湖南会同杉木人工林林冠截留特征

林冠对降水的截留是森林生态系统水分平衡的一个重要组成部分,在水分循环和水资源管理方面起着非常重要的作用。杉木是我国特有的速生商品材树种,研究杉木人工林各生长阶段的林冠截留,能更好的了解杉木各生长阶段的水循环过程以及涵养水源的能力。以湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站第Ⅲ集水区杉木人工林为研究对象,采用小集水区径流场综合试验法对1983年至2007年杉木人工林幼龄阶段、中龄阶段及近熟阶段3个不同生长阶段的林冠截留进行分析。结果表明:(1)杉木人工林不同生长阶段年均截留率分别为:幼龄阶段26%、中龄阶段27.86%和近熟阶段29.47%,3个阶段的截留率季节变化规律相似,但在降雨量较小的月份,近熟阶段的截留率明显高于幼龄阶段。(2)在雨量级小于1.0 mm时,3个阶段林冠截留率都较高且无明显差别,均在86%以上;在1.0—2.0mm雨量级时,3个阶段截留率与雨量级小于1.0 mm时均大幅降低,但3个阶段截留率物显著差异,幼龄阶段48.1%、中龄阶段48.7%和近熟阶段47.1%;在进入2.0—4.0 mm雨量级时,3个阶段截留率差异较大,幼龄阶段30.5%、中龄阶段38.4%和近熟阶段44.1%,近熟阶段的林冠能截留住更多的降雨;当降雨量大于100 mm时,3个阶段林冠截留率又无明显差异截留率均低于10%。(3)Fan模型对各阶段杉木人工林林冠截留的模拟较为理想。     

湖南会同林区杉木人工林呼吸量测定

对杉木人工林的CO2排放动态和杉木各木质器官呼吸量进行了测定,结果表明,杉木树干呼吸的季节变化规律为3~7月份随着树木生长和气温的升高,树干呼吸呈上升的趋势,在7月份达年呼吸速率的最大值,CO2为0.376m g/(m3.m in)。8月至12月呈逐渐递减的趋势,在1~3月份树干呼吸基本上维持在一定数值上,并且杉木树干呼吸在杆材生长时期随着年龄的增大而减小;杉木树干呼吸的日变化规律为:一天中杉木树干呼吸基本上是随着温度升高而增大,随着温度降低而减小,中午前后出现午休现象。在杉木树干呼吸日变化曲线中出现两次高峰期,一次是在12:00~16:00时,另一高峰出现在24:00。根据测出的有关参数,用积分方法推导出杉木树干、树枝和树根的年呼吸量CO2分别为9.67t/(hm2.a)、2.21 t/(hm2.a)和2.12t/(hm2.a),结合叶片呼吸速率测定,计算出杉木林年呼吸量CO2为21.523 t/(hm2.a),其中,叶片年呼吸量CO2为7.523t/(hm2.a)。并初步确定杉木树干的维持呼吸占年呼吸的39.7%。     

不同林龄杉木人工林土壤团聚体磷素分布特征

探究不同林龄杉木人工林土壤团聚体各形态磷素的分布特征有利于提升杉木人工林土壤磷素有效性。本研究选取位于广西融水县的幼龄(9 a)、中龄(17 a)、成熟(26 a)杉木人工林和邻近撂荒地(CK),利用干筛法将采集到的表层(0～20 cm)原状土壤分为4个粒级团聚体(>2、1～2、0.25～1和<0.25 mm),测定各粒级团聚体中不同形态磷组分。结果表明: 1)不同林龄杉木人工林土壤团聚体组成差异显著,CK和各林龄杉木人工林中>2 mm粒级团聚体含量显著较高,随林龄的增长先增后减,在17 a时最高;土壤平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)的变化趋势与>2 mm粒级团聚体一致。2)CK和各林龄杉木人工林中各粒级土壤团聚体全磷、无机磷和有机磷含量差异均不显著,而土壤有效磷含量在>2 mm粒级团聚体中显著较高,达1.23～7.33 mg·kg^-1;不同林龄杉木人工林土壤团聚体及全土全磷、有效磷和无机磷含量均显著高于CK,并随杉木林龄的增长先增后减,全土总磷和有效磷含量在9 a时最高,分别为322.40和7.33 mg·kg^-1,全土无机磷含量在17 a时最高,为114.05 mg·kg^-1;全土有机磷含量随杉木林龄的增长先增再减再增,在9 a时最高,为210.00 mg·kg^-1。3)不同粒级土壤团聚体磷储量与土壤团聚体组成比例显著相关。CK和各林龄杉木人工林中>2 mm粒级团聚体各形态磷储量较高。除有机磷外,各形态土壤磷储量均随杉木林龄的增长先增后减。综上,林龄17 a之前,杉木人工林的种植有利于提升土壤团聚体稳定性,促进土壤磷素水平的提升;林龄17 a后,>2 mm粒级团聚体的破碎导致土壤团聚体稳定性和土壤磷素供应水平逐渐下降。因此,在杉木人工林培育栽种17 a以后应重视土壤中>2 mm粒级团聚体的保护,以保障土壤质量,维持土壤供磷水平。     

