洞庭湖西岸区防护林土壤和植物营养元素含量特征

对洞庭湖西岸区4种防护林地土壤与植物中营养元素含量进行研究。结果表明:环湖低丘平原封山育林和补植封山育林的水土保持林、平原湖区防护林pH值为4.54—5.27,呈酸性反应;防浪护堤林pH值为8.18,呈碱性反应。有机质和全N含量以环湖低丘平原封山育林的水土保持林地高于其余3种防护林,N素和P素有效率均低,速效N仅占全N含量的1.46%—3.35%,速效P仅占全P的0.5%—1.6%,全K含量亦不高,除环湖低丘平原封山育林的水土保持林地含K量适量外,其余3种防护林地均为严重缺K型土壤,防浪护堤林地全Ca及Mg含量高于其余3种防护林地。各防护林群落中植物体内不同营养元素含量差异很大,同一元素在不同植物体内含量的变化范围亦很大,高低值达几倍到十几倍,甚至几十倍。植物对土壤中营养元素的积累能力分为最强、中等和最弱3个层次。研究结果可为防护林体系建设和土壤肥力评价提供科学依据。     

连栽杉木林林下植被生物量动态格局

用空间一致时间连续的定位研究方法,在湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站试验基地的第2集水区,对连栽杉木林林下植被生物量进行了12 a的监测,研究了林下植被种类的变化、生物量动态特征、生物量的组成与分布变化格局。结果表明:连栽杉木林在14a生长发育过程中,林下植物种类呈现波动性的减少趋势,其中木本植物物种数下降率为40.0%,草本植物物种数下降率为47.1%。林下植被生物量由杉木林3年生29.48 t/hm²下降至14年生的2.53 t/hm²,其中木本植物生物量由7.07 t/hm²,下降至1.25 t/hm²,下降了82.3%;草本植物由22.41 t/hm²,下降至1.28 t/hm²,下降了94.3%。在此期间,木本与草本植物生物量的高低均出现波动现象。3年生杉木林下木本植物以乔木树种生物量6068.97 kg/hm²最高,占总生物量85.88%,藤本植物生物量736.97 kg/hm²为次,占10.44%,灌木植物生物量259.87 kg/hm²最低,仅占3.68%。14年生杉木林下木本植物以灌木植物生物量881.87 kg/hm²为首,占总生物量70.73%,藤本植物生物量247.07 kg/hm²为次,占19.82%,乔木树种生物量117.87 kg/hm²最少,只占9.45%。3年生杉木林下草本植物以蕨类植物生物量8391.44 kg/hm²最高,占总生物量的37.44%,过路黄生物量36.77 kg/hm²最低,仅占0.16%。杉木14年生时,以芒生物量573.00 kg/hm²最大,占总生物量44.78%,金毛耳草生物量2.93 kg/hm²最小,仅占0.23%。研究结果,可为研究杉木林养分循环、碳平衡、维护和提高林地地力及可持续经营管理提供科学依据。     

第2代杉木人工林微量元素的积累、分配及其生物循环特征

利用定位观测取得的数据 ,对第 2代杉木人工林 4种微量元素 ( Fe、Mn、Cu、Zn)的积累、空间分布及其生物循环进行了研究。结果表明 :杉木林生态系统中 4种微量元素总贮量为 30 72 89.70 8kg/ hm2 ,其空间分布表现为土壤层 >乔木层 >死地被物层 >草本层 >灌木层。土壤层中微量元素的贮量占绝对优势 ,4种微量元素贮量的排序为 Fe>Mn>Zn>Cu。杉木中 4种微量元素的积累量为 35 .971 kg/ hm2 ,排列顺序为 Mn >Fe >Zn >Cu,各器官中微量元素积累量排列顺序为树叶 >树根 >树枝 >树干 >树皮。杉木林生态系统中 4种微量元素的年存留量为 4.1 0 8kg/ ( hm2 · a) ,年归还量为 - 2 .2 0 9kg/ ( hm2 · a) ,其中凋落物归还量为 1 .2 5 7kg/ ( hm2·a) ,淋溶归还量为 - 3.446kg/ ( hm2·a) ,杉木林冠针叶、枝及树干对 Zn元素具有较强的吸附能力 ,年吸收量为 2 .0 84kg/ ( hm2 · a) ,尽管杉木对微量元素吸收数量不大 ,但为净吸收的。 4种微量元素的吸收系数排序为 Mn>Cu>Fe>Zn;利用系数的排序为 Cu>Fe>Mn>Zn;循环系数的顺序为 Zn>Fe>Mn>Cu;周转期大小顺序为 Mn>Cu>Fe>Zn。因此 ,该系统中 Zn、Fe存留比例较小 ,周转期短 ,流动性较大 ,而 Mn、Cu则相反 ,存留比例较大 ,周转期长 ,流动性较小。     

