中国北亚热带天然次生林与杉木人工林土壤活性有机碳库的比较

为了了解北亚热带东部地区天然次生林转变成杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林对土壤活性有机碳库的影响, 以浙江省富阳市庙山坞森林生态系统定位研究站杉木人工林和天然次生林为研究对象, 对达到成熟林状态的两种林分类型0-60 cm内各土层土壤活性有机碳含量进行了比较研究。结果表明: 1)天然次生林土壤总有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳和轻组有机质含量均高于杉木人工林, 与人工杉木林相比, 增幅分别为19.0%-32.6%、0.8%-30.3%、3.8%-54.1%和6.3%-38.6%, 且在0-10和10-20 cm土层差异显著(p < 0.05) (水溶性有机碳仅在0-10 cm土层差异显著); 2)杉木人工林土壤水溶性有机碳与易氧化碳占总有机碳的比率均高于天然次生林; 3)两个林分土壤水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与总有机碳含量均呈现极显著相关, 且天然次生林土壤易氧化碳、轻组有机质与总有机碳的相关系数均大于杉木人工林; 4)土壤有机碳、水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、速效磷、速效钾、速效钙和速效镁)的相关性均达到显著(p < 0.05)或极显著(p < 0.01)水平。     

湖南会同地区森林植被转变对土壤微生物生物量碳和酶活性的影响

研究了湖南省会同县森林植被从地带性植被天然常绿阔叶林到杉木人工林再到杉木火力楠混交林的转变过程中土壤微生物生物量碳和酶活性的变化趋势。结果表明:杉木纯林和混交林土壤微生物生物量碳含量均显著低于常绿阔叶林,分别仅为常绿阔叶林的76.8%和71.5%;与天然阔叶林相比,杉木人工林土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别降低了35.8%、22.1%和45.1%,而多酚氧化酶活性增高了40.0%;相反,杉木火力楠混交林土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性比杉木纯林分别增加了20.3%、12.6%和67.8%,而土壤多酚氧化酶活性则降低了41.0%;表明森林植被转变对土壤微生物生物量碳和土壤酶活性能够产生较大的影响,不同的树种对土壤微生物生物量碳和土壤酶活性的影响差异较大。     

中亚热带典型人工林土壤质量演变及其环境意义

对中亚热带不同发育阶段的杉木(Cuninghamia lanceolgta)和湿地松(Pinus elliottii)人工林以及对照次生常绿阔叶林土壤的有机质、全氮、全磷和碱解氮、速效磷和速效钾含量进行了研究.结果表明:从不同森林类型来看,土壤有机质、全氮和全磷表现为次生林高于杉木和湿地松林,且杉木随着林龄增加而增加,湿地松随林龄增加而降低,但土壤全磷相对前二者变化较平缓;土壤速效态养分总体也表现为次生林高于杉木和湿地松林,但10年生和20年生杉木林土壤碱解氮和速效钾含量低于30年生杉木林的土壤,而湿地松林土壤则相反;另外,从生态环境角度探讨了肥力指标演变可能带来的生态环境影响,提出适当延长杉木人工林轮伐期和缩短湿地松人工林轮伐期对土壤肥力和有机碳库功能保持具有现实意义.     

间伐对华北落叶松人工林土壤活性有机碳含量及酶活性的影响

本研究以太岳山华北落叶松人工林为对象,研究间伐对土壤活性有机碳及相关土壤酶活性的影响.结果表明: 随着土壤深度的增加,土壤活性有机碳含量、土壤氮含量和酶活性降低;同一土层中,中度间伐下土壤碳、氮养分含量显著增加.在0～10 cm土层,轻度间伐处理下蔗糖酶和过氧化物酶活性显著增加,中度间伐处理下多酚氧化酶和脲酶活性显著增加;在10～50 cm土层,轻度间伐处理下蔗糖酶和脲酶活性降低,中度间伐处理下纤维素酶活性显著降低;冗余分析显示,溶解性有机碳在0～10和20～30 cm土层是影响土壤酶活性的主要因素;在10～20 cm土层中,土壤有机碳是影响多酚氧化酶和蔗糖酶的主要因素;在30～40 cm土层,微生物生物量氮主要影响多酚氧化酶、过氧化物酶和脲酶活性,土壤全磷和易氧化有机碳对40～50 cm土层土壤酶活性起着重要的作用.间伐对华北落叶松人工林土壤活性有机碳含量和土壤酶活性有显著影响,中度间伐处理下土壤养分含量总体最高,土壤pH、含水率、有机质含量等化学性质优于其他几种处理,能较好地改善林下植被、枯落物及养分循环过程.因此,建议对落叶松人工林进行适度密度调整(1404～1422 trees·hm^-2),以促进碳、氮养分在土壤中的固存.     

