辽西地区刺槐播种育苗及抗旱造林技术

刺槐具有生长快和耐干旱等特点,是干旱半干旱地区造林绿化的先锋树种之一。结合生产实践,从种子采集、育苗地选择、种子催芽、播种及苗期管理等方面总结刺槐播种育苗技术,并从科学整地、造林时间及密度、营造混交林和病虫害防治等方面总结刺槐抗旱造林技术,为刺槐播种育苗及造林提供指导意见。

刺槐(Robinia pseudoacacia)新品种介绍

“多倍体刺槐新品种及繁殖技术引进”为国家林业局“九四八”项目之一,项目承担单位北京林业大学自1997年至2002年在全国15个省(市、区)进行了区域性引种试验,于2002年11月通过国家林业局组织的项目验收,并选出大叶饲料型四倍体刺槐和直干速生型刺槐新品种。自2003年开始。

不同育苗方式对刺槐幼苗生长的影响

为了解不同育苗方式对刺槐幼苗生长的影响,以泰安市徂徕山林场种植的刺槐幼苗为研究对象,分别用播种育苗、扦插育苗和容器育苗3种方式进行育苗,并分析不同育苗方式对刺槐幼苗生长、根系形态和生物量产生的影响。结果表明:(1)扦插育苗方式下,刺槐幼苗苗高和地径明显高于播种育苗和容器育苗(P<0.05),且播种育苗苗高和地径高于容器育苗(P<0.05);(2)扦插育苗总根长、根表面积、根体积和根尖数显著高于播种育苗和容器育苗,播种育苗其次,容器育苗最低(P<0.05);(3)扦插育苗茎叶生物量、根系生物量、总生物量和根冠比均高于播种育苗和容器育苗,播种育苗高于容器育苗(P<0.05)。扦插育苗方式下,刺槐幼苗生长状况较为理想,可促进刺槐幼苗生长,改善其根部发育状态。

刺槐素通过核因子κB信号通路抑制脂多糖诱导的巨噬细胞损伤

目的:探讨刺槐素(Acacetin)对脂多糖(LPS)诱导的小鼠骨髓巨噬细胞(BMDMs)的抗炎作用机制。方法:CCK-8法检测各浓度刺槐素(5μmol/L,10μmol/L,20μmol/L,40μmol/L)对小鼠骨髓巨噬细胞增殖的影响,筛选最佳剂量;分离培养小鼠骨髓巨噬细胞,LPS(50 ng/mL)预处理BMDMs(0 min,10 min,30 min,60 min),加入刺槐素(10μmol/L)孵育0.5 h。蛋白质印迹法检测p65、磷酸化p65(p-p65)、核因子κB抑制蛋白α(IκBα)、磷酸化IκBα(p-IκBα)的表达,激光共聚焦观察核因子κB核转位情况。结果:CCK-8结果显示,5~40μmol/L的刺槐素对小鼠骨髓巨噬细胞增殖无明显影响,结合课题组前期研究结果,选择10μmol/L刺槐素作为后续研究剂量;与空白对照组比较,LPS不同时间刺激组p-p65、p-IκBα的表达水平均显著增加,给予刺槐素治疗后,能显著降低p-核因子κB p65和p-IκBα的表达;刺槐素能抑制LPS介导的核因子κB p65核转位。结论:刺槐素的抗炎作用与抑制核因子κB信号通路有关,刺槐素可作为一种有潜力的候选抗炎药物。

黄土高原人工刺槐林土壤碳氮和微生物生物量碳氮特征

为研究人工刺槐林土壤碳氮和微生物生物量碳氮特征,以黄土高原人工刺槐林为研究对象,分析林下0~10 cm和10~20 cm土层土壤的碳(C)、氮(N)和微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)含量,以及土壤碳、氮和MBC、MBN含量间的关系。结果表明:黄土高原人工刺槐林表层(0~10 cm)土壤碳、氮含量平均值分别为6.14、0.67 g/kg,碳氮比为9.16;土壤微生物生物量碳、氮含量平均值分别为287.59、25.17 mg/kg,碳氮含量比值为11.43;土壤微生物碳墒平均值为4.68%,土壤微生物氮墒平均值为3.81%;土壤微生物生物量碳、氮含量与土壤碳、氮含量之间呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关,土壤含水率与土壤碳、氮含量和土壤微生物生物量碳、氮含量呈显著或极显著正相关。

