造林密度对水曲柳人工林地上生长和细根生物量的影响

密度对林木个体生长和林分蓄积量增长均有重要的影响,但是林分密度与树木根系之间的相互作用并不明确。为此,本研究以黑龙江省帽儿山4种造林密度(处理Ⅰ:株行距:1.0 m×1.0 m,Ⅱ:1.5 m×1.5 m,Ⅲ:2.0 m×2.0 m和Ⅳ:1.5 m×3.0 m)水曲柳(Fraxinus mandschurica Rupr.)人工林为研究对象,在2012—2016年连续测定了林木的胸径和叶生产量(2013、2014和2016年)以及每年的林木枯死状况,并在2013年采用根钻法和内生长法分别对细根(直径≤2.0 mm)和吸收根(直径≤0.5 mm)的现存量和生产量进行了估计。结果表明:密度最低的处理IV中树木分杈率最高(31.55%),平均树高最低;密度次低的处理III中,胸径和树高均高于其他处理。叶生产量随着林龄增加而增大,以处理II中最高。总的林木自然枯死率以密度处理I最高。样地水平上,近5年林木株数保存率与叶生产量、胸径年生长量均为负相关(前者统计上显著)。细根和吸收根的现存量与生产量均以处理IV最高,处理I~IV中吸收根现存量分别为(184.62±17.73)、(146.45±5.59)、(150.32±5.39)和(242.81±19.07)g·m~(-2)。样地水平上,吸收根现存量和生产量均与林分密度负相关(后者统计上显著)。吸收根与叶生产量和胸径年生长量的比值以处理IV中最高,而其他处理间差异则相对较小。综合来看,造林密度2500株·hm-2林分具有最大的平均胸径和树高,最高的株数保存率,以及较为合理的吸收根和叶生产量比例,是本地区最适宜的密度。     

林分密度对杉木人工林林下植被和土壤性质的影响

以杉木人工林为研究对象,探究4种林分密度（A：650株/hm²;B：1100株/hm²;C：1250株/hm²;CK：1650株/hm²）林下物种多样性、生物量以及土壤理化性质及其之间的相关性。结果表明：（1）灌木层Shannon-Wiener指数、Patrick丰富度指数及草本层中Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Patrick丰富度指数随林分密度的增加均呈现出双峰型变化趋势,在密度A和C处均出现峰值;灌木层Simpson指数、Pielou均匀度指数随林分密度升高而降低,且灌、草层4种多样性指数最小值均出现在密度CK处。（2）草本层生物量比灌木层高。草本层总生物量（地上+地下）随密度的增大而减少,凋落物的量则随密度的增大而增大。（3）土壤养分含量和林下植物多样性指数随林分密度增大的变化趋势大致相同,且有机质含量在密度A取得最大值。（4）灌木层Shannon-Wiener指数、Patrick丰富度指数与全氮、水解氮、有效磷、有机质呈显著正相关;草本层植被物种多样性与土壤理化性质无显著相关性。（5）各指数与灌木层生物量的相关性较强。综上所述,密度A （650株/hm²）能够促进杉木林林下植被发育,增加林下植被物种多样性、生物量和有机质,可提升维持地力的能力,有利于杉木林稳定持续发展。     

不同栽培密度对辣木人工林分枝格局及生物量的影响

为了探讨干热河谷盆地辣木种植密度与分枝格局和生物量的关系及较为合理的种植密度,通过野外实地调查和数据分析对该地区不同栽培密度辣木人工林分枝格局及生物量进行研究,结果表明:辣木林分在株高、地径、冠幅以及分枝数量方面与栽培密度呈现显著负相关;不同密度下,根、茎、叶生物量及果荚数和果荚均长、直径和果荚均仔粒数之间都存在显著的差异性;栽培密度对辣木的分枝格局有较显著影响,主要表现在一级/二级分枝率、二级/三级分枝率以及三级分枝长度上有显著差异;辣木在不同方位上分枝格局有明显差异,主要体现在主、侧枝分枝长度和一级分枝角度上的差异显著;在本试验范围内,以叶用辣木为培育目标的较适宜的栽培密度为株行距0.9m×0.9m,以果用为栽培目标的较适宜的栽培密度为株行距1.5m×1.5m。在不同的栽培密度下,辣木人工林之间分枝格局及生物量的显著性差异,反映了辣木随环境的变化具有较高的形态可塑性和生态适应性。     

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.     

