桉树生态营林的理论探索与实践

桉树生态环境问题是世界性难题,迫切需要开展生态营林理论的探索与实践。本文通过系统地研究营林措施与人工林生态服务功能关系的变化规律,分析不同营林措施对桉树人工林生态服务功能的作用机制,并通过桉树生态营林实践,建立起现代桉树生态营林理论体系。文中提出生态营林的定义、生态营林原则和生态营林的理论体系。6年的生态营林实践表明,采取"低干扰、低投入、低污染"的生态营林方式,获得"高产量、高价值、高效率"的营林效果,实现长短结合、一般用材与珍贵用材结合、木材生产与生态服务协同提升的生态营林目标。该理论是解决当今桉树人工林木材生产和生态服务失衡以及生物安全、土壤安全、生态安全问题,实现高质量发展的重要理论基础,对推动我国现代林业高质量发展具有重要的指导作用。     

气候变化对森林的影响与多尺度适应性管理研究进展

森林作为陆地生态系统的主体和全球气候系统的重要组成部分,对调节全球碳平衡和减缓气候变化具有不可替代的作用。目前的研究表明,气候变化已经对全球各类森林产生了不同程度的影响,而且全球气候变暖的加剧将对森林产生毁灭性的影响。森林管理是一项缓解气候变化影响的关键因子,为应对全球气候变化,森林经营管理必须做出相应的调整以适应和减轻气候变化的消极影响。本文系统总结了全球气候变化对森林及树木分布、生理生态和物候、森林生产力、碳循环、生物多样性、森林水文、森林灾害等产生的现实和潜在的影响,并针对气候变化下的可能影响,从基因、物种、森林生态系统、流域和生物圈多个尺度阐述了适应性管理的对策,以提高各生命系统适应气候变化的能力,实现森林的可持续经营和生物圈的可持续发展。     

南亚热带马尾松×红锥混交林红锥的天然更新及环境解释

为揭示影响南亚热带马尾松×红锥混交林下红锥天然更新的关键环境因子,本研究以1983年造林的马尾松×红锥人工林为对象,选取3个研究样地,设置50个2 m×2 m的调查样方,对红锥更新苗、土壤理化性质、林分结构与光环境等展开调查。结果表明,不同样地红锥天然更新密度为(132 353±7 050)～(174 219±15580)株·hm~(-2)。5个高度级红锥更新苗密度差异显著,Ⅰ级最大,Ⅴ级最小,密度随高度级增加而递减。相关分析表明,土壤全磷含量对Ⅰ、Ⅴ级的红锥更新苗有明显的正效应,而对Ⅱ、Ⅲ级更新苗有明显的负效应;红锥Ⅰ级苗与土壤pH值呈极显著正相关;近地层透光系数与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级苗木密度呈负相关,与Ⅴ级呈正相关;林分上层平均叶倾角、近地层叶面积指数则与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级苗木密度呈正相关,与Ⅴ级呈负相关。研究所选择的25个林分结构与土壤环境因子组合对红锥天然更新分布格局的变异解释率达到66.01%,解释效果显著(F=2.022 9,P=0.027)。土壤全磷含量、土壤pH值、海拔高度、林分上层平均叶倾角、近地层叶面积指数、近地层透光系数等6个因子是影响南亚热带红锥天然更新分布格局的关键因子。     

去除和添加凋落物对马尾松×红锥混交林土壤呼吸的影响

为探讨凋落物输入量改变对马尾松×红锥混交林碳排放的影响,以马尾松×红锥异龄混交林为研究对象,通过添加和去除凋落物人为地改变碳输入,研究凋落物处理方式对土壤呼吸的影响。结果表明:(1)去除凋落物可降低土壤湿度、提高土壤温度,而添加凋落物则提高土壤湿度、降低土壤温度。去除凋落物使土壤年均呼吸速率显著降低27.88%,而添加凋落物则使土壤年均呼吸速率显著增加34.02%。(2)去除凋落物能降低四季的土壤呼吸累积排放量,而添加凋落物则提高四季的土壤呼吸累积排放量。对照、去除和添加凋落物的土壤呼吸的年累积排放量(以C计)分别为(9.51±0.12) t·hm~(-2)、(6.88±0.21) t·hm~(-2)和(12.70±0.53) t·hm~(-2),可见去除凋落物使土壤呼吸年累积排放量降低27.66%,而添加凋落物使土壤呼吸年累积排放量提高33.54%。(3)不同凋落物处理方式下土壤呼吸速率与土壤温度均呈显著相关,土壤温度解释了土壤呼吸速率变异程度的74.26%～94.28%。去除凋落物增加了土壤呼吸温度敏感性系数Q10值,而添加凋落物则降低Q10值。凋落物处理方式对马尾松×红锥异龄混交林土壤呼吸产生了显著影响,证明凋落物对于改变森林生态系统土壤呼吸和碳循环具有重要作用。     