四倍体刺槐嫩枝扦插繁育技术研究

以四倍体刺槐优良无性系K4为材料,采用正交试验设计,研究了植物生长调节剂IBA、NAA、ABT1号生根粉(浓度、处理时间)及扦插基质对四倍体刺槐嫩枝扦插的影响。结果表明,不同处理下四倍体刺槐嫩枝扦插苗的生根率、生根数、平均根长及新生枝长度均存在显著差异。在3种植物生长调节剂中,以ABT1号生根粉的效果最好,经其处理的插穗,生根率、生根数、平均根长及新生枝长度均优于其他2种植物生长调节剂。扦插基质对四倍体刺槐嫩枝扦插的生根率、生根数、平均根长的影响均达到了显著水平。隶属函数综合评价结果表明,8号处理(即200 mg/L的ABT1号生根粉处理2 h,扦插基质为珍珠岩:椰糠:蛭石按体积比7:2:1混合而成)的综合评价值最高,生根率达88.3%,适宜四倍体刺槐的嫩枝扦插,可以在生产中推广应用。

黄土高原健康和衰退刺槐林径向生长对气候的响应

全球气候变化导致的区域森林生长衰退和死亡普遍发生,并对森林生态系统结构和组成以及主要生态系统服务功能产生重要影响,然而相关研究在国内还显偏少。根据黄土高原延安羊圈沟小流域人工刺槐林健康和衰退个体分别构建了刺槐健康和衰退树轮年表,并对人工刺槐林健康和衰退年表特征及对气候响应敏感性进行了对比分析。结果表明刺槐衰退年表质量较低,其年表统计参量,包括平均敏感度、样芯间相关系数、信噪比和样本群体代表系数均要低于刺槐健康年表。刺槐衰退年表在生活史早期(1985—2007年)与生长健康年表的波动趋势相类似,而在生活史晚期(2008—2016年)与健康年表指数出现生长分离现象,生长速率明显偏低。年表与气候要素响应分析表明刺槐生长衰退年表对气候要素响应敏感性要低于刺槐生长健康年表,但是两者均含有干旱胁迫气候信号,主要体现在与温度呈负相关关系,与降雨和干旱指数的正相关关系。年表与极端气候年份的时序叠加分析表明,生长健康和衰退年表对极端干旱年份响应敏感性均较高,表明极端干旱胁迫条件对刺槐生长健康和衰退个体均有抑制性影响;生长健康年表对极端湿润年份响应敏感性明显高于衰退年表,表明刺槐健康个体比衰退个体更能有效利用湿润年份有利条件,而具有较高的生长速率。研究揭示出黄土高原健康和衰退刺槐个体生长趋势变化及对气候响应敏感性均存在明显差异性,将为气候变化背景下人工刺槐林生长衰退和死亡预测模型建立提供科学依据,因而对黄土高原人工刺槐林生态恢复和保护及可持续经营具有科学价值。

