马尾松人工林近自然化改造对植物自然更新及物种多样性的影响

中国人工林面积居世界第一位,而马尾松是中国人工林面积较大的树种之一,广泛分布于中国的亚热带区域。马尾松适应能力强,耐干旱、瘠薄,是南方低山丘陵区群落演替的先锋树种,也是荒山绿化造林的主要树种,马尾松人工林对生态防护、生态治理有着重大的意义。但是,绝大部分马尾松人工林为人工纯林,生态系统比较脆弱,生态服务功能较差。人工林的近自然改造对于增加林地生物多样性,提升人工林的生态服务功能具有重要意义。2005年,对中国林业科学院热带林业试验中心1993年造林的马尾松人工林进行4种不同强度(50%、40%、30%、20%)间伐后,套种大叶栎(Castanopsis fissa)、米老排(Mytilaria laosensis)、润楠(Machilus pingii)、红锥(C. hystrix)4个乡土阔叶树种,各种套种密度皆为120株/hm²。分别于间伐前(2004年)及2010年对群落生物多样性及人工套种树种生态情况进行调查,结果表明:(1)间伐处理后,自然更新至乔木层的物种种类和数量都有显著的增加,600 m²的样方中,物种数由(2.75±2.56)种增加到(11.17±4.32)种,个体数由(5.75±4.31)株增加到(32.17±19.09)株,群落中乔木亚层的优势种变化不大,主要有南酸枣(Choerospondias axillaris)、水锦树(Wendlandia uvariifolia),枫香(Liquidambar formosana)、破布木(Cordia dichotoma)、白背桐(Mallotus paniculatus)等。新增加到乔木层的物种大都为之前群落中灌木层的种类,主要有三桠苦(Evodia lepta)、鸭脚木(Schefflera minutistellata)、白花龙(Styrax faberi)、中平树(Macaranga denticulata)、黄毛榕(Ficus esquiroliana)、华南毛柃(Eurya ciliata)、罗浮柿(Diospyros morrisiana)、猴耳环(Pithecellobium clypearia)、木姜子(Litsea pungens)、毛黄肉楠(Actinodaphne pilosa)等。(2)间伐处理前,600 m²样方中出现的灌草种类数量为(24.63±4.24)种,间伐处理后,600 m²样方中出现的灌草种类数量为(27.58±3.80)种,不同间伐强度处理后林下灌草的优势种与间伐前大致相同,灌木层优势种为三桠苦,草本层优势种为弓果黍(Cyrtococcum patens)。不同间伐强度处理林分间,灌木层和草本层的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数均无显著差异,且与间伐前林分也无显著差异。(3)间伐促进了4个乡土树种幼树的生长,随着间伐强度的增加,大叶栎、红锥幼树的高度和胸径显著增长;50%的间伐强度的林分中,阔叶树种幼树的长势要显著好于其他间伐强度,50%的间伐强度最有利于马尾松林下套种的阔叶树种生长。(4)在马尾松林下套种的4个阔叶树种幼树的初期生长有明显差异。总体而言,大叶栎与米老排幼树的早期生长速率要明显高于红锥和润楠。     

华西雨屏区香樟人工林土壤表层细根生物量和碳储量

2010年11月-2011年12月, 研究了华西雨屏区31年生香樟人工林土壤表层(0～30 cm)细根生物量及碳储量.结果表明: 香樟人工林土壤0～30 cm层细根总生物量(活根+死根)和碳储量的平均值分别为1592.29 kg·hm^-2和660.68 kg C·hm^-2,其中活细根贡献率分别为91.1%和91.8%.随着土壤深度的增加,香樟1～5级活细根和死细根的生物量及碳储量均显著减少;随着根序等级的升高,香樟活细根生物量及碳储量显著增加.香樟细根总生物量及碳储量均在秋季最高、冬季最低,死细根生物量及碳储量为冬季最高、夏季最低;1级根和2级根生物量及碳储量均在夏季最高、冬季最低,而3~5级根则为秋季最高、冬季最低.土壤养分和水分的空间异质性是导致细根生物量和碳储量变化的主要原因.     