苏南丘陵杉木人工林的生物量结构

杉木人工林生物量的研究近年来引起了我国林业工作者的注视,先后已有杉木中心产区生物量研究结果的报道(冯宗炜等,1980;潘维俦等,1981)。众所周知,杉木在我国是个分布区极广的树种(北纬22°—34°;东经102°—122°)(中国树木志编委会,1978),在不同的地理分布区内,除受人为因素影响外,生态环境的变化必然会影响到群落的功能和生产力。因     

杉木人工林生物量估算模型的选择

采用11种形式的生物量模型,分别对杉木幼龄林（7年生）、中龄林(16年生)、成熟林(28年生)和不分林龄的单木各器官和全株生物量进行拟合,共得到生物量估算模型308个.结果表明: 11种生物量模型均能较好地模拟杉木单木生物量,其中幂函数模型的拟合效果最优,其次为指数模型,然后为多项式模型;共选出估算杉木幼龄林、中龄林和成熟林各器官和全株生物量的最优模型21个（包括18个器官模型、3个全株模型）,不分林龄的杉木单木各生物量的最优模型7个（包括6个器官模型、1个全株模型）,均为幂函数模型;不同林龄的杉木单木生物量最优模型的通用性较差,而不分龄林的杉木单木生物量最优模型具有一定的通用性,精度较高,可用于估算不同林龄的杉木单木生物量.应用福建邵武杉木单木生物量模型对江西28年生的杉木成熟林单木各生物量的预测结果显示,不分林龄的大样本生物量模型精度较高,可在较大范围内应用,而区域小样本模型仅限于在区域小范围内应用.     

近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响

近自然化改造作为森林新增碳汇的最有希望的选择之一,将如何通过改变林分结构影响林分生物量和生产力进而影响林分固碳能力和潜力目前尚不清楚,因此,了解近自然化改造对人工林生物量及其分配的影响,对人工林生态系统碳管理具有重要意义。以马尾松近自然化改造林(P(CN))、马尾松未改造纯林(P(CK))、杉木近自然改造林(C(CN))和杉木未改造纯林(C(CK))4种人工林为研究对象,采用样方调查和生物量实测的方法,分析4种林分生物量差异,旨在揭示近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响。结果表明:马尾松杉木人工林近自然化改造通过调整林分结构显著提升马尾松和杉木人工林生物量和生产力,8a后马尾松和杉木林分生物量分别增加46.71%和37.24%。乔木层生物量在林分生物量总量中占主导地位(95.48%-98.82%),并对林分生态系统总生物量变化起决定性作用。林分生物量和生产力的增加主要因为近自然化改造改变了林分群落结构,进而提高了乔木层生产力。研究结果表明,合理的经营措施不仅可以改善林分结构,提升林分生产力,并可为增强植被固碳能力创造有利条件。     

造林密度对杉木幼林生长及空间利用的影响

为了探讨不同造林密度对杉木人工林林分生长及林分空间利用的影响,选取福建省三明市福建农林大学莘口教学林场8年生不同造林密度(2400、3100、3400、4200和4400株·hm-2)杉木人工纯林为研究对象,对林分平均胸径、树高、枝下高、冠幅、单株叶面积、根幅、根深和根系密度等指标进行调查,结果表明:随着造林密度的增大,杉木林分平均树高、胸径、单株材积和蓄积量均呈现先增大后减小的规律,造林密度为3400株·hm-2时平均树高达到最大值(9.87 m),造林密度为3100株·hm-2时林分平均胸径和平均单株材积均最大,林分蓄积量最大值出现在4200株·hm-2。随着密度的增大,林分枝下高逐渐增高,冠幅、单株叶面积和叶面积指数逐渐减小。造林密度为2400株·hm-2时,林分枝下高最低,冠幅、单株叶面积和叶面积指数均最大。杉木根幅和单株根量逐渐减小,根深和粗根密度逐渐增大,而细根密度则先增大后减小,最大值出现在3400株·hm-2。随着年龄的增长,个体间空间竞争激烈,林分密度过大会限制林木群体的生长发育。在林分生长过程中,适时采用间伐、抚育等措施,可使人工林各发育阶段形成合理的群落空间结构,从而获取最大的木材收益。     