林龄对刺槐人工林土壤团聚体、有机碳和细菌群落的影响

探究刺槐人工林土壤团聚体、有机碳及细菌群落的变化特征,可为提升土壤质量与功能提供理论依据。以黄土高原沟壑区不同林龄刺槐人工林(8年生、18年生和30年生)和刚撂荒的农耕地(CK)为研究对象,利用最适湿度筛分法获得不同粒径团聚体,测定其有机碳含量和细菌群落结构特征。结果表明:(1)各林龄土壤团聚体均以>0.25 mm粒径为主,含量为92.74%—95.78%。土壤团聚体稳定性随着林龄的增加显著提高,以30年生林地最高,团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)分别较CK显著增加48.19%和91.38%(P<0.05)。(2)各林龄均以<0.25 mm粒径有机碳含量最高。土壤有机碳含量和>2 mm粒径团聚体有机碳含量均随着林龄的增长而显著增加。(3)团聚体细菌群落主要由变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)组成。随着林龄的增加,各粒径团聚体中放线菌门相对丰度先降低后增加,18年生林地最低。酸杆菌门变化趋势与放线菌门相反。变形菌门无明显变化。土壤有机碳、pH、全氮和全磷是影响团聚体细菌群落的主要因素。(4)>2 mm和2—0.25 mm粒径团聚体中,己科河菌门(Rokubacteria)对团聚体稳定性影响最大,既对团聚体稳定性产生直接正效应,又通过增加有机碳的含量间接提高团聚体稳定性。在<0.25 mm粒径团聚体中,有机碳含量对其稳定性的影响最大,有机碳含量越高,团聚体稳定性越强。综上,营造刺槐人工林有利于提高土壤团聚体稳定性,促进土壤有机碳的积累,可作为该区域生态恢复的有效措施。在生长发育过程中,人工林可通过改变土壤团聚体细菌群落和有机碳含量从而影响团聚体的稳定性。

不同刺槐品种光合光响应曲线的温度效应研究

采用Li-6400便携式光合测定仪分别测定了25、30、35℃等3个温度条件下3个刺槐品种的光合光响应特征曲线,并选用直角双曲线修正式对光响应曲线进行拟合。结果表明:1)温度对不同刺槐品种光合光响应曲线变化规律具有显著影响,普通刺槐和红花刺槐在25℃时光饱和点高,而四倍体刺槐在35℃时光饱和点高,说明四倍体刺槐对高温的适应能力相对较强;2)总体上,不同刺槐品种的最大净光合速率、光能利用效率及初始量子效率随着温度梯度的升高,均有所下降,光补偿点及暗呼吸速率随温度的变化规律不明显。

基于刺槐年轮重建黄土丘陵区小流域年径流输沙研究

刺槐是广泛分布于黄土高原的典型水土保持植物。以黄土丘陵区甘肃天水吕二沟小流域为研究区,分析了刺槐径向生长过程及其对气候因子的响应,并开展了利用刺槐年轮估算小流域年径流量、年输沙量的适用性评估。研究表明:(1)吕二沟刺槐人工林的径向生长随林龄呈明显的下降趋势,在幼龄林阶段(1—10 a)刺槐处于快速径向生长期((4.17±0.74)mm/a),之后逐渐下降,中龄林、成熟林、过熟林阶段(11—40 a)平均生长速率为(2.31±0.41)mm/a,较前期下降了44.60%。刺槐胸高断面积增量(BAI)在1—10 a平均以(5.46±2.13)cm^(2)/a的速度生长,在11—40 a仍保持上升趋势但年际间生长波动较大,生长速率平均为(10.80±1.95)cm^(2)/a,流域刺槐生长并未发生明显衰退。(2)刺槐的径向生长与温度多呈负相关,与降水、相对湿度及帕默尔干旱指数(PDSI)多呈正相关。其中刺槐径向生长与上年8月、9月(P<0.05)及当年7月均温、最高温呈显著负相关(P<0.01),与当年5月最低温呈显著正相关(P<0.05);与当年6月、7月降水量和上年8月、当年7月相对湿度呈显著正相关(P<0.05),与当年3月相对湿度显著负相关(P<0.05);与上年6月、上年10月—当年1月及当年3月—8月PDSI显著正相关(P<0.05),干旱胁迫明显抑制流域刺槐生长。(3)1978—2017年吕二沟流域年径流量、年输沙量呈减少趋势,年际间波动较大,存在明显丰枯阶段。流域径流输沙受降水量影响显著,且径流输沙显著正相关(P<0.001)。(4)利用刺槐年轮估算吕二沟流域年径流量、输沙量效果良好(P<0.02),方法可行。比较而言,相对自然条件下即人类干扰较少时径流输沙估算优于人类活动影响时期。利用树轮宽度反演水文过程可为缺乏水文观测资料区域提供参考。

