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。     

杉木人工林生物量及其分配的动态变化

根据5个年龄(6、16、23、32和50年生)共15块1000 m2样地的调查资料,利用15株不同年龄和径阶的杉木样木数据,建立以胸径(D)为单变量的生物量回归方程.采用样木回归分析法(乔木层)和样方收获法(灌木层、草本层、地上凋落物)获取不同林龄杉木人工林的生物量,并分析了其组成、分配特征及不同林龄生物量的变化趋势.结果表明:林分总生物量除16 ～23年生因间伐略有下降外均随林龄而增加,6、16、23、32和50年生杉木人工林生物量分别为62.73、172.51、141.65、192.30、247.32 Mg·hm-2,其中活体植物占95.76％ ～98.39％;层次分配方面乔木层占绝对优势,为89.77％ ～96.55％,其随林龄的变化与总生物量一致,其次为地上凋落物,占1.61％ ～4.24％,灌木层和草本层生物量较小,分别占0.01％ ～4.26％和0.27％ ～4.07％,分别以6和23年生最大;乔木层器官分配以干所占比例最高,占54.89％ ～75.97％,根占11.91％ ～ 12.66％,均随林龄而增加,枝、叶分别占11.86％～15.19％和4.80％～13.17％,均随林龄而下降;灌木层器官分配除50年生杉木人工林枝相对生物量小于叶,23和50年生杉木人工林根相对生物量大干枝外,其大小顺序为枝＞根＞叶;草本层分配以6和23年生杉木人工林地上相对生物量最大,其他林龄相反;杉木人工林乔木层各器官、各层次及总生物量具有良好的优化增长模型,其32年生人工林总生物量与其他森林类型相比,处于中上等,是一个光合效率高、固碳潜力大的速生丰产优良造林树种.     

不同林龄巨尾桉的灰分含量和热值

采用热量仪和马福炉对1～4年生4个不同林龄阶段巨尾桉的叶、枝、根、干、皮5个部位进行灰分含量和热值测定,结果表明:不同林龄巨尾桉其5个部位的平均灰分含量在(0.42±0.14)%～(4.43±1.35)%之间,以皮的最高、干的最低,各部位灰分含量的大小排列顺序无一相同且无明显的规律可循,除根外,叶、枝、干、皮在林分4个...     

中亚热带不同林龄杉木人工林径级结构与林下物种多样性分析

采用典型抽样法,以位于中亚热带的福建省将乐县的杉木〔Cunninghamia lanceolata ( Lamb.) Hook.〕人工林为研究对象,对10、15、20、25、30和40 a林分的径级结构、林下植被组成以及物种多样性变化进行调查和分析。结果表明：不同林龄杉木人工林的径级结构均呈正态分布,均在接近平均胸径的径级上植株数量最多;径级和密度间的关系可以用3参数的Gaussian函数表征;不同林龄间胸径差异显著。杉木人工林林下分布有45科80属97种植物,其中灌木层69种、草本层28种,物种丰富,但不同林龄的林分内各种类的重要值差异较大,且不同林龄的林分间优势种、共有种和独有种均明显不同。随林龄的增加,林下灌木层和草本层的物种组成、丰富度指数( R0)、Simpson多样性指数( D)和Shannon-Wiener多样性指数( H′)、Pielou均匀度指数( Jsw )和Alatalo均匀度指数( Ea )均有明显变化。10 a林分的林下物种数量最少(18种),而20 a林分的林下物种数量最多(40种)。林下灌木层的D和H′值分别为0.827~0.923和1.956~2.917,且随林龄的增加均呈“上升—下降—平稳”的变化趋势;灌木层的Jsw和Ea值分别为0.876~0.959和0.686~0.890,随林龄增加均呈“降低—升高—降低—升高”的变化趋势,且均在20 a林分中最小、在25 a林分中最大。林下草本层的D和H′值分别为0.639~0.898和1.274~2.435,并随林龄增加均呈波动的变化趋势;草本层的Jsw和Ea值分别为0.775~0.949和0.663~0.896,随林龄增加均呈“降低—升高—降低—升高—降低”的变化趋势,且均在15 a林分中最小、在10 a林分中最大。总体上看,林龄对杉木人工林林下灌木层和草本层的物种丰富度指数和多样性指数以及草本层的均匀度指数均有显著影响。根据研究结果,建议在杉木人工林的经营过程中对林下物种进行合理配置,并进行合理间伐,以促进林下植被的生长发育。     

