晋北典型针叶人工林叶功能性状特征及其与土壤因子的关系

为了解释植物叶片的资源分配特征及其与土壤因子间的适应策略,该研究以黄土高原东北缘山西省大同市新荣区油松、樟子松人工纯林及其柠条混交林为对象,采用样方法采集样木树冠中部生长良好的轮生枝中东西南北4个方向的枝条,并在每个枝条上选择里、中、外3处有代表性的当年生叶和多年生叶;采用 “S”形采样法在每个样方内选取9个取样点,用土钻采集各样点0～20 cm土壤样品;测定分析不同造林模式下油松、樟子松异龄叶功能性状特征、土壤理化性质以及二者的关系,为人工林培育及经营提供理论支撑。结果表明：(1)不同造林模式下油松及樟子松叶功能性状的差异集中在化学计量之间;随着叶龄增长,油松、樟子松均表现出干物质含量上升,氮磷含量下降的特征。(2)土壤全磷、全氮含量分别是油松当年及多年生叶的主要解释因子,土壤全磷与当年生叶碳氮比、有机碳、碳磷比均呈显著正相关关系,与全氮、叶面积及叶干物质含量呈显著负相关关系,土壤全氮与多年生叶全磷含量呈正相关关系,与叶有机碳、碳磷比、碳氮比则呈显著负相关关系。(3)樟子松当年生叶功能性状的关键土壤因子是土壤容重、全磷含量,其与叶碳氮磷的比值、干物质含量、碳含量呈正相关关系,而与氮磷含量呈负相关关系;多年生叶功能性状的关键土壤因子是土壤容重、含水量、pH,其与叶氮磷含量呈正相关关系,与碳含量、干物质含量、比叶面积等呈负相关关系。(4)油松及樟子松纯林的叶功能性状更易向关键土壤因子含量更高的方向偏移,说明与柠条混交可有效分异叶片生长对主要土壤因子的集中需求,但混交造林模式下林木长势有所衰弱;结合研究区资源匮乏现状,林木种植密度较大,竞争加剧了生存压力导致林木生长受限。     

凋落物处理对不同林龄华北落叶松针阔混交林土壤磷组分的影响

磷(P)是维持植物生长发育的重要营养元素。营造混交林能更好地维持人工林的生产力。了解混交林在不同发育阶段土壤磷组分变化及其影响因素,对人工林的可持续经营意义重大。本文采用Tiessen改良的Hedley磷分级方法,比较了不同林龄(幼龄林15a,中龄林26 a)和凋落物处理(原状CK,去除凋落物NL,加倍凋落物DL,去除根系和凋落物NRL)下华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)针阔混交林土壤磷组分特征及其影响因素。结果表明:华北落叶松针阔混交林15 a和26 a土壤磷组分、土壤微生物生物量磷和酸性磷酸酶活性差异显著(P0.05);与15 a混交林相比,26 a混交林土壤活性磷(Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)含量显著提高,土壤磷素有效性提高; NaOH-Po含量显著降低(P0.05);与对照CK相比,DL能显著增加土壤活性磷(Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)和中活性磷(NaOH-Pi和NaOH-Po)含量,NL和NRL显著降低土壤(Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)和中活性磷(NaOH-Pi和NaOH-Po)含量(P 0. 05);稳定态磷(稀HCl-Pi、浓HCl-Pi和浓HCl-Po)和残留态磷(Residual-P)在不同林龄和凋落物处理下差异不显著(P0.05)。冗余分析显示,土壤微生物生物量磷、酸性磷酸酶活性、植物生长(平均胸高断面积)和有机碳含量是影响不同林龄和凋落物处理下土壤磷组分变化的主导因子。     

模拟硫沉降对华北落叶松人工林土壤有机碳组分的影响

深入研究硫沉降对森林土壤有机碳库影响,可以为正确评估森林生态系统碳循环过程及其对全球气候变化的响应提供依据。在山西太岳山34年生华北落叶松人工林设置人工模拟硫沉降实验,采用物理分组的方法,研究施硫水平(0、50、100、150 kg S·hm-2·a-1)对土壤粗颗粒有机碳(CPOC,250μm)、细颗粒有机碳(FPOC,53~250μm)和矿质结合态有机碳(MOC,53μm)含量的影响,并运用通径分析探讨了土壤有机碳组分与土壤环境因子的关系。结果表明:华北落叶松人工林土壤表层(0~10 cm)POC、MOC和POC/MOC值均高于亚表层(10~20 cm);土壤POC和MOC随月份变化显著,8月土壤POC和MOC均显著低于6月和10月;对照处理6月表层土壤的POC/MOC值低于8月和10月,亚表层则相反;施硫显著改变了土壤MOC,但并未显著改变土壤POC;低硫和中硫水平表层土壤MOC较对照处理显著减少,高硫水平亚表层土壤MOC较对照处理显著增加(P0.01);土壤CPOC、FPOC和MOC与土壤温度、湿度、p H值有极显著负相关关系。通径分析表明,温度对3种土壤有机碳含量直接作用最大,而湿度对土壤POC并没有直接作用。试验结果表明,短期施硫降低了华北落叶松人工林土壤有机碳稳定性,后期在对硫沉降影响研究中应多加考虑温度这一重要因子的作用。     