修枝强度对刺槐林木生长、干形及花叶的影响

为通过修枝科学高效地培育刺槐林并实现全面利用,以刺槐实生人工林为研究对象,通过修枝抚育措施,选取6种修枝强度进行随机区组试验,以生长指标、干形指标及花叶形态与生物量为监测指标,分析比较不同修枝强度下刺槐的响应。从生长指标来看,刺槐林分平均胸径、平均材积在1/2修枝强度下生长更好且存在显著差异;修枝对平均树高、平均冠幅影响不大;随着修枝强度的增大,枝下高也随之增大。从干形指标来看,各修枝强度对尖削度无显著影响;形率上除常规修枝外,其他修枝强度均与对照相比有显著性差异;对高径比的分析表明,1/2修枝强度下干形更加细长,对照则更粗壮;随着修枝强度的增加,活冠高逐渐降低,对照与常规修枝二者存在显著差异。从单株叶数量与重量看,1/3修枝强度下收获最多。从刺槐复叶形态上看,不同修枝强度下的刺槐复叶长无显著差异,修枝强度对刺槐复叶宽与小叶长宽都有显著影响。单株花数量与重量则是对照收获最多。对于刺槐花的形态,不同修枝强度对花序长宽无显著影响,不同修枝强度下龙骨瓣、翼瓣、旗瓣与花萼在不同的花期会有不同的表现。刺槐林分对不同修枝强度的响应具有显著差异性,可通过修枝科学高效地培育刺槐林并实现全面利用。为实现能源林培育,1/2修枝强度下生长指标最好,且修下的枝同样可作为薪炭燃烧。为培育无节、饱满、通直的优质建筑材,采用1/2修枝强度对刺槐林生长、干形的促进效果最好。叶的生物量与形态指标对饲料林培育十分关键,以1/3修枝强度最佳;花的生物量与形态指标对蜜源林培育十分关键,以不修枝为宜。

晋西黄土区不同密度刺槐人工林叶片-枯落物-土壤化学计量特征

[目的]研究不同林分密度对刺槐人工林叶片、枯落物、土壤C、N、P化学计量特征的影响,为晋西黄土区刺槐人工林的经营管理提供科学参考。[方法]通过野外调查,选择晋西黄土区5种不同密度(500、1000、1500、2000、2500株·hm^(-2))刺槐人工林,测定和分析叶片、枯落物、土壤的养分。用单因素分析法分析密度对三者养分的影响,采用Pearson相关系数,分析刺槐人工林叶片、枯落物、土壤C、N、P及其化学计量比之间的相关性。[结果]随着密度增加,刺槐人工林叶片C、N、P含量先增加后减小,叶片C∶P、N∶P先降低后增加;枯落物的C、C∶N、C∶P、N∶P随着密度先减少后增大,N、P则先增大后减少;土壤C、P、N含量及C∶P、N∶P随密度的增大而降低;C∶N随密度呈先降低后增加的趋势。不同林分密度下,叶片N∶P均大于14,叶片-枯落物-土壤C、N、P及其化学计量比中除了叶片N、C∶N以外,均存在不同的显著差异性(p<0.05)。[结论]不同林分密度下,叶片N∶P均大于14,说明研究区刺槐人工林主要受到P限制;密度在一定程度上影响着刺槐人工林的养分循环及其分配和化学计量特征;在密度为1000~1500株·hm-2的刺槐人工林叶片、枯落物、土壤C、N、P含量最高,养分限制最弱,枯落物分解速率相对较快,为适宜经营密度。

