不同森林恢复方式对我国南方红壤区土壤质量的影响

2008-2009年在我国南方红壤区,研究了3种典型森林恢复方式(自然恢复的天然次生林、人工恢复的本地种马尾松人工林和引进种湿地松人工林)对林地土壤质量的影响.结果表明： 天然次生林的土壤含水量、土壤容重、土壤粒径构成、土壤全碳、全氮、全磷、有机碳、速效氮、速效磷、速效钾含量均优于两种人工林.综合土壤物理性状、化学性状和微生物性状得到土壤质量综合指数.天然次生林土壤的综合质量指数(1.20±0.10)显著高于马尾松人工林(0.59±0.03)和湿地松人工林(0.59±0.06),而两种人工林之间差异不显著.在我国南方红壤区,自然恢复的天然次生林土壤质量优于人工恢复的马尾松林和湿地松林.     

南方红壤区3种典型森林恢复方式对植物群落多样性的影响

合理的森林恢复方式能提高植物多样性,进而提高生态系统服务功能.在我国南方红壤区研究了3种典型森林恢复方式(引进种恢复的湿地松(Pinus elliottii)人工林本地种恢复的马尾松(Pinus massoniana)人工林和自然恢复的天然次生林)的植物区系构成和植物群落多样性.结果表明:(1)湿地松人工林有155种植物,隶属66科118属,马尾松人工林有137种植物,隶属59科97属;天然次生林有226种植物,隶属86科160属,3种森林恢复方式的乔木层、灌木层和草本层的优势科属明显不同,马尾松人工林的优势物种和天然次生林更相似;(2)天然次生林的植物区系基本构成、植物区系类型种类高于马尾松人工林和湿地松人工林,并且天然次生林的温带成分比例高于湿地松人工林;(3)恢复方式对植物群落的多样性指数有显著影响,天然次生林的物种丰富度、辛普森指数明显高于马尾松人工林和湿地松人工林,两种人工林之间差异不显著;(4)3种森林恢复方式的植物群落结构存在显著差异,相比湿地松人工林,马尾松人工林的植物群落组成与天然次生林更相似.总之,自然恢复的天然次生林植物群落多样性高于人工恢复的马尾松人工林和湿地松人工林,本地种马尾松人工林在维持区域植物群落结构功能上优于引进种湿地松人工林.     

不同森林恢复类型对南方红壤侵蚀区土壤质量的影响

为了探讨主要森林类型对土壤质量的影响 ,对南方红壤侵蚀区 4种主要森林恢复类型下土壤物理、化学、生物学性状进行了比较研究 ,结果表明 :不同的森林恢复类型导致了土壤物理、化学和生物学性质的显著差异。 4种森林类型的土壤质量均比长期干扰下对照的土壤质量高。人工林土壤质量又相对比天然次生林土壤质量低。其土壤质量综合指数分别为 :天然次生林(0 .95 )、油茶林 (0 .6 8)、杉木林 (0 .5 5 )、湿地松林 (0 .36 )、对照 (0 .0 4 )。自然恢复在恢复初期是提高土壤质量的有效途径。导致人工林和对照土壤质量相对较低的主要因素是 :周期性的森林抚育打破土壤物理结构、凋落物质量较低、凋落物量较低、微生物生物量较低、微生物功能较差和土壤养分流失严重。在土壤质量指标选择方面 ,土壤微生物生物量结合微生物功能多样性是反映土壤生物学活性和土壤质量的较好指标。     

红壤退化地森林恢复后土壤有机碳对土壤水库库容的影响

亚热带红壤侵蚀退化地实施生态恢复后生物生产力恢复迅速,但土壤尤其是土壤水库的功能并未获得同步恢复,导致土壤水库对于降水和地表径流的调节能力低下,区域性洪涝灾害和季节性干旱依然突出。采用野外调查和室内分析相结合的方式,研究了南方红壤侵蚀退化地典型植被恢复类型(马尾松与阔叶树复层林、木荷与马尾松混交林、阔叶混交林)0—60cm土层土壤水库各种库容差异,以及土壤总有机碳和活性有机碳密度分布特征,采用典型相关分析方法对土壤水库库容与土壤有机碳密度两组指标进行相关分析。结果表明:随着土层深度的增加,各森林恢复类型死库容呈上升趋势,兴利库容和最大有效库容呈下降趋势,防洪库容变化趋势不明显,木荷与马尾松混交林兴利库容略高。不同森林恢复类型同一土层土壤总有机碳密度均表现为马尾松与阔叶树复层林木荷与马尾松混交林阔叶混交林,而活性有机碳密度则以阔叶混交林最大。典型相关分析表明,土壤有机碳水平对土壤水库库容的增加具有显著的因果影响关系(P=0.01),其中对有机碳水平起到主导性贡献作用的是水溶性有机碳。因此,对于退化红壤地森林恢复初期,可通过适当密植和立体种植,提高林地生物量和土壤碳密度,并在马尾松等先锋树种针叶林分中补植阔叶乔灌木,以增加土壤活性有机碳含量,增大土壤水库容量,从而有利于土壤水库结构和功能以及退化生态系统的快速恢复。     