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．     

湖南会同杉木人工林生态系统碳素密度

利用定位观测数据 ,对杉木人工林生态系统的碳素密度进行了探讨。结果表明 :不同年龄的杉木枝、叶中碳素密度的季节变化规律均表现为冬季 >秋季 >夏季 >春季。叶的碳素密度平均为 0 .5 0 4 4 g C· g- 1 ,变异系数 2 .0 8% ,枝的碳素密度平均为0 .4 4 79g C· g- 1 ,变异系数为 2 .2 5 %。不同层次的叶碳素密度的变化范围在 0 .4 6 12 g C· g- 1 ～ 0 .5 5 2 4 g C· g- 1 之间 ,平均值的大小排列顺序为 :上层叶 >中层叶 >下层叶。不同层次枝条的碳素密度在 0 .3917g C·g- 1～ 0 .4 96 5 g C· g- 1之间 ,平均值的大小次序为 :中层枝 >上层枝 >下层枝。 10年生杉木各器官的碳素密度变化范围为 0 .4 5 2 9g C·g- 1～ 0 .4 972 g C·g- 1 ,11年生的为 0 .4 5 80 g C· g- 1 ～ 0 .5 0 2 2 g C· g- 1 ,14年生的为 0 .4 5 80 g C· g- 1 ～ 0 .5 0 93g C· g- 1 之间 ,变异系数范围为 1.6 8%～ 8.4 4 %。不同器官的碳素密度按高低排列基本上为树叶 >树皮 >树根 >树干 >树枝 >球果。随着杉木林年龄的增长 ,林下植被各组分、死地被物的碳素密度变化规律不明显。同一林分中各层次植物的碳素密度高低排列顺序为 :乔木层 >灌木层 >草本层。 10年生和 14年生杉木林土壤各层的碳素密度随土壤深度的增加而逐渐下     

会同杉木人工林不同生长阶段植物固碳特征

为了探讨杉木人工林不同生长阶段的固碳功能,以会同杉木林为研究对象,在定位连续测定林分生物量和碳素含量的基础上,研究了杉木林不同年龄阶段的储存碳量及在各组分的分配和植物固碳能力。结果表明:杉木各器官碳素含量树叶树皮树根树干树枝,且随着林龄增加而增大;杉木林植被储存碳量为22.93—86.98 t/hm2,各个层次储存碳量乔木层林下植被层枯死物层;乔木层碳素在器官间的相对分配大小依次为树干树根树叶树皮树枝;树干碳素分配比随着年龄增长而增大,树枝、树叶随年龄增长而减少,树根和树皮虽有波动,但变化较平稳;树枝、树叶、树干、树皮和树根碳积累年均变化都呈单峰形曲线,但波峰出现林龄各有不同;杉木林固碳动态特征可分为固碳功能建立、固碳能力迅速增长、固碳能力最大、固碳能力相对平稳和固碳能力下降等5个阶段;杉木林的固碳能力,不仅受不同生长阶段生长发育生物学特性的制约,而且还受林分冠层结构特征以及土壤肥力条件的影响。     

不同生态地理区域杉木人工林土壤微生物及生化活性的研究

 本文研究了广西龙胜县里骆林区、宜山县庆远林区、岑溪县七坪林区和田林县老山林区四种不同生态地理区域杉木人工林土壤微生物及其生化活性。研究结果表明：1．土壤微生物的总数及各类群数量均以龙胜县里骆林区和田林县老山林区杉木人工林土壤最高,岑溪县七坪林区次之,宜山县庆远林区最低。2．土壤生化活性包括土壤氮的转化强度,土壤碳的氧化代谢能力和土壤酶活性,也均以龙胜县里骆林区和田林县老山林区杉木人工林土壤最强,岑溪县七坪林区次之,宜山县庆远林区最弱。3．四种不同生态地理区域杉木人工林生长状况与土壤微生物的数量分布和生化活性表现相似规律,龙胜县里骆林区和田林县老山林区杉木人工林林木生长最好,岑溪县七坪林区次之,宜山县庆远林区最差。     

