混交比例对长白落叶松和水曲柳混交林碳储量及其分配格局的影响

以长白落叶松和水曲柳混交林为研究对象,根据长白落叶松和水曲柳的栽植行数比选择4种不同行状混交比例的林分(类型Ⅰ:5∶3;类型Ⅱ:6∶4;类型Ⅲ:5∶5;类型Ⅳ:1∶1),建立长白落叶松和水曲柳生物量似乎不相关模型,分析林分各林层和生态系统碳储量的差异及其分配规律。结果表明: 不同林分类型的乔木层碳储量为39.86～50.12 t·hm^-2,类型Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ的乔木层碳储量显著高于类型Ⅲ;林下植被层碳储量为0.10～0.30 t·hm^-2,类型Ⅱ的林下植被层碳储量显著高于其他类型;凋落物层碳储量为4.43～6.96 t·hm^-2,类型Ⅱ、Ⅲ凋落物层碳储量显著高于其他类型;土壤层碳储量为34.97～54.66 t·hm^-2,类型Ⅱ土壤层碳储量显著高于其他类型。在整个生态系统中,林分类型Ⅰ~Ⅳ碳储量分别为90.43、108.27、85.83、89.92 t·hm^-2,类型Ⅱ生态系统碳储量显著高于其他类型。乔木层和土壤层为生态系统主要碳库,分别占生态系统碳储量的43.3%~55.7%和38.7%~50.5%。建议在未来的营林造林中,以6行长白落叶松和4行水曲柳交替种植。     

不同林龄长白落叶松人工林碳储量

基于7—41 a长白落叶松人工林样地生物量调查,探讨了不同发育阶段长白落叶松人工林碳储量的时空变化规律。结果表明:随林龄的增大,长白落叶松人工林林木和各器官生物量增加,树干所占比例增加,生物量转换因子(BEF)、根茎比(R)等参数分布正常。林下植被层、倒落木质物层生物量随林龄增大呈增加趋势。群落总碳储量的空间分布序列是:乔木层倒落木质物层林下植被层。未成林期、幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林群落的碳储分别为6.585、66.934、90.019、125.103、162.683t.hm-2,乔木层碳储量分别为3.254、58.521、78.086、108.02、138.096 t.hm-2,倒落木质物层和林下植被层碳储量平均值分别为10.859、1.988 t.hm-2。乔木层、倒落木质物层和林下植被层碳储量占总量的平均比率分别为85.99%、2.17%和11.85%。在不同发育阶段群落和乔木层碳储量的年生产力呈先降后升的变化趋势,中龄林的碳储量累积速率高于幼龄林及成熟林,碳素年固定量分别为0.940、3.889、3.615、3.628、3.968 t.hm-2,乔木层年生产力分别为0.465、3.39、3.137、3.133、3.368 t.hm-2。林下植被层年生产力呈"U"形变化,平均值为0.079 t.hm-2。倒落木质物层的年生产力呈线性增长,平均值为0.423 t.hm-2。研究认为长白落叶松人工林群落碳储量随林龄增加的变化规律明显,碳汇潜力巨大。     

黑龙江省落叶松人工林碳储量动态研究

基于36株碳密度测定样木和5期黑龙江省森林资清查数据（1986~2005）,利用非线性度量误差模型来估计黑龙江省落叶松人工林的碳储量动态变化。结果表明：黑龙江省人工落叶松不同器官碳密度在456.7~479.0 mg·g^-1之间,不同器官碳密度差异显著,各器官碳密度由高到低为：树叶>树枝>树干>树根。不同林龄落叶松人工林树干、树根树枝和树叶的碳储量分配比例分别稳定在：66.75%~68.92%、21.59%~22.62%、5.99%~8.16%和2.47%~3.50%。其中,树根和树枝含碳量比重随林分年龄增加而增加,树干和树叶含碳量比重随林分年龄增大而减小。1986~2005年黑龙江省落叶松人工林碳储量总体呈增长趋势,2000年时达最大,为30.38 t·hm^-2,在此期间,平均每年以1.21 t·hm^-2的速度增加。2005年黑龙江省不同区域落叶松人工林碳储量在25.43~34.35 t·hm^-2之间,各区域碳储量由高到低依次为：小兴安岭南坡>完达山地区>张广才岭东坡>张广才岭西坡>小兴安岭北坡。     

