连作杨树人工林细根寿命的代际差异及其影响因素

细根寿命是调控森林生产力形成的关键。通过在连作Ⅰ、Ⅱ代杨树人工林固定样地内埋设微根管,对杨树不同根序细根年度生长动态开展连续观测并进行生存分析。结果表明,杨树不同根序细根累积生存率存在显著差异,高级根(3—5级)寿命较长,其累积生存率显著高于1级和2级细根。杨树细根寿命存在显著的代际差异,连作Ⅱ代人工林活根量、死根量和细根总量均高于Ⅰ代林。连作Ⅱ代人工林细根中位值寿命为(90±16)d,显著低于Ⅰ代人工林((102±22)d)。连作Ⅱ代林各根序细根数量、分布比例均高于Ⅰ代林,低级细根累积生存率低于Ⅰ代林而高级细根累积生存率显著高于Ⅰ代林。连作杨树人工林细根寿命显著受制于土壤环境,1级细根寿命与土壤速效氮相关性极显著(r=-0.861),2级细根寿命与土壤物理性状相关性较强且与土壤酚酸含量呈现极显著相关(r=0.870),高级根序细根寿命与土壤物理性质和养分状况等也具有一定相关性。连作杨树人工林土壤酚酸累积和养分有效性下降影响了细根寿命和周转,并进而造成净初级生产力损耗,相关结论为连作杨树人工林生产力衰退机理模型的建立提供了科学依据。     

我国3个桉树人工林种植区生产力影响因素

研究影响桉树人工林生产力的主要因素,对于提高桉树人工林生产力以及经营水平和合理利用树种都具有重要的意义。收集我国3个桉树人工林种植区(广东省、广西壮族自治区、云南省)关于生物量与生产力研究中的相关数据,对海拔、林分密度、林龄、年均温和年降水量与乔木层生物量进行了主成分分析与混合模型分析,探究各因素对我国桉树人工林生物量与生产力的影响。结果显示:年均温、年降水量、林龄、海拔和林分密度均是影响广东、广西、云南这3个省(区)桉树人工林生物量的主要因素,其中年降水量对这3个地区桉树人工林的生物量影响极其显著(P0.01),林龄和林分密度对桉树人工林的生物量影响显著(P0.05)。这是因为这3个地区都位于亚热带,温度都属于桉树生长的适宜温度,而这3个地区存在明显的干湿季,降水量在季节和地域上分布不均匀,导致这3个地区年降水量存在较明显的差异。因此,年降水量成为影响这3个地区桉树人工林生物量的关键因素。     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

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。     

基于高通量测序的黄河三角洲4种人工林土壤细菌结构及多样性研究

为研究黄河三角洲不同人工林土壤细菌群落特征,应用高通量测序技术,比较分析了刺槐、榆树、白蜡、臭椿4种人工林土壤细菌结构及多样性,并结合土壤理化性质进行相关性分析。结果表明:人工林土壤中共有31门细菌;4种人工林土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门细菌以及刺槐、臭椿人工林土壤中硝化螺旋菌门细菌是土壤中的优势群落。不同人工林土壤中酸杆菌门、变形菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、广古菌门、泉古菌门、蓝藻菌门细菌丰度差异显著。刺槐人工林土壤细菌多样性最高;白蜡人工林土壤细菌多样性最低。土壤pH、含水量、有机质含量与酸杆菌门细菌丰度呈显著负相关关系,土壤pH与变形菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门细菌丰度呈极显著正相关关系;土壤pH、有效磷含量与人工林细菌多样性呈显著正相关关系。以上研究结果表明,黄河三角洲不同人工林土壤细菌群落存在一定差异,土壤pH、含水量、有机质、有效磷含量是影响土壤细菌结构和多样性的主要土壤因素。     