杉木、马尾松及其混交林根际土壤磷素特征

2007-2010年,在福建省南平市延平区太平试验林场比较分析了杉木、马尾松纯林及其混交林根际土壤的磷素特征.结果表明:在杉木、马尾松纯林中,根际土壤的有效磷含量均大于非根际土壤.与非根际土壤相比,杉木、马尾松纯林及其混交林的根际土壤pH值均出现下降趋势;根际土O-P的数量低于非根际土,而Al-P和Fe-P则高于非根际土;3种林型中,根际土壤对磷的吸附量小于非根际土壤;而根际土壤磷解吸量和解吸率均高于非根际土壤.杉木、马尾松纯林中,马尾松根际土壤的有效磷、Fe-P、Al-P、解吸量和解吸率均高于杉木,而O-P、磷吸附量则低于杉木.杉木与马尾松混交后,二者根际土壤磷的活化作用进一步加强,且杉木的增幅更大.杉木与马尾松混交有利于杉木根系磷素营养的改善.     

杉木人工林土壤活性有机质变化特征

在中国科学院会同森林生态实验站对第一代、第二代杉木林和地带性阔叶林土壤活性有机质主要组分进行了研究.结果表明,土壤活性有机质各组分含量均为杉木林低于阔叶林,而第二代杉木林又低于第一代杉木.第一代杉木林活性有机质总量、微生物生物量碳、水溶性有机碳和碳水化合物含量分别为18.79 g·kg^-1、421.7 mg·kg^-1、22.2 mg·kg^-1和136.3 mg·kg^-1,上述活性有机质组分在第二代杉木林中的含量分别是第一代杉木林的73.6%、87.9%、66.3%和3.2%,地带性阔叶林则分别为22.31 g·kg^-1、800. mg·kg^-1、361.1 mg·kg^-1和220.1 mg·kg^-1.相关性分析结果表明,土壤活性有机质各组分之间具有不同程度的相关性,其中土壤微生物生物量碳与其它活性有机质组分的相关性相对较高.     

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。     

湖南会同地区森林植被转变对土壤微生物生物量碳和酶活性的影响

研究了湖南省会同县森林植被从地带性植被天然常绿阔叶林到杉木人工林再到杉木火力楠混交林的转变过程中土壤微生物生物量碳和酶活性的变化趋势。结果表明:杉木纯林和混交林土壤微生物生物量碳含量均显著低于常绿阔叶林,分别仅为常绿阔叶林的76.8%和71.5%;与天然阔叶林相比,杉木人工林土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别降低了35.8%、22.1%和45.1%,而多酚氧化酶活性增高了40.0%;相反,杉木火力楠混交林土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性比杉木纯林分别增加了20.3%、12.6%和67.8%,而土壤多酚氧化酶活性则降低了41.0%;表明森林植被转变对土壤微生物生物量碳和土壤酶活性能够产生较大的影响,不同的树种对土壤微生物生物量碳和土壤酶活性的影响差异较大。     

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。     

不同林龄杉木林土壤细菌群落结构与土壤酶活性变化研究

探究不同林龄杉木人工纯林土壤中的微生物的群落演变与结构特征与酶活性变化,为杉木人工林可持续经营管理提供依据。以福建省南平市的五片不同林龄杉木林表层土壤作为研究对象,通过16SrDNA测定细菌的群落组成,分析与土壤质量密切相关的四种土壤酶活性变化,揭示细菌群落与土壤酶活性的变化机理。结果表明,微生物的多样性指数与OTU都随着林龄的增加而增加,且幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林土壤微生物结构差异较大;不同林龄杉木人工林中包含了29个细菌门,其中酸杆菌门与变形菌门为优势菌群,根据各种群相对丰度变化以及冗余分析,放线菌门、浮霉菌门与疣微菌门等均随林龄增长出现较大变化,且与土壤可溶性有机质以及速效养分有显著相关性（P<0.05）,说明这几种细菌群落对土壤养分变化较敏感;土壤养分变化会影响土壤酶活性,蔗糖酶与全碳呈显著正相关（P<0.05）,与速效钾呈显著负相关（P<0.05）,与放线菌门呈极显著负相关（P<0.01）。脲酶与速效氮呈显著负相关（P<0.05）,脲酶与变形菌门、绿弯菌门、放线菌门、硝化螺旋菌门以及拟杆菌门均存在较强相关性。综上,不同的土壤细菌种群与酶活性对各养分变化的响应程度不一,细菌群落结构与酶活性能反映不同林龄杉木林土壤的质量变化,适量延长杉木人工林种植年限有益于土壤质量恢复。本研究结果对指导杉木人工林优质经营有重要意义。     