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     

不同林龄杉木人工林碳储量及其分配格局

基于广西北部杉木主产区45块1000 m²样地的调查,研究幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林5种林龄杉木植被与土壤碳储量的分配格局.结果表明: 杉木人工林生态系统总碳储量表现为过熟林(345.59 t·hm^-2)>成熟林(331.14 t·hm^-2)>近熟林(299.11 t·hm^-2)>幼龄林(187.60 t·hm^-2)>中龄林(182.81 t·hm^-2).不同林龄碳储量分布格局均为土壤层>植被层>凋落物层,地下部分>地上部分.其中,植被层为34.80～134.55 t·hm^-2,占总碳储量的18.6%～38.9%,随林龄的增加而增加;凋落物层为1.26～2.07 t·hm^-2,占总碳储量的0.4%～1.1%;土壤层为149.24～206.02 t·hm^-2,占总碳储量的61.9%～80.0%.植被层碳储量以乔木层(33.51～133.7 t·hm^-2)最大,占92.8%～98.9%.其中,乔木层各器官碳储量以树干(20.98～95.68 t·hm^-2)最大,占乔木层碳储量的62.6%～72.6%,随林龄的增加而增加;枝、叶碳储量分别占4.8%～11.0%和11.1%～14.2%,随林龄的增加而减小,在过熟林阶段有所上升;根的碳储量占11.3%～12.3%,波动较小,比较稳定.     

会同杉木人工林不同生长阶段植物固碳特征

为了探讨杉木人工林不同生长阶段的固碳功能,以会同杉木林为研究对象,在定位连续测定林分生物量和碳素含量的基础上,研究了杉木林不同年龄阶段的储存碳量及在各组分的分配和植物固碳能力。结果表明:杉木各器官碳素含量树叶树皮树根树干树枝,且随着林龄增加而增大;杉木林植被储存碳量为22.93—86.98 t/hm2,各个层次储存碳量乔木层林下植被层枯死物层;乔木层碳素在器官间的相对分配大小依次为树干树根树叶树皮树枝;树干碳素分配比随着年龄增长而增大,树枝、树叶随年龄增长而减少,树根和树皮虽有波动,但变化较平稳;树枝、树叶、树干、树皮和树根碳积累年均变化都呈单峰形曲线,但波峰出现林龄各有不同;杉木林固碳动态特征可分为固碳功能建立、固碳能力迅速增长、固碳能力最大、固碳能力相对平稳和固碳能力下降等5个阶段;杉木林的固碳能力,不仅受不同生长阶段生长发育生物学特性的制约,而且还受林分冠层结构特征以及土壤肥力条件的影响。     

不同林地清理方式对杉木人工林生态系统的影响

在杉木中心产区福建尤溪建立径流场,进行不同林地清理方式对杉木人工生态系统影响的６ａ定位研究结果表明：炼山清理迹地导致林地严重的水土流失,炼山后的６ａ中要地的水、土、肥人分别达８７６７．３２ｍ＾３／ｈｍ＾２、３８．００ｔ／ｈｍ＾２、５２３．１６ｋｇ／ｈｍ＾２,分别是不炼山林地的３．１０、１９．７０、６．１０倍。两种清理方式林地流失量差异随时间推移逐年缩小,于第６年趋于一致,炼山具有短期激效效应,经雨     

杉木人工林土壤有机质研究

土壤有机质在养分循环、土壤理化性质等方面具有重要作用,是陆地生态系统重要的碳库,对全球碳素循环的平衡起着重要作用．本文详细阐述了杉木林地土壤有机质的性质与组成。杉木连栽对土壤有机质含量、腐殖质结合形态的影响以及林分发育过程中土壤有机质的变化,炼山、整地、施肥等经营活动对杉木林地土壤有机质的影响．杉木纯林有机质含量和质量均低于混交林,且随栽植代数的增加有机质含量和质量呈下降趋势,林地土壤肥力下降．最后提出应加强对土壤有机质周转模型、有机质组分,尤其是活性有机质以及有机质与全球碳循环关系的研究．     