不同程度干旱胁迫和复水处理对刺槐苗木生理指标的影响

在北京市大东流苗圃(北方国家级林木种苗示范基地),采用盆栽控水法,以1年生‘豫刺槐1号’(Robinia pseudoacacia‘Yucihuai 1’)苗木为研究对象;试验设置充足供水(对照)、轻度干旱胁迫(60%田间持水量)、中度干旱胁迫(50%田间持水量)、重度干旱胁迫(40%田间持水量)4个处理,自苗木土壤含水量下降到预定值并维持一定处理时间(干旱10、30、50 d),测定苗木水分状况、光合参数、生理生化等指标;不同程度干旱胁迫处理50 d之后进行复水处理,复水20 d后测定苗木相关生理指标;采用单因素方差分析法(One-way ANOVA)、新复极差法(Duncan),分析干旱胁迫、复水处理,对刺槐苗木叶水势、光合参数、非结构性碳水化合物质量分数及酶活性等生理指标的影响。结果表明:干旱导致刺槐苗木叶水势不同程度下降,4种处理苗木叶水势由大到小依次为对照、轻度干旱、中度干旱、重度干旱。干旱导致刺槐苗木叶绿素质量分数呈现先增加后降低的趋势,重度干旱的反应更敏感,复水后逐渐恢复。轻度干旱和重度干旱导致刺槐苗木光合速率、气孔导度等光合生理指标明显下降,重度干旱时2个指标降到最低,而中度干旱时刺槐苗木光合速率未出现明显下降。干旱导致刺槐苗木叶和根可溶性糖质量分数显著增加、淀粉质量分数下降,重度干旱的影响大于中度干旱、轻度干旱处理。干旱处理后期,轻度干旱、中度干旱处理时,茎中淀粉和非结构性碳水化合物迅速积累,其中淀粉的积累在干旱50 d时达到最大值,茎中淀粉和非结构性碳水化合物分别比充足供水(对照)增加了69%、31%。复水后,非结构性碳水化合物用于器官的修复和重建,各处理茎淀粉质量分数、非结构性碳水化合物质量分数均下降。重度干旱在短期内迅速积累更多的游离脯氨酸、可溶性蛋白,同时根抗坏血酸过氧化物酶、过氧化氢酶、过氧化物酶活性也显著高于其他处理,以应对干旱,但在干旱10~30 d时根和叶的游离脯氨酸质量分数、叶可溶性蛋白质量分数、根和叶过氧化氢酶活性及根的过氧化物酶活性显著下降;而中度干旱,根和茎的游离脯氨酸质量分数、可溶性蛋白质量分数在干旱胁迫30~50 d时达到最大值,根超氧化物岐化酶活性始终维持在较高水平,根和叶过氧化氢酶活性均呈先升高后下降的趋势。综合研究结果表明:轻度干旱时,刺槐苗木会选择关闭气孔减少水分的丧失,同时增加非结构性碳水化合物的储存和积累,以应对干旱;而中度干旱时,刺槐苗木通过增加碳吸收进行碳积累,同时提高抗氧化酶活性和渗透调节物质质量分数,维持细胞的膨压和代谢,这是刺槐苗木应对干旱的防御机制;重度干旱时,刺槐苗木严格关闭气孔以减少水分的丧失,维持基本的生理活动时间为主。干旱后期,非结构性碳水化合物由发挥渗透调节作用逐渐为增加淀粉的积累,并将非结构性碳水化合物逐渐向根和茎转移以用于复水后的修复和重建,但当土壤含水量低于土壤田间最大持水量的40%时会对刺槐苗木生理代谢产生严重的影响,复水后难以迅速恢复。

