杉木人工林林下植物多样性及其环境对不同间伐强度的短期响应

以江西省官山林场的杉木人工林为研究对象,探究不同间伐强度（0%、20%、40%）物种多样性、地上生物量、林分光环境和土壤理化性质及其之间的相关性。结果表明：（1）林下物种数量随间伐强度的增加而增加,林下灌木层优势种不断变化,而草本层一直不变。（2）林下植物各多样性指数均随间伐强度的增大而增大,除Margalef指数外,其余各指数均在间伐40%与未间伐间呈显著差异。（3）灌木层地上生物量占总生物量的主体,且随间伐强度的增大而增大,不同间伐强度间差异显著,而草本层却呈相反趋势。（4）叶面积指数随间伐强度的增加而下降,冠层开度、林下直射光、散射光、总光照随之上升,但仅在间伐40%后显著。（5）土壤全氮含量间伐后显著上升,但土壤磷、钾、有机质含量均显著下降（6）灌木层多样性指数与灌木层地上生物量、土壤全氮呈显著正相关,与草本层地上生物量、速效磷、全钾含量呈显著负相关。草本层多样性指数与冠层开度、林下直射光、林下散射光、林下总光照呈显著正相关,与草本层地上生物量、叶面积指数呈显著负相关。总之,林下植物地上生物量、土壤化学性质是影响灌木层多样性指数变化的主要控制因子,林分光环境是影响草本层的主要控制因子。就本研究3种间伐强度而言,该地杉木人工林的最适宜间伐强度为40%。     

间伐强度对杉木—火力楠混交林生长影响的研究初报

对杉木－火力楠混交林进行４种间伐强度试验表明,间伐６年后各林分的杉木、火力楠胸径净生长量比对照分别增加７０－１３９、１１－２５％,树高增加４６－９０、７－１０％,材积生长增加５４－１４０、１０－４３％,林分蓄积量增加４９－７５ｍ＾３．ｈａ＾－１,平均冠高增加２－６、８－１３％,第１活枝高下降０．５－３、３５－４８％,冠幅杉木下降１－２％、火力楠增加１－８％,可以认为,以间伐强度为３０和４０％２种方     

不同间伐强度的杉木林生长比较试验

对11年生同一坡面杉木林分设立不间伐（CK）和间伐强度30%、45%、60%四个处理,调查不同间伐强度的林木树高、胸径、材积生长状况。试验表明,间伐6年后实施间伐的林分单株树高、胸径、材积的增长量分别比对照高出5.7%～37.1%、12.5%～112.5%和15.0%～129.8%;其中,间伐强度60%林分树高、胸径的增长最为显著,其次为45%间伐强度。但林分总蓄积量增加最多的是对照小区。间伐强度对培育不同径阶的杉木材有重要影响。     

不同间伐强度对杉木人工林碳储量及其分配的影响

间伐改变了林分环境,影响林木生长及碳储量,准确评估不同间伐强度对杉木人工林生物量及碳储量的影响对碳汇林业的发展具有重要意义。2013年,以中国林业科学研究院热带林业实验中心1992年造林并于2005年实施3种不同间伐强度(74%:H、50%:M和34%:L)的杉木人工林为研究对象,样地内每木检尺,实测样木生物量,并结合杉木群落各组分含碳率的实测值,对杉木人工林的生物量和碳储量进行估算,结果表明:H(74%)显著增加了林木的胸径(P0.01),分别比M(50%)、L(34%)和CK(0%)增加了13.65%、20.74%和18.37%。3种间伐强度之间树高差异均不显著,而CK的树高均大于3种间伐强度的树高,分别比H、M和L增加了6.64%、15.73%和16.70%。与对照相比,H显著增加了林木的单株生物量(P0.01)。对照林地乔木层的碳储量均显著高于其他3种间伐强度的乔木层碳储量(P0.05),而乔木层各器官碳储量大小顺序为:树干树枝树根树皮树叶;3种间伐强度和对照处理杉木人工林之间的生态系统碳储量差异性不显著(P0.05),其中乔木层和土壤层为主要碳库,两者所占总的碳储量超过生态系统总的碳储量的97.62%。     