甘肃亚高山云杉人工林生态系统碳、氮储量动态和分配格局

云杉是甘肃亚高山地区重要的造林树种,研究其生态系统碳、氮储量的动态变化和分配格局有利于评价云杉人工造林后的生态恢复效果。以甘南、定西地区不同林龄(包括幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)的云杉人工林为研究对象,共设置16块调查样地。在野外调查、样品采集和分析的基础上,估算了其生态系统的碳、氮储量。结果显示:云杉林乔木不同器官的碳含量相对稳定,氮含量则与器官类型有密切关系;同一土层不同龄级的土壤碳、氮含量无明显差异。从乔木层、灌木层、枯落物层到草本层碳氮含量比值依次减小,土壤层碳氮含量比值最低。该地区云杉人工林生态系统总碳、氮储量分别为257. 75—430.23 t/hm~2和20.50—29.88 t/hm~2。随着林龄的增加,植被层碳、氮储量增加显著,分别从15.5 t/hm~2和0.24 t/hm~2增加到143.51 t/hm~2和1.65 t/hm~2。土壤层(0—100 cm)碳、氮储量分别为242.23—367.79 t/hm~2和20.26—29.58 t/hm~2,在整个生态系统各龄级中所占比例均超过60%和90%。生态系统和土壤层(0—100 cm)碳、氮储量在不同龄级间无显著差异。生态系统中土壤层、乔木层及灌、草、枯落物层的碳储量比例分别为85.72%、13.44%和0.84%,氮储量比例分别为97.60%、2.08%和0.32%。     

长白落叶松人工林乔木层生物量分布特征及其固碳能力研究

基于8~56 a长白落叶松人工林样地生物量调查数据,建立了长白落叶松林各器官生物量模型,探讨了不同林龄长白落叶松人工林干材、树皮、树枝、树叶、树根的生物量分布与变化规律及单木与林分乔木层的固碳能力。结果表明:随着林龄的增大,长白落叶松人工林林木及各器官生物量均呈现不同程度的增加趋势,单株木生物量由8 a时的0.174 kg增加至56 a时的328.196 kg,林分乔木层生物量由8 a时的0.519 t·hm-2增加至56 a时的251.39 t·hm-2,其中树干所占比例最大,且增幅最大。长白落叶松人工林单木平均碳储量为74.822 kg,56 a林分乔木层碳密度为130.455 t·hm-2,平均碳密度达63.113 t·hm-2,各器官碳储量变化规律明显。长白落叶松人工林幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林林分乔木层的年平均固碳量分别为0.087、1.193、1.703、2.124 t·hm-2,固碳量年平均增长率排序为中龄林幼龄林成熟林近熟林。研究认为,长白落叶松人工林单株木及林分各器官生物量随林龄增加具有明显的变化规律,成熟林分固碳水平最高,中龄林分后期固碳潜力最大。     

黄土丘陵区不同林龄刺槐人工林碳、氮储量及分配格局

对黄土丘陵区9、17、30和37年生刺槐人工林进行调查,研究刺槐人工林生态系统碳、氮储量随林龄的变化动态及分配格局.结果表明:各林龄刺槐人工林乔木层碳、氮含量分别为435.9~493.4 g·kg-1和6.8~21.0 g·kg-1;草本层和凋落物层碳、氮含量分别为396.3~459.2 g·kg-1和14.2~23.5 g·kg-1;土壤层碳、氮含量分别为2.7~10.7 g·kg-1和0.2~0.7 g·kg-1.树干是乔木层主要的碳、氮库,分别占乔木层碳、氮储量的46.9%~63.3%和39.3%~57.8%;37年生刺槐人工林0~20 cm土层碳、氮储量最大,分别为30.1和1.8 Mg·hm-2.刺槐人工林生态系统的总碳、氮储量随林龄增加而逐渐增大,均在37年生时达到最大值,分别为127.9 Mg·hm-2和6512.8 kg·hm-2;土壤层是刺槐人工林生态系统的主要碳、氮库,分别占人工林生态系统总碳、氮的63.3%~83.3%和80.3%~91.4%.     