亚热带地区阔叶林与杉木林土壤活性有机质比较

通过对亚热带3个地区地带性阔叶林和杉木林土壤活性有机质的比较,分析森林类型变化及杉木连栽对土壤有机碳和养分含量的影响.结果表明：地带性阔叶林转变为杉木林后,土壤总有机碳含量下降27.8%～52.1%、腐殖酸碳下降32.2%～52.8%、胡敏酸下降36.4%～59.0%、富里酸下降29.7%～50.0%;杉木连栽也使土壤总有机碳和腐殖质含量下降.森林类型改变和杉木连栽对土壤活性有机质的影响更明显.杉木林取代阔叶林后,土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量的最大降幅分别为61.8%、38.2%、43.3%和69.0%;与第1代杉木林相比,第2代杉木林土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量的最大降幅分别为34.7%、29.3%、30.4%、18.4%.经相关性分析,除冷水浸提有机氮外,土壤活性有机质与养分含量之间具有密切的相关关系.     

湘中丘陵区不同演替阶段森林土壤活性有机碳库特征

为了解天然次生林保护对土壤活性有机碳库的影响,采用空间替代时间研究方法,对湘中丘陵区不同演替阶段4种林分类型（杉木人工林、马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈+石栎常绿阔叶林）土壤活性有机碳及其与土壤养分相关性进行研究。结果表明：1）各土层总有机碳（TOC）、微生物生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）含量均表现为：青冈+石栎常绿阔叶林 > 南酸枣落叶阔叶林 > 马尾松+石栎针阔混交林 > 杉木人工林,在0-30cm土层,马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈+石栎常绿阔叶林TOC含量比杉木人工林分别高出13.40%、19.40%和29.91%,MBC含量分别高出15.62%、32.89%和53.33%,DOC含量分别高出8.52%、8.75%和13.76%,EOC含量分别高出32.79%、38.48%和78.30%;2）天然次生林各土层MBC占TOC的比率以南酸枣落叶阔叶林最高,青冈+石栎常绿阔叶林为其次,马尾松+石栎混交林最低,均高于同一土层杉木人工林（除马尾松+石栎混交林15-30cm土层外）,天然次生林各土层DOC占TOC的比率随着演替进展而下降,均低于同一土层杉木人工林（除马尾松+石栎混交林0-15cm土层外）,天然次生林各土层EOC占TOC的比率随着演替进展而增加,且均高于同一土层杉木人工林;3）土壤MBC、DOC、EOC含量与TOC含量的相关性均达到极显著水平,且天然次生林土壤MBC、DOC、EOC含量与TOC含量的相关系数随着演替进展而增高,均高于杉木人工林;4）4种林分土壤TOC、MBC、DOC、EOC含量与土壤全N、碱解N、全P、有效P、全K、速效K含量之间的相关性均达到显著或极显著水平。     

川西亚高山不同演替阶段天然次生林土壤碳氮含量及酶活性特征

为了解次生林自然更新演替过程中土壤碳氮含量及酶活性的变化规律, 采用空间代替时间的方法, 在川西亚高山米亚罗林区选取环境条件基本一致的20世纪60、70和80年代采伐迹地自然更新演替的次生林(60-NSF、70-NSF和80-NSF)和岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林(对照, CK)为对象, 研究了表层(0-20 cm)土壤碳氮含量和土壤酶活性的关系。结果表明: 表层土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)含量均随森林植被更新演替呈显著降低趋势, 而全氮(TN)和可溶性有机氮(DON)含量则表现为60-NSF < 80-NSF < 70-NSF, 但70-NSF和80-NSF间差异不显著; 次生林表层土壤有机碳氮及其活性组分含量均低于CK, 其中80-NSF的DOC和DON含量与CK差异不显著。次生林的β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和多酚氧化酶(PHO)活性均显著低于CK, 纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)活性与CK无显著差异; 天然次生林中, 60-NSF的βG和CBH活性显著低于70-NSF和80-NSF; 80-NSF的NAG活性显著高于60-NSF和70-NSF; 4种林型之间的PEO活性无显著性差异。Pearson相关分析和冗余分析显示, 土壤TN、LFOC和DOC含量与土壤酶活性显著相关, 其中TN含量解释了酶活性变化的65.4%, 说明土壤氮含量变化可能会影响到土壤碳的水解酶活性, 同时也表明土壤微生物优先利用易分解碳和氮。因此, 次生林近60年的天然更新演替引起了TN、LFOC及DOC含量的显著下降, 导致表层土壤某些胞外酶(如βG、CBH和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 岷江冷杉原始林比早期演替阶段的次生林(<60 a)更有利于川西亚高山高海拔森林生态系统的碳氮循环。     

