:P显著高于其他3个恢复阶段, 各恢复阶段植物叶片N:P > 20, 植物生长受P限制; 凋落物C、N、P含量及其化学计量比波动较大。(2)凋落物与叶片、土壤的化学计量特征之间的相关关系较弱, 叶片与土壤的化学计量特征之间具有显著相关关系, 其中叶片C、N、P含量与土壤C、N含量、C:N (除叶片C、N含量外)、C:P、N:P呈显著正相关关系; 叶片C:N与土壤C、N含量、C:P、N:P, 叶片C:P与土壤C含量、C:N、C:P, 叶片N:P与土壤C:N呈显著负相关关系。(3)植被恢复过程中, 叶片N、P之间具有显著异速生长关系, 异速生长指数为1.45, 叶片N、P的利用效率下降, 对N、P的再吸收效率增加, LCC叶片N利用效率最低, PLL叶片P利用效率最低而N、P再吸收效率最高。(4)叶片N含量内稳态弱, 而P含量具有较高的内稳态, 在土壤低P限制下植物能保持P平衡。植被恢复显著影响叶片、凋落物、土壤C、N、P含量及其化学计量比, 叶片与土壤之间C、N、P含量及化学计量比呈显著相关关系, 植物通过降低养分利用效率和提高养分再吸收效率适应土壤养分的变化, 叶片-凋落物-土壤系统的N、P循环随着植被恢复逐渐达到“化学计量平衡”。     

亚热带不同植被恢复阶段生态系统N、P储量的垂直分配格局

氮(N)、磷(P)是影响生态系统生产力的主要养分因子,为科学评估植被恢复对生态系统N、P积累、分配及其耦合关系的影响,采用时空互代法,以湘中丘陵区地域相邻、环境条件基本一致,且处于不同恢复阶段的4个植物群落(4—5年灌草丛、10—12年灌木林、45—46年马尾松针阔混交林和>90年常绿阔叶林)作为一个恢复序列,设置固定样地,采用收获法和建立主要树种各器官生物量相对生长方程估算群落生物量,采集植被层(叶、枝、干、根)、凋落物层(未分解层、半分解层、已分解层)、土壤层(0—10、10—20、20—30、30—40 cm)样品,测定全N、全P含量,估算生态系统各组分(植被层、凋落物层、土壤层)全N、全P储量。结果表明：植被层全N、全P储量均随植被恢复增加,全N储量增长速率呈先慢后快的特征,而全P储量则呈慢—快—慢增长,地上(叶、枝、干)、地下(根)部分表现为异速增长;随植被恢复,凋落物层全N、全P储量先增加后下降,增长速率为先快后慢,4—5年灌草丛全N、全P储量最低;土壤层全N、全P储量随植被恢复显著增加(P<0.05),全N储量增长速率呈快-慢-快特征,而全P储量呈先慢后快特征...     

中亚热带4种森林凋落物量、组成、动态及其周转期

为研究亚热带次生林保护对森林生态系统养分循环等功能过程的影响。采用凋落物直接收集法,比较湘中丘陵区3种次生林(马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎+青冈常绿阔叶林)和杉木人工林的凋落物量、组成特征及其周转期。结果表明:4种林分年凋落物量在414.4—818.2 g m-2a-1之间,3种次生林显著高于杉木人工林,3种次生林两两之间差异不显著,落叶对林分凋落物量的贡献最大,占林分凋落物量的59.9%—66.6%。杉木人工林和南酸枣落叶阔叶林的凋落物量月动态变化呈"双峰型",马尾松+石栎针阔混交林、石栎+青冈常绿阔叶林呈"不规则型"。优势树种的凋落物量对其林分凋落物量的贡献随林分树种多样性的增加而下降,杉木、马尾松凋落物量的月动态与其林分凋落物量的月动态基本呈一致变化趋势,但南酸枣、青冈、石栎没有一致的变化趋势。杉木人工林凋落物分解率最低(0.31),周转期最长(3.2 a),南酸枣落叶阔叶林分解率最高(0.45),周转期最低(2.2 a),凋落物的分解速率和周转随林分树种多样性增加而加快。可见,次生林凋落物量大,且分解快,周转期短,有利于养分归还和具有良好地力维持的能力。     

中亚热带森林植物多样性增加导致细根生物量“超产”

细根在森林生态系统C分配和养分循环过程中发挥着重要作用, 但对地下细根与植物多样性之间关系的研究相对较少。该研究选择中亚热带从单一树种的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林到多树种的常绿阔叶林(青冈(Cyclobalanopsis glauca)-石栎(Lithocarpus glaber)林)的不同植物多样性梯度, 用根钻法采集细根并测定其生物量, 用Win-RHIZO 2005C根系分析系统测定细根形态参数, 以验证以下3个假设: 1)植物种类丰富度高的林分其细根生产存在“地下超产”现象; 2)根系空间生态位的分离水平是否随着植物多样性增多而增大? 3)细根是否通过形态可塑性对林木竞争做出响应?结果显示: 从单一树种的杉木人工林到植物种类较复杂的青冈-石栎常绿阔叶林, 0-30 cm土层的林分细根总生物量和活细根生物量均呈增加的趋势, 即细根总生物量为杉木林(305.20 g·m^-2) <马尾松(Pinus massoniana)林(374.25 g·m^-2) <南酸枣(Choerospondias axillaris)林(537.42 g·m^-2) <青冈林(579.33 g·m^-2), 活细根生物量为杉木林(268.74 g·m^-2) <马尾松林(299.15 g·m^-2) <南酸枣林(457.32 g·m^-2) <青冈林(508.47 g·m^-2), 各森林类型之间的细根总生物量差异显著(p < 0.05), 但活细根生物量差异不显著。土壤垂直剖面上, 除杉木林细根生物量随土层变化不显著外, 其他森林类型的活细根生物量和总细根生物量均随土层变化显著, 表层细根生物量随树种多样性的升高呈减小趋势, 据此推测树种间的生态位分离水平逐渐增大。植物多样性的不同对林分的细根形态及空间分布格局影响不显著, 细根形态可塑性对生物量变化响应不明显。     

长沙城市森林土壤7种重金属含量特征及其潜在生态风险

采用调查分析方法,研究长沙城市森林土壤Zn、Cu、Ni、Pb、As、Cd、Hg7种重金属含量,并以长沙市土壤背景值和湖南省土壤背景值为参比值,采用Hakanson潜在生态危害指数法评价不同城市化梯度森林土壤重金属潜在生态风险.结果表明:7种重金属的平均含量均随着城市化程度提高而增加,Pb增幅最大,As增幅最小.同一城市化梯度森林土壤均以Zn平均含量最高,Cd最低,但均未超过土壤环境质量标准(GB15618-1995)Ⅱ级标准值.在城市中心区,桂花树林、樟树+桂花树混交林土壤Zn、Cu、Pb、As、Hg平均含量普遍较高,而樟树+马尾松混交林、桂花树+杜英混交林土壤Cu、Ni、As、Cd、Hg平均含量普遍较低,Pb、Zn空间分布差异明显,Cd、Ni、As空间分布比较均匀,Cu、Ni、Pb、As、Cd、Hg之间(除Cd与As、Ni之间外)均存在显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)的相关性,与土壤有机质之间也呈显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)的相关性,Zn、Cu、Ni、Pb、As、Cd、Hg主要是人为输入;中心区森林土壤重金属的潜在生态危害已达到中等生态危害程度,边缘区接近中等生态危害程度,郊区为轻微生态危害程度,Zn、Cu、Ni、Pb、As均为轻微生态危害程度,Cd、Hg已达到中等生态危害程度以上.