不同年龄日本落叶松人工林生物量、碳储量及养分特征

以7、17、30和40年生4个发育阶段(幼龄、中龄、近熟和成熟阶段)的日本落叶松人工林为对象,研究了林龄对生物量、碳储量和养分特征的影响.结果表明: 在单木水平上,不同发育阶段干、枝、皮、叶、根生物量和养分浓度差异显著.随年龄增加,各器官生物量呈增大趋势,N、P、K浓度呈下降趋势,Mg浓度先降后升,Ca浓度持续升高.优势木、平均木和劣势木的各器官生物量之间差异显著,但养分浓度差异不显著,表明竞争对各器官养分浓度影响不大.在林分水平上,总生物量、碳储量和养分储量随林龄增加呈增大趋势,与幼龄林相比,成熟林分别增加217.9%、218.4%和56.4%,表明日本落叶松林生长后期能以较少的养分生产较多的干物质,养分利用效率较高.5种元素的积累量除P和K在近熟林(30年生)略有降低外,其他元素都随林龄增加而增加.N集中在叶中,Ca集中在树干,K和Mg主要集中在根,P在不同器官中的分配较均匀.日本落叶松林分年均生物量积累率、固碳率和养分积累率均随林龄的增加而降低,从幼龄林每年7.16 t·hm^-2、3.40 t·hm^-2、104.64 kg·hm^-2降低到成熟林的3.99 t·hm^-2、1.89 t·hm^-2、28.64 kg·hm^-2,表明日本落叶松林幼、中龄阶段固碳潜力大,但养分消耗也高.     

秦岭南坡东段油松人工林生态系统碳、氮储量及其分配格局

研究秦岭南坡东段8、25、35、42和61年生油松人工林碳、氮储量和分配格局.结果表明: 油松人工林不同林龄乔木层碳、氮含量为441.40～526.21和3.13～3.99 g·kg^-1,灌木层为426.06～447.25和10.62～12.45 g·kg^-1,草本层为301.37～401.52和10.35～13.33 g·kg^-1,枯落物层为382.83～424.71和8.69～11.90 g·kg^-1,土壤层(0～100 cm)为1.51～18.17和0.29～1.45 g·kg^-1.树干和树枝分别是乔木层的主要碳库和氮库,占乔木层碳储量的48.5%～62.7%和氮储量的39.2%～48.4%.林龄对生态系统碳、氮储量均有显著影响.生态系统碳储量随林龄增加而增加,35年时达最大值146.06 t·hm^-2,成熟后碳储量有所下降.5个林龄段油松林生态系统氮储量的最大值为25年时的10.99 t·hm^-2.植被层平均碳、氮储量分别为45.33 t·hm^-2和568.55 kg·hm^-2,土壤层平均碳、氮储量分别为73.12和8.57 t·hm^-2,且土壤层中碳、氮的积累具有明显的表层富集现象.研究区油松人工林生态系统碳、氮储量主要分布在土壤层,其次为乔木层.生态系统碳储量空间分配格局为:土壤层(64.1%)＞乔木层(30.0%)＞灌草层和枯落物层(5.9%),氮储量为土壤层(93.2%)＞乔木层(5.3%)＞灌草层和枯落物层(1.5%).     