杉木人工林土壤微生物生物量碳氮特征及其与土壤养分的关系

研究了湖南会同红黄壤区杉木人工林和常绿阔叶林土壤微生物量和养分状况.结果表明,该区杉木人工林取代地带性常绿阔叶林和杉木连栽后,土壤微生物碳、氮和土壤养分含量下降,土壤严重退化.在0～10 cm土层内,常绿阔叶林土壤微生物碳和氮含量为800.5和84.5 mg·kg^-1,分别是第1代杉木林的1.90和1.03倍、第2代杉木林的2.16和1.27倍;在10～20 cm土层内,常绿阔叶林土壤微生物碳和氮含量为475.4和63.3 mg·kg^-1,分别是第1代杉木纯林的1.86、1.60倍和第2代杉木林的2.11和1.76倍.在0～10 cm 和10～20cm土层内,杉木人工林取代常绿阔叶林和杉木栽植代数增加后,土壤全氮、全钾、铵态氮和速效钾含量均明显降低,但差异并不显著.人工杉木林林分组成单一,其凋落物分解慢、归还养分数量少;炼山等造成的表土流失是杉木人工林土壤微生物量和养分库退化的重要原因.土壤微生物碳与土壤全氮、铵态氮、全钾和速效钾含量呈极显著的正相关,土壤微生物氮与土壤养分含量也达到极显著水平.     

杉木人工林和天然次生林林龄对土壤酶活性的影响

森林类型和林龄是影响土壤酶活性的重要生物因子,但人工林和天然次生林两种森林恢复模式对土壤酶活性随林龄的变化规律及其影响机制还不明确。本研究以亚热带杉木人工林和天然次生林(5、8、21、27和40年生)为对象,探究与土壤碳、氮和磷循环相关的4种土壤酶[纤维素水解酶(CBH)、β-葡萄糖苷酶(βG)、酸性磷酸酶(AP)和乙酰氨基-葡萄糖苷酶(NAG)]活性对林龄的响应特征。结果表明：土壤酶活性在不同林型中呈现不同的变化趋势。杉木人工林土壤AP、βG和CBH活性显著高于天然次生林,而土壤NAG活性无显著差异。对于杉木人工林,随着林龄的增加,土壤AP活性呈降低趋势,5年生林分AP活性显著高于其他林龄阶段62.3%以上;土壤NAG和CBH活性呈先降低后增加趋势,土壤βG活性呈波动变化。对于天然次生林,随着林龄的增加,土壤NAG活性呈波动变化,8年生和27年生林分显著高于其他林龄阶段14.9%以上;土壤βG和CBH活性呈先增加后降低趋势,而土壤AP活性无显著差异。逐步回归分析表明,影响杉木人工林和天然次生林土壤酶活性的最优模型中,土壤预测因子解释了其变异的34%以上。综上,杉木人工林随着林龄的增加...     

水文管理措施对长白山区恢复泥炭地土壤酶活性的影响

以长白山区天然泥炭地、不同水文管理的恢复泥炭地(高水位、高-低水位循环和低水位)及退化泥炭地(弃耕地)为研究对象,分析水文管理措施对恢复泥炭地表层土壤(0～10 cm)酶活性的影响及其驱动因素。结果表明：泥炭地土壤β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶活性表现为天然泥炭地>恢复泥炭地>退化泥炭地;退化泥炭地土壤酸性磷酸酶活性显著低于天然泥炭地和恢复泥炭地;多酚氧化酶活性在天然泥炭地最低。在恢复泥炭地,随着恢复区管理水位的下降,土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶和酸性磷酸酶活性均逐渐降低,土壤多酚氧化酶活性表现为高-低水位循环恢复区最低。相关分析表明,土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶活性均与土壤有机碳、含水量、水位和全氮含量呈显著正相关,与pH和全磷含量呈显著负相关;土壤酸性磷酸酶活性与水位呈显著正相关,与pH和全磷含量呈显著负相关;土壤多酚氧化酶活性与土壤有机碳、含水量和全氮含量呈显著负相关。RDA分析表明,环境因子共可解释研究区土壤酶活性变异的81.2%,水位和土壤有机碳是影响研究区土壤酶活性的主...     

