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．     

不同遮荫处理对杉木幼苗生长及土壤碳氮代谢酶活性的影响

遮荫是苗木培育的关键措施,它可以通过影响根系向土壤释放分泌物的量改变土壤碳氮酶活性,进而影响土壤碳氮循环过程。然而,有关遮荫对土壤碳氮酶活性的影响及其与苗木生长之间的关系如何,研究较为缺乏。以杉木1年生幼苗 "洋061"为研究对象,设置五个不同遮荫处理:不遮荫(CK)光强1157.82 μmol m^-2 s^-1、30%遮荫(T1)光强856.31 μmol m^-2 s^-1、55%遮荫(T2)光强542.68 μmol m^-2 s^-1、70%遮荫(T3)光强382.08 μmol m^-2 s^-1、85%遮荫(T4)光强219.56 μmol m^-2 s^-1,比较不同遮荫处理对杉木幼苗生长、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量和土壤碳氮代谢酶活性的影响。结果表明:(1)杉木苗高、不同器官生物量、根冠比和苗木质量指数均随光强减弱呈先升后降的趋势,除苗高和根冠比分别在T3和T1时最大,其余指标均在T2时最大,而地径则随光强的减弱逐渐变小;(2)土壤SOC含量对遮荫响应存在差异,T3处理下SOC含量显著低于CK,而在T4时显著高于CK,遮荫不同程度降低土壤TN含量,但不同处理间不存在显著差异;(3)土壤碳氮代谢酶对不同遮荫处理的响应存在一定的差异。与CK相比,不同遮荫处理显著改变土壤酶活性,其中土壤纤维素酶(S-CL)、土壤蔗糖酶(S-SC)、土壤酸性转化酶(S-AI)、土壤木质素过氧化物酶(S-LiP)活性在T4处理时最高;土壤过氧化氢酶(S-CAT)、土壤β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(S-NAG)、土壤几丁质酶(S-C)则在T3达到最大值;土壤多酚氧化酶(S-PPO)活性在T1处理下最大;T2遮荫强度时,土壤淀粉酶(S-AL)、土壤亚硝酸转化酶(S-NiR)活性最高;但遮荫还不同程度的降低了土壤脲酶(S-UE)、土壤硝酸转化酶(S-NR)活性。冗余分析发现,土壤酶活性对SOC、TN的解释度高达76.61%,表明S-LiP、S-AL、S-AI、S-PPO、S-CL与SOC具有较强的正相关关系,S-UE、S-NR对TN影响较大。综上所述,30%-55%遮荫即光照强度为542.68-856.31 μmol m^-2 s^-1是较适宜杉木幼苗生长的光照条件,这与该处理下提高土壤碳氮酶活性进而改善碳氮养分循环密切相关。     

云顶山不同人工林林下植物多样性及其与土壤理化性质的关系

以成都云顶山5种人工林（Ⅰ：柏木枫杨林;Ⅱ：银杏楠木林;Ⅲ：光皮梾木香樟林;Ⅳ：枫杨桤木林;Ⅴ：柏木林）为研究对象,重点研究不同人工林林下植物多样性与土壤理化性质差异以及二者间的关系。结果表明：不同人工林灌草层重要值最高的物种不同,光皮梾木香樟林林下植物组成最丰富,而银杏楠木林最贫乏。各人工林灌木层多样性指数H、优势度指数H''、丰富度指数D均以光皮梾木香樟林最大,而均匀度指数J_sw无显著差异;草本层H、D、J_sw均以柏木林最大,银杏楠木林最小,而H''差异不显著。不同人工林土壤pH值、有机质、全氮、全磷、速效钾、速效磷含量差异显著,pH值、全磷含量柏木枫杨林最高,有机质、全氮、速效钾、速效磷含量银杏楠木林最高。显著影响灌木层物种多样性的土壤因子为有机质、速效磷,草本层为pH、全磷、速效磷。结论：光皮梾木香樟林林下整体植物多样性水平最高,经营此种林分有利于林下植物多样性维持及发展,pH、有机质、全磷、速效磷是影响研究区林下植物多样性的主要土壤因子。     