不同林龄格木人工林碳储量及其分配特征

在生物量调查的基础上,对广西7、29和32 a格木人工林生态系统碳储量及其分配特征进行了研究.结果表明: 格木各器官碳含量在509.0～572.4 g·kg^-1,大小顺序为:树干>树枝>树根>树皮>树叶;不同林龄间格木人工林的灌木层、草本层和凋落物层碳含量无显著差异;土壤层(0～100 cm)碳含量随土层深度的增加而降低,随林龄的增加而增大.7、29和32 a格木人工林乔木层碳储量分别为21.8、100.0和121.6 t·hm^-2,各器官碳储量大小顺序与碳含量一致;生态系统碳储量分别为132.6、220.2和242.6 t·hm^-2,乔木层和土壤层为主要碳库,占生态系统碳储量的97%以上.乔木层碳储量分配随着林龄的增加而增大,土壤碳储量分配则减小,而林龄对灌木层、草本层和凋落物层碳储量分配的影响无明显规律.     

水曲柳和落叶松人工林根系分解与养分释放

采用埋袋法对水曲柳和落叶松粗根(5～10 mm)、中根(2～5 mm)、细根(＜2 mm)的分解速率及其养分释放进行了为期2年的研究.结果表明,水曲柳粗根、中根和细根年分解系数分别为0.3649、0.4381和0.2720,落叶松依次分别为0.1967、0.1955和0.2464.通过养分分析发现,根系分解过程释放大量C和养分.分解150 d后,两树种所有级别根系的可溶性糖释放均超过90%.水曲柳粗根和中根K的释放均在40%左右,细根K的释放为71%,落叶松所有级别的根系K的释放均在95%以上.在根系分解第2年,两树种粗根和中根N的释放在50%左右波动,P在40%左右波动,两树种细根N和P的释放均达到60%.因此,根系分解在C和养分循环中起重要作用,如果将其忽略,土壤有机质和养分元素的循环将会被严重低估.     

氮肥对水曲柳和落叶松细根寿命的影响

采用微根管技术研究了氮肥对水曲柳和落叶松细根生长、衰老和死亡的影响,探讨两树种细根寿命与氮有效性之间的相关关系.结果表明：林地施氮肥后,两树种细根数量都呈减少趋势,细根总体直径增加,分枝程度降低;氮肥使水曲柳细根存活率提高,细根中位值寿命延长105 d,而落叶松细根存活率对氮肥反应不敏感;施氮肥对细根寿命的延长效应主要体现在直径较小的一级根、表层（0～15 cm)根系和春夏季新生的细根,表明氮肥对高生理活性的细根
影响较强.     

施肥对落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量碳和氮季节变化的影响

2007-2008年,采用氯仿熏蒸浸提法测定了落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量,研究施N肥对土壤微生物生物量碳、氮,以及细菌、真菌和放线菌数量季节变化的影响.结果表明：落叶松林地土壤微生物生物量碳、氮两年平均值分别比水曲柳林地低13.8%和18.3%,但两种林分土壤微生物生物量碳、氮具有相同的季节变化规律：5月最低,9月最高;表层（0～10 cm）土壤微生物生物量碳、氮及微生物数量均高于亚表层（10～20 cm）土壤.但细菌、真菌和放线菌数量的季节变化格局与生物量不同.施肥降低了两种林分的微生物生物量碳、氮,以及细菌、真菌和放线菌数量,其中,落叶松林地微生物生物量碳和氮分别降低了24%和63%,水曲柳分别降低了51%和68%.说明施N肥限制了土壤微生物生物量,改变了土壤微生物的群落结构.     