湖南会同连作杉木林凋落物量20年动态特征

在湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站试验基地的第Ⅲ集水区,对连作杉木林的凋落物量进行连续20a的定位观测,研究凋落物的组成特征、季节和长期动态变化格局.结果表明:连作杉木林从第8年起开始收集到凋落物,第8～20年间,凋落物量总体呈上升趋势,年平均生物量为(1109.86±117.27)kg·hm-2.凋落物中针叶、小枝、落果和碎屑所占比例分别为63.75%,25.87%,5.11%和2.19%.会同杉木人工林有明显的季节性凋落节律,1月至6月份,凋落物量总体上呈现上升趋势,从6月份至12月份总体上呈下降趋势,凋落物量的峰值出现在6月份,11月份则全年最低.凋落物与林龄呈显著的二次曲线相关,模拟凋落物量与林龄的关系,得到二次曲线方程关系:y=-10.06x2+361.1x-1747,R2=0.920, p<0.001.凋落物中的小枝、针叶、落果与林龄呈显著二次曲线方程关系(p<0.05),而碎屑与林龄的相关性不显著.     

贵阳花溪区石灰土林地土壤重金属含量特征及其污染评价

选取贵阳市花溪区典型石灰土林地土壤作为研究对象,分析了林地石灰岩和土壤中7种重金属(Cu、Zn、Mn、Cd、Ni、Pb、Co)的含量特征,以贵州省土壤背景值和全国石灰(岩)土类背景值为评价标准进行林地土壤重金属污染评价和潜在生态风险评价.结果表明:林地石灰岩以Pb的平均含量(40.21mg·kg-1)最高,Zn的(5.78 mg·kg-1)最低,7种重金属平均含量高低顺序为:Pb＞Ni＞Mn＞Co＞Cu＞Cd＞Zn;林地土壤中以Mn的平均含量(451.16 mg·kg-1以上)最高,Cd的(2.87mg·kg-1以下)最低,7种重金属含量的变异系数在8.57%～63.10%之间,Zn的平均含量明显低于贵州省土壤背景值和全国石灰(岩)土类背景值,Cu、Mn、Cd、Pb、Ni、Co的平均含量高于或接近于贵州省土壤背景值和全国石灰(岩)土类背景值.Cu、Zn、Mn、Ni、Co,Ni与Pb,Cd与Pb,Cd与Co来源相同的可能性较大,而Cd与Cu、Ni,Pb与Mn、Cu、Co的来源不同;石灰土偏碱性,富含Ca、Mg元素,有利于重金属Cd、Pb的累积.单因子污染指数和多因子综合指数(内梅罗指数法)与Hakanson潜在生态危害指数的评价结果一致,林地土壤重金属综合污染指数在3.67以上,达到重污染程度,以Cd的污染指数(4.94以上)最高,污染程度最为严重,其次是Pb(1.82以上),Zn、Mn污染程度最低,林地土壤重金属潜在生态危害指数(RI)为173.75以上,为中度生态危害程度,产生最大生态危害的是Cd,其次是Pb、Ni、Co、Cu,危害程度最小的是Mn、Zn,在相同的成土母岩和人为活动影响下,无林地土壤重金属的综合污染指数和潜在生态危害指数均明显高于有林地.     

湖南省森林土壤有机碳密度及碳库储量动态

基于2000—2014年文献和著作资料中的湖南省森林土壤剖面有机碳含量数据,湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站近15年的实测数据,分析了湖南省主要森林类型土壤有机碳密度,结合1983年至2009年湖南省4次森林资源清查数据,研究了湖南省森林土壤有机碳库储量的动态特征。结果表明:湖南省主要森林类型土壤有机碳算术平均含量在9.53—22.86g/kg之间,灌木林最高,土壤有机碳含量的分异主要发生在0—40 cm土层,0—80 cm土壤层有机碳密度在95.44—181.30 t C/hm2之间,平均为137.15 t C/hm2,主要分布在0—40 cm土层中,随土壤深度增加,各森林类型土壤有机碳密度的差异下降,受森林类型的影响减弱。从1983—1987年到2009年,湖南省乔木林土壤层(0—80 cm)有机碳库储量净增加了414.86×106t C,面积加权平均有机碳密度提高了10.98 t C/hm2,不同乔木林土壤层(0—80 cm)有机碳库储量的差异随着时间进程逐渐增大,主要分布在杉木林、松木林、阔叶林。天然林是湖南省乔木林土壤有机碳库储量的主要贡献者,人工林土壤有机碳储量正逐步提高,经济林、竹林、灌木林对湖南省森林土壤层(0—80 cm)有机碳库储量贡献不同,且动态变化趋势也不同。森林土壤层有机碳库储量的变化与各森林类型面积的变化密切相关,而各森林类型面积的增减,与各项林业政策的实施密切相关。因此,人类活动深刻影响森林土壤的碳汇功能。     

