红壤侵蚀地不同人工恢复林对土壤总有机碳和活性有机碳的影响

土壤有机碳尤其是活性有机碳可快速反映土壤肥力和土壤质量的恢复程度。研究了南方红壤侵蚀地3种典型人工恢复林(马尾松与阔叶复层林(Pinus massoniana-broadleaved multiple layer forest(PB))、木荷与马尾松混交林(Schima superba-Pinus massoniana mixed forest(SP))、阔叶混交林(broad-leaved mixed forest(BF)))土壤(0—60 cm)总有机碳和不同活性有机碳的垂直分布特征及其差异。结果表明:不同恢复林分土壤总有机碳(SOC)含量和有机碳储量均表现为PB>SP>BF,均随土层深度的增加而逐渐降低;土壤表层有机碳富集系数为0.49—0.55,表明表层土壤具有较高的有机碳恢复水平和保持强度。不同林分土壤易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量变化范围为0.92—9.17 g/kg、535.89—800.46 mg/kg和27.24—261.31 mg/kg,且均随土层深度的增加而降低,土壤活性有机碳含量总体以BF较高。土壤活性有机碳分配比例以ROC/SOC最高,DOC/SOC次之,MBC/SOC最低,且随土层深度的增加,ROC/SOC的值呈逐渐降低趋势,DOC/SOC的值却呈逐渐升高趋势,MBC/SOC(微生物熵)则变化规律不明显;不同林分间土壤活性有机碳分配比例以BF最高,表明阔叶混交林更有利于活性碳的积累。因此,对于红壤侵蚀地森林恢复初期,可适当密植和立体种植,以提高土壤碳储量和土壤肥力,并在马尾松等先锋树种林分中补植阔叶树种,以增加土壤活性有机碳含量,从而有利于退化生态系统土壤速效养分和土壤功能的快速恢复。

不同人工恢复林对退化红壤团聚体组成及其有机碳的影响

研究土壤团聚体的组成及其有机碳的分布,有助于从微观角度理解土壤结构与功能的相互作用。采用干筛法和湿筛法,研究南方红壤退化地实施人工恢复30年后,马尾松与阔叶复层林(PB)、木荷+马尾松混交林(SP)和阔叶林(BF)3种典型林分在0~60 cm土层的团聚体组成及其有机碳分布特征,分析土壤团聚体有机碳与总有机碳相关关系。结果表明:各恢复林分土壤机械稳定性团聚体质量分数,以>2 mm粒径所占比例最大(均在60%以上),而在水稳性团聚体中,以<0.05 mm粒径占优势。不同林分土壤团聚体结构破坏率顺序依次为BF(53.38%~84.27%)>SP(52.22%~70.86%)>PB(22.70%~47.83%)。机械稳定性和水稳性团聚体有机碳质量分数均以PB最高,随着土层深度的增加,各林分土壤团聚体有机碳质量分数呈下降趋势。水稳性大团聚体(>0.25 mm粒径)有机碳质量分数总体高于相应土层的总有机碳质量分数,而微团聚体的(<0.25 mm粒径)则低于后者,说明有机碳对于大团聚体的形成和水稳性具有积极作用。土壤团聚体有机碳与总有机碳的相关关系分析表明,土壤团聚体有机碳的增加,对总有机碳的积累具有正面影响。保留密度大、灌木(草)层盖度高的马尾松与阔叶复层林土壤团聚体的数量和质量更高;因此,在红壤侵蚀退化地森林恢复初期,可通过适当密植、增加林下灌草覆盖等措施,增加有机碳的输入,促进团聚体的形成和稳定,从而加速了退化土地的土壤结构改善和功能恢复。该研究可为南方严重红壤退化地生态恢复中的林分类型选择和优化配置提供科学依据。

毛乌素沙地人工林恢复对土壤剖面化学性质和细菌群落的影响

明确贫瘠沙地人工林恢复过程中土壤化学性质和微生物群落的动态变化可为风沙区人工林的健康经营和土壤肥力培育提供理论依据。以毛乌素沙地广泛分布的不同年限樟子松林为研究对象,运用高通量扩增子测序和FAPROTAX功能预测技术,解析沙地人工林恢复过程中土壤剖面(0~100 cm)化学性质和细菌群落的分布格局及其变化特征。结果表明:(1)人工林恢复提高了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量,但降低了土壤有效氮(AN)、有效磷(AP)含量和pH;随土层深度增加,TN含量呈显著下降趋势,而AP含量和pH则相反,TP含量无显著变化。(2)人工林恢复显著改变了变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度,增加了土壤细菌群落基于多度覆盖的物种估计量(ACE指数);随林分发育,细菌群落的垂直空间变异减小。(3)功能预测表明:人工林恢复降低了土壤细菌对有机物质的分解潜力,造林15年后纤维素分解和芳香族化合物降解过程与未造林样点相比分别下降54.65%和72.18%;但增强了氮的固定及反硝化过程,分别增加99.26%和100.5%。(4)冗余分析和相关性分析表明:SOC和pH是影响细菌群落及其潜在生态功能的重要环境因子。综上可知,沙地人工林恢复虽然增加了土壤碳氮磷总量,但人工林恢复至15年时土壤有效氮磷养分仍显著下降,并显著改变了土壤细菌群落多样性与功能。因此,人为调控措施(如调控凋落物分解与养分释放)对提升干旱和贫瘠生境中沙化土壤养分有效性和微生物多样性与功能具有重要作用,今后在风沙区人工林生态恢复工作中应着重关注林下凋落物的就地留存和腐解。

北京西山地区人工林干扰状况和生态恢复机理的探讨

根据北京市小西山地区人工林生态系统的特点,从森林土壤种子库、林窗、生物多样性、粗木质残体以及混交林树种间营养竞争等方面,研究了现有人工林对干扰因素的反应,探讨该地区森林生态恢复的途径和方法.主要结论有:①人工林具有一定储量的森林土壤种子库,但组成比较简单,恢复更新能力十分有限.②在人工针叶林中,以人为砍伐形成的林窗最为普遍.林窗主要由一株形成木形成.③粗木质残体主要为倒木和枯立木.CWD腐解后可导致土壤酸度、土壤有机质含量、土壤全N量、速效P和速效K明显增加.④不同人工林群落中,槲树和华山松林的物种丰富度和Shannon-Winner指数较高.草本层对群落多样性的贡献大于灌木层和乔木层.建议对林窗、粗木质残体和抚育剩余物进行保护.在改造林分时,可引入多的混交树种,并注意保留一些非人工树种如构树、黑枣、蒙桑等树种,促使人工林逐渐向半天然林方向发展.