增温对亚热带杉木人工林土壤微生物呼吸及熵值的影响

增温通过改变微生物生物量和微生物代谢状况影响土壤微生物呼吸。然而,有关亚热带地区土壤微生物呼吸如何响应长期土壤增温尚不清楚。以增温7年后的杉木人工林为研究对象,比较增温对杉木人工林土壤微生物呼吸和微生物代谢熵的影响。结果表明:(1)增温后,微生物生物量碳在8月份和12月份分别降低了32.1%和59.8%(P<0.05)。(2)增温后土壤基础呼吸与底物诱导呼吸与对照相比均无显著差异;水分添加后,与基础呼吸相比,增温和对照的土壤呼吸在8月显著增加了38.3%和104.8%;葡萄糖添加后,增温和对照的底物诱导呼吸在8月份分别显著增加了113.1%和152.9%,在12月份分别显著增加了118.0%和160.9%(P<0.05)。(3)增温后,微生物代谢熵在12月显著增加了127.7%,8月无显著变化(P<0.05)。(4)在增温和对照处理中,微生物代谢熵与可溶性有机碳和微生物生物量碳含量呈负相关,与土壤含水率正相关(P<0.05)。研究结果表明,土壤增温7年后碳的可利用性和水分的降低是影响杉木人工林土壤微生物呼吸的重要因素。     

不同林龄杉木人工林菌根侵染特征研究

丛枝菌根真菌是一种通过土壤侵染植物根系,与寄主植物互利共生的重要有益真菌。探究不同林龄杉木林中菌根侵染状况与土壤养分的变化规律,有利于深入认识丛枝菌根真菌—杉木相互作用的养分调控因素,从而为改善杉木人工林土壤肥力、促进杉木林可持续经营提供依据。分别选取10a、25a、45a杉木纯林,分析了不同林分菌根侵染率与孢子密度及部分土壤养分因子(全磷、速效磷、全钾、速效钾)的关系。结果表明:(1)菌根侵染率与孢子密度均呈现出随林龄增大而增大的趋势,pH随林龄增大而减少的趋势;(2)根际土中磷的含量总体偏低,而且受到土壤酸化流失和丛枝菌根真菌积累的双重影响呈现出先减少后增加的趋势;(3)虽然有效钾含量随林龄变化趋势不显著,但丛枝菌根真菌能促进土壤钾的积累。因此,丛枝菌根真菌能有效调控根际土的养分动力学特征,减缓土壤酸化造成的养分流失。     

连栽杉木林林下植被生物量动态格局

用空间一致时间连续的定位研究方法,在湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站试验基地的第2集水区,对连栽杉木林林下植被生物量进行了12 a的监测,研究了林下植被种类的变化、生物量动态特征、生物量的组成与分布变化格局。结果表明:连栽杉木林在14a生长发育过程中,林下植物种类呈现波动性的减少趋势,其中木本植物物种数下降率为40.0%,草本植物物种数下降率为47.1%。林下植被生物量由杉木林3年生29.48 t/hm²下降至14年生的2.53 t/hm²,其中木本植物生物量由7.07 t/hm²,下降至1.25 t/hm²,下降了82.3%;草本植物由22.41 t/hm²,下降至1.28 t/hm²,下降了94.3%。在此期间,木本与草本植物生物量的高低均出现波动现象。3年生杉木林下木本植物以乔木树种生物量6068.97 kg/hm²最高,占总生物量85.88%,藤本植物生物量736.97 kg/hm²为次,占10.44%,灌木植物生物量259.87 kg/hm²最低,仅占3.68%。14年生杉木林下木本植物以灌木植物生物量881.87 kg/hm²为首,占总生物量70.73%,藤本植物生物量247.07 kg/hm²为次,占19.82%,乔木树种生物量117.87 kg/hm²最少,只占9.45%。3年生杉木林下草本植物以蕨类植物生物量8391.44 kg/hm²最高,占总生物量的37.44%,过路黄生物量36.77 kg/hm²最低,仅占0.16%。杉木14年生时,以芒生物量573.00 kg/hm²最大,占总生物量44.78%,金毛耳草生物量2.93 kg/hm²最小,仅占0.23%。研究结果,可为研究杉木林养分循环、碳平衡、维护和提高林地地力及可持续经营管理提供科学依据。     