关于杉木林下植被对改良土壤性质效用的研究

为了防治连栽杉木人工地力衰退,本文重点论述通过间代,增大林内透光度,降低林分郁闭度,林下植被,改良土壤理、化性质和提高生物活性。研究结果表明：在郁闭度０．７以下的林分中,林下植被发育迅速,间代４－５ａ后,每公顷生物量可达到４－５ｔ,有交地提高了土壤中营养元素含量,增加了土壤中三大类微生物数量,并使微生物类群也发生了明显的变化,有效地维护和恢复了土壤功能。     

间伐对杉木人工林碳储量的长期影响

间伐改变了林分环境,影响林木生长及碳储量,准确评估间伐后人工林碳储量变化对碳汇林业的发展具有重要意义.在浙江开化采用下层间伐法,开展了3种间伐处理(对照、中度和强度间伐)对22年生杉木人工林碳储量及其组分分配影响的研究.强度间伐(总间伐强度50%)和中度间伐(总间伐强度35%)均在第7年和第14年进行共计2次间伐,对照在林木生长中期(第14年)进行1次轻度间伐(间伐强度15%).结果表明： 树干碳储量的比例随间伐强度增大而增加,树枝、叶和根碳储量的比例则略有降低,表明间伐有利于树干碳储量的累积.中度和强度间伐处理杉木人工林乔木层碳储量随间伐强度增加而减小,碳储量分别为对照的89.0%和83.1%.第1次间伐后2 a乔木层碳储量显著减少,第2次间伐后8 a,间伐处理乔木层碳储量恢复速率较快,强度间伐乔木层碳储量增量接近对照.林下植被层、凋落物层和土壤层碳储量在不同间伐处理间差异不显著.对照、中度和强度间伐杉木人工林系统总碳储量分别为169.34、156.65和154.37 t·hm^-2,不同间伐处理间差异不显著.可见,试验区杉木人工林间伐15 a后不会导致生态系统总碳储量降低.     

不同间伐强度对南亚热带杉木人工林林下植物功能群的影响

间伐作为我国森林经营的主要措施之一,对提高森林生态系统内部生物多样性起着不可忽视的作用。然而,不同间伐强度对森林林下植物功能群的影响程度尚不明确。以广西凭祥热林中心经过4种不同强度抚育间伐8年后的杉木人工林为研究对象(轻度间伐ST,34%;中度间伐MT,50%;重度间伐HT,74%;不进行间伐的对照,CK),对林下植被及其环境因子进行调查和测定。研究结果表明:不同间伐强度对禾草植物功能群的物种丰富度均无显著影响(P0.05),MT显著增加杂草植物功能群的物种丰富度(P0.05),HT显著提高蕨类植物功能群的物种丰富度(P0.05),ST显著增加木本植物功能群的物种丰富度(P0.05),与CK相比,ST、MT和HT均能显著增加藤本植物功能群的物种丰富度(P0.05);不同间伐强度对禾草和木本植物功能群的重要值均无显著影响(P0.05),但HT显著降低了杂草植物功能群的重要值(P0.05),ST显著降低了蕨类植物功能群的重要值(P0.05),ST显著增加藤本植物功能群的重要值(P0.05)。主成分分析(PCA)表明,ST和HT的林下植物功能群组成和分布与对照组相比均发生了显著的变异。方差分解分析(Variation partitioning analyses)结果显示,林分和土壤因子对林下植物功能群变异的解释率相似,二者在决定杉木人工林林下植物功能群变异中都起着重要作用。     

不同密度杉木林对林下植被和土壤微生物群落结构的影响

为揭示土壤养分和细菌群落对林下植被调控的响应机制, 调查了浙江开化3种林分密度(高密度(KH)、中密度(KM)和低密度(KL))的17年生杉木人工林林下植被和生物量, 测定土壤理化性质, 并基于16S rDNA高通量测序技术分析细菌群落结构变化。结果表明, 3种密度的杉木林下植被地上部分总生物量为0.10-2.10 t·hm^-2, 且优势植物物种差异显著。理化性质测定分析发现, 高密度与低密度林分的土壤pH、有效磷含量差异显著。相关性分析表明, 土壤pH与林下植被中草本、灌木生物量及总生物量均呈显著正相关关系, 土壤有机质含量与灌木植被生物量及林下植被总生物量呈显著正相关关系, 速效钾含量与灌木植被生物量呈显著正相关关系。土壤微生物群落结构分析可知, 3种密度杉木林地土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门和绿弯菌门为优势菌群, 总相对丰度占比超过80%。冗余分析(RDA)表明土壤pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量是土壤细菌群落结构变化的关键影响因素。酸杆菌门的优势亚群为Gp2、Gp1、Gp3和Gp6, 占酸杆菌群的51.32%-57.38%, 且随林分密度降低, 林下植被增多, Gp1占比增大, Gp2和Gp6占比下降; Gp6相对丰度与pH呈极显著负相关关系。可见, 杉木纯林经营中适度降低林分密度有利于林下植被生长和良好细菌群落结构保持, 有利于维持杉木林地土壤肥力, 实现可持续经营。     