马尾松×红锥异龄混交林对土壤微生物群落结构和功能的影响

探讨马尾松(Pinus massoniana)纯林改造成马尾松×红锥(Castanopsis hystrix)异龄混交林对土壤微生物群落结构和功能的长期生态效应,为马尾松人工林质量的精准提升提供理论依据。以60 a生的马尾松纯林和改造后的异龄混交林为对象,比较分析纯林和异龄混交林土壤微生物群落结构和功能差异,以及土壤微生物类群与土壤酶活性和土壤性质的相关性。两种林分土壤磷脂脂肪酸(PLFAs)含量均大于0.01 nmol·g-1的标记种类为27种,其中25种PLFAs标记含量均为纯林高于异龄混交林;马尾松纯林土壤微生物群落、细菌、真菌、放线菌、丛枝菌根真菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌的PLFAs均显著或极显著高于异龄混交林;马尾松纯林土壤微生物群落的PLFAs多样性均高于异龄混交林,其中土壤PLFAs丰富度和均匀度指数差异不显著,而香农威纳指数、Simpson指数差异显著;马尾松纯林改造为异龄混交林后,土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、酚氧化酶、过氧化物酶活性均呈现不同程度的降低,而土壤酸性磷酸酶和脲酶活性增加;相关分析表明,不同土壤微生物类群均与β-1,4-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、酚氧化酶、过氧化物酶呈正相关,与酸性磷酸酶和脲酶呈负相关;与土壤有机质、有效钾呈极显著正相关,而与土壤含水量、土壤微生物生物量氮呈显著负相关。马尾松×红锥异龄混交林对土壤微生物群落结构和功能的长期生态效应不明显,异龄混交林结构简单,物种多样性少,土壤有机质低,以及雨季土壤含水量过高是其土壤微生物群落多样性和土壤酶活性低于纯林的主要原因。     

不同林地清理和培肥措施对桉树人工林植物多样性的影响

【目的】探讨不同林地清理方式下不同培肥措施对植物多样性的作用规律,为桉树人工林的可持续经营提供理论依据。【方法】基于两种不同林地清理(火烧清理和人工清理)和3种不同培肥措施(加炭C、加氮N和套种绿肥)处理试验,比较研究不同林地清理和培肥措施的独立和交互作用对桉树人工林下植物多样性的影响。【结果】火烧清理和人工清理4年后,火烧清理林地的物种丰富度显著低于人工清理林地(P0.001);两种清理方式下加C、加N和套种绿肥均明显改变植物群落的组成和结构,但优势种保持不变,均为蔓生莠竹、弓果黍、小花露籽草和五节芒(套种绿肥中的小花露籽草除外),显著降低植物多样性指数(包括Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数);两种清理方式各处理林下植物功能群谱完全相同,均表现为禾草植物木本植物蕨类植物藤本植物杂草植物入侵植物;两因素方差分析表明,火烧清理和人工清理条件下,加C、加N、套种绿肥处理均极显著影响林下植物多样性指数,林地清理方式与不同处理的交互作用也对林下植物多样性指数产生极显著的影响。【结论】火烧和人工清理林地及加C、加N、套种绿肥等培肥措施对林下植物多样性存在显著影响。从维护生物多样性的视角出发,在桉树人工林的经营中应尽量减少加C、加N和套种绿肥等培肥措施的应用。     

不同林地清理方式下生物炭和氮添加对桉树红锥混交林土壤养分的影响

【目的】阐明不同林地清理方式下(火烧清理和人工清理)生物炭和氮添加对桉树红锥混交林土壤养分的影响,为人工林的经营管理提供参考。【方法】在火烧清理和人工清理林地的桉树红锥混交林中,设置生物炭和氮添加的控制实验,研究生物炭和氮添加对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、有效磷(AP)和有效钾(AK)含量的影响。【结果】不同林地清理方式下,生物炭和氮添加对林地土壤养分的影响存在差异:与对照相比,人工清理林地时,添加生物炭显著增加了20～40cm土层的AP含量;氮添加极显著增加了0～10cm土层的SOC、TP、AP含量和C∶N;10～20cm土层的SOC、AK含量,20～40cm土层的AP和AK含量也显著增加;而0～10cm土层的N∶P则极显著降低。林地清理方式为火烧清理时,生物炭添加极显著增加0～10cm土层的TP含量,而0～10cm、10～20cm土层的SOC和AK含量,0～10cm土层的C∶N,10～20cm的AP∶TP、C∶P以及0～10cm、10～20cm、20～40cm土层的AK∶TK显著降低,0～10cm土层的AP含量、AP∶TP、C∶P和N∶P更是极显著降低。氮添加显著降低10～20cm土层的N∶P以及0～10cm土层的AP∶TP,0～10cm土层的AP含量以及10～20cm的TN含量下降达到极显著水平。【结论】人工清理林地条件下,实施生物炭和氮添加有利于提高桉树红锥混交林的土壤养分。     