模拟氮沉降凋落物管理对樟树人工林土壤呼吸的影响

以湖南省植物园樟树人工林为对象,研究了模拟氮沉降下,不同凋落物处理对土壤呼吸的影响。设置4个施氮水平,分别为CK(0 kg N hm~(-2)a~(-1))、LN(50 kg N hm~(-2)a~(-1))、NM(150 kg N hm~(-2)a~(-1))以及HN(300 kg N hm~(-2)a~(-1));凋落物处理分别为去除凋落物、添加凋落物以及凋落物对照组。经过为期2年的观测研究,结果表明:(1)模拟氮沉降不同凋落物处理下,土壤温度呈现显著的季节性变化,但不存在显著差异;土壤湿度呈现显著的波动性变化,施氮及凋落物管理对土壤温度无影响。土壤湿度仅受凋落物管理的影响。在不同施氮水平下,去除凋落物的土壤湿度与加倍凋落物的土壤湿度均存在显著差异性。(2)模拟氮沉降不同凋落物处理下,土壤呼吸均呈现显著的季节性变化,最大值出现在6—8月;最小值出现在1月,且在生长季期间(4—8月),不同处理下土壤呼吸存在显著差异。(3)施氮对土壤呼吸表现为抑制作用,添加凋落物对土壤呼吸起促进作用,去除凋落物对土壤呼吸起抑制作用。(4)在凋落物对照组中,LN、MN、HN较CK相比,土壤呼吸速率年均值分别降低了35.4%、30.6%、36.8%,且各施氮水平与CK存在显著差异(P0.05);添加凋落物处理下,LN、MN、HN处理较CK相比,土壤呼吸速率年均值土壤呼吸分别降低了23.2%、15.8%、14.7%。去除凋落物处理下,LN、MN、HN较CK相比,土壤呼吸速率年均值分别降低了3.5%、0.5%、-11.6%。且添加或去除凋落物均能削弱施氮对土壤呼吸的抑制作用,且这种作用随着施氮水平的增加而增大。(5)土壤呼吸与5 cm处土壤温度存在显著相关性(P0.05),土壤温度可解释土壤呼吸变异的47.76%—72.61%;与土壤湿度呈现正相关,但未达到显著相关水平(P0.05)。     

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。     

落叶松人工林土壤酸度与有机磷形态的相关性

通过东北东部山地落叶松人工林不同发育阶段土壤酸度变化规律以及与有机磷形态相关关系的研究发现,不同发育阶段落叶松根际土壤水解性总酸度都高于非根际土壤,而交换性酸与总酸度的比值则相反;落叶松由幼龄林到成熟林随林龄的增大根际土壤活性酸(pH值)呈降低趋势,而非根际土壤活性酸(pH值)(除成熟林外)、根际与非根际土壤的交换性酸、土壤交换性铝、土壤水解性总酸度和交换性酸/总酸度的比值随林龄的增大呈显著增大趋势。但由于暗棕壤具有较强的缓冲性能,并且土壤活性酸(pH值)由幼龄林到成熟林随林龄的变化范围为5.27±0.25~5.93±0.12,因此,在落叶松树种适生的范围之内,不需施用石灰调节土壤的酸度。各年龄阶段森林根际土壤酸度与根际土壤有机磷形态相关密切。随着土壤潜性酸度的增加,各年龄阶段森林土壤有机磷总量、中稳性有机磷和高稳性有机磷含量降低。活性有机磷分别与活性酸、水解性总酸度呈显著正相关,其与水解性总酸度相关性随林龄的增大而降低。     

千烟洲人工林水汽通量特征及其与环境因子的关系

利用涡度相关技术研究了2004年千烟洲人工针叶林生态系统的水汽通量变化特征,结合气象要素的观测,进一步分析了净辐射、温度、水分、热量等环境因子对水汽通量的影响。结果表明:全年各月各时刻的水汽通量大多为正值,夏季大于春秋两季,冬季最小。其中7月份为全年最高,日最大值达到0·149gm-2·s-1;1月份最低,日最高值仅为0·021gm-2·s-1。不同天气条件下(晴天和多云)水汽通量的日变化有明显区别。全年蒸散量为736·1mm,占总降水量(1323·6mm)的55·6%。除7月份和10月份外,各月的蒸散量都要小于降水,尤以3、4月份差别最大,2004年10月出现典型的秋旱,但蒸散量和常年相差不大。水汽通量对净辐射、气温、地温、以及土壤热通量的变化都有很好的响应,两种天气条件下都能达到显著水平,可以用一元二次方程表达其间的关系。逐步回归分析显示晴天和多云时入选的变量不完全相同,晴天主要是净辐射、温度(气温、地温)、水分(饱和水汽压差),多云时包括净辐射、地温、土壤热通量和水分(空气相对湿度、土壤含水量)。可见气象条件在很大程度上制约着水汽通量的变化,而以辐射和地温的影响最大。     

川西不同树种人工林对土壤涵水能力的影响

为评价青藏高原东缘不同树种造林对土壤涵水能力的影响,选择立地条件与营林方式相同的4种人工林(连香树(Cercidiphyllum japonicum)、油松(Pinus tabulaeformis)、落叶松(Larix kaempferi)和华山松(Pinus armandii))为研究对象,以落叶阔叶灌丛为对照,比较造林恢复28 a后不同人工林土壤孔隙度及持水性的变化,结合林地凋落物贮量及细根生物量等参数,试图揭示造成不同人工林地土壤涵水能力及潜力差异化的因素。结果显示:营造油松和华山松纯林不仅没能有效改善土壤孔隙状况,反而加剧了土壤涵水功能的退化。相反,连香树和落叶松在代替次生落叶灌丛造林后,土壤容重显著下降,孔隙度增加且小孔隙比例升高,持蓄水能力提高。凋落物及细根特性是不同林地土壤持水性能差异的重要因素。综合分析表明,在对退化生态系统进行造林恢复时,应尽量避免营造高密度针叶纯林,应结合种植有助于土壤结构改良的落叶或阔叶树种。