植被恢复对亚热带退化红壤区土壤化学性质与微生物群落的影响

利用1991年在江西省泰和县严重退化的丘陵红壤区建立的长期森林恢复实验基地,以自然恢复的荒草地为对照,分析了湿地松纯林、枫香纯林、湿地松-枫香混交林3种植被类型造林19年后土壤养分和微生物群落数量的变化.结果表明:枫香纯林和湿地松-枫香混交林的土壤有机碳含量(15.16±3.53和16.42±0.49 g·kg-1)显著高于荒草地(9.30±1.13g·kg-1);土壤全磷含量表现为荒草地(0.30±0.02 g·kg-1)＞湿地松-枫香混交林(0.22±0.04g·kg-1)＞枫香纯林(0.14±0.01 g·kg-1);土壤有效磷含量为枫香纯林(1.66±0.02mg·kg-1)、湿地松-枫香混交林(2.47 ±0.27 mg·kg-1)和湿地松纯林(1.15±0.71 mg·kg-1)显著高于荒草地(0.01±0.00 mg·kg-1);土壤的微生物总数、细菌数量及百分比、土壤无机解磷菌和有机解磷菌数量均为枫香纯林、湿地松-枫香混交林显著高于湿地松纯林和荒草地;真菌数量及百分比、放线菌百分比为枫香纯林、湿地松-枫香混交林显著低于荒草地;土壤有机碳含量与细菌百分比呈极显著正相关,与真菌和放线菌百分比呈显著负相关;土壤有效磷与有机解磷菌数量呈显著正相关,与无机解磷菌数量不相关.枫香纯林和湿地松-枫香混交林可以作为亚热带退化红壤区植被恢复的推荐模式.     

不同植被恢复方式下红壤线虫数量特征

退化红壤不同植被恢复方式下土壤线虫数量的顺序为：保护荒地＞干扰荒地＞马尾松＞小叶栋＞木荷＞混交林（木荷—马尾松）。土壤线虫数量的季节波动明显：春季和冬季较多,秋季居中,而夏季极显著少于其它季节（尸＜ｏ．０１）。就线虫数量季节变异系数所体现的群落稳定性而言,马尾松林地的变异系数最高（Ｐ＜０．０５）,指示其群落最不稳定。线虫数量在土壤剖面中呈明显的垂直梯度分布。在表层土壤,线虫数量与代表碳氮和生物活性水平的土壤质量指标,如有机碳、全氮、速效氮磷、微生物量、潜在可矿化碳氮、基础呼吸、酶活性等,一般呈极显著正相关（Ｐ＜０．０１）;而与代表土壤物理性质及交换性能的指标,如含水量、容重、颗粒组成、速效钾等一般没有相关性。鉴别分析（ＣＤＡ）将不同植被下的祥地分为３组,自荒１和自荒２为１组,小叶栋、木荷和混交林为１组,而马尾松单独为１组。总之,不同植被恢复下线虫数量的分异韧步体现了线虫指示红壤质量的潜力。     

