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。

第2代杉木幼林生态系统水化学特征

对第 2代杉木幼林生态系统的降雨、穿透水、茎流、地表和地下径流等水文过程中 N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn和 Mn9种养分元素含量进行了连续 5 a的测定 ,结果表明 :降雨通过林冠后其化学特性发生明显变化 ,p H值出现酸化现象 ,穿透水中 Zn和 Org-N为负淋溶 ,其余各元素浓度有所增加。树干茎流的富集作用比穿透水强 ,其中 Zn为负 ,其它元素的浓度均比林外降雨的高。地表径流中 Zn>Org-N>NO3 -N,与降雨中含量相比较为淋失迁移型 ,Ca>K>Cu>Mg>P>NH4 -N>Mn>Fe为内贮型 ,p H值增大。地下径流中 Zn>Org-N>NH4 -N>K>Mn为淋失迁移型、Ca>Mg>Cu>NO3 -N>P>Fe为内贮型。该系统的水循环中 Ca>Mg>Fe>P为净损失、Zn>K>Org-N>NH4 -N>Mn>NO3 -N>Cu为净积累 ,与第 1代杉木林相比 ,第 2代杉木幼林水化学过滤与吸贮功能较差 ,系统稳定性也较弱 。

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1 t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。

第2代杉木林速生阶段营养元素的空间分布特征和生物循环

利用 2a定位观测数据 ,本文对速生阶段的第 2代杉木人工林内N、P、K、Ca、Mg 5种养分元素的含量、积累、空间分布和生物循环进行了研究 ,结果表明 :各组分养分含量排列顺序为草本层 >灌木层 >树叶 >树枝 >树皮 >树根 >树干。树枝中Ca的含量丰富 ,树皮中K的含量丰富。凋落物层养分元素含量低于树枝和树叶 ,反映了凋落时养分元素向林木体内迁移回收的现象。杉木富集N、P、Ca 3种元素。 5种元素积累总量为 85 4 6 5kg·hm- 2 ,是第 1代的 1 5倍。第 2代杉木生产 1t干物质所需养分量为 11 6 2kg ,高于第 1代 ,第 2代杉木林将消耗更多的林地养分。林冠枝叶与树皮养分积累量占林木总积累量的 75 % ,采伐利用应仅取走树干而在林地中留下其它部分 ,让其分解使养分元素归还给土壤。草本层、灌木层与凋落物层三者的养分积累量为 88 13kg·hm- 2 ,是重要的养分库。第 2代杉木中养分元素的年积累量为 93 13kg·hm- 2 a- 1 ,略高于第 1代杉木林的养分年积累量。总归还量为 89 4 9kg·hm- 2 a- 1 ,其中凋落物归还 17 4 6kg·hm- 2 a- 1 ,略低于第 1代 ,淋溶的养分量 72 0 4kg·hm- 2 a- 1 ,是凋落物的 4倍多。吸收量为 182 6 2kg·hm- 2 a- 1 。与第 1代相比 ,第 2代杉木林中土壤K、P的含量高 ,而N、Ca、Mg

江西大岗山连栽杉木人工林土壤性质的变化

系统研究了江西大岗山连栽杉木人工林土壤性质变化状况。结果表明 :1、2代杉木人工林土壤物理性质相比 ,不论幼龄林还是中龄林 ,1代林均明显好于 2代林 ;比较土壤酶活性 ,各林分也表现出相似的规律 ,即 1代林土壤酶活性较高 ;而比较两代林土壤化学性质则发现 ,在幼龄林发育阶段各土壤因子指标变化规律不明显 ,土壤有机质、土壤氮素等指标反而为 2代林较高 ;但各林分发育至中龄林阶段后则有了较强的规律性 ,除土壤有效铁和有效铜外 ,其它所有指标均为 2代林较低。

速生阶段杉木人工林产量结构及生产力的代际效应

通过定位观测取得的数据 ,对速生阶段第 2代杉木人工林生物量和生产力进行研究 ,并在时间和空间上与第 1代杉木林进行比较。结果表明 :第 1、2代杉木林单株和林分生物量分别为 37 5 4、34 74kg和 85 6、71 4 5t·hm- 2 ,第 2代比第 1代下降了 8.5 2 %和 16 5 3%。第 1代杉木林生态系统的生物量为 87 93t·hm- 2 ,第2代为 76 0 2t·hm- 2 ,比第 1代低 13 5 4 % ,乔木层所占比例也比第 1代小 ,而灌木、草本和死地被层的生物量约是第 1代的 2倍。第 1代杉木树干有较大的生物量积累优势 ,对地下养分空间的竞争力强 ,而第 2代对地上养分空间的竞争力强。各生长级林木生物量分布呈反J形 ,表明杉木林处于速生阶段时林木竞争才开始 ,分化不明显。第 1代杉木林的生产力是第 2代的 1 2倍 ,杉木连栽导致生产力下降。但第 2代杉木叶的光合生产率比较高 ,说明第

