近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响

近自然化改造作为森林新增碳汇的最有希望的选择之一,将如何通过改变林分结构影响林分生物量和生产力进而影响林分固碳能力和潜力目前尚不清楚,因此,了解近自然化改造对人工林生物量及其分配的影响,对人工林生态系统碳管理具有重要意义。以马尾松近自然化改造林(P(CN))、马尾松未改造纯林(P(CK))、杉木近自然改造林(C(CN))和杉木未改造纯林(C(CK))4种人工林为研究对象,采用样方调查和生物量实测的方法,分析4种林分生物量差异,旨在揭示近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响。结果表明:马尾松杉木人工林近自然化改造通过调整林分结构显著提升马尾松和杉木人工林生物量和生产力,8a后马尾松和杉木林分生物量分别增加46.71%和37.24%。乔木层生物量在林分生物量总量中占主导地位(95.48%-98.82%),并对林分生态系统总生物量变化起决定性作用。林分生物量和生产力的增加主要因为近自然化改造改变了林分群落结构,进而提高了乔木层生产力。研究结果表明,合理的经营措施不仅可以改善林分结构,提升林分生产力,并可为增强植被固碳能力创造有利条件。     

植被恢复模式对石漠化生态系统碳储量的影响

为揭示石漠化生态系统碳储量对植被恢复模式的响应,在广西天等县中度石漠化山地,研究了吊丝竹纯林(Dendrocalamus minorD)、任豆纯林(Zenia insignis Z)、任豆、蚬木(Buerretiodendron hsienmu)和顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)混交林(mixed plantation M),以及相应同龄封育林(D_(CK)、Z_(CK)、M_(CK))的碳储量。结果表明:人工林碳储量显著高于相应同龄封育林的碳储量,D、Z、M人工林碳储量分别为67.75、66.56、121.20 t/hm~2,而D_(CK)、Z_(CK)、M_(CK)封育林仅为49.75、52.89、60.86 t/hm~2。碳储量在乔木层、地被物层、土壤层分配排序因生态系统类型而异,如M:乔木层土壤层地被物层;D和Z:土壤层乔木层地被物层;D_(CK)、Z_(CK)和M_(CK):土壤层地被物层乔木层。此外,M、D、Z乔木层年平均碳储量差异显著,而封育林尚未形成乔木层,其植被碳储量则随封育时间的增加而提高,即M_(CK)Z_(CK)D_(CK)。可见,在中度石漠化山地,植被恢复模式显著影响生态系统碳储量及其分配。人工造林相对于封山育林更能快速促进植被恢复、形成乔木林,从而提高生态系统碳储量。     

喀斯特季节性雨林植物叶片碳同位素组成及水分利用效率

研究喀斯特季节性雨林不同生境代表性树种及同一树种不同生境下叶片δ¹³C值及水分利用效率(WUE),丰富喀斯特季节性雨林物种生态位分化及物种共存理论,可为喀斯特地区石漠化治理树种选择及配置提供参考.结果表明: 喀斯特季节性雨林树种叶片δ¹³C值的范围为-34.13‰～-29.69‰,平均值为(-31.40±1.19)‰,WUE的范围为9.08～58.76 μmol·mol^-1,均值为41.79 μmol·mol^-1,低于更高纬度的亚热带和暖温带森林,但高于更低纬度的热带雨林和同一纬度的非喀斯特季节性雨林;从洼地到山顶,随着干旱指数的增加,不同生境代表性树种的水分利用效率逐渐增大;同一树种δ¹³C值和WUE也是从洼地到山顶逐渐增高.树种水分利用效率除了与气候等因子相关外,还与植物所处生境的地质背景、水分可利用性相关.同一气候条件下,喀斯特区植物的水分利用效率要高于非喀斯特区、干旱生境植物的水分利用效率高于湿润生境,说明不同的水分利用效率是喀斯特地区植物适应不同生境、实现多物种共存的策略之一.     