杉木人工林凋落物生态化学计量与土壤有效养分对长期模拟氮沉降的响应

凋落物分解的快慢和养分释放的速度决定了生态系统中土壤有效养分的供应。探讨全球变化条件下森林生态系统凋落物与土壤养分的变化规律,有利于深入认识凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,从而揭示生态系统C、N、P循环。通过模拟氮沉降增加试验,分4个水平处理,分别为0、60、120、240 kg N hm~(-2)a~(-1)。模拟氮沉降13年后,分析了杉木人工林凋落物中不同组分(落叶、落枝、落果)生态化学计量与土壤有效养分(有效氮、碱解氮、速效磷、速效钾)的关系。结果表明:氮沉降(N1、N2和N3)显著提高了落叶和落枝的N含量,平均增幅分别为35.27%和32.21%;高水平氮沉降(N3)处理显著降低了落叶和落枝的C/N,平均降幅分别为25.95%和22.32%,但N3增加了落枝和落果N/P,平均增幅分别为38.4%和31.7%;氮沉降对凋落物各组分的C、P和C/P均影响不显著。氮沉降处理显著增加了土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量,均表现为N3N2N1N0,其中NO_3~--N含量更容易受氮沉降处理的影响,表现为更大的增幅。N2显著增加0—20 cm土层的碱解氮含量,N1显著降低0—20 cm土层的速效钾,但氮沉降对速效磷含量没有影响。凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间的Pearson相关和冗余分析(RDA)表明,凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间关系紧密,凋落物P含量(蒙特卡罗检验,P=0.018)和C/P比值(P=0.037)对土壤有效养分影响显著。凋落物中C/N比值、C/P比值与土壤有效养分呈显著负相关,其比值越高越不利于土壤有效养分的累积。     

易分解有机碳输入量对武夷山常绿阔叶林不同土层深度土壤激发效应的影响

土壤有机碳(SOC)的矿化在碳、氮循环过程中起着极为重要的作用。易分解有机碳的输入可以通过正(负)激发效应加快(减缓)原有SOC的矿化。然而,先前的研究更多关注易分解有机碳输入量对表层(0～20 cm)土壤激发效应的影响,而较少关注其对深层(>20 cm)土壤激发效应的影响。本研究利用¹³C标记葡萄糖(99 atom%)添加试验,研究葡萄糖添加量对武夷山常绿阔叶林表层(0～20 cm)和深层(30～40 cm)土壤激发效应的影响,并通过分析微生物群落组成的变化以及土壤可利用氮含量的变化探讨土壤激发效应产生的机理。结果表明:葡萄糖的添加抑制了表层和深层SOC的矿化(P<0.05),使SOC的矿化量分别减少了26%～61%与62%～68%,呈现负的激发效应,但激发强度因葡萄糖添加量和土层深度而异。对于表层土壤,激发强度随着葡萄糖添加量的增加而增加;而对于深层土壤,激发强度对葡萄糖添加量的响应并不敏感。而且,葡萄糖的添加并未显著影响表层和深层土壤的微生物量碳氮含量和微生物群落组成(总磷脂脂肪酸含量;细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸含量以及细菌真菌比)(P>...     

连栽第1和第2代杉木人工林养分循环的比较

森林生态系统的养分循环是生态系统的重要功能过程之一,直接影响着森林的生产力,很大程度上影响和制约着林地的肥力水平,而且人工林连栽地力衰退和生产力下降现象普遍存在,寻求杉木林连栽两代杉木人工林养分循环差异与连栽林分生产力下降的关系,无疑具有重要的现实意义。利用30多年连续定位的测定数据,分析了连栽第1、2代杉木人工林在物质生产养分利用有效性、生物地球化学循环、地球化学循环的差异。结果表明,杉木速生阶段,第2代林每生产1 t干物质需要的养分比第1代林多1.58-3.29 kg,干材生长阶段,第2代林每生产1t所需养分比第1代林多4.23-5.92kg;速生阶段生物地球化学循环的养分利用系数第2代林比第1代林分下降19.7%-22.8%,养分循环系数下降12.8%-15.6%,干材生长阶段养分利用系数比第1代林分下降35.3%-36.2%,养分循环系数下降23.2%-27.0%,养分周转利用的生物地球化学循环功能第2代林比第1代林差;由干材生长进入成熟阶段的生长期内,伴随水文学过程的养分地球化学循环中,第2代杉木人工林生态系统的养分积累的地球化学循环的能力下降,养分流失率是第1代林的2倍左右,养分的积累率还不到第1代林的60%,对森林地力的维持和林木生长都是不利的。从生态系统水平上定位研究,定量分析了杉木连栽两代人工林养分循环功能过程,研究成果为我国南方人工林持续经营措施的制定提供了理论指导和科学依据。