杉木二代林生态系统碳素积累的动态特征

对杉木二代林碳贮量和碳素年净固定量的动态特征进行了研究。结果表明,8、11和14年生杉木二代林生态系统碳贮量分别为136.24、147.59和161.83t·hm-2,其分布序列为土壤层(0～60cm)>植被层>凋落物层。随着林分林龄的增加,乔木层碳积累量明显增加,由8年生的17.09t·hm-2增加到14年生的37.29t·hm-2,分别占生态系统碳贮量的12.54%和23.04%。碳贮量在林木各器官中的分配,基本上与各自生物量成正比,其中树干碳贮量占乔木层碳贮量的46.05%以上,并随林木生长而明显增加。3种杉木林林地土壤层(0～60cm)碳贮量分别为117.60、119.26和122.06t·hm-2,占生态系统总碳贮量的75.42%以上,其中表层土壤(0～20cm)分别占土壤总碳贮量的56.45%、54.29%和57.37%。3种林分的年净生产力分别为5.49、6.18和7.62t·hm-2·a-1,碳素年净固定量分别为2.62、3.04和3.74t·hm-2·a-1。

第2代杉木人工林地土壤微生物数量与土壤因子的关系

根据定位观测数据,对湖南会同第2代杉木人工林地土壤微生物数量与土壤因子的关系进行研究。结果表明：杉木人工林地土壤微生物数量以山洼最多,山坡次之,山脊最少;同一立地类型中,0-20cm土层中微生物数量最多,20-40cm次之,40-60cm最少;在同一立地类型中,微生物总数、细菌的数量秋季最高,冬季最低,而真菌和放线菌的数量夏季最高,秋冬两季最低;同一立地类型的板栗林地土壤微生物总数高于杉木人工林地;微生物总数与土壤含水率呈极显著线性正相关（P〈0.01）,细菌、放线菌的数量与土壤含水率呈显著线性正相关（P〈0.05）,真菌的数量与土壤含水率不具有相关性（P〉0.05）;细菌、真菌、放线菌的数量和微生物总数与10cm处土壤温度不具有相关性（P〉0.05）;细菌、真菌的数量和微生物总数与土壤有机碳含量、全氮含量呈极显著线性正相关（P〈0.01）,放线菌的数量与土壤有机碳含量、全氮含量呈显著线性正相关（P〈0.05）。土壤温度、土壤含水率、土壤有机碳含量及全氮含量对杉木人工林地土壤微生物数量的贡献率为60%-70%。

湖南第2代杉木幼林的水文学过程及养分动态研究

采用小集水区技术和定位研究方法 ,根据连续 3a观测所取得的数据 ,对湖南会同第 2代杉木幼林的水量平衡和养分元素的地球化学循环进行了研究。结果表明 :该森林生态系统年降雨输入为 1170 6mm ,其中 3 5 3mm以树干茎流形式进入林地 ,占降雨量的 0 3% ,林内穿透水为 10 17 3mm ,占 86 9% ,另外林冠年截留量为 149 77mm ,占年降雨量的 12 8%。以径流形式流出该系统的水量为 42 8 0 5mm ,占年降雨量的 36 5 7% ,其中地表径流和地下径流分别占总径流的 4 31%和 95 6 9%。系统另一输出形式蒸散量为 86 2 6 4mm ,为年降雨量的 6 2 2 %。在该森林生态系统中 ,由降雨输入的N、P、K、Ca、Mg等元素的总量为 5 3 173kg·hm- 2 ·a- 1 ,径流输出量为 42 5 6 3kg·hm- 2 ·a- 1 ,净积累量为 10 6 10kg·hm- 2 ·a- 1 。与稳定态的第 1代杉木林相比 ,第 2代杉木幼林的林冠截留量成倍减少 ,地表径流、地下径流量和径流总量都高于第 1代杉木林 ,其涵养水源的能力相对较弱 ,抵抗外界干扰的能力比稳定态的第 1代杉木林差。从生物循环来看 ,第 2代杉木幼林的养分存留量大 ,表明第 2代杉木幼林将从土壤中吸收的养分大量地保存在林木中 ,造成土壤中养分的逐渐减少 ,维持持久的林地生产力应引起重视。第

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14 a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。