氮沉降对杉木人工林土壤有机碳矿化和土壤酶活性的影响

为探讨氮沉降对亚热带森林土壤有机碳矿化及土壤酶活性的影响规律,在杉木人工林中开展了野外模拟N沉降试验。试验设计为4种处理,分别为N0（对照）、N1（60 kg N?hm-2?a-1）、N2（120 kg N?hm-2?a-1）和N3（240 kg N?hm-2?a-1）,每处理重复3次。通过28 d的培养后发现,各土层有机碳日均矿化量随培养时间的延长呈下降趋势,而有机碳累计矿化量则逐步增加。不同氮沉降处理下各土层有机碳累计矿化量总体趋势表现为：随着氮沉降量的增加而降低,日均矿化量降低幅度以N1最大,其次是N0和N2,N3降幅最小。相同N沉降处理下,参与土壤碳循环的6种主要酶（蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、β-葡糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化物酶）活性、土壤有机碳日均矿化量和有机碳累计矿化量均随土层加深而降低。氮沉降对6种土壤酶活性的影响存在差异,对纤维素酶和多酚氧化酶具有促进作用,而对淀粉酶和过氧化物酶表现出一定的抑制作用;中-低氮沉降（N1、N2）对蔗糖酶无影响,而对β-葡糖苷酶具有促进作用,高氮沉降（N3）促进了蔗糖酶活性,但抑制了β-葡糖苷酶活性。表层土壤中,土壤有机碳累积矿化量与土壤纤维素酶、β-葡糖苷酶、过氧化物酶活性呈显著正相关。因此,氮沉降促进了表层土壤纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的活性,但在一定程度上抑制了淀粉酶和过氧化物酶,对土壤有机碳矿化也表现出明显的抑制作用。     

不同连栽代数杉木人工林细根生长、分布与营养物质分泌特征

用土钻法研究了不同连栽代数杉木细根生长与分布,结果表明,杉木连栽1代后,细根生物量明显减少,第1代杉木活细根生物量的范围为646．4－799．7g.m-2,而第2代则为284．4－536．9g.m-2,在一定距离范围内,离树体的距离越远,细根分布越少,杉木连栽后,主要减少了表层土壤（0－10cm)细根的生长,根系分泌物的分析表明,杉木连栽1代后,根系阳离子NH4＋,Na ,K ,Ca2 ,Mg2 的分泌量没有变化,而阴离子NO3-,Cl-,SO4 2-,HPO4^2-,的量都减少,但只有Cl-和HPO4^2-差异显著（P＜0．05）,第2代杉木根系分泌物中的HPO4^2-量仅为第1代的1／65,根－土界面磷交换过程的阐明有利于说明第2代杉木根系HPO4^2-分泌量减少的原因,杉木连栽后,表层土壤细根生长的减少和根系分泌行为的改变可能是生产力下降的重要原因。     

杉木人工林近自然改造对土壤化学性质及酶活性的影响

研究杉木间伐后补栽闽楠、刨花楠进行近自然改造后对杉木人工林土壤化学性质及水解酶活性变化。在江西省新余市山下林场为研究近自然改造对杉木林的影响而设置3种林分,分别是杉木纯林(CLP)、杉木-闽楠改造林(MPC)、杉木-刨花楠改造林(MMC)。测定0-20、20-40、40-60 cm土壤化学性质和水解酶活性,分析土壤化学性质与水解酶间的关系。不同林分土壤有机质、有效磷和速效钾均随土层深度增加而降低。0-20 cm土层,改造林pH、有机质和有效磷显著增加,其中有机质分别提高22.52%与21.04%,有效磷分别提高5.9%与9.57%。20-40 cm土层,改造林有机质显著增加,有效磷、速效钾含量无显著差异。不同林分对养分全量的影响不一。40-60 cm土层,改造林与杉木纯林在有机质、全氮、全钾、速效钾含量有显著差异。不同林分土壤N∶P均低于我国亚热带区域土壤N∶P,土壤有效磷元素缺乏;改造林土壤C∶N、C∶P均高于杉木纯林。杉木-闽楠改造林土壤纤维二糖水解酶(CBH)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(ACP)酶活性相比杉木纯林显著降低;土壤β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP),杉木-刨花楠改造林较杉木纯林显著增加。相关性分析表明,不同林分土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、土壤酶活性之间存在显著关系。[结论]杉木纯林间伐后近自然改造有助于土壤养分积累,改善杉木人工林土壤质量,提高杉木胸径、材积,减缓单一树种种植带来的土壤肥力下降等问题。     