桂西南喀斯特季雨林木本植物的水力安全

桂西南喀斯特地区生物多样性丰富、特有种多, 同时也是石漠化问题较为严重的区域。由于该喀斯特地区土层浅薄、岩石裸露、表层储水能力差, 植物在干旱季节经常会受到水分胁迫。植物水力学特征不仅是探讨喀斯特地区植物的生理生态适应性的关键, 还能够为石漠化地区的植被恢复提供重要参考。该研究测定了桂西南喀斯特季雨林17种代表性木本植物(包括不同生活型、叶片习性和生境)的木质部脆弱性曲线、最低水势、叶片膨压丧失点和边材密度等水力性状, 结果发现: (1)喀斯特植物木质部导水率丧失50%时的水势值(P₅₀)的种间差异较大(-0.51- -2.51 MPa), 其中常绿种的抗栓塞能力比落叶种强; (2)喀斯特植物的木质部水力安全边界值(最低水势与P₅₀之间的差值)的均值为0.36 MPa, 说明喀斯特森林植物在自然最低水势状况下木质部发生栓塞的程度较高; 但是不同植物种间存在显著差异, 这可能与喀斯特峰丛洼地生境的复杂性以及物种不同的抗旱策略有关; (3)由于喀斯特植物水分适应机制的多样化, 导致木质部水力安全边界与叶片膨压丧失点、边材密度的相关性并不显著。在区域气候干热化的背景下, 结合喀斯特植物的栓塞脆弱性和长期水势监测(尤其极端干旱事件)分析它们的水力安全, 对预测未来喀斯特森林物种分布和群落动态具有重要的指示作用。     

全球降水格局变化下土壤氮循环研究进展

自然和人为因素导致全球降水格局发生改变,降水变化势必影响土壤氮循环,从而影响陆地生态系统生产力和多样性,然而不同降水变化类型对土壤氮循环的影响仍然缺乏足够的认识。因此,本文综合分析了全球和我国降水格局变化特征,简要介绍了6种降水格局变化下土壤氮循环的研究方法（长期降水固定观测、野外降水控制实验、自然降水梯度、室内培养、模型和遥感）,系统综述了3种降水变化类型（降水波动、干旱、干湿交替）,以及降水与温度、氮沉降等交互作用对土壤氮循环影响的研究进展与存在的问题,并展望了未来研究方向,为评估和预测未来降水变化对陆地生态系统功能的影响提供理论依据。     

南亚热带混交人工林树种丰富度与土壤微生物多样性和群落组成的关系

森林植被与土壤微生物作为森林生态系统的重要组成部分,它们之间的相互作用对维持森林生态系统功能和稳定性起着重要作用。以往多在天然草地和森林生态系统开展植物多样性与土壤微生物多样性关系的研究,但人工构建的多树种混交林生态系统中树种多样性对土壤微生物群落组成的影响及其机制尚不完全清楚。因此,以南亚热带人工块状造林后自然恢复形成的多树种混交森林生态系统为研究对象,利用高通量测序技术研究了随树种丰富度（1-10种）变化土壤细菌和真菌多样性的变化规律及主要影响因子。结果表明,随树种丰富度增加,土壤真菌α多样性显著提高,但土壤细菌α多样性差异不显著;不同树种丰富度梯度间土壤细菌和真菌的群落结构组成均差异显著;Pearson相关分析表明土壤细菌α多样性主要受土壤pH和土壤铵态氮影响,而土壤pH和有效磷是土壤真菌α多样性的主要影响因子。距离冗余分析（db-RDA）表明,对土壤细菌群落组成产生显著影响的环境因子分别为土壤pH、硝态氮和芳香碳组分,而土壤有机碳、硝态氮、细根生物量和氧烷基碳组分是影响土壤真菌群落组成的主要因子。本研究的结果说明了南亚热带人工林不同树种混交后形成多树种混交林生态系统的过程中,树种组成和多样性的变化通过改变土壤理化性状和根系生物量对土壤微生物群落组成有显著影响,为制定该区域人工林通过树种丰富度合理组配调控提升地下生物多样性及生态系统功能的经营策略提供了科学依据。     