立地管理措施对二代2年生杉木林生长影响

在福建省南平峡阳国有林场一片 2 9年生一代杉木人工林采伐迹地上 ,开展 5种不同立地管理措施对第 2代杉木人工林影响的研究 ,结果表明 ,BL3 BM0 (收获树干和树皮、加倍采伐剩余物 )处理方式对 2年生 2代杉木林的造林成活率和生长最为有利 ,其次为 BL0 BM0 (收获地上所有有机质 )处理 ,BL1BM0 (清走树木的所有部分 )处理生长最慢 ;BL2 BM1(收获树干和树皮、炼山 )处理造林成活率最低 ;炼山处理 ( BL2 BM1)与保留相同数量采伐剩余物而不炼山的处理( BL2 BM0 )相比 。

杉木林采伐迹地连栽和撂荒对林地土壤养分与酶活性的影响

研究湖南会同连栽第2代杉木人工纯林和撂荒对第1代杉木人工林采伐迹地土壤养分与酶活性的影响。结果表明:0～30cm和30～60cm土层中,撂荒地土壤有机质、养分含量普遍高于连栽杉木人工林地,且腐殖质碳、有效磷含量的差异均达到极显著水平(P<0.01),全磷含量在0～30cm土层中的差异达到显著水平(P<0.05)。0～30cm土层中,撂荒地过氧化氢酶活性极显著高于连栽杉木人工林地(P<0.01),磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性均显著高于连栽杉木人工林地(P<0.05),30～60cm土层中,撂荒地过氧化氢酶、蔗糖酶活性也显著高于杉木人工林地(P<0.05),磷酸酶和脲酶活性也高于连栽杉木人工林地,但差异不显著(P>0.05)。林地土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性与土壤有机质、养分含量之间均呈较好的正相关,而且与水解氮、速效磷、腐殖质碳的相关性高于其与有机质的相关性。主成分分析表明,土壤酶活性在林地土壤质量体系中扮演着重要角色,其中脲酶、蔗糖酶和磷酸酶可作为林地土壤质量评价的指标。撂荒具有更好地恢复土壤养分含量和酶活性的能力,对维持杉木人工林地持续生产力有着重要作用。

湖南会同第2代杉木人工林地土壤酶活性

为探讨湖南会同第2代杉木人工林林地土壤质量状况,研究了林地土壤酶活性特点及其与土壤肥力的关系.结果表明：随着第2代杉木林林分年龄的增长,土壤酶活性呈递减趋势;土壤酶活性随土壤深度增加而下降,0-30 cm土层中的酶活性明显高于30-60 cm土层;立地条件不同,土壤酶活性也不同,山顶和山脊土壤酶活性明显低于山腰,而山腰又低于山洼,自然恢复杉木林地（Ⅶ区）的土壤酶活性明显高于20年生的第2代杉木人工林地（Ⅲ区）;各种土壤酶活性夏季最高,其它季节酶活性因不同酶而异,土壤酶活性与土壤其它肥力因素的关系密切,林地土壤中各种酶活性之间共同作用影响土壤养分状况.

桂西北第二代杉木人工林的生物生产力

对广西西北部的南丹山口林场3个不同林龄(8、11、14年生)的第二代杉木人工林生物生产力进行了研究。结果表明:8、11和14年生杉木人工林的生物量分别为35.75、55.12和75.77 t/hm2,其中经济生物量(干材)分别为16.28、26.64和36.35 t/hm2,占林分生物量的45.5%以上;林分乔木层净生产力分别为4.47、5.01和5.41 t/(hm2.a);从8年生到11年生,树叶、树枝的组成比例呈现明显的下降趋势,再到14年生时呈增长趋势;而干材、干皮、根系却呈现相反的趋势。第二代杉木人工林的林下植被生物量均较少,其大小排列次序为14年生>8年生>11年生。

第二代杉木中幼林生态系统碳动态与平衡

对杉木林生物量和净生产力、碳含量进行了动态观测 ,对杉木林生态系统碳收支平衡公式进行了探讨与推算 .结果表明 :杉木不同器官中碳含量排列顺序为树皮 >树叶 >树干 >树根 >球果 >树枝 ;不同年龄枝、叶碳含量以多年生枝、叶较高 ,11年生的杉木各器官碳含量略高于 10年生的 ;同一林分中各层次的碳含量高低顺序为乔木层 >灌木层 >草本层 ;死地被物层碳含量为 43.40 % ,土壤各层次的碳含量随着土壤层次加深而减少 ;7年生至 11年生的杉木林生态系统的碳库总量为 10 6.0 1～ 14 4.2 2 t· hm- 2 ,其中植被层为 15 .37～ 35 .0 9t· hm- 2 ,凋落物层为 0 .31～ 2 .5 8t· hm- 2 ,土壤层为 88.0 6～ 10 7.73t· hm- 2 ;10年生至 11年生杉木林植被层 CO2 同化年净增量为 19.0 5～ 18.0 8t· hm- 2 ,凋落物层为 1.12～ 4.2 2 t· hm- 2 ;随着林龄的增长 ,系统 CO2 的平衡值由负值变为正值 ,杉木林生态系统 10年生以前主要向大气释放 CO2 ,10年生后则吸收固定 CO2 ,这时才具有 CO2 汇的功能 .