阔叶和杉木人工林对土壤碳氮库的影响比较

通过比较我国亚热带地区19年生阔叶人工林和杉木人工林土壤碳氮储量,探讨树种对土壤碳氮库的影响.结果表明：阔叶人工林0～40 cm土层碳储量平均为99.41 Mg·hm^-2,比杉木人工林增加33.1%;土壤氮储量为6.18 Mg·hm^-2,比杉木人工林增加22.6%.阔叶人工林林地枯枝落叶层现存量、碳和氮储量分别是杉木人工林的1.60、1.49和1.52倍,两个树种的枯落叶生物量、碳和氮储量均有显著差异.枯枝落叶层碳氮比值与土壤碳、氮储量之间呈显著负相关.阔叶人工林细根生物量(0～80 cm)是杉木林的1.28倍,其中0～10 cm土壤层细根生物量占48.2%;阔叶人工林细根碳、氮储量均高于杉木人工林.在0～10 cm土层,细根碳储量与土壤碳储量具有显著正相关关系.阔叶树种比杉木的土壤有机碳储存能力更大.     

紫茎泽兰入侵对土壤酶活性和理化因子的影响

紫茎泽兰是我国危害最严重的外来入侵植物之一,为探明其入侵对土壤肥力的影响,比较研究了紫茎泽兰、云南菅、狗尾草群落和撂荒地下0~30 cm的4层土壤中6种酶活性和12种理化因子。结果表明群落类型和土壤深度对测定的各参数均有显著影响。随土壤深度的增加,多酚氧化酶、碱性磷酸酶、脲酶活性,以及有机质、全氮、全磷、全钙、水解氮、有效磷、速效钾含量和pH值均降低。总的看来,紫茎泽兰群落下碱性磷酸酶和脲酶活性,有机质、全氮、全磷、全钙、水解氮和有效磷含量,以及pH值均较高,全钾含量较低,但速效钾含量并不低,表明紫茎泽兰入侵多年后土壤肥力水平提高,形成了对其生长有利的土壤环境。     

太子河河岸带土壤理化性质特征及其与环境因子的关系

根据太子河河岸带69个样点的土壤分层调查, 研究了太子河河岸带土壤特征、空间格局及与环境因子的关系。研究结果表明:垂直剖面自上而下土壤含水率、土壤孔隙率、总磷、有机质和总氮含量显著减少, 容重、pH和有效磷在层间差异不显著。根据土壤理化性质, 将样点分为2类, 一类主要分布在太子河上游及某些支流上游, 该类土壤呈弱酸性, 有机质和总氮含量高, 另一类主要分布在太子河中下游, 该类土壤呈弱碱性, 有机质和总氮含量较低。利用冗余分析(RDA)识别影响土壤性质的环境因子, 结果表明海拔、年降水、年均温和距离河口的距离是影响土壤空间差异的主导因子。     