Estimation of fine root production, mortality and turnover with Minirhizotron in Larix gmelinii and Fraxinus mandshurica plantations

Fine root turnover is a major pathway for car-bon and nutrient cycling in forest ecosystems. However, to estimate fine root turnover, it is important to first understand the fine root dynamic processes associated with soil resource availability and climate factors. The objectives of this study were: (1) to examine patterns of fine root production and mortality in different seasons and soil depths in the Larix gmelinii and Fraxinus man-dshurica plantations, (2) to analyze the correlation of fine root production and mortality with environmental factors such as air temperature, precipitation, soil temperature and available nitrogen, and (3) to estimate fine root turn-over. We installed 36 Minirhizotron tubes in six mono-specific plots of each species in September 2003 in the Mao'ershan Experimental Forest Station. Minirhizotron sampling was conducted every two weeks from April 2004 to April 2005. We calculated the average fine root length, annual fine root length production and mortality using image data of Minirhizotrons, and estimated fine root turnover using three approaches. Results show that the average growth rate and mortality rate in L. melinii were markedly smaller than in F. mandshurica, and were high-est in the surface soil and lowest at the bottom among all the four soil layers. The annual fine root production and mortality in F. mandshurica were significantly higher than in L. gmelinii. The fine root production in spring and summer accounted for 41.7% and 39.7% of the total annual production in F. mandshurica and 24.0% and 51.2% in L. gmelinii. The majority of fine root mortality occurred in spring and summer for F. mandshurica and in summer and autumn for L. gmelinii. The turnover rate was 3.1 a-1 for L. gmelinii and 2.7 a-1 for F. mandshurica. Multiple regression analysis indicates that climate and soil resource factors together could explain 80% of the varia-tions of the fine root seasonal growth and 95% of the seasonal mortality. In conclusion, fine root production and mortality in L. gmelinii and F. mandshurica have dif-ferent patterns in different seasons and at different soil depths. Air temperature, precipitation, soil temperature and soil available nitrogen integratively control the dynamics of fine root production, mortality and turnover in both species.     

落叶松和水曲柳不同根序细根形态结构、组织氮浓度与根呼吸的关系

根系具有高度的形态和生理功能异质性,在森林生态系统碳和养分循环中起重要作用。根系分枝的顺序构成根序,是根系最基本的构型特征,根序代表根系不同的发育阶段。然而,目前直接测定不同根序细根生理功能的研究很少。以落叶松（Larix gmelinii）和水曲柳（Fraxinus mandshurica）的细根为研究对象,使用气相氧电极测定不同根序细根的呼吸速率,探讨根系呼吸速率与其形态、结构和组织氮浓度的关系。结果表明：落叶松和水曲柳细根的直径、根长和维管束直径均随着根序的增加（1–5级）而增加,而比根长、组织氮浓度和呼吸速率随着根序的增加而降低,各根序之间差异显著（P〈0.05）;1级根比根长最大、皮层组织发达、组织氮浓度最高且呼吸速率也最高,其呼吸速率分别为17.57nmolO2·g^–1·s^–1（落叶松）和18.80 nmolO2·g^–1·s^–1（水曲柳）,比5级根分别高148%（落叶松）和124%（水曲柳）;并且,落叶松根的呼吸速率几乎有96%与根系组织氮浓度相关,而水曲柳根的呼吸速率则有89%与根系组织氮浓度相关。上述结果说明,细根的形态和生理功能异质性是紧密相连的,低级根的形态、结构决定其功能是吸收养分和水,而高级根的形态、结构决定其功能是运输和贮存养分。     

氮添加和水分胁迫对红松、水曲柳幼苗生物量分配的影响

氮沉降和暖干化是我国东北地区面临的主要生态问题,它将对森林生态系统产生怎样的影响一直是生态学研究的热点.本研究以东北温带阔叶红松林中2个关键树种——红松和水曲柳为研究对象,探讨水分胁迫和氮(N)添加对其幼苗短期(55周)生长的影响.结果表明: 红松与水曲柳幼苗生长对N添加和水分胁迫的响应有明显差异.红松对水分胁迫更加敏感,在处理早期(10周)水分胁迫降低了红松幼苗叶生物量,提高了根生物量;N添加只在水分胁迫发生时显著减少了红松根和植株总生物量.水曲柳对N添加的反应更加敏感,氮添加迅速增加了水曲柳茎、根和总生物量;而只有持续的水分胁迫才对水曲柳的茎、根和总生物量有显著影响.红松和水曲柳在持续水分胁迫和N添加处理下,叶、根生物量占比和地上、地下生物量之比都趋于维持一个稳定值,说明两个树种都有很强的自我调节能力.以上结果说明,在未来干旱条件下,红松采取的是“积极”的调整策略,而水曲柳则是“被动”的适应策略,因而相比较而言,红松存活和适应能力可能更强;而在N沉降增加的环境下,水曲柳受益会更大.这些结果可为预测未来东北温带森林群落演替动态提供参考.     