立地管理措施对2代6年生杉木林生长的影响

在福建省南平峡阳国有林场进行5种不同立地管理措施对29年生第1代杉木人工林采伐后营造的6年生第2代杉木人工林生产力影响的研究。结果表明:BL3(收获树干和树皮、加倍采伐剩余物)处理的6年生2代杉木林生长最好,其次为BL1(全树收获)和SB(收获树干和树皮,炼山)处理,BL2(收获树干和树皮,不炼山)和BL0(收获地上所有有机质)处理杉木生长最差。5种处理的第2代杉木林地位指数与第1代相比,BL3和BL0处理分别上升0.56和0.27,其余3种处理则有下降。BL1、SB和BL2处理地位指数分别比1代下降0.39、045和0.63。不同处理之间的差异均未达到统计上的显著水平。

杉木(Cunninghamia lanceolata)连栽地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用

收集了有关杉木连栽的地力退化和连栽杉阔混交林的对比研究文献,并进行分析表明,杉阔混交林土壤容重平均比杉木纯林降低5%;连栽杉木人工林随代数的增加呈现容重变大的趋势,2代比1代平均增加6%,3代比2代平均增加9%。这种容重的变化使看似具有可比性的对比样地之间失去了可比性,可能导致对杉木连栽人工林地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用的评价产生偏差。通过对这种容重变化产生的影响进行校正,对杉木连栽人工林地力退化和杉阔混交林的土壤改良作用进行了重新评估。结果表明,采用固定深度采样的杉阔混交林与对照的杉木纯林、多代连栽杉木人工林不同代次间土壤有机碳和全氮贮量的相对变化均出现不同程度的低估现象。固定深度采样时,与对照的纯林相比,杉阔混交林对土壤的改良作用被低估,土壤有机碳和全氮贮量的相对变化平均低估6%和5%;杉木连栽引起的地力退化也被低估,土壤有机碳和全氮贮量从1代到2代分别低估5%和7%,从2代到3代分别低估7%和8%。经t-检验表明,杉阔混交林与对照的杉木纯林、多代连栽杉木人工林不同代次间土壤有机碳和全氮贮量的相对变化在土壤容重影响校正前后有明显差异(p=0.05)。

第二代杉木人工林生物量的研究

根据湖南会同生态站１０ａ的定位实测数据，对第二代杉木人工林的生物量进行了研究．结果表明：第二代１０年生杉木林的生物量为６３．８３ｔ·ｈｍ－２，年净生产力为１０．９１ｔ·ｈｍ－２，干和根的增长幅度大体持平；生态系统生物量分配为乔木层＞草本层＞灌木层＞死地被物层．该项研究可为杉木连栽造成的影响提供基础数据．

立地管理措施对2代5年生杉木林生长影响

在福建省南平峡阳国有林场开展5种不同立地管理措施对1片29年生第1代杉木人工林采伐后营造的5年生第2代杉木人工林生产力影响的研究结果表明,BL3(收获树干和树皮、加倍采伐剩余物)处理的5年生2代杉木林生长最好,其次为SB(收获树干和树皮,炼山)处理和BL2(收获树干和树皮,不炼山)处理,BL1(全树收获)和BL0 (移走地上所有有机残留物)处理杉木生长最差。除了BL3与BL1处理的树高生长量差异显著外,其余任何处理间杉木生长指标的差异均未达到统计上的显著水平。

第2代杉木人工林营养元素积累的动态特征

对第2代杉木人工林N、P、K、Ca和Mg等5种营养元素含量、积累量、年净积累量与分配及其随林分年龄的变化趋势进行了研究.结果表明:8年生、11年生和14年生林分营养元素积累量依次为325.18、343.55和482.61 kg/hm2,其中乔木层分别占78.31%、89.15%和85.64%,灌草层分别占10.90%、2.77%和5.28%,地表现存凋落物层分别占10.79%、12.13%和9.08%;乔木层均以N或Ca积累量最多,其次是K和P,Mg最小;不同组分营养元素积累量的分配随林分年龄的增长发生变化,由8年生和11年生以树叶和树枝为主,逐渐转移到14年生以干材、树根和树皮为主;林分营养元素年净积累量分别为31.83、27.84和29.52 kg/(hm2.a),林木中同一组分各营养元素年净积累量与各组分营养元素积累量变化顺序一致,即为N、K或Ca>P>Mg,3个林分年龄杉木林每积累1 t干物质需要的营养元素总量分别为7.12、5.56和5.45 kg,其中对N或Ca的需求量最大,其次是K和P,Mg最小.因此,在杉木林的经营管理中,保护和恢复林下植被将有利于维持林地持久生产力.