滇南喀斯特地区灌木群落和人工林土壤元素化学计量特征

在云南喀斯特地区,为提升退化灌木群落的生态系统服务功能,营造了不同树种的人工林分。这些人工林分如何影响土壤化学性质还未得到充分认识。以云南泸西县灌木群落及三种常见人工林(云南松(Pinus yunnanensis)、赤杨(Alnus japonica)和侧柏(Platycladus orientalis))土壤为研究对象探讨喀斯特地区在人工林建造后土壤的13种元素全量、可利用性含量和化学计量学特征变异格局,为喀斯特石漠化治理提供理论依据。结果表明,1)基于判别分析,四种群落土壤化学计量特征可以显著区分。土壤Fe、P、K、Mn全量及交换性Ca、交换性Mg和NH_4~+-N对区分四种群落土壤贡献最大。2)四种群落之间相比,侧柏林土壤C、N、S、Na全量和NO_3~--N含量均低于其他三种群落,土壤肥力较低;赤杨林铵态氮含量最高;云南松林有效Fe、有效Cu含量/N、C素具有显著相关性,占所有元素对数的38.5%,说明该地土壤元素积累的相互依赖性。与灌木群落相比,人工林土壤元素全量和可利用性含量相关性比例均更高。这些研究结果对今后基于适地适树人工林营造、生态系统服务功能提升和经营利用,均具有重要指导意义。     

模拟降水减少对中亚热带杉木人工林土壤甲烷吸收的影响

森林土壤是大气中甲烷重要的汇,降水变化是影响森林土壤甲烷吸收速率(V_(CH_4))的重要因子。以中亚热带地区不同降水减少程度的杉木林土壤为研究对象,采用静态箱-气相色谱法来测定不同模拟降水减少处理样地的土壤甲烷吸收速率。结果表明:模拟降水减少后显著改变了土壤中的含水量,降水减少60%、降水减少20%和对照样地的年均土壤含水量分别为18.87%、23.89%和28.33%。杉木人工林土壤甲烷吸收速率在月变化上存在较大幅度的波动,其中土壤甲烷吸收速率在8月份达到一年中的最大值(对照75μg m~(-2) h~(-1)),2月份达到一年中的最小值(对照10.93μg m~(-2) h~(-1))。3种处理样地的土壤全年均为甲烷汇,与对照样地的甲烷年通量(2.48 kg hm~(-2) a~(-1))相比,降水减少60%和20%样地的甲烷年通量分别增加44%和19%。在对照样地中,土壤甲烷吸收速率与土壤含水量呈现负相关(P=0.001),与温度相关性不显著(P0.05);而模拟降水减少后,土壤甲烷吸收速率与土壤温度呈正相关关系(P=0.006和P=0.034),与土壤含水量相关性不显著(P0.05)。总之,模拟降水减少后不仅提高了杉木人工林土壤甲烷吸收的能力,同时也可能改变影响土壤甲烷吸收的环境因子;在模拟降水减少前土壤甲烷吸收速率与土壤水分相关性更为密切,而模拟降水减少后土壤甲烷吸收速率可能主要受土壤温度的影响。     

抚育间伐对长白落叶松人工林土壤碳、氮及其组分的影响

抚育间伐作为重要的森林经营措施之一,能够改变林分结构和稳定性,进而影响森林生态系统的生物地球化学循环.然而,抚育间伐对森林土壤碳、氮循环的影响程度如何尚不明确,尤其缺少长期试验结果报道.本研究以黑龙江省孟家岗林场经过4种不同强度和频度的抚育间伐处理后的60年生长白落叶松人工林为研究对象(4次低强度的间伐,LT4;3次中等强度的间伐,MT3;2次高强度间伐,HT2;不进行间伐的对照,CK),从酸水解法划分土壤碳、氮库(活性碳、氮库Ⅰ,活性碳、氮库Ⅱ和惰性碳、氮库)的角度研究了抚育间伐对长白落叶松人工林土壤总有机碳、全氮的影响机制.结果表明: 抚育间伐显著增加了土壤有机碳和全氮含量,增幅分别高达48.7%～50.3%和28.9%～42.7%.抚育间伐均增加了3种碳、氮组分的含量,而增加的程度因碳、氮组分和抚育间伐措施的不同而异.与活性碳库Ⅰ和活性碳库Ⅱ的增加程度相比,惰性碳库的增加程度最大,LT4、MT3和HT2处理下惰性碳库分别增加71%、69%和75%.此外,抚育间伐也显著增加了惰性碳占土壤总有机碳的比例.LT4显著提高了土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵,而MT3和HT2对微生物生物量碳、氮和微生物熵却无显著影响.抚育间伐可能通过产生较多的粗木质残体于土体中,增加土壤木栓质和木质素等顽固组分的输入,进而导致土壤惰性碳含量增加,降低有机质的分解,最终导致土壤有机碳增加.     