间伐强度对杉木－火力楠混交林生长影响的研究初报

对杉木-火力楠混交林进行4种间伐强度试验表明,间伐6年后各林分的杉木、火力楠胸径净生长量比对照分别增加70-139、11-25%,树高增加46-90、7-10%,村积生长增加54-140、10-43%,林分蓄积量增加49-75m³·ha^-1,平均冠高增加2-6、8-13%,第1活枝高下降0.5-3、35-48%.冠幅杉木下降1-2%、火力楠增加1-8%.可以认为,以间伐强度为30和40%2种方式较好,间伐后林分定型株数约保留在1600-2200株·ha^-1之间为宜。     

河水漫溢对塔里木河下游荒漠河岸林地表植被与土壤种子库的影响

采用种子萌发法,研究了河水漫溢对塔里木河下游荒漠河岸林地表植被与土壤种子库的影响.结果表明：塔里木河下游漫溢区地表植被分属8科13属14种,非漫溢区为10科21属26种植物;与非漫溢区相比,漫溢区地表植被中出现了一些浅根系和喜湿的草本植物;漫溢区单位面积物种数、植被盖度、植株密度、物种多样性指数和丰富度指数均比非漫溢区有明显增加.漫溢区土壤种子库中有物种19种,比非漫溢区增加了5种;漫溢区土壤种子库总密度比非漫溢区增加了3.94倍;与非漫溢区相比,漫溢区1年生草本植物种子的比例增加了23.07%,而灌木植物种子比例减少了20.99%;多年生草本的变化则不明显;河水漫溢提高了土壤种子库的生物多样性.漫溢区和非漫溢区土壤种子库与地表植被的共有物种分别为18和9种,土壤种子库与地表植被的相似性系数分别为0.842和 0.667.     

杉木(Cunninghamia lanceolata)连栽地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用

收集了有关杉木连栽的地力退化和连栽杉阔混交林的对比研究文献,并进行分析表明,杉阔混交林土壤容重平均比杉木纯林降低5％;连栽杉木人工林随代数的增加呈现容重变大的趋势,2代比1代平均增加6％,3代比2代平均增加9％。这种容重的变化使看似具有可比性的对比样地之间失去了可比性,可能导致对杉木连栽人工林地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用的评价产生偏差。通过对这种容重变化产生的影响进行校正,对杉木连栽人工林地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用进行了重新评估。结果表明,采用固定深度采样的杉阔混交林与对照的杉木纯林、多代连栽杉木人工林不同代次问土壤有机碳和全氮贮量的相对变化均出现不同程度的低估现象。固定深度采样时,与对照的纯林相比,杉阔混交林对土壤的改良作用被低估,土壤有机碳和全氮贮量的相对变化平均低估6％和5％;杉木连栽引起的地力退化也被低估,土壤有机碳和全氮贮量从1代到2代分别低估5％和7％,从2代到3代分别低估7％和8％。经t-检验表明,杉阔混交林与对照的杉木纯林、多代连栽杉木人工林不同代次间土壤有机碳和全氮贮量的相对变化在土壤容重影响校正前后有明显差异（P=0．05）。     

杉木间伐材压缩密化利用的研究

以杉木间伐材为原料,通过对压缩密化处理材的物理力学性能指标测定、处理材的微观结构的变化和红外光谱分析,得到了本试验条件下的杉木间伐材压缩密化处理的优化工艺.结果表明,采用CH蒸煮添加剂软化效果好,具有环保性;最佳工艺条件为压缩率0%～60%、压缩后的厚度20 mm、压缩前的含水率0%、压缩时间20～30 min、热压温度180～200 ℃;处理材厚度吸湿回复率为2.68%,尺寸稳定性好,物理力学性能明显提高,可以与优良硬杂木(光皮桦)相媲美.处理材的微观结构只是细胞被挤压,细胞腔变小细胞壁未受到破坏.     