林分密度对思茅松人工林根系生物量空间分布的影响

以云南省普洱市思茅松人工林中14a龄林为研究对象,对5种造林密度(1m×1m、1.5m×1.5m、2m×1m、2m×2m、2m×3m)的思茅松人工林的林分特征及其根系生物量空间分布进行调查分析,以明确林分密度对思茅松人工林细根生物量空间分布的影响,为思茅松人工林经营管理提供理论依据。结果表明:(1)树高和胸径随着林分密度的减少呈增大趋势,而生物量呈减少趋势。(2)14a思茅松人工林的细根生物量随林分密度的增大而减少,单株细根生物量随林分密度的减小而增大,但粗根与死根生物量在5个林分密度之间无显著差异。(3)细根生物量主要分布在土壤上层,其中40.21%~54.73%的细根集中在0~10cm土壤深度,不同林分密度的细根生物量随土层深度的增加而减少的趋势较为明显,随着林分密度的减小,土壤上层的细根生物量比例呈先增加后减少的趋势。(4)林分密度和土壤深度对细根生物量有显著影响,而且乔木个体大小差异与细根生物量具有极显著的负相关关系,而单株细根生物量与林分密度、乔木个体大小差异、地下生物量及胸高断面积之间呈显著或极显著的负相关关系,而与树高和胸径之间呈显著正相关关系。     

杉木人工林生物量与养分积累动态

基于中国科学院会同森林生态实验站30多年的定位观测数据,结合文献资料,分析了杉木人工林生物量和养分积累及其分配格局随时间的变化过程,以及不同轮伐期和收获强度对养分输入/输出的影响.结果表明:林龄是影响杉木人工林生物量和养分积累的主要因子,不同器官的生物量和养分贮量差异显著,二者对生物量与养分积累变异的解释量分别为37.1%和40.3%.随林龄增长,杉木人工林生物量和养分向树干分配比例增大,而向树叶分配比例减小;生物量和养分积累速率分别在17a和13a时达到最大值,即养分积累先于生物量积累达到最大值;在3～20a,杉木人工林生产单位干物质所需的营养元素量随着林龄增大持续快速下降,20a之后渐趋平稳,即养分的利用效率随林龄增大而增大.不同收获预案分析显示,延长轮伐期、降低利用强度可以减少养分输出.若仅收获树干,轮伐期从28a延长至56a,收获的生物量减少31.57%,但林分N、P、K、Ca、Mg输出分别减少42.02%、58.93%、27.70%、31.07%和45.26%.     

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.     

杉木人工林取代天然次生阔叶林对土壤生物活性的影响

对我国亚热带南、中、北3个区带杉木人工林与天然次生阔叶林表层土壤化学性状、土壤生物活性特征进行研究.结果表明,杉木人工林取代天然次生林阔叶林后表层土壤总有机碳含量下降31.51%～58.24%,土壤全氮、全磷、pH值以及土壤C/N、C/P比亦呈下降趋势;杉木人工林取代天然次生阔叶林后表层土壤细菌、真菌数量减少;土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性下降,而土壤多酚氧化酶活性增加8%～40%;杉木人工林与天然次生林阔叶林相比,土壤呼吸强度下降51.15%～54.48%.相关分析发现,土壤总有机碳与土壤多酚氧化酶活性呈负相关(R=-0.723,n=18),与土壤全氮、全磷及其它土壤酶活性呈正相关.杉木人工林取代天然次生林阔叶林使林内表层土壤质量恶化.杉木人工林土壤有机质丢失是导致杉木人工林土壤养分减少、土壤生物活性下降的重要原因.     

增温对亚热带杉木枝和叶凋落物理化性质的影响

在区域尺度上,凋落物的底物性质是决定其分解速率的关键因素。本研究以亚热带杉木人工林为对象,通过埋设电缆进行土壤增温,分析气候变暖对杉木枝、叶凋落物理化性质的影响。结果表明: 经过5年的土壤增温试验(4 ℃),杉木枝凋落物的氮(N)、磷(P)含量和可萃取物含量分别增加35.2%、40.8%、7.6%,叶凋落物分别增加41.2%、45.9%、5.9%;枝凋落物的碳(C)含量、纤维素含量和C/N分别降低5.1%、11.6%、28.8%,叶凋落物分别降低5.3%、11.3%、33.3%。土壤增温导致杉木叶凋落物的比叶面积提高29.8%,抗拉强度减小40.7%,但增温对杉木枝和叶凋落物木质素含量和pH值无显著影响。¹³C NMR和红外光谱分析显示,增温后杉木凋落物中氨基酸、多糖、多酚和脂肪族化合物含量变化显著,而且在不同器官凋落物之间有所差别,表现为多糖类物质只在叶凋落物中显著增加,枝凋落物中氨基酸的增加量大于叶凋落物。土壤增温显著改变了杉木枝、叶凋落物的理化性质, N、P养分含量的提高以及抗拉强度减小等特征可能加速初期凋落物的分解速率,而由于复杂大分子化合物的增多,后期凋落物的分解速率可能较慢。     