林分因子对云顶山不同人工林林下植物多样性的影响

该研究采用典型抽样法,以成都云顶山5种人工林——柏木 枫杨林(BF)、银杏 楠木林(YN)、光皮梾木 香樟林(GZ)、枫杨 桤木林(FQ)、柏木林(CB)为研究对象,分析不同人工林的林下植物组成与多样性特征,并确定影响林下植物多样性的主导林分因子,为当地人工林经营管理提供理论依据。结果表明：(1)研究区共记录林下植物168种,隶属于62科130属;5种人工林灌木层与草本层的科属种数均以GZ最多。(2)5种不同人工林灌木层与草本层的优势种数分别为7、4、7、6、4种和5、4、9、9、10种,数量都较少。(3)5种人工林的Shannon Wiener多样性指数(H)、Simpson优势度指数(H′)、物种丰富度指数(D)、Pielou均匀度指数(J_sw) 均基本表现为草本层>灌木层,BF、GZ灌木层的D略高;灌木层的H、H′、D值均以GZ最大,但不同人工林的J_sw差异不显著;草本层的H、H′、D、J_sw均基本呈现CB>FQ>GZ>BF>YN趋势,GZ的D值略高于FQ。(4)6个林分因子对灌木层4个物种多样性指数的影响均无显著差异;林分平均树高、平均枝下高、平均胸径、平均冠幅和林分密度是影响草本层H、D的主要因子,但各林分因子对草本层H′、J_sw的影响差异不显著。研究认为,林分结构对林下草本层物种多样性的影响更大,平均树高、平均枝下高、平均胸径、平均冠幅、林分密度对草本层多样性有显著影响。     

亚热带人工林下植被根际土壤酶化学计量特征

为探讨林下植被根际土壤酶化学计量特征及其对林分类型和季节的响应, 该研究以江西省泰和县千烟洲试验站典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林林下优势灌草檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)和暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata)为对象, 在植被生长初期(4月)和旺盛期(7月)测定优势灌草根际土壤与碳(C)循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、与氮(N)循环相关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)、与磷(P)循环相关的酸性磷酸酶(AP)活性、酶化学计量比及土壤理化性质。结果发现: (1)根际土壤与C和N循环相关的酶活性以及BG:AP (酶C:P)在不同林下植被之间存在显著差异, 而与P循环相关的酶活性差异不显著。林分类型和取样季节显著影响BG:(NAG+LAP)(酶C:N), 且林下植被类型、林分类型和取样季节交互影响酶C:P。主成分分析表明, 根际土壤酶的活性及计量比在不同林下植被(檵木不同于格药柃, 且二者显著区别于其他物种)、林分类型(杉木林区别于马尾松、湿地松林)和取样季节之间均存在显著差异。土壤硝态氮(NO₃ ^--N)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、可溶性有机碳(DOC)含量和碳氮比(C:N)是影响林下植被根际土壤酶的活性及化学计量比的主要因素。(2)标准主轴回归分析表明, 林下植被根际土壤lg(BG)、lg(NAG+LAP)和lg(AP)之间存在显著线性关系, lgBG:lg(NAG+LAP):lgAP (酶C:N:P)约为1:1:1.3, 酶C:P及(NAG+LAP):AP (酶N:P)分别为0.14和0.15。AP远大于BG和NAG+LAP的活性, 导致lg(BG)和lg(NAG+LAP)与lg(AP)的回归斜率极显著偏离1。说明林下植被根际土壤酶的活性及计量比受植被种类、林分类型及取样季节影响, 且基质有效性在其中发挥重要作用。相较于C循环和N循环, 微生物会分配更多资源用于P循环相关酶的生产, 暗示亚热带人工林林下植被根际土壤微生物生长和活性更易受P限制。     