干旱胁迫下环境与生理因子对晋西黄土区刺槐人工林树干液流的影响

【目的】探究干旱胁迫对晋西黄土区刺槐人工林蒸腾耗水的影响,揭示干旱胁迫下环境和生理对刺槐蒸腾耗水的调控机制,为晋西黄土区刺槐人工林的经营和水分管理提供理论依据。【方法】以晋西黄土区刺槐人工林为研究对象,通过降雨拦截试验(整个生长季减雨50%),连续监测刺槐的树干液流变化,并同步监测环境因子和水分生理变化,分析环境和水分生理对树干液流的影响。【结果】(1)干旱处理显著降低了刺槐的液流速率(Js),干旱处理下平均Js(0.92 g/(cm^(2)·h))显著低于对照处理下的平均Js(1.87 g/(cm^(2)·h)),但其变化规律相似。(2)干旱处理影响了刺槐的枝、叶相对含水量,且随着干旱处理时间的延长,枝、叶相对含水量降低。不同处理条件下,刺槐枝、叶水势和水容均呈“V”字型变化,干旱处理下的枝、叶片水势(-1.22 MPa、-0.72 MPa)低于对照处理(-1.15 MPa、-0.60 MPa)。干旱处理下枝、叶水容降低,分别为0.52 g/(cm^(3)·MPa)和1.05×10^(-2)g/(cm^(2)·MPa)。(3)刺槐树干液流的变化受气象因子、土壤水分条件和水分生理因子的共同影响,不同处理条件下蒸散的主控因子均为太阳总辐射,干旱处理下枝、叶水容对刺槐树干液流速率的影响减弱,表明相较于干旱处理,对照条件下刺槐更依赖于组织水容储水来满足蒸腾耗水。【结论】研究揭示了干旱胁迫显著降低了刺槐液流速率,但未改变其液流活动规律。刺槐人工林树干液流变化受多种因子的共同影响,主导因子依次为气象因子、土壤水分和水分生理因子。研究结果有助于深入理解干旱条件下人工林的蒸腾耗水过程的变化特征,对评估气候变化条件下黄土区人工林生态系统的稳定性和生态水文过程具有重要意义。

晋西黄土区不同密度刺槐林下植物多样性评价

【目的】分析晋西黄土区不同林分密度刺槐人工林下植物的多样性特征及其差异,为确定刺槐人工林的合理林分密度及其健康可持续经营管理提供理论依据。【方法】以山西吉县蔡家川流域5种不同密度(675,1025,1575,2175和2500株/hm^(2))刺槐人工林为研究对象,对其林下灌、草植物的种类、数量及盖度进行调查分析,计算不同林分密度刺槐林植物多样性指数。确定了10项评价指标,采用主成分分析法对各个林分密度刺槐人工林植物多样性进行综合评价。【结果】(1)刺槐人工林群落内灌木和草本植物主要为菊科、蔷薇科及禾本科,重要值较高的植物种主要为黄刺玫(Rosa xanthina)、杠柳(Periploca sepium)、茅莓(Rubus parvifolius)和艾蒿(Artemisia argyi)。(2)随着刺槐人工林密度的增大,林下植物多样性指数呈先增大后减小的趋势,密度适中(1575和2175株/hm^(2))时的刺槐林下植物多样性指数最大,林分密度为1575株/hm^(2)的刺槐林灌木层Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数与密度为675和2500株/hm^(2)刺槐林间均存在显著差异(P<0.05),林分密度为1575株/hm^(2)的刺槐林草本层Simpson多样性指数、Shannon-Wiener指数与密度为675和2500株/hm^(2)的林分之间差异显著(P<0.05)。(3)对不同密度刺槐林下植物多样性的综合评价结果表明,密度为1575株/hm^(2)时刺槐林的植物多样性综合评价值最高。【结论】晋西黄土区刺槐人工林的适宜林分密度为1185~1785株/hm^(2),该密度刺槐人工林下灌、草植物较为丰富多样,该林分密度可以作为当地刺槐人工林造林及可持续经营的参考。