亚热带退化森林不同恢复方式对土壤团聚体胶结物质及稳定性的影响

退化森林的恢复一直是林业和生态学研究的热点。良好的森林土壤结构有助于林木生长发育,作为土壤最基本的结构单元,土壤团聚体组成和稳定性是衡量土壤肥力和质量的重要指标,其团聚结构的形成依靠土壤胶结物质。然而,土壤胶结物质与团聚体稳定性之间的关系尚不确定。为探明亚热带退化森林的不同恢复方式对团聚体稳定性的影响及其潜在机制,以自然恢复的次生林为对照(CK),选取了亚热带三种常见的人工林：一代杉木林(P1)、二代杉木林(P2)和黄山松林(P3),测定土壤团聚体稳定性及其胶结物质的含量,并分析了各胶结物质对团聚体稳定性的影响。研究发现：不同森林恢复方式显著影响了土壤pH值、碳氮比、速效磷含量、团聚体的组成和稳定性。所有森林类型中,三种人工林的团聚体稳定性显著高于CK,P2的大团聚体所占比例最大,团聚体稳定性最高。恢复方式显著影响了土壤游离氧化铁含量、菌根密度和易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EEG)含量。团聚体稳定性与游离氧化铁含量、菌根密度呈正相关,但与EEG含量呈负相关。研究结果表明,亚热带退化森林的人工恢复比自然恢复更有助于增强土壤团聚体稳定性,土壤游离氧化铁、菌根密度和EEG是显著影响团聚体稳定...     

红壤小流域坡地不同利用方式对土壤磷素流失的影响

以浙江德清县排溪冲小流域生态系统为实例,采用定位土芯Ｅｕ示踪和无界径流小区法研究了流域内坡地不同利用方式对土壤磷素流失的影响,结果表明：（１）坡地不同利用方式磷素流失差异明显,流失最严重提是竹园,其次是旱地作物和新建果园,再次是幼龄茶园,林地和未开发利用的荒草地磷素的流失较轻;（２）泥沙结合态磷（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ,ＰＰ）随泥沙迁移流失是红壤坡地磷素流的的主要形式,６种利     

坡面土地利用方式与景观位置对土壤质量的影响

坡面土地利用与植被的斑块化镶嵌是人类干扰山区景观异质性的特点,在卧龙湿润高山地区,森林砍伐、植被破坏,农业坡耕地与人工林种植是居民区附近土地利用多样化的原因,从样带与生态系统类型尺度上探究土地利用与坡面景观位置对土壤水分与养分的影响,利用定量化的方法,揭示坡面上土壤质量与土地利用类型,景观位置之间的关系。选取了四种典型的土地利用类型（灌丛,撂荒地,坡耕和人工林）与4个坡面位置（上坡,中坡,下坡和坡脚）,通过样带采样研究它们之间土壤养分的差异。利用主成分分析（PCA）等多元统计方法来定量化比较不同土地利用与坡位下的土壤质量。结果表明,灌丛有着较高的土壤质量指数（QI）。而人工林与农田的QI值较低。这表明灌丛在坡面上有着“肥力岛屿”效应。不同坡位条件下土壤质量指数（PI）表明,与中坡位和下坡位相比,上坡位与坡脚处土壤质量要高。结果说明坡面土壤质量的变化是土地利用方式变化与景观位置分异综合作用的结果。     

南方红壤地区种植龙须草对土壤质量的影响

通过对10年生龙须草地与自然野生草地和柑橘地3种不同土地利用方式的比较,对土壤的化学性状、物理性状、生物学性状以及植株生长的小气候环境进行了全面的调查分析。结果表明,10年生龙须草地土壤物理性状、化学性状、生物学性状和草地小气候环境都有不同程度的改善。结果还表明,土壤微生物数量在不同的季节呈现出有规律的动态变化,夏季最高,冬季最低,春、秋两季处于中间,而且龙须草地土壤微生物数量的季节性波动不如自然野生草地的波动大;龙须草地四种土壤酶的活性均比自然野生草地的高。从土地持续利用的角度考虑,再加上龙须草自身有着良好的经济效益和水土保持效益,在中国南方红壤地区种植龙须草是一种较好的土地利用模式。     

退化红壤丘陵区森林凋落物初始化学组成与分解速率的关系

通过小盆+凋落袋控制试验,研究了我国南方退化红壤丘陵区8种森林凋落物和4种混合凋落物初始化学组成与分解速率的关系.结果表明:阔叶凋落物中的氮、磷、钾、镁含量显著高于针叶凋落物,木质素、碳含量显著低于针叶凋落物;凋落物分解速率与凋落物初始氮、磷、钾、镁含量呈显著正相关,与凋落物初始碳、木质素含量以及木质素/氮、木质素/磷和碳/磷值呈显著负相关;木质素含量解释了凋落物分解速率变异的54.3%,是影响分解速率的最关键因子,凋落物碳、氮、磷含量也与分解速率密切相关,它们与木质素含量一起可解释分解速率变异的81.4%.在退化红壤丘陵区植被恢复过程中,低木质素含量、高氮磷含量的阔叶物种的引入有利于加速凋落物的分解速率和土壤肥力的恢复进程.     