不同间伐强度下华北落叶松人工林土壤磷组分特征及其影响因素

间伐是人工林经营的重要措施,磷是森林生态系统的限制性养分元素之一,但间伐对土壤磷素的影响尚不明确.本研究采用Tissen改良的Hedley磷分级体系对土壤样品进行连续浸提,研究不同间伐强度[对照,未间伐;轻度间伐,15%;中度间伐,35%;重度间伐,50%]下山西太岳山好地方林场华北落叶松人工林表层土壤(0～10 cm)磷组分特征及其影响因素.结果表明: 与对照相比,中度间伐显著增强了土壤总无机磷含量;轻度和中度间伐显著增强了Resin-Pi、NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po、NaOH-Pi、微生物生物量磷和土壤酸性磷酸酶活性,显著降低了NaOH-Po含量;间伐对土壤全磷、总有机磷、稳定态磷(HCl-Pi、浓HCl-Pi和浓HCl-Po)和闭蓄态磷(Residual-P)的影响不显著.土壤有机碳含量、含水率、土壤微生物和酸性磷酸酶活性是影响土壤磷素有效性的重要因子.中度间伐能提高华北落叶松人工林土壤磷素的有效性.     

辽河源自然保护区油松群落特征及优势种群结构

通过实地踏查,选取辽河源自然保护区内成片的不同年龄的油松天然次生林群落,采用样方法进行群落学特征信息调查,分析研究区的群落区系特征、外貌特征和优势种群结构特征,为油松天然林的保护和抚育管理提供理论依据。结果表明：（1）辽河源自然保护区油松天然次生林群落中共有种子植物41科90属144种,植物种类丰富,具有明显的温带针叶林特征,以地面芽植物为主（60.27%）,中叶植物占优势（82.19%）;区系组成与温带的成分关系最为密切。（2）优势种油松在研究区构成成片的不同林龄的纯林,幼龄林的群落中小径级（Ⅰ~Ⅲ）个体所占比例较高（75%）,随着年龄增加,大径级个体所占比例逐渐增加,成熟林径级呈正态分布,各龄组高度级和冠幅的变化趋势与径级相似。（3）4个龄组幼苗储备都很丰富,均占更新层的58%以上,成熟林中幼苗所占比例达90%,但幼树比例较少,群落的更新状况不佳,但潜在更新能力较强。     

油松人工林林下植物群落变化及其环境解释

通过对山西太岳山宋家沟油松(Pinus tabuliformis)人工林林下植物群落进行调查,采用典范对应分析(CCA),探讨油松人工林林下物种分布与环境因子之间的关系。结果表明:1)在调查的42个样地中,油松林下共出现植物物种83种,隶属26个科72属,其中草本层物种种类较灌木层物种种类丰富,多达64种。2)CCA排序较好地揭示了该区油松人工林林下植物的分布格局与环境梯度的关系:林龄、坡度、坡向、林冠郁闭度、全氮、全钾对油松人工林林下草本层物种分布格局有重要影响;林龄、坡向、坡度、全氮对油松人工林林下灌木层物种分布格局有重要的影响。3)影响林下草本层和灌木层物种分布格局的变量中,生境因子与生物因子共同分别解释了40.3%和42.7%,其中,纯粹的生境变量(即未与生物变量共有的空间变量)对林下植物群落的变异解释能力较生物变量高,表明生境因子在决定油松人工林林下植物分布格局变异中起着举足轻重的作用。     

环境因子对山西太岳山典型森林类型物种多样性及其功能多样性的影响

该研究采用典型样地法,调查群落内物种分布并测量植物功能性状(叶面积和植株高度),对山西太岳山不同坡位华北落叶松-白桦混交林以及辽东栎次生林物种多样性及其功能多样性进行比较分析,探究环境因子对不同群落层次(乔木、灌木、草本)物种多样性及其功能多样性的影响机制,以及环境因子与群落构建之间的联系,为森林生态系统多样性研究以及经营管理提供理论依据。结果显示:(1)华北落叶松-白桦混交林的物种分布更加均匀,物种多样性和功能多样性(乔木层)均显著高于辽东栎次生林。(2)华北落叶松-白桦混交林乔木层功能均匀度与功能分散指数显著高于辽东栎次生林,但灌木草本层低于辽东栎次生林。(3)不同群落层次的物种多样性与功能多样性均呈正相关关系,影响物种分布和性状分布的环境因子存在差异,物种多样性受多种环境因子的综合影响,而单个环境因子对功能多样性影响较大,环境解释力与林分类型和群落层次相关。(4)乔木层物种多样性主要受土壤pH、冠层结构(MLA、林分开度)以及光照影响,灌木层物种多样性与土壤pH和MLA密切相关,林下总辐射、土壤养分(SOC、STN)、土壤相对含水率是影响草本层物种分布的主要环境因子;冠层结构(MLA、林分开度)是影响乔木层功能多样性最主要的环境因子,土壤pH和坡位分别是华北落叶松-白桦混交林和辽东栎次生林灌木层功能多样性的主要影响因子,影响草本层功能多样性的主要环境因子是土壤相对含水率与LAI。研究表明,在垂直分层的森林生态系统中,不同群落层次竞争的主要环境资源存在差异,乔木层通过改变冠层结构和林内环境限制林下物种分布和性状分布。     