模拟增温对中亚热带杉木人工林土壤磷有效性的影响

气候变暖改变与土壤磷循环相关的生物地球化学过程,对陆地生态系统磷循环产生直接或间接影响。为研究亚热带地区杉木人工林土壤磷有效性对增温的响应,开展了模拟增温实验。实验设置对照组及增温组(5℃),经过1.5a的短期增温,对杉木人工林的土壤全磷、有机磷、微生物量磷、有效磷、酸性磷酸酶活性及相关土壤理化性质进行测定,结果表明:增温处理下,土壤酸性磷酸酶活性提高约1.5倍,土壤全磷、微生物量磷以及有机磷含量分别减少了6%、34%和12%,土壤有效磷含量增加25%。可见,短期增温通过提高土壤磷酸酶活性进而促进土壤有机磷矿化和降低土壤微生物固磷量,从而增加土壤磷有效性,但是增温导致潜在可利用的土壤微生物量磷大幅度的降低,将有可能加剧亚热带杉木人工林土壤磷限制。     

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．     

亚热带杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林生长与土壤养分对氮沉降的响应

为探讨亚热带森林对氮沉降增加的响应,项目在杉木人工林中开展了野外模拟N沉降试验,分N0(对照)、N1、N2、N3等4种处理,N沉降量分别为0、60、120、240(kgNhm-2a-1)。通过3a的研究发现,中高氮处理(N2、N3)明显促进了杉木胸径的生长,而低氮处理(N1)则没有产生明显影响。氮沉降对树高生长也有明显的促进作用,但随着氮沉降水平的增加其影响有减弱趋势。通过各水平N处理后,杉木年平均蓄积增长量分别为28.82、28.96、32.63m3hm-2和33.68m3hm-2,表明N沉降在一定程度上增加了林分蓄积量的积累,但处理之间的差异没有达到统计上的显著性水平。随着氮沉降水平的增加,NH4 -N和NO3--N含量明显上升,而土壤pH值、有机质、速效P、速效K和交换性Ca、Mg含量则呈下降趋势。杉木针叶养分状况对氮沉降的响应也比较敏感,N1、N2、N3处理使针叶平均N含量分别增加18.25%、11.68%和13.14%,但对P、K、Ca、Mg含量表现出一定的抑制作用。     

杉木人工林C库与C吸存的动态研究

对湖南会同10年生、14年生杉木人工林C库和C吸存的动态研究结果表明,杉木人工林生态系统的C库主要由植被层、死地被物层、土壤层组成的,按其C库大小顺序排列为土壤层>植被层>死地被物层。10年生、14年生杉木林生态系统的C库分别为120.52和171.40t.hm-2,具有一定的年龄阶段和地带性特点。随着杉木林年龄的增长,乔木层C贮量的优势逐渐加强,从10年生的30.38t.hm-2增加到14年生的61.24t.hm-2,分别占总C库的25.21%和38.50%,树干C贮量占林分C贮量的比例最大,可达47.17%以上,并随杉木林年龄的增长而明显增强,分布在枝、叶、皮和根中的C贮量占48.11%以上,地上部分的C贮量占总C贮量的84.73%以上。10年生和14年生林地土壤层(0~60cm)的C库分别为88.21和108.20t.hm-2,占生态系统总C库的63.13%以上,土壤表层(0~15cm)的C储量分别占土壤总C库的36.57%和34.26%,土壤0~30cm层中的C储量分别占土壤总C库的63.44%和61.05%。地上部分C贮量与地下部分C贮量之比为10年生时为1∶3.53,14年生时为1∶2.22。10年生和14年生杉木人工林生态系统的年净固定C量分别为5.488和9.285t.hm-2.a-1。湖南省现有杉木林植被C库为0.1916×108t,潜在C库为1.4710×108t,C吸存潜力为1.2794×108t,湖南省现有杉木林植被的C库仅为其潜在C库的13.03%,低于全国水平26.46%。     