我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性

根据黑龙江、吉林、辽宁省和内蒙古地区相关历史资料数据,分析了我国东北表层土壤(0-50 cm)土壤相关理化性质与有机碳、无机碳的相关性,得到如下结论:土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾、K⁺离子交换量、Fe₂O₃、P₂O₅、总孔隙度均与土壤有机碳含量呈显著正相关(R²=0.10-0.94, n=38-345, P<0.0001),但与土壤无机碳含量则大多呈显著负相关(R²=0.11-0.30, n=37-122, P<0.01);与此相反,土壤pH值、容重与土壤有机碳呈负相关(R²=0.36-0.42,n=41-304, P<0.0001),而与无机碳呈显著正相关(R²=0.29-0.31,n=39-125, P <0.01)。表层土壤有机碳、无机碳与土壤理化性质呈相反变化趋势的结果说明,由于土壤利用方式变化所导致的土壤理化性质改变对土壤无机碳和有机碳可能具有相反影响。在研究土壤碳平衡过程中,应该充分考虑这种关系所导致的相互补偿作用,即有机碳的增加,可能意味着无机碳的减少,或者反之。目前研究中普遍忽略无机碳的变化,可能导致生态系统碳收支计算显著偏差,所获得的经验拟合方程有利于对我国东北地区土壤碳平衡研究产生的这种偏差进行粗略估计。     

土壤增温对亚热带杉木幼树不同深度土壤微生物胞外酶活性的影响

土壤微生物胞外酶可有效反映气候变暖对土壤微生物功能和土壤有机质分解的影响.目前关于气候变暖对土壤微生物胞外酶活性(EEAs)影响的相关研究主要关注有机碳含量较丰富的表层土壤(0～20 cm),而对深层土壤(>20 cm)EEAs的研究仍较缺乏.因此,本研究关注土壤增温对亚热带不同深度(0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm)EEAs的影响及主要调控因素,其中微生物胞外酶包括参与碳循环的β-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)、酚氧化酶(PHO)和过氧化物氧化酶(PEO).结果表明: 土壤增温提高了0～10 cm和10～20 cm土壤所有胞外酶的活性(18%～69%).在20 cm以下的深层土壤中,土壤增温仅显著提高了20～40 cm的PHO(10%),而对其余胞外酶的活性无显著影响或有一定的抑制作用(13%～31%).冗余分析(RDA)结果表明: 在微生物可利用有机碳较丰富的表层土壤中,铵态氮(NH₄⁺-N)和土壤含水率(M)是调控EEAs的主要因素,增温增强了微生物与植物之间的养分竞争,因而提高EEAs以获取微生物所需的养分NH₄⁺-N;而在微生物底物有效性较低的深层土壤中,EEAs主要受可溶性有机质(可溶性有机碳和可溶性有机氮)和微生物生物量(MBC)的影响,增温提高深层土壤可溶性有机质的含量,为微生物提供更多的底物,减少微生物对EEAs的需求,进而降低EEAs.本研究发现,不同深度EEAs对土壤增温具有不同响应,且土壤增温条件下表层和深层土壤的EEAs具有明显不同的调控因素.因此,加强不同深度土壤微生物的研究对于准确评估生态系统碳循环对全球变暖的响应具有重要意义.     

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。     

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。     

广西大青山杉木人工林碳氮磷生态化学计量特征

为研究杉木人工林生态系统植物、凋落物和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征的差异和相互关系,以广西大青山杉木密度试验林为研究对象,测定了5种初植密度下杉木人工林针叶、草本、凋落物和土壤的C、N、P含量及其比值。结果表明:针叶的C、N、P含量最高,凋落物次之,土壤最低。C∶N、C∶P表现为凋落物>针叶>草本>土壤,N∶P表现为凋落物>草本>针叶>土壤。其中针叶的N∶P均值为16.69,凋落物C∶N显著高于N发生释放的C∶N的临界值(30)。杉木人工林针叶和草本N、C∶N呈显著负相关关系,针叶和土壤的C∶N、N∶P,草本和凋落物P含量、C∶P均呈显著正相关关系,体现了杉木生态系统内的C、N、P在针叶、草本、凋落物和土壤之间相互转化和循环。南亚热带杉木人工林植物生长受P限制,凋落物分解慢,土壤有机质的矿化作用慢,养分循环能力低,因此在人工林抚育管理中,应保护林下植被,适当施肥,提高土壤肥力,维持杉木林长期生产力。     