采伐迹地恢复阔叶林与人工栽杉土壤肥力变化差异的初步研究

本文连续3a分析比较了采伐迹地恢复阔叶林和人工种植杉木林土壤肥力变化的差异。结果表明:在人工栽杉3a内,杉木林土壤水分含量和有效水含量下降,土壤干湿交替变化增大,水分物理性状变差,土壤水稳性团聚体含量降低,结构体破坏率增大,而阔叶林则呈上升趋势。杉木林下土壤微生物数量在造林3a内呈不断下降趋势,而阔叶林则呈增加趋势;杉木林土壤氧化还原酶活性弱于阔叶林,水解酶活性强于阔叶林,两种酶系活性在3a内阔叶林增强,杉木林减弱;阔叶林土壤养分在3a内不断提高,杉木林土壤不断下降。     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤酶活性的影响

为研究土壤酶活性对氮沉降增加的响应,以山西太岳山油松人工林和天然林为研究对象,于2009年8月开始实施模拟氮沉实验,试验设置对照(CK,0 kg N hm-2a-1);低氮(LN,50 kg N hm-2a-1);中氮(MN,100 kg N hm-2a-1);高氮(HN,150 kg N hm-2a-1)4种氮处理,自2012年起每年5、7、9月在各处理样方采集表层0—20 cm土壤,测定土壤酶活性(过氧化物酶、多酚氧化酶、纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶)。研究结果表明:施氮处理下的脲酶与中性磷酸酶活性均有所提高,而低氮处理下天然林中的多酚氧化酶与人工林中的蔗糖酶显著低于对照,中氮、高氮处理下过氧化物酶、多酚氧化酶、天然林中的纤维素酶以及人工林中的蔗糖酶显著降低。总的来说,人工模拟氮沉降促进了土壤中脲酶和中性磷酸酶的活性,抑制了过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,并降低了天然林土壤中的纤维素酶活性和人工林中的蔗糖酶活性,但对天然林中蔗糖酶和人工林中的纤维素酶无影响。主导木质素降解的多酚氧化酶活性与纤维素酶、蔗糖酶活性显著相关,纤维素酶与蔗糖酶活性的下降可能是由木质素降解受到抑制,土壤微生物可利用碳源减少所引起。另外,受到天然林土壤含氮量较高的影响,与人工林相比,天然林的多酚氧化酶活性对模拟氮沉降更敏感。由于被抑制的酶均与土壤有机质降解密切相关,氮沉降增加将减缓山西油松林土壤有机质的降解,有利于有机质在土壤中的积累。     

The relation among soil microorganism, enzyme activity and soil nutrients under subalpine coniferous forest in Western Sichuan

Soil microorganism and enzymes are important parts of forest ecosystem and sensitive to environmental changes. They have many critical functions in energy conversion and material cycle of forest soil. However, there are few studies about soil biological properties under subalpine coniferous forest, in particular, a serial of spruce plantation chronosequences following clear-cutting of natural coniferous forest in western Sichuan. We measured the quantity of soil microorganism (including bacteria, fungi and actinomyces), enzyme activity and soil nutrients under spruce plantation chronosequences in western Sichuan to investigate soil biological properties and their relationship with soil nutrients. The results showed that soil microorganism, enzyme activity and soil nutrients of the mature spruce plantation were significantly lower than those of the young spruce plantation and secondary broad-leaved forest. Soil fertility degraded greatly with the increasing of spruce plantation age and was mainly affected by forest micro-environment. There were significant correlation between the amounts of soil microorganisms, soil enzyme activities and nutrients (e.g. soil organic matter, total N, total P, alkali-hydrolyzable N and available K). Therefore soil biological indices can be used to evaluate soil fertility. In order to accelerate the course of restoration and rehabilitation of degraded pure plantation, the strategy and measures were put forward, including application of thinning rationally for existing dense plantations and establishment of mixture forest of coniferous and broad-leaved trees for new afforestations, which would create good forest micro-environment for plant growth.     