不同林龄杉木人工林土壤C:N:P化学计量特征及其与土壤理化性质的关系

为了阐明林龄对杉木人工林土壤理化性质及碳氮磷(C∶N∶P)生态化学计量特征的影响,在福建农林大学三明莘口林场选取4个林龄(4, 20, 24, 33a)的杉木人工林为研究对象,测定0—20,20—40,40—60 cm深度土壤的水分-物理性质、pH、总碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK),探讨它们随林龄的变化及其与C∶N∶P化学计量比之间的关系,为杉木人工林持续经营管理提供科学依据。结果表明:(1)随着林龄的增加,质量含水量、田间持水量和毛管孔隙度先减小后增加,在20 a达到最小,TN和TP也有相似的变化趋势,但在24 a林分的深层土壤达到最小,TC和TK保持不变;(2)随着林龄的增加,C∶N保持不变,C∶P和N∶P在24 a成熟林达到最大,但只在20—60 cm达到显著差异;(3)TC与多数水分-物理性质及3个生态化学计量比显著相关,质量含水量和孔隙度与C∶N∶P生态化学计量比均显著相关,TP与C∶P和N∶P显著负相关。土壤物理性质与土壤养分循环存在一定关联,有机质与土壤结构及养分平衡的调节有关,研究区杉木林发育过程中土壤腐殖质化进程较缓慢,24 a成熟林杉木的生长受到土壤磷的限制,在杉木速生阶段适当增施磷肥,保证林木的良好生长,促进土壤与植物的良性养分循环。     

广西不同林龄杉木、马尾松人工林根系生物量及碳储量特征

为了解不同林龄杉木、马尾松人工林地地下根系生物量及碳储量特征,以广西杉木、马尾松主产区5个不同林龄阶段(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林)的人工林为研究对象,采用全根挖掘法和土钻法获取标准木根系生物量、灌草根系生物量和林分细根生物量,并测定其碳含量,分析其不同林龄阶段地下根系生物量和碳储量分配特征。结果表明:杉木、马尾松林地下根系总生物量分别在9.06—31.40Mg/hm~2和7.91—53.40Mg/hm~2之间,各林龄阶段根系总生物量总体上呈现随林龄增加而增加的趋势,杉木林细根生物量随林龄的增加呈现出先减后增的趋势,马尾松呈现出逐渐减小的趋势;林分各层次根系碳含量表现为乔木灌木草本、细根;杉木、马尾松地下根系碳储量变化趋势与生物量变化趋势相同,杉木、马尾松林不同林龄阶段各层次根系和土壤细根总碳储量分别在7.56—21.97Mg/hm~2和8.86—29.95Mg/hm~2之间;地下根系碳储量总体上以乔木根系占优势,且随林龄的增大其比例呈增加的趋势。     