马尾松人工林林分密度对林下植被及土壤性质的影响

采用样方调查及取样分析方法,研究广西大青山南亚热带不同密度马尾松人工林林下植被及土壤特征.结果表明:马尾松人工林自然发育14 a后,林分密度从1050 株·hm^-2增加到1800株·hm^-2,林下灌木层物种多样性指数增高.密度为1800 株·hm^-2时,多样性指数最高.当林分密度继续增大到2250 株·hm^-2,灌木层物种多样性指数却呈降低趋势.林下草本物种多样性指数对林分密度变化的响应不敏感;在林分密度影响下,林下灌木生物量与灌木层物种多样性指数变化规律一致.随着林分密度的增大,林下草本生物量呈降低趋势;不同密度马尾松人工林土壤理化特性差异显著(P<0.05).除全K、速效K和速效P外,土壤表层(0～20 cm)养分含量与林下灌木层物种多样性指数变化趋势一致.不同密度林地速效K和速效P含量变化波动较大.密度为2100 株·hm^-2的林分土壤
全P含量较高.中密度(1800 株·hm^-2)林地的土壤持水量和孔隙度均较高,土壤容重较低.     

广西弄岗五桠果叶木姜子群落木质藤本空间格局及其与树种间的关系

木质藤本是生物多样性的重要组成,木质藤本通过影响支持木进而影响群落的结构和功能,但在生物多样性丰富的北热带喀斯特森林中,木质藤本与支持木的关系鲜为人知。以喀斯特季节性雨林的五桠果叶木姜子（Litsea dilleniifolia）群落为研究对象,对木质藤本的密度、分布格局及其与主要树种的关系进行调查研究,分析木质藤本对树木的影响。结果显示：（1）五桠果叶木姜子群落内木质藤本平均密度为0.0913株/m²,木质藤本在0-20m空间尺度整体表现为聚集分布,且随着尺度增大,聚集强度逐渐减弱;不同径级木质藤本在不同尺度上的分布格局不同。（2）木质藤本对不同径级、不同种类、不同聚集强度的支持木选择表现以下体征：随着支持木径级增加,木质藤本攀附的比例和每木藤本数有增加趋势,且木质藤本胸径与支持木胸径呈极显著正相关;附藤率较高的支持木有紫葳科（Bignoniaceae）种类和东京桐（Deutzianthus tonkinensis）,单木附藤数量多的是南方紫金牛（Ardisia thyrsiflora）;物种的聚集强度与附藤率、附藤数量呈负相关。（3）木质藤本的密度与支持木死亡率关系不显著,而物种的附藤率与死亡率呈极显著负相关。以上结果表明,木质藤本密度在原生性喀斯特季节性雨林中并不高,且木质藤本对支持木具有选择性,但其对五桠果叶木姜子群落的死亡率并未产生显著影响。该研究可为喀斯特原生性季节性雨林的物种共存、极小植物种群保育提供理论依据,也可为石漠化区域的植被修复提供科学参考。     

南亚热带马尾松-红椎混交林及其纯林土壤细菌群落结构与功能

营建乡土阔叶树种人工纯林和针阔混交林是我国亚热带地区森林经营的发展趋势,但对人工纯林和针阔混交林土壤细菌群落结构及功能知之甚少。本研究以南亚热带乡土针叶树种马尾松、阔叶树种红椎人工纯林及二者的混交林为对象,运用细菌16S rRNA基因高通量测序技术和PICRUSt基因功能预测,分析了3种人工林不同土层(0～20、20～40和40～60 cm)土壤细菌群落的结构与功能。结果表明: 混交林和马尾松林土壤细菌群落结构相似,但与红椎林差异显著,红椎林土壤细菌群落多样性、生物通路代谢功能和氮循环功能低于马尾松林和混交林;土壤全氮、硝态氮和C/N是导致红椎林与马尾松林和混交林土壤细菌群落结构及功能差异的主要土壤理化因子。就土壤细菌群落结构与功能而言,在该地区营造红椎和马尾松针阔混交林要优于红椎纯林。     

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。