杉木生长及土壤特性对土壤呼吸速率的影响

在江西大岗山生态站选择不同发育阶段杉木人工林,研究土壤呼吸速率、土壤性质和年凋落物量的变化特征以及它们之间的相互关系。结果表明:杉木人工林随林分发育过程中林龄增加,林分年凋落物量和土壤纤维素酶活性逐渐增加;蔗糖酶活性呈现出先增加后降低的变化趋势,而淀粉酶活性无明显变化规律。土壤理化性质表现为幼龄林阶段较好,中龄林最差、近熟林-过熟林又逐渐恢复的变化特征;但不同指标恢复速度不同。土壤呼吸速率从幼龄林到近熟林呈明显先降低后增加的变化规律;从近熟林到成熟林略有增加,但增加不显著;过熟林时又显著降低,达到中龄林水平。通径分析表明,不同土壤性质对土壤呼吸速率表现出不同程度的影响;在被研究的土壤性质中,年凋落物量、土壤有机碳含量和纤维素酶活性对土壤呼吸速率表现出更强烈的直接影响和间接影响作用。     

不同年龄阶段杉木人工林植物热值分析

应用会同国家野外科学观测研究站的连续定位测定资料,研究了杉木林不同林龄阶段乔木、灌木、草本和枯死物热值动态变化。结果表明:同一林龄阶段,杉木叶的热值皮枝干根,杉木各器官热值随林龄增加而增大;相同林龄的灌木叶热值枝根,草本地上部分热值根,灌木和草本的热值随林龄增大而减少;同一林龄的凋落叶的热值凋落枝碎屑死根,枯死物热值随林龄增加而增大;整个杉木林系统,乔木层热值灌木草本枯死物;灰分含量与会同杉木器官热值的大小与变化关联性不密切,与灌木、草本呈显著负相关(P0.05);会同杉木热值随林龄变化与器官随林龄增大木质化程度提高,以及不同年份的降水量、太阳辐射、温度有关;林分不同层次植物热值的变化与某个层次的植物接受的光能资源量关系密切。     

氮添加对杉木林土壤有机碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性的影响

为探讨氮添加对亚热带森林土壤有机碳矿化速率(Cmin)及酶动力学参数温度敏感性(Q10)的影响,选择亚热带杉木林土壤为研究对象,采用野外长期氮添加与室内控温培养试验,分析土壤Cmin及β~(-1),4-葡萄糖苷酶(βG)动力学参数温度敏感性。野外试验设置对照(N0)、低氮(N1:50 kg N hm~(-2)a~(-1))、高氮(N2:100 kg N hm~(-2)a~(-1)) 3种处理,每种处理3次重复,室内培养设置10—40℃。结果表明:(1)氮添加增加土壤Cmin,为N2N1N0,但其Q10(Cmin)差异不显著。(2)氮添加增加βG的潜在最大反应速率(Vmax)和催化效率(Vmax/Km),且Vmax和Vmax/Km均为N2N1N0,而氮添加对半饱和常数(Km)影响不显著。Q10(Vmax)和Q10(Km)大小为N2N1N0且差异显著,但是Q10(Vmax/Km)无显著差异。(3)相关分析表明,30℃培养温度下,Cmin和全磷(TP)、硝态氮(NO-3-N)、有效磷(a P)、Vmax正相关; Vmax和TP、NO-3-N正相关,和p H负相关; Km和全氮(TN)负相关; Vmax/Km和p H负相关,和TP正相关。30—40℃培养温度下,Q10(Vmax)和p H负相关,Q10(Vmax/Km)和TN负相关。研究可为氮沉降背景下土壤碳素循环的生物化学过程对增温响应的模型提供重要参数。