杉木人工林凋落物生态化学计量与土壤有效养分对长期模拟氮沉降的响应

凋落物分解的快慢和养分释放的速度决定了生态系统中土壤有效养分的供应。探讨全球变化条件下森林生态系统凋落物与土壤养分的变化规律,有利于深入认识凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,从而揭示生态系统C、N、P循环。通过模拟氮沉降增加试验,分4个水平处理,分别为0、60、120、240 kg N hm~(-2)a~(-1)。模拟氮沉降13年后,分析了杉木人工林凋落物中不同组分(落叶、落枝、落果)生态化学计量与土壤有效养分(有效氮、碱解氮、速效磷、速效钾)的关系。结果表明:氮沉降(N1、N2和N3)显著提高了落叶和落枝的N含量,平均增幅分别为35.27%和32.21%;高水平氮沉降(N3)处理显著降低了落叶和落枝的C/N,平均降幅分别为25.95%和22.32%,但N3增加了落枝和落果N/P,平均增幅分别为38.4%和31.7%;氮沉降对凋落物各组分的C、P和C/P均影响不显著。氮沉降处理显著增加了土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量,均表现为N3N2N1N0,其中NO_3~--N含量更容易受氮沉降处理的影响,表现为更大的增幅。N2显著增加0—20 cm土层的碱解氮含量,N1显著降低0—20 cm土层的速效钾,但氮沉降对速效磷含量没有影响。凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间的Pearson相关和冗余分析(RDA)表明,凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间关系紧密,凋落物P含量(蒙特卡罗检验,P=0.018)和C/P比值(P=0.037)对土壤有效养分影响显著。凋落物中C/N比值、C/P比值与土壤有效养分呈显著负相关,其比值越高越不利于土壤有效养分的累积。     

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。     

杉木人工林生态系统水文学过程的养分特性

根据5a定位观测的数据,对湖南会同24～28a生的杉木人工林生态系统各水文学过程中的养分特性进行了研究。结果表明：林冠降水是杉木人工林生态系统养分输入的重要来源,其中Ca的养分含量最高,P的含量最低。林内穿透水各养分元素的含量明显高于林冠降水中养分的含量。除Ca外,树干茎流中其它养分元素的含量为林冠降水的6倍以上。可见,林内穿透水和树干茎流是杉木林生态系统内养分循环的重要组成部分,有利于提高系统的养分利用率。地表径流中除硝态氮外,各元素的含量与穿透水的含量接近,其中P、Na和K三种元素的含量较低,但未超过林冠降水中养分元素含量。地下径流中N和K的含量较低,而Ca的含量与林冠降水相比没有差异。因而地表径流和地下径流不可避免的造成生态系统的养分损失,但24～28a生杉木林生态系统的调控能力较强,地表径流和地下径流量较小,生态系统的养分损失也相对较小,养分为净积累。不同季节之间水文学过程中养分元素含量存在一定程度的差异。降水形态、雷电和地形等要素影响养分元素含量。硝态氮在冰雹中未检出,而在雨水中的含量是雪水的2倍。铵态氮、K和Mg等元素在雨水中的含量最高。P和Ca以雪水的含量最高,与雨水和冰雹相比不存在数量级差异。雷电明显增加降水中养分的含量,特别是林冠上层的低空放电使降水中N的含量增加3～5倍。由于山谷和山麓的立地条件较好,其穿透水中养分含量比山坡的高,山谷与山麓的大致相等。在采集水样进行养分分析时,应考虑降水时间、降水形态和地形等因子的影响。     

低强度林窗式疏伐对云杉人工纯林地表微气候和土壤养分的短期影响

选择高密度云杉人工纯林,模拟天然林窗形成方式,开展了低强度林窗式疏伐试验,监测了地表空气温、湿度和不同土壤层次的养分状况.结果表明：疏伐后第1年,生长季(5-9月)林窗内地表日均温升高而日均湿度降低,林窗内土壤腐殖层(O层)有机质(SOM)和铵态氮(NH₄⁺-N)含量分别增加了19.62%和283.85%,硝态氮(NO₃^--N)和可溶性有机碳(DOC)含量分别减少77.86%和23.60% 而0～10 cm土层SOM、全氮(TN)和NO₃^--N含量分别比对照增加45.77%、37.14%和75.11%;NH₄⁺-N、DOC和全磷(TP)含量分别减少48.56%、33.33%和13.11%.上述结果说明,低强度林窗式疏伐迅速改善了高密度云杉人工纯林地表阴湿的环境,增强了O层土壤微生物活性与土壤矿化过程,促进了土壤养分释放与土壤肥力恢复.