去叶对水曲柳和落叶松苗木当年生长及细根动态的影响

叶片被取食会导致树木生长发育和生理代谢发生显著的变化。目前对细根动态如何对叶片损失做出响应的了解仍然有限。以生物量分配和高生长策略不同的水曲柳(Fraxinus mandschurica)和落叶松(Larix gmelinii)苗木为研究对象, 进行了不同强度的人为去叶处理(叶面积去除0% (对照)、40%和80%), 采用微根管技术对细根(直径≤2 mm)生产和死亡的季节动态进行了定量观测, 同期测定了地上部分(苗高和地径)的生长。结果表明: 1)去叶降低了两树种苗高(统计上均不显著)和地径的生长, 但是对苗高生长的影响小于地径。随着去叶强度的提高, 苗木地上生长受到的影响加大, 生长季末期水曲柳苗高比对照降低3.3%-12.1%, 地径降低5.7%-23.1%; 而落叶松苗高和地径降低相对较少(< 12%)。2)去叶显著地减少了水曲柳和落叶松细根现存量(p< 0.001), 其相对增长量((去叶后现存量高峰-去叶当日现存量)/去叶当日现存量)随着去叶强度的加大而降低。3)与对照相比, 去叶后两树种细根生产量显著减少(p< 0.05), 而细根死亡量在不同处理间没有显著差异。综合来看, 去叶对水曲柳地上部分(特别是地径)生长影响较大, 而对落叶松地下部分(主要是新根)生长影响较大。研究结果为理解冠层碳供应对根系动态影响的种间差异及其机制提供了必要的理论依据。     

施氮肥对落叶松和水曲柳人工林土壤动物群落的影响

土壤动物对环境变化反应敏感, 全球变化导致土壤氮(N)有效性增加将影响土壤动物群落结构和功能。本文以落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)人工林为研究对象, 通过施肥处理, 在不同季节和土层取样, 研究土壤N有效性增加对土壤动物的数量、类群数和不同功能团的影响。结果表明: (1) 施肥影响两林分土壤动物密度, 导致当年密度增加, 翌年则下降, 这种先增加后降低的趋势在不同土层中均表现出来; (2) 施肥增加了两林分土壤动物类群数, 其中落叶松林分从34类增加到43类, 水曲柳林分从43类增加到48类; (3) 施肥改变了两林分不同食性土壤动物的密度, 腐食性土壤动物数量降低、植食性数量增加、捕食性数量变化不明显。这些结果说明: 土壤N有效性增加显著影响两林分土壤动物群落结构, 可能改变地下碳分配格局和养分循环过程。     

大兴安岭林区兴安落叶松人工林植被碳贮量

通过样地调查,研究了大兴安岭林区10、12、15、26和61年生兴安落叶松人工林中乔木、草本和植被总体碳储量,并以空间代替时间的方法,探讨落叶松人工林生长过程中植被碳库贮量变化.结果表明:随林龄的增加,兴安落叶松人工林植被碳库贮量逐渐增加,61 a时达105.69 t.hm-2,碳汇作用显著;15～26 a兴安落叶松人工林的碳汇能力最强.其中,树干碳库贮量占乔木碳库总贮量的54.3%～73.9%,且随林龄增加,其碳库比率和碳密度增加;其余器官碳库比率随林龄增加而减小,碳密度则逐渐增加,直至趋于平衡或末期略有减少.大兴安岭林区兴安落叶松人工林的轮伐期以≥60 a为宜.