湖南会同5个亚热带树种的细根构型及功能特征分析

细根(直径2mm)具有复杂的分枝系统,不同树种间的细根在空间分布、形态和大小上有较大差异,研究不同树种的细根构型及不同根序的养分特征,对认识不同树种的细根形态和化学成分的变异格局,及其对树种地下生态位分离(niche segregation)、共存和森林生态系统功能过程的影响有着重要意义。在湖南会同林区选择青冈(Cyclobalanopsis glauca)、枫香(Liquidanbar formosana)、拟赤杨(Alniphyllum fortunei)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)等5个亚热带树种,用挖掘法采集完整的细根根系,按照Pregitzer细根分级方法对细根分级,用Win-RHIZO根系测定系统对细根构型的参数进行测定,同时测定各级根系的C、N含量,以探讨各树种各级细根的功能特征,揭示不同树种细根构型与养分策略之间的关系。结果表明:5个亚热带树种细根1级根比根长、比表面积最高,直径最细;3级根比根长、比表面积最低,直径最粗。不同树种之间细根形态特征和构型也表现出差异性:枫香的1级根序比根长最大,为31.45m·g-1,杉木的最小,为16.34m·g-1,枫香和杉木之间差异显著。马尾松的1、2级根序的比表面积最大,杉木的1级根序的比表面积最小,青冈2级根序的比表面积最小,3级根序比表面积杉木最大,青冈最小。不同树种之间的细根直径差异达到极显著水平,各根序的平均直径以杉木的最大,拟赤杨的最小。5个树种细根根尖密度大小顺序为马尾松青冈枫香杉木拟赤杨,各树种细根分叉数以拟赤杨和马尾松的较高,杉木最低。除杉木和枫香外,5个树种细根C含量均呈现出随着根序上升而增加的趋势,C/N比也随根序的上升而增加,而细根N含量呈现出随着根序上升而明显下降的趋势。细根平均C含量以杉木的最高,拟赤杨的最低,马尾松、青冈与枫香之间的差异不显著。细根平均N含量以拟赤杨的最高,马尾松的最低。C/N比以马尾松的最高,拟赤杨的最低。5个树种中,马尾松的外生菌根有很强的拓展能力,因此能显著地增强植物根系的养分、水分吸收能力,即使在贫瘠和干旱的土壤环境中,也能有效地利用有限的养分和水分,促进个体生长。而杉木细根吸收养分和水分的效率及能力最小。     

亚热带不同植被恢复阶段林地凋落物层现存量和养分特征

为揭示亚热带森林植被自然恢复过程中,凋落物层现存量及其养分元素储存能力的演变,采用空间代替时间的方法,在位于亚热带丘陵区的长沙县选取地域相邻、生境条件基本一致的檵木+南烛+杜鹃灌草丛（Loropetalum chinense+Vaccinium bracteatum +Rhododendron simsii scrub-grass-land,LVR）、檵木+杉木+白栎灌木林（L.chinense+Cunninghamia lanceolata+Quercus fabri shrubbery,LCQ）、马尾松+柯+檵木针阔混交林（Pinus massoniana +Lithocarpus glaber +L.chinense coniferous-broad leaved mixed forest,PLL）、柯+红淡比+青冈常绿阔叶林（L.glaber+Cleyera japonica+Cyclobalanopsis glauca evergreen broad-leaved forest,LAG）作为一个恢复序列,设置固定样地,采集未分解层（U层）、半分解层（S层）、已分解层（D层）凋落物样品,测定凋落物层现存量和主要养分元素含量、储量及其释放率,分析植物多样性指数与凋落物层现存量、养分元素含量的相关性。结果表明：1）凋落物层及各分解层凋落物现存量随着植被恢复而增加;同一恢复阶段D层凋落物现存量最高,占凋落物层现存量的41.59%-51.02%,不同分解层凋落物现存量的差异随着植被恢复而增大;各恢复阶段凋落物分解率为0.44-0.61,周转期为1.65-2.28 a。2）凋落物层及各分解层凋落物主要养分元素含量均表现为：N > Ca > Mg > K > P,随着植被恢复呈现出不同的变化特征,其中N、P含量总体上呈增加趋势,K含量LAG（除U层外）最高,PLL最低,Ca含量LCQ最高,PLL最低,Mg含量LAG（除U层外）最高,LVR最低;同一恢复阶段N、P（除PLL、LAG外）、K、Ca、Mg含量随着凋落物的分解而下降。3）不同恢复阶段凋落物层主要养分元素的储量依次为：N > Ca > Mg > K > P;凋落物层及各分解层凋落物主要养分元素总储量及各种养分元素的储量总体上随着植被恢复而增加;同一恢复阶段随着凋落物的分解,N、P储量增加,而K、Ca、Mg储量变化不大;随着植被恢复,凋落物层养分元素储存能力和转化归还能力提高,特别是N,养分元素总释放率下降,有利于养分的固持。4）乔木层、灌木层、草本层的植物多样性指数对凋落物层现存量和主要养分元素含量的影响不同,其中乔木层的影响最明显。     