黄土丘陵区林分密度对人工刺槐林土壤理化性质及酶活性影响

[目的]探讨陕北黄土丘陵沟壑区刺槐人工林土壤理化性质及土壤酶活性随林分密度的变化趋势以及土壤理化性质和土壤酶活性的关系,以期明确改善该区刺槐人工林土壤质量的适宜林分密度,阐明影响土壤养分可利用性的主导环境因子,为该地区刺槐人工林高质量发展的修复模式提供理论依据。[方法]以位于黄土丘陵沟壑区的陕西省延安市安塞区县南沟流域的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为研究对象,分析了高(1500株/hm^(2))、中(1200株/hm^(2))、低(900株/hm^(2))3种林分密度之间土壤理化性质和土壤酶活性的差异,利用冗余分析探讨了土壤酶活性与土壤理化性质的关系。[结果](1)中密度土壤含水率、有机碳、全氮、有效磷和硝态氮含量均显著高于低、高密度;(2)土壤β-葡萄糖苷酶、纤维素酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性均随林分密度增大呈先降低后升高趋势,在1200株/hm^(2)时最低;(3)Pearson相关性分析结果表明与土壤碳、氮、磷循环相关的酶活性与对应的养分含量呈显著负相关关系;(4)冗余分析结果显示:土壤有机碳、全氮和全磷对土壤酶活性的解释度显著,分别解释了土壤酶活性变异的59.8%(p<0.01),20.8%(p<0.01)和9.5%(p<0.05),土壤有机碳含量是影响土壤酶活性的主要因子。[结论]中等密度(1200株/hm^(2))有利于提高刺槐林土壤养分、水分含量,是一种适宜的刺槐林营林措施,同时应注重土壤有机碳含量变化,以期及时采取林分密度调控措施,从而改善土壤酶活性,进而提高土壤养分水平,促进刺槐林质量提升。

晋西黄土区不同密度刺槐林土壤有机碳组分及碳库特征

明晰不同林分密度下土壤有机碳组分含量及碳库特征,以期为确定刺槐林适宜人工造林密度和评价水土保持效益提供科技支撑。设置不同密度(700、1 500、1 800、2 400、3 000、3 500 plant·hm^(-2))刺槐样地,以荒草地为对照,分析0-40 cm土层土壤有机碳组分及变化规律,计算碳库活度指数(CPAI)、碳库指数(CPI)以及碳库管理指数(CPMI),解析不同密度刺槐林地土壤碳库变化,并探讨土壤理化性质对土壤有机碳及其组分变化的影响。结果表明:不同密度刺槐林地土壤有机碳及其组分的含量均随着土层深度的增加而减少,平均土壤有机碳(SOC)含量为:6.80 g·kg^(-1)(1 800 plant·hm^(-2))>5.01 g·kg^(-1)(1 500 plant·hm^(-2))>4.73 g·kg^(-1) (2 400 plant·hm^(-2))>4.17 g·kg^(-1) (3 000 plant·hm^(-2))>2.78 g·kg^(-1) (700 plant·hm^(-2))>2.68 g·kg^(-1) (3 500plant·hm^(-2))>0.52 g·kg^(-1) (CK)。随着刺槐人工林密度的增大,土壤有机碳组分及CPMI呈先增大后减小的趋势,中密度刺槐林分土壤有机碳组分含量及CPMI最大。与对照相比,0-40 cm土层,6种林分密度的土壤易氧化有机碳、稳定态有机碳含量、可溶性有机碳、颗粒有机碳和矿质结合态有机碳分别提高了77.3%-94.9%、55.8%-91.3%、86.0%-94.2%、81.4%-93.5%和79.8%-91.2%。6种林分密度土壤碳库管理指数均高于100%。相关关系分析表明土壤总有机碳含量与各有机碳组分均呈极显著正相关(P<0.010);冗余分析表明土壤全氮对土壤有机碳及其组分变化的解释率最大。因此,从森林土壤固碳功能而言,晋西黄土区刺槐人工林的适宜林分密度为1 800 plant·hm^(-2),该林分密度能较好提高土壤碳养分供给水平与碳库稳定性。