凋落物的树种多样性与杉木人工林土壤生态功能

通过模拟试验和野外调查对凋落物的树种多样性与杉木人工林土壤生态功能之间关系进行了研究。林分取样调查的结果表明 ,有两个树种凋落物覆盖的几个杉阔混交林土壤脲酶和蔗糖酶活性均明显高于只有杉木凋落物覆盖的杉木纯林土壤 ,酸性磷酸酶活性也呈现相同的变化趋势 ,这 3种土壤酶活性均以具有凋落物种类最多的次生常绿阔叶林土壤最高。除了土壤酶活性升高之外 ,杉阔混交林的土壤有机质和全氮含量也明显高于仅有一种杉木凋落物覆盖的杉木纯林土壤。采用杉木叶凋落物与不同阔叶树种凋落物处理土壤的模拟试验结果表明 ,在凋落物投放量和 (1 5NH4 ) 2 SO4 施用量相同的控制条件下 ,随着投放的凋落物树种组成的增加 ,土壤中 1 5N的残留量也随之增加 ,而其损失量却随之减少 ;土壤中杉木幼树对于 1 5N的吸收量以及杉木幼树的单株鲜重也随着处理凋落物组成树种的增加而增加 ,具有不同树种数量的凋落物处理之间差异显著 (p<0 .0 5 )。可见随着凋落物树种多样性的增加 ,不仅土壤有机质和全氮含量这两个基本的质量指标得到明显改善 ,而且土壤酶活性、土壤养分保蓄功能以及保证幼树良好生长等的生态功能明显改善     

The relation among soil microorganism, enzyme activity and soil nutrients under subalpine coniferous forest in Western Sichuan

Soil microorganism and enzymes are important parts of forest ecosystem and sensitive to environmental changes. They have many critical functions in energy conversion and material cycle of forest soil. However, there are few studies about soil biological properties under subalpine coniferous forest, in particular, a serial of spruce plantation chronosequences following clear-cutting of natural coniferous forest in western Sichuan. We measured the quantity of soil microorganism (including bacteria, fungi and actinomyces), enzyme activity and soil nutrients under spruce plantation chronosequences in western Sichuan to investigate soil biological properties and their relationship with soil nutrients. The results showed that soil microorganism, enzyme activity and soil nutrients of the mature spruce plantation were significantly lower than those of the young spruce plantation and secondary broad-leaved forest. Soil fertility degraded greatly with the increasing of spruce plantation age and was mainly affected by forest micro-environment. There were significant correlation between the amounts of soil microorganisms, soil enzyme activities and nutrients (e.g. soil organic matter, total N, total P, alkali-hydrolyzable N and available K). Therefore soil biological indices can be used to evaluate soil fertility. In order to accelerate the course of restoration and rehabilitation of degraded pure plantation, the strategy and measures were put forward, including application of thinning rationally for existing dense plantations and establishment of mixture forest of coniferous and broad-leaved trees for new afforestations, which would create good forest micro-environment for plant growth.     

杉楠混交与人工杉木林自养机制的恢复

自养机制的形成是人工林可持续经营的目标之一.本研究通过混交模拟杉木人工林不同恢复阶段林分,观察比较发现从退化的杉木林阶段到地带性树种比例较低的混交林、地带性树种比例较高的混交林和地带性树种纯林阶段凋落量、N、P、K、Ca和Mg5种元素的归还量逐渐增加,特别是5种养分元素的循环速率也不断增大,其中N、Mg的循环速率由杉木纯林的0.1左右增大到火力楠纯林的0.5以上,与此同时林分土壤有机质含量和养分含量也不断增加,表明退化杉木人工林在恢复过程中随着林内地带性火力楠树种混交比例的增加,林分的自养机制逐渐获得重建.从杉木人工林可持续经营角度来看,杉阔混交比例的确定应以林分自养机制的形成和土壤养分状况的改善为标准.     

不同人工林生态系统林地土壤质量评价

利用定位研究方法,综合比较了第2代连栽杉木纯林、杉木与阔叶树混交林以及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量的影响．结果表明,与连栽杉木纯林相比,在杉阔混交和阔叶树轮栽两种经营模式下,土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高．利用土壤质量评价体系在对土壤功能评价的基础上,直观评价了3种经营模式的土壤质量状况．在研究区内,杉木与阔叶树混交以及阔叶树轮栽的水分有效性、养分有效性和根系适宜性以及最终的土壤质量指数均处于中等水平,而连栽杉木林的水分有效性、养分有效性和根系适宜性较差,土壤质量指数处于较低水平．总有机C、阳离子交换量和微生物生物量C与其它土壤理化性质和生物学性质之间明显相关,可将其作为研究区土壤质量的指示指标;土壤微生物生物量C、N、P与土壤总有机C、土壤全N、土壤全P含量之间也存在较好的相关性。