除草剂对桉树人工林生物量和碳储量的影响

除草剂在全球桉树人工林经营中的应用十分普遍,但人们对除草剂施用对人工林生态系统生物量和碳储量的影响还知之甚少,本研究旨在评估除草剂对生物量和碳储量的影响,为林下植被管理提供科学建议。本研究以2015年建立的桉树人工林为对象,开展低浓度高频率(LHF)、中浓度中频率(MMF)和高浓度低频率(HLF)除草剂喷施试验,并以人工除草为对照,分别于造林后33月、39月和51月对试验林分的生物量和碳储量进行研究。结果表明,除草剂对桉树生物量和碳储量没有显著影响,但对林下植被生物量和碳储量存在明显的负作用,HLF处理对生态系统碳储量也存在显著的负效应,而人工除草抚育能提高林下植被生物量、碳储量以及生态系统碳储量。因此,从碳汇林业的视角考虑,建议生产上减少除草剂的施用,而采取人工砍草抚育为宜。     

马尾松人工林近自然化改造对林分生长的影响

【目的】研究和阐明马尾松（Pinus massoniana Lamb.）人工林近自然化改造对林分保留木、套种树种和自然更新树种生长的影响。【方法】2005年1月,采用随机区组设计对中国林业科学研究院热带林业实验中心12年生马尾松人工林进行5种不同强度（0%,20%,30%,40%和50%）间伐后,套种米老排（Mytilaria laosensis）、红锥（Castanopsis hystrix）和润楠（Machilus pingii）3个乡土阔叶树种,每种强度设3次重复,每个套种树种密度均为120株/hm^2,2013年8月对所有样地（共15个,每个样地面积为600m^2）的马尾松保留木、套种树种和自然更新至乔木层的树种进行每木调查,记录种名、胸径和树高等。【结果】间伐处理8年后,不同间伐处理间林分保留木的平均胸径、树高和蓄积量均存在极显著差异（胸径：P〈0.001,树高：P=0.001,蓄积量：P=0.008）;林分平均胸径和树高随着间伐强度的增加而增加,林分蓄积量随间伐强度的增大而减少。间伐促进了3个套种树种幼树的生长,但不同树种间存在差异;米老排在50%间伐林分下生长最优,而红锥和润楠以40%间伐林分较优,前者的生长速率明显高于后者。间伐显著的提高了自然更新至乔木层的林木株数,与对照处理（100±25株/hm^2）相比,20%,30%,40%和50%间伐林分分别是对照处理的8.72倍、11.22倍、11.06倍和13.78倍;间伐显著提高了自然更新林木的树高生长,而胸径生长差异不显著。【结论】从人工林木材生产、套种树种生长和自然更新树种生长情况分析,采用30%或40%的间伐强度和套种优质乡土阔叶树是马尾松纯林近自然化改造的最佳选择。     

南亚热带杉木、红锥人工林碳储量及分配特征

明确南亚热带杉木(Cunnighamia lanceolata)、红锥(Castanopsis hystrix)人工林碳储量及分配特征,可为应对全球气候变化研究提供基础数据,为碳汇林业发展提供科学依据。以我国亚热带地区广泛栽培的杉木人工林和红锥人工林为研究对象,以相对生长方程计算林木生物量,实测林下植被生物量、林木和林下植被各组分含碳率、土壤含碳率等,进而分析不同人工林的碳储量及分配规律。结果表明:(1)人工林生态系统不同组分的含碳率存在一定差异,虽然杉木和红锥的全株含碳率相差无几,分别为48.04%和47.80%,但林下植被和土壤表层的含碳率差别较大,林下植被含碳率为40.84%—47.73%(杉木林)、36.69%—43.76%(红锥林);土壤表层含碳率为2.28%—3.30%;(2)杉木人工林乔木层碳储量(71.48t/hm~2)、林下植被碳储量(1.533t/hm~2)显著高于红锥人工林乔木层碳储量(51.82t/hm~2)和林下植被碳储量(1.185t/hm2),而红锥人工林枯落物层碳储量(0.673t/hm2)显著高于杉木人工林(0.386t/hm~2);(3)杉木人工林的皮、叶、根碳储量显著高于红锥人工林,相反,红锥人工林的枝碳储量(8.04t/hm~2)显著高于杉木人工林(6.00t/hm~2);(4)杉木人工林生态系统碳储量(217.56t/hm~2)与红锥人工林生态系统碳储量(195.05t/hm~2)无显著差异,土壤和乔木层是人工林生态系统的主要碳库,分别占生态系统碳储量的66.37%—72.81%和26.59%—32.93%。杉木人工林乔木层、林下植被和生态系统碳储量均高于红锥人工林,红锥人工林枯落物碳储量显著高于杉木人工林,杉木是发展碳汇林的较好树种。