蔡家川流域人工刺槐生物量模型的构建与比较

利用蔡家川流域不同立地条件下48株刺槐样木生物量的实测数据,以胸径、树高、冠幅、冠长及胸径、树高的复合因子为自变量,构建生物量异速生长模型、多元线性模型和相容性生物量模型。采用决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、估计标准误差(SEE)、总相对误差(TRE)、平均相对误差(ARE)和平均百分比误差(MPE)等6个指标对模型进行拟合度和精确度的检验。结果表明:以胸径(D_(BH))、树高(h)的复合因子构建的生物量模型估测效果较好。3种模型的检验指标均在可接受的范围内,均适用于蔡家川流域刺槐生物量的预测。其中,多元线性模型对树枝、树叶生物量预测效果最佳,预测精度为90.11%和89.72%;相容性生物量模型对总树干、根系和总生物量的预测精度高达91.38%、90.83%、93.90%,并且解决了各器官生物量与总生物量的相容性问题。构建的模型中,相容性生物量模型的估测效果最好,多元线性模型和生物量异速生长模型次之。

基于光周期和温度的物候模型对华北平原刺槐始花期的模拟

光周期和温度是影响木本植物开花的两大关键气象因素。基于我国华北平原1963—2018年57个站点的刺槐始花期实测数据,构建了6种基于气温或光周期驱动的春季物候过程模型(积温模型、光周期模型、光周期-温度顺序模型、温度-光周期顺序模型、光周期-温度平行模型、光周期-温度乘法模型),并进行了参数率定和模型比较优选,以期明确刺槐开花的主导驱动因子以及潜在的光温作用机制。根据内部模拟的赤池信息准则(AIC)判定光周期-温度顺序模型的表现最佳,模拟值与观测值的相关系数(r)为0.86,均方根误差(RMSE)为4.81d,纳什效率系数(NSE)达到0.74,说明刺槐始花期的发生同时受到光周期和温度的作用。同时,在华北平原14个代表性站点上,光周期-温度顺序模型的表现普遍优于均值模型。基于光周期-温度顺序模型的参数率定结果,以下限温度6.5℃和下限日长4.5h来统计刺槐开花的实际有效积温量和实际有效日长累积量的年际变化情况,结果表明56年来刺槐开花的实际有效积温量呈现显著递增趋势,平均每10年增加4.5℃·d(P<0.05),而实际有效日长累积量却呈现极显著递减趋势,平均每10年减少23.9h·d(P<0.01),这说明在气候变暖背景下,刺槐开花的热量需求会更快速完成,引起刺槐开花日期的提前,但自然光周期的年内变化只与地理位置有关,日长累积需求则需要更长的时间完成,因此会在一定程度上抑制春季升温引起的开花日期提前。

晋西黄土区不同坡向刺槐林下植物种间关联及群落稳定性

为了解人工林群落内物种的种间关系及群落稳定性,以晋西黄土区人工刺槐(Robinia pseudoacacia)林为研究对象,在样地调查的基础上,采用方差比率法、χ2检验、戈登·摩尔稳定性等方法,对林下植物的种间关系及群落稳定性进行分析。结果表明:(1)调查样地内共有植物30科56属62种。其中,灌木层植物10科18属19种,杠柳(Periploca sepium)为优势种;草本层植物22科38属43种,虉草(Phalaris arundinacea)为优势种。阳坡有14种灌木,阴坡有7种;阴坡有28种草本植物,阳坡有24种。(2)不同坡向刺槐人工林内植物种的关联性不同,阳坡黑麦草(Lolium perenne)和白首乌(Cynanchum bungei)的关联性极显著(P<0.01);半阳坡茜草(Rubia cordifolia)、虉草(Phalaris arundinacea)和北柴胡(Bupleurum chinense)的关联性极显著(P<0.01);阴坡蛇莓(Duchesnea indica)和芦苇(Phragmites australis)的关联性显著(P<0.05);半阴坡酸枣(Ziziphus jujuba)、卫矛(Euonymus alatus)、蒌蒿(Artemisia selengensis)和披针薹草(Carex lancifolia)的关联性极显著(P<0.01)。(3)阳坡和阴坡的林下植物群落整体稳定性强,半阳坡和半阴坡的林下灌木群落稳定性强。