长白落叶松（Larix olgensis）工业人工林的模拟间伐

应用马尔柯夫过程理论,在获得林分直径转移概率的基础上,采用间伐最小径阶林木,最大径阶林木,中间径阶林木三种间伐方式,在保留不同密度情况下对长白落叶松工业人工林进行模拟间伐,提出了适宜的保留密度和相应的抚育间伐对象。结果表明：马尔柯夫过程确能反映长白落叶松工业人工林的直径转移过程,利用马尔可夫过程理论对长白落叶松工业人工林进行模拟间伐实现了依据培育时间来确定间伐方法和措施,提高了长白落叶松工业人工林经营管理的精准性;长白落叶松工业人工林成林后的间伐无论从培育森林方面,还是从取得木材、加大林分收益方面考虑,都应该以间伐小径阶的林木为主,注重培育I、II级木,间伐III, IV级木;20～25 a长白落叶松工业人工林间伐后的保留经营密度以0.7为宜。     

千烟洲人工林水汽通量特征及其与环境因子的关系

利用涡度相关技术研究了2004年千烟洲人工针叶林生态系统的水汽通量变化特征,结合气象要素的观测,进一步分析了净辐射、温度、水分、热量等环境因子对水汽通量的影响。结果表明:全年各月各时刻的水汽通量大多为正值,夏季大于春秋两季,冬季最小。其中7月份为全年最高,日最大值达到0·149gm-2·s-1;1月份最低,日最高值仅为0·021gm-2·s-1。不同天气条件下(晴天和多云)水汽通量的日变化有明显区别。全年蒸散量为736·1mm,占总降水量(1323·6mm)的55·6%。除7月份和10月份外,各月的蒸散量都要小于降水,尤以3、4月份差别最大,2004年10月出现典型的秋旱,但蒸散量和常年相差不大。水汽通量对净辐射、气温、地温、以及土壤热通量的变化都有很好的响应,两种天气条件下都能达到显著水平,可以用一元二次方程表达其间的关系。逐步回归分析显示晴天和多云时入选的变量不完全相同,晴天主要是净辐射、温度(气温、地温)、水分(饱和水汽压差),多云时包括净辐射、地温、土壤热通量和水分(空气相对湿度、土壤含水量)。可见气象条件在很大程度上制约着水汽通量的变化,而以辐射和地温的影响最大。     

人为干扰对黄土高原子午岭油松人工林土壤物理性质的影响

研究了放牧、收集枯落物及清灌等人为干扰活动对黄土高原于午岭油松林土壤结构及抗蚀性的影响。结果表明,随人为干扰强度的增加,0～50cm土壤中砂粒含量比无干扰时分别增加了11.83％、37．80％和51．60％;粉粒下降了8．16％、11．83％和15．55％;粘粒下降了8．10％、20．84％和30．72％,土壤表现出粗骨化趋势;〉0.25mm水稳性团聚体含量比无干扰林地分别下降了16．59％、43.12％和61．13％。〉1．0mm的团聚体含量仅为无干扰林地土壤的27．78％和24．34％,1．0—0．25mmm的团聚体下降幅度较小;〉0．05mm微团聚体的比例分别下降了19．39％、32．62％和33．47％。而〈0．05mm微团聚体所占比例随干扰程度的增加而大幅度上升。土壤容重增加了0．11-0．41g／cm^3。土壤总孔隙度分别降低了13．64％、25．47％和39．14％,毛管孔隙下降了7．79％、11．54％和29．32％,非毛管孔隙下降了28．47％、60．79％和64．08％。说明表层土壤非毛管孔隙对人为干扰更为敏感。最大持水量分别下降23．42％、37．15％和52．92％;毛管持水量下降33．79％、43．01％和52．22％;自然含水量下降31．03％、39．34％和46．28％。饱和持水量下降16．14％、28．80％和49．68％;田间持水量下降了12．39％、33．92％和47．47％;土壤有效水含量下降了9．55％、20．55％和58．91％。土壤前3min初渗率下降了38．74％、51．45％和63．23％;稳渗速率下降了54．06％、71．63％和84．10％,相应地受人为干扰林地前30min累计人渗量也较未受人为干扰林地土壤分别低48．15％、65．93％和73．35％。饱和导水率较对照下降了8．73％、33．33％和51．00％。土壤的结构系数。由79．12％下降到27．32％。团聚度由59．48％下降到11．11％,分散率上升了l倍多,分散系数上升了4倍多。土壤枯落物层及有机质的减少是引起土壤物理性质恶化的主要原因,其次是放牧和踏实等活动。