不同林龄杉木氮素的获取策略

为了探讨不同林龄杉木人工林氮素获取策略,选择了江西千烟洲森林生态研究站红壤区的3种林龄杉木人工林(5年生幼龄林、13年生中龄林和30年生成熟林)作为研究对象,利用稳定性同位素~(15)N示踪技术研究了它们的氮素吸收策略。结果表明,杉木对硝态氮的吸收受林龄影响,成熟林的吸收速率最高,为(5.72±0.24)μg N g~(-1)干重h~(-1),而中龄林和幼龄林的吸收速率相当,分别为(1.57±0.13)μg N g~(-1)干重h~(-1)和(2.36±0.22)μg N g~(-1)干重h~(-1)。幼龄林((34.33±1.20)μg N g~(-1)干重h~(-1))和成熟林((34.18±2.32)μg N g~(-1)干重h~(-1))对铵态氮的吸收速率相似,均显著高于中龄林((23.33±1.39)μg N g~(-1)干重h~(-1))。杉木对甘氨酸的吸收不受林龄的影响。3种年龄的杉木均对铵态氮表现出强的获取能力,其中成熟林杉木对硝态氮的获取能力明显弱于对铵态氮的获取,但却强于对甘氨酸的获取。这样的结果反映了林龄能影响杉木人工林对无机氮的吸收,但未影响对有机氮的吸收;杉木偏好吸收铵态氮,对硝态氮和甘氨酸的吸收很少。如果能把氮素形态考虑进对杉木人工林的施肥管理当中,那么可能会极大地改善杉木的生产力。     

不同林龄杉木人工林土壤团聚体磷素分布特征

探究不同林龄杉木人工林土壤团聚体各形态磷素的分布特征有利于提升杉木人工林土壤磷素有效性。本研究选取位于广西融水县的幼龄(9 a)、中龄(17 a)、成熟(26 a)杉木人工林和邻近撂荒地(CK),利用干筛法将采集到的表层(0～20 cm)原状土壤分为4个粒级团聚体(>2、1～2、0.25～1和<0.25 mm),测定各粒级团聚体中不同形态磷组分。结果表明: 1)不同林龄杉木人工林土壤团聚体组成差异显著,CK和各林龄杉木人工林中>2 mm粒级团聚体含量显著较高,随林龄的增长先增后减,在17 a时最高;土壤平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)的变化趋势与>2 mm粒级团聚体一致。2)CK和各林龄杉木人工林中各粒级土壤团聚体全磷、无机磷和有机磷含量差异均不显著,而土壤有效磷含量在>2 mm粒级团聚体中显著较高,达1.23～7.33 mg·kg^-1;不同林龄杉木人工林土壤团聚体及全土全磷、有效磷和无机磷含量均显著高于CK,并随杉木林龄的增长先增后减,全土总磷和有效磷含量在9 a时最高,分别为322.40和7.33 mg·kg^-1,全土无机磷含量在17 a时最高,为114.05 mg·kg^-1;全土有机磷含量随杉木林龄的增长先增再减再增,在9 a时最高,为210.00 mg·kg^-1。3)不同粒级土壤团聚体磷储量与土壤团聚体组成比例显著相关。CK和各林龄杉木人工林中>2 mm粒级团聚体各形态磷储量较高。除有机磷外,各形态土壤磷储量均随杉木林龄的增长先增后减。综上,林龄17 a之前,杉木人工林的种植有利于提升土壤团聚体稳定性,促进土壤磷素水平的提升;林龄17 a后,>2 mm粒级团聚体的破碎导致土壤团聚体稳定性和土壤磷素供应水平逐渐下降。因此,在杉木人工林培育栽种17 a以后应重视土壤中>2 mm粒级团聚体的保护,以保障土壤质量,维持土壤供磷水平。     

不同林龄杉木人工林的水分利用效率与叶片养分浓度

以亚热带不同林龄(3、8、14、21、46年生)杉木人工林为研究对象,探索不同叶龄(当年生、1年生、2年生和3年生)叶片氮、磷养分状况和水分利用效率的差异及其相互关系.结果表明: 不同叶龄水分利用效率差异显著,总体趋势为当年生>1年生>2年生>3年生,而林龄对水分利用效率影响不显著.叶片N/P为11.4～19.6,其中,幼龄林和老龄林叶片N/P高于速生期林分叶片N/P,氮、磷浓度随叶龄的变化趋势一致,为当年生>1年生>2年生>3年生.水分利用效率随林龄变化不显著,可能是因为叶片光合速率和气孔导度同时随林龄下降.水分利用效率与叶片氮浓度相关不显著,而与叶片磷浓度呈显著正相关,与N/P呈显著负相关,表明在氮沉降增加的背景下,亚热带森林中植物磷含量逐渐成为影响水分利用效率的重要因子.