生物质炭添加对红壤性水稻土重金属有效性及土壤质量的影响

通过田间定位试验探讨了不同生物质炭添加量对红壤性水稻土理化性质、重金属有效性和土壤质量的影响。生物质炭于2017年水稻种植前一次性添加于耕作层(0～17cm),分别设置5个不同处理:CK:0 t·hm^-2,A10:10 t·hm^-2,A20:20 t·hm^-2,A30:30t·hm^-2和A40:40 t·hm^-2,经种植两季水稻后于2018年9月采集耕作层(0～17 cm)和犁底层(17～29 cm)土壤,计算土壤质量指数(SQI),评价土壤质量。结果表明:在耕作层(0～17 cm)和犁底层(17～29 cm),随着生物质炭添加量的增加,土壤容重逐渐降低;土壤孔隙度、pH值、有机质和可溶性有机碳含量增加,铵态氮和有效磷分别在添加量为20和30 t·hm^-2时达到最大值;土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性降低;生物质炭能够降低有效态Cd、As和Pb的含量,在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时最低;在土壤耕作层(0～17cm),有效态...     

Effects of glyphosate herbicide on soil and litter macro-arthropods in rainforest: Implications for forest restoration

Summary    Ecological restoration activities, including reforestation, often involve the use of herbicides for the removal of weedy plant cover. Little is known, however, about the effects of herbicides on assemblages of non-target organisms that colonize restored patches. We describe a field experiment to investigate effects of glyphosate herbicide (Roundup® Biactive™) on rainforest-associated soil- and litter-dwelling macro-arthropods. Our experimental protocol differed in two ways from other ecotoxicological studies of herbicides. First, we applied herbicide at a rate considerably greater than the manufacturer's recommended maximum in order to simulate worst-case scenarios that may occur in the practice of forest restoration. Second, our field experiment was carried out under dense canopy cover with sparse understorey vegetation, so that indirect impacts caused by the loss of existing vegetation were eliminated. Paired herbicide-treated and control plots were created within five rainforest remnants on the Maleny plateau of subtropical eastern Australia. Macro-arthropods were collected using litter extraction before, approximately 3 days after, and 3 months after herbicide application. Responses of arthropods were analysed at two levels of taxonomic resolution: 'coarse' arthropods (arthropods sorted to Order/Class), and ant species. Our results suggest that the use of glyphosate herbicide formulated as Roundup® Biactive™ is suitable for the control of unwanted plants in rainforest restoration sites as it appears to have minimal impact on assemblages of soil and litter macro-arthropods or at least those typical of intact rainforest.     

次生林区斑块形状动态与森林恢复过程分析

以1959年以来4期航片为基础资料,在ARC／INFO支持下,分析丁关帝山天然次生林区森林恢复过程中各类景观要素斑块异圆指数和类斑边界分维数及其动态。研究表明,采用斑块异圆指数即可揭示景观要素斑块形状特征及其变化规律;研究地区景观恢复过程中,各类非林地斑块的异圆指数总体上高于林地斑块,但呈持续下降趋势,形状趋于规则;林地斑块的异圆指数呈持续上升趋势,景观处于活跃的森林恢复和斑块演替中期,演替后期森林斑块的扩展和合并过程始终占主导地位,斑块形状更趋复杂多变,相邻斑块间的联系密切,先锋性森林群落的斑块形状较为简单,斑块逐渐消退。为研究景观结构与功能的关系和变化规律提供了基础。     

外来树种日本落叶松对森林土壤质量及细菌多样性的影响

以甘肃小陇山林区8～30年林龄日本落叶松林(外来树种)、油松林(乡土树种)及次生林为研究对象,研究了不同树种森林的土壤质量和细菌多样性变化.结果表明: 不同树种森林土壤pH无明显变化;林龄越长,土壤含水量越高.土壤总氮与有机质含量以次生林最高,其次为日本落叶松,油松最低.不同林龄森林土壤总氮与有机质含量无明显变化,表明树种是影响土壤质量的主要因素.与 乡土树种油松相比,外来树种日本落叶松显著提高了土壤全氮及土壤有机质含量.变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱显示,次生林土壤细菌多样性最高,而外来树种日本落叶松土壤细菌多样性最低.对DGGE图谱的聚类分析发现,小陇山不同森林土壤细菌类群分属变形杆菌、噬纤维黄杆菌和高G C含量革兰氏阳性细菌类,其中分属变形杆菌为主要类群.进一步分析发现,日本落叶松的细菌群落组成具有更高的相似度,说明日本落叶松正在使该地区土壤细菌多样性发生变化.     