采伐剩余物不同处理方式对杉木幼林土壤有机氮组分的影响

采伐剩余物不同处理方式会改变输入土壤的有机质数量和质量,直接或间接影响土壤的养分组成与含量。氮作为重要的土壤养分之一,其有机氮组分对采伐剩余物不同处理方式的响应仍不明确。本研究在福建省三明市格氏栲自然保护区内,对50多年生的杉木成熟林皆伐后的采伐剩余物分别进行清除、保留、火烧处理,并种植杉木5年时,采用H₂SO₄水解法对不同土层(0～10、10～20 cm)土壤有机氮组分及其影响因素进行研究。结果表明: 保留处理显著提高了土壤有机氮及活性组分的含量。0～10 cm土层中,保留处理土壤有机氮含量(3.36 g·kg^-1)分别是清除处理、火烧处理的1.5和1.3倍,活性氮Ⅰ、Ⅱ含量也以保留处理最高;10～20 cm土层中,保留处理土壤有机氮和活性氮Ⅱ含量(2.20、0.73 g·kg^-1)也显著高于清除和火烧处理,而且保留处理的活性氮指数Ⅱ(33.9%)显著高于火烧处理(26.1%)。两个土层均以保留处理的总碳、可溶性有机碳、可溶性有机氮含量,以及微生物生物量碳、氮最高。与清除处理相比,保留处理显著提高0～10 cm土层细菌(革兰氏阳性菌、阴性菌)含量;10～20 cm土层中,保留处理的真菌含量最高,放线菌含量最低。相关分析表明,土壤有机氮及活性组分与土壤总碳、可溶性有机碳、可溶性有机氮、微生物生物量及土壤细菌(革兰氏阳性菌、阴性菌)、真菌呈显著正相关,与放线菌呈显著负相关。保留处理有利于提高土壤有机氮及活性氮组分含量,改善土壤生化性质,对土壤微生物群落组成具有积极的影响,是维持土壤肥力和提高森林生产力的有效经营管理措施。     

杉木人工林土壤微生物群落结构特征

采用氯仿熏蒸法、稀释平板法和磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)方法,分析了常绿阔叶林转变成杉木人工林后土壤微生物种群数量和群落结构的变化特征.结果表明:常绿阔叶林转变为杉木人工林后,林地土壤的微生物生物量碳、可培养细菌和放线菌数降低.杉木人工林地总PLFAs、细菌PLFAs、真菌PLFAs比常绿阔叶林分别降低了49.4％、52.4％和46.6％,革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs远低于常绿阔叶林.杉木人工林根际土壤微生物生物量碳、可培养细菌和放线菌数显著高于杉木人工林林地土壤,根际土壤中总PLFAs、细菌PLFAs、革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs的含量也高于林地土壤,但真菌PLFAs和细菌PLFAs之比却低于林地土壤.对土壤微生物群落结构进行主成分分析发现,第1主成分和第2主成分共解释了土壤微生物群落结构变异的78.2％.表明常绿阔叶林与杉木人工林土壤的微生物群落结构间存在差异.     

杉木采伐迹地营造阔叶树种对土壤微生物生态化学计量特征的影响

研究土壤微生物生物量及其生态化学计量特征对造林树种转换的响应,对深入了解森林生态系统土壤养分循环和有效性具有重要意义。本研究以1993年春在二代杉木采伐迹地上营造的26年生米老排和杉木人工林为对象,采用氯仿熏蒸法测定了0～40 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的变化。结果表明: 与杉木人工林相比,米老排人工林0～10 cm土层MBC和0～20 cm土层MBN和MBP均显著提高, 0～20 cm土层MBC/MBP和10～20 cm土层MBN/MBP显著降低。两种人工林所有土层MBC/MBN均无差异。相关分析显示,土壤含水率、总有机碳、总氮、全磷、有效磷与MBC、MBN和MBP呈显著正相关,而与MBC/MBP和MBN/MBP呈显著负相关。逐步线性回归分析表明,MBN和MBP主要受土壤总氮和有效磷的影响,而MBC/MBP和MBN/MBP主要受有机碳和有效磷的驱动。研究表明,造林树种从杉木转换成米老排能够增加表层土壤微生物生物量,加速氮磷养分周转,增加土壤氮磷养分供应能力。米老排人工林土壤MBP的增加可能在一定程度上缓解了树木生长的磷限制。     