太岳山不同郁闭度油松人工林降水分配特征

利用2011年5-9月生长季观测的30场降雨数据,分析了山西太岳山不同郁闭度下油松人工林林冠截留、穿透雨以及树干茎流与降雨量的关系,以及林冠截留过程的特点.结果表明:(1)实验观测期间,该地区降雨总量为634.79mm,单次平均降雨量为21.16mm,单次最大降雨量为58.15mm,单次最小降雨量为0.54mm.其中,8月份的降雨总量最大,为190.77mm,6月份的降雨总量最小,为41.81mm.(2)郁闭度为0.8的油松人工林林冠截留量与降雨量呈一元线性关系,郁闭度为0.7、0.6和0.5均呈幂函数关系;对于各郁闭度的油松人工林,其林冠截留率与降雨量均呈对数函数关系;穿透雨量、树干茎流量与降雨量均呈明显的一元线性关系,穿透雨量和树干茎流量都随着降雨量的增加而增加.(3)不同郁闭度油松人工林之间林冠截留、穿透雨和树干茎流不同,总的趋势为随着郁闭度的减小,林冠截留量减小,穿透雨量增大,树干茎流量增大.林冠截留量与郁闭度表现出正相关关系,而穿透雨量、树干茎流量都与郁闭度表现出负相关关系.(4)各郁闭度林冠截留量、穿透雨量和树干茎流量的月动态变化与总降水量的月变化基本一致.     

山西油松人工林生态系统生物量、碳积累及其分布

油松是我国北方主要的造林树种之一,准确估计油松人工林生态系统的生物量及碳储存对研究区域人工林的碳储功能具有重要意义。本研究采用固定样地方法对38年生油松人工林的生物量、碳贮量及其空间分布进行测定,并估算了其净生产力与年净碳固定量。结果表明:(1)油松单木生物量与胸径和树高之间均存在着紧密的相关关系。林分平均生物量为145.35t.hm-2,其中乔木层为123.98t.hm-2,占林分生物量的85.30%。(2)油松人工林生态系统各组分碳含量为:树干0.5032gC.g-1,树皮0.4887gC.g-1,树枝0.5414gC.g-1,树叶0.4774gC.g-1,树根0.4862gC.g-1;灌木层0.4468gC.g-1;草本层0.4417gC.g-1;枯落物层0.4112gC.g-1;土壤层(0～100cm)0.0090gC.g-1,随土层深度增加各层次土壤碳含量逐渐减少。(3)油松人工林生态系统总碳贮量为172.95t.hm-2,各层碳贮量的大小顺序为土壤(0～100cm)(102.07t.hm-2)>乔木层(62.08t.hm-2)>枯落物层(7.75t.hm-2)>灌木层(0.58t.hm-2)>草本层(0.47t.hm-2)。油松各器官的碳贮量与其生物量呈正比,树干的生物量最大,其碳贮量也最大,占乔木层碳贮量的58.80%。(4)油松人工林年净生产力为10.19t.hm-2.a-1,有机碳年固定量为5.03tC.hm-2.a-1。     

灵空山林区辽东栎(Quercus liaotungensis)种群空间分布格局

为了揭示辽东栎种群空间分布格局的形成机制、种群分布规律和动态变化,采用标准地法,应用偏离指数、Lloyd的平均拥挤度和聚块指数、Morisita指数及均方-区组分析,在5个取样尺度下对不同群落类型中辽东栎(Quercus liaotungensis Koidz.)种群进行了格局分析.结果表明:辽东栎种群的空间分布格局受群落内小环境及辽东栎树种本身的生物学特性的共同影响.气候和立地条件基本一致时,群落内地形起伏不平所形成的小环境以及辽东栎树种强烈的伐桩萌芽更新能力对辽东栎种群的空间分布类型具有显著影响;辽东栎种群的空间分布格局受群落学特征的影响主要体现在群落种类组成和结构上.辽东栎作为共优种,在群落内的分布受制于其它共优种,特别是在油松(Pinus tabulaeformis)的树冠下,辽东栎株数极少;而在无油松分布的辽东栎母树周围,出现辽东栎植株集聚的现象.研究表明辽东栎种群在不同群落类型中多表现为集群分布;随着种群的发育其分布格局由集群分布向随机分布过渡.