Effects of clear-cutting and burning on characteristics of nitrogen mineralization and microbes in the forest soil of a Pinus massoniana plantation in Southern China

The aim of this study was to clarify the effects of clear-cutting and burning (CCB) on soil fertility in a Pinus massoniana (Masson pine) plantation after CCB in Fujian Province, China. We investigated changes in nitrogen (N) mineralization potential (N₀), N mineralization rate constant (k) and the apparent activation energy (Ea) of the soil, with a mathematical analysis using a kinetics model based on the results of in vitro incubation. Changes in the amount of microbial biomass nitrogen (MBN), as well as the number of heterotrophic and nitrite-oxidizing bacteria, were also investigated. The N₀, MBN and the number of fungi and actinomycetes in forest soil was reduced for at least 18 months after CCB. The number of heterotrophic and nitrite-oxidizing bacteria increased, and k, Ea and N mineralization became greater after 6 months of CCB, compared with the control plots. Because there were few young trees planted, which would have taken up mineralized N in the post-CCB site, it is probable that a high proportion of the mineralized N that accumulated in the soil may have been lost during the summer rainy season. Therefore, it is suggested that CCB led to a deficiency in available N during short rotations, which resulted in soil degradation.     

水蚀风蚀交错带不同退耕模式对土壤有机碳及全氮的影响

以黄土高原水蚀风蚀交错带不同退耕模式为研究对象,分析了不同模式退耕地(农地退耕后自然恢复草地、退耕后种植苜蓿和退耕后种植柠条)和相邻未退耕农地土壤有机碳和全氮含量的差异以及它们随退耕年限的动态变化.结果表明:不同退耕模式均能提高0~10cm土层土壤有机碳和全氮含量,但效果受退耕年限的影响.与相邻未退耕农地相比,退耕后自然恢复草地在演替10年时0~10 cm土层土壤有机碳和全氮含量不受影响,而在演替20年时均显著增加;退耕种植苜蓿后0~10 cm土层土壤有机碳和全氮含量分别增加51.6%~82.9%和43.4%~67.0%,其储量的增加速率分别为0.17~0.46和0.015~0.043 t·hm~(-2)·a~(-1),但不同退耕年限间差异不显著;退耕后种植柠条前20年土壤有机碳和全氮含量增加较多,退耕40年时增加量有所降低.农田退耕后种植柠条40年、苜蓿20年,其固存碳、氮的能力优于退耕后自然恢复草地,然而由于受土壤水分条件的限制和自身高耗水的特性,这2种退耕模式可能不具备长期的增碳、增氮能力.     

Effects of land use and environmental factors on the variability of soil quality indicators in hilly Loess Plateau region of China

Classical statistics methods were adopted to analyze the soil quality variability, its affecting factors, and affecting degree at a regional scale (700 km2) in the central part of hilly Loess Plateau region of China. There existed great differences in the variability of test soil quality indicators. Soil pH, structural coefficient, silt content, specific gravity, bulk density, total porosity, capillary porosity, and catalase activity were the indicators with weak variability; soil nutrients (N, P, and K) contents, CaCO3 content, cation exchange capacity (CEC), clay content, micro-aggregate mean mass diameter, aggregate mean mass diameter, water-stable aggregates, respiration rate, microbial quotient, invertase and phosphatase activities, respiratory quotient, and microbial carbon and nitrogen showed medium variation; while soil labile organic carbon and phosphorus contents, erosion-resistance, permeability coefficient, and urease activity were the indicators with strong variability. The variability of soil CaCO3, total P and K, CEC, texture, and specific gravity, etc. was correlated with topography and other environmental factors, while the variability of dynamic soil quality indicators, including soil organic matter content, nitrogen content, water-stable aggregates, permeability, microbial biomass carbon and nitrogen, enzyme activities, and respiration rate, was mainly correlated with land use type. Overall, land use pattern explained 97% of the variability of soil quality indicators in the region. It was suggested that in the evaluation of soil quality in hilly Loess Plateau region, land use type and environmental factors should be fully considered.