生物质炭添加对杉木人工林土壤原有有机碳矿化的影响

通过培养试验,利用¹³C标记技术研究不同热解温度制备的生物质炭添加对杉木人工林土壤原有有机碳矿化的影响,为生物质资源有效利用和亚热带人工林固碳管理提供科学依据.生物质炭制备材料分别为木荷(阔叶树种)和杉木(针叶树种)凋落物,培养温度为25 ℃,时间为112 d.结果表明: 在整个培养阶段,与对照土壤相比,不同生物质炭添加对土壤原有有机碳矿化的影响均呈现先促进后抑制的规律,具体表现为杉木生物质炭处理仅在培养0～3 d表现为显著促进作用,在7～112 d均呈现为显著抑制作用,而木荷生物质炭处理则在培养0～14 d表现为促进作用,在28～112 d均表现为显著的抑制作用.培养结束时,3种杉木生物质炭(350、550和750 ℃)处理均显著抑制了土壤原有有机碳矿化,2种木荷生物质炭(350和550 ℃)处理也表现为显著的抑制作用.木荷生物质炭和杉木生物质炭的分解率介于0.8%～2.8%,随着热解温度的升高,生物质炭的分解率呈下降趋势,且同一热解温度下木荷生物质炭的分解率显著高于杉木生物质炭.上述结果表明,原材料和制备温度是生物质炭影响土壤原有有机碳矿化和生物质炭分解的重要因素.     

杉木人工林土壤微生物生物量和碳源利用能力对模拟氮沉降和干旱的响应

杉木林是我国亚热带地区最主要的人工林和重要的碳汇。本研究以杉木人工林为对象,通过设置氮素添加(40 kg N·hm^-2·a^-1)和隔离降雨(-50%)试验分别模拟氮沉降和干旱,在夏季(7月)和冬季(1月)采集表层土壤,通过磷脂脂肪酸、平板计数、Biolog等方法综合分析土壤微生物生物量、数量及碳源利用能力。结果表明: 土壤微生物生物量及微生物组成在两季节间存在显著差异;氮添加和隔离降雨可在一定程度上减少可培养细菌和真菌的数量,细菌数量较真菌数量对氮添加和隔离降雨的响应更敏感。隔离降雨显著抑制了土壤中微生物的碳源利用能力,而氮添加无显著影响。土壤细菌数量与微生物碳源利用能力呈显著正相关,表明可培养细菌是介导微生物碳转化的关键组分。本研究强调了氮沉降和干旱对亚热带杉木人工林表层土壤微生物的影响,可为评估未来全球变化情景下亚热带森林生态系统的土壤微生物生态功能提供科学依据。     

降雨隔离和温度增加对杉木幼林土壤可溶性碳氮的影响

土壤可溶性碳氮在森林土壤碳循环和养分循环中起到重要作用,因其对气候变化高度敏感且可被微生物直接利用.本研究通过在2年生杉木人工林内设置隔离50%降雨处理(P)、增温5 ℃+隔离50%降雨处理(WP),利用张力测渗计野外原位收集土壤溶液,研究降雨和温度变化对不同深度土壤可溶性碳氮浓度的影响.结果表明: 降雨和温度变化没有改变土壤可溶性有机碳(DOC)浓度的季节变化,土壤溶液DOC浓度在10月最高.降雨和温度变化增加了不同土层土壤溶液DOC浓度,60 cm处增加量最大,与对照相比,P和WP处理土壤溶液DOC浓度的增加幅度分别为30.4%～88.7%和32.8%～137.6%,10 月的差异值最大,对照土壤溶液DOC浓度随土壤深度增加而降低,但降雨和温度变化后各土层间土壤溶液DOC浓度没有显著差异.WP处理土壤溶液NO₃^--N浓度大幅增加,增加幅度为221.1%～931.0%.在未来全球变化背景下,亚热带地区降雨减少将增加土壤通透性和细根向深层土壤的生长,促进土壤微生物活性和有机质分解,可能增加本地区土壤有机碳氮淋溶流失,而温度增高将加剧碳氮流失风险.