杉木林采伐迹地撂荒后植被恢复早期的生物量与养分积累

撂荒是传统杉木经营制度中的重要内容 ,其目的是通过植被的自然演替来恢复土壤肥力 ,从而实现杉木人工林的可持续经营。通过对湖南会同杉木人工林采伐迹地撂荒后 1～ 5 a内的植被生物量和养分积累的定位观测 ,重点分析撂荒后植被恢复过程中植物生长对策和植物养分积累在杉木人工林可持续经营中的作用。结果表明 :会同杉木林采伐迹地撂荒后的 1～ 4a为草本植物阶段 ,五节芒 ( Misocanthusfloridu-lus)、荩草 ( Arthraxon hispidus)、一年蓬 ( Erigeron annuus)为优势种 ,5 a后进入灌木植物阶段 ,阳性喜光树种占绝对优势 ,且植物的树高生长分化明显 ,大于 3m的树高等级中拟赤杨 ( Alniphyllum fortunei)和小果冬青 ( Ilex micrococca)占有最大的比例 ,在 2～ 3m的高度等级中枫香 ( Liquidambar formosana)、苦楝( Melia azedarach)、山苍子 ( Litsea cubeba)等植株数量最多。植被总生物量从 1 .798t/hm2 增加到 1 6.2 35 t/hm2 ,其中灌木层生物量为 1 .0 4 8～ 7.773t/hm2 ,草本植物生物量为 0 .75～ 6.92 9t/hm2 ,第 5年植被系统的年生产力为 4.1 8t/( hm2 ·a) ,接近 7a生第 2代杉木林年平均生产力。撂荒 2 a后植被系统就开始产生枯落物 ,随植被恢复时间增加死地被物生物量从 0 .892 t/hm2 增加到 2 .0     

樟树人工林生态系统碳素贮量与分布研究

对 1 8年生樟树人工林生物量、碳素含量、贮量及其空间分布进行测定。结果表明 ,樟树各器官的碳素含量为 4 2 1 2 %～ 5 5 4 2 % ,排列顺序为树叶 >树枝 >树根 >树干 >树皮。林冠上层与下层叶的碳素含量比中层叶的碳素含量低 ,但差别不大 ;下层枝条碳素含量明显比上、中层枝条高。灌木层植物的碳素含量平均为 5 1 30 % ,草本植物为 4 8 90 % ,死地被物层为4 0 89%。土壤的碳素含量为 1 2 5 % ,随土层深度的增加 ,各层次土壤碳素含量逐渐减少。樟树林生态系统总的碳贮量为 2 0 0 4 4× 1 0 3 kgC·hm-2 ,其中乔木层为 4 5 0 1× 1 0 3 kgC·hm-2 ,占整个生态系统总贮量的 2 2 4 5 % ,灌木层为 2 2 9× 1 0 3 kgC·hm-2 ,占 1 1 4 % ,草本层为 1 0 9×1 0 3 kg·C·hm-2 ,占 0 5 5 % ,死地被物层为 5 0 8× 1 0 3 kg·C·hm-2 ,占 2 5 4 % ,林地土壤 (0～ 1m)的碳贮量为 1 4 6 97× 1 0 3 kg·C·hm-2 ,占 73 32 %。樟树各器官的碳素贮量与其生物量成正比例关系 ,树干的生物量最大 ,其碳贮量也最高 ,占乔木层碳贮量的 4 0 0 6 %。樟树碳贮量的垂直分布随高度的增加而减少 ,在 8～ 1 0m区段出现明显增加的现象。樟树林年净生产力为9 5 5× 1 0 3 kg·hm-2 ·a-1 ,碳的年净固定量为 4 98×