退化喀斯特地区植被恢复过程中苔藓的先锋作用

在贵州花江喀斯特高原生态综合治理试验示范区内采集苔藓植物样品,鉴别了主要苔藓种类,测定苔藓植物的持水性能,分析了苔藓、岩石接触面形成土壤的化学性质。结果表明：试验区内苔藓植物共有11科26属65种,以藓类植物为主;自然状态下苔藓植物含水率为36 %～898 %;新鲜苔藓持水率为2123 %～5159 %;苔藓、岩石接触面的土壤属于土壤养分分级的一级标准,各项养分指标亦明显高于对照样地。苔藓植物对喀斯特石漠生境有极强的适应性,是石漠化及其他退化生态系统进行人工生态恢复中理想的物种选择。     

干旱胁迫下接种菌根真菌对滇柏和楸树幼苗根系的影响

在正常水分(25%～30%)、中度干旱(15%～20%)、重度干旱(5%～10%)3种水分条件下,设对照(A)、接种内生菌根真菌(B)、接种外生菌根真菌(C)、混合接种(D)4个处理,利用盆栽实验研究了菌根真菌对滇柏、楸树地下生物量和根系N、P含量以及根系形态的影响。结果表明:接种菌根真菌后,根系生物量都有所增加,但滇柏以外生菌和混合菌接种的效果更显著,而楸树以内生菌的效果最为显著。除重度干旱以外,滇柏接种处理的氮和磷含量都要高于对照处理,楸树B和D处理的氮磷含量要高于对照。其中滇柏根系的平均直径、总长度以及表面积都有所增加,接种效果表现为D>C>B>A。接种内生菌根对楸树影响明显,根系形态和对照组相比呈显著性差异,外生菌根无明显作用。重度干旱条件下,接种处理对两种树种各指标的影响都较小。可见,接种菌根真菌能够提高滇柏、楸树的抗旱性。     

洪泽湖地区杨树人工林碳水通量昼夜和季节变化特征

【目的】通过对洪泽湖地区杨树人工林生态系统碳水通量的昼夜变化和季节变化特征进行分析,为评估该杨树人工林生态系统的固碳能力提供必要的基础数据,揭示杨树人工林生态系统碳循环及对外部气象环境因子的响应,同时为增强森林生态系统固碳能力提供依据。【方法】以洪泽湖地区杨树人工林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术和微气象观测系统进行长期且连续的通量以及气象环境观测。选取2017年5月至2018年4月期间的原始观测数据,对异常数据进行剔除和插补处理,同时,利用EddyPro软件中的Express Mode模块对通量数据进行二次坐标旋转、频率损失订正以及WPL密度效应修正,最终转化为30 min数据。分析杨树人工林生态系统与大气间的二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和潜热(latent heat, LE)通量的季节动态变化和昼夜变化特征及其与外部气象环境因子的相互关系。【结果】洪泽湖地区杨树人工林生态系统碳通量均有显著的昼夜和季节变化,净生态系统碳交换(net ecosystem exchange, NEE)白天为较强的碳汇,夜晚为较弱的碳源,整年表现为固碳作用,年通量为-506.9 g/(m²·a)。其日变化在生长季和非生长季均呈“U”形曲线,生长季的碳吸收明显大于非生长季;在生长季白天,NEE与光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)呈显著的对数关系;而在非生长季,NEE与夜间土壤温度(soil temperature,T_s)呈显著的指数关系。洪泽湖地区杨树人工林生态系统LE的昼夜和季节变化显著,在生长季和非生长季均呈“单峰型”曲线,且在生长季大于非生长季,LE与饱和水汽压差(vapor pressure deficit, VPD)在生长季和非生长季均呈显著的线性正相关关系。洪泽湖地区杨树人工林生态系统CH₄通量在生长季和非生长季均无显著的昼夜变化,在生长季为较弱的CH₄吸收,非生长季为中性至微弱的CH₄排放,全年可能表现为较微弱的CH₄汇。【结论】洪泽湖地区杨树人工林生态系统整体具有较高的固碳能力,CO₂和LE通量具有显著的昼夜变化和季节变化规律,而CH₄通量季节和昼夜变化并不显著,生态系统碳水通量受环境因子的影响较显著,可以为今后提升杨树人工林的固碳能力提供参考。因此,营造杨树人工林将是短期内吸收大气中的CO₂和CH₄并缓解气候变化的有效途径。     

氮添加对杨树人工林土壤活性有机碳季节变化的影响

为研究大气氮沉降对森林生态系统碳循环的影响, 从2012年5月起,选择典型的苏北杨树(Populus deltoides cv. ‘I-35’)人工林为实验地, 采用随机区组设计不同氮添加处理, 进行野外氮添加定位试验,分析氮添加对不同林龄杨树人工林土壤活性有机碳的影响。结果表明:氮添加提高了土壤微生物生物量碳、可溶性有机碳的含量; 土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳含量有显著的季节变化,总体表现为夏秋季较高,冬春季较低。相关分析表明,微生物生物量碳含量与土壤温度呈极显著正相关(p<0.01),可溶性有机碳含量与土壤温度相关性不显著(p>0.05)。研究表明,苏北杨树人工林土壤活性有机碳含量的季节变化主要受到土壤温度影响,同时其对氮添加呈正响应。     

水杉人工林细根解剖结构和菌根侵染研究

林木根系是地下生态系统中最为复杂的部分之一,其高度异质性是关系到根系生态功能研究结果准确性与可比性的主要因素。为明晰水杉细根的界定范围,探讨水杉细根形态与解剖结构之间的关系,为未来的细根研究提供基础数据,笔者对水杉不同根序等级细根解剖结构与菌根侵染状况进行了研究。结果表明:水杉根系按根序法分级更为合理,并将水杉1、2级根定义为细根,1、2级根表皮完整、皮层较厚、皮层层数较多,3、4级根无表皮和皮层或仅残留少量皮层细胞,随根序等级增加,细根皮层层数和皮层厚度显著降低。随根序增加,周皮木栓化程度增加,维管组织发育逐渐完善,维管组织直径不断增大,维管组织与根系直径的比值(维根比)不断增大,细根直径主要与维管组织直径具有显著的相关性(1级根除外),与皮层薄壁细胞直径、皮层层数之间并无相关性。水杉1～3级根均可观察到菌根侵染现象,随根序等级升高菌根侵染率下降,不同根序等级细根单个个体根系的真菌侵染面积存在明显差异。在未来的细根研究中,应该将细根形态调查与解剖结构特征相结合以确定根序等级和直径的对应关系,进而确定细根的划分范围。     

短期氮添加对杨树人工林表层土壤 可溶性有机碳的影响

在江苏省北部杨树人工林集中分布区开展短期氮添加实验,以研究表层土壤(0～10 cm)可溶性有机碳的响应规律。结果显示:杨树人工林表层土壤可溶性有机碳随着氮添加浓度上升呈现增加趋势,林龄间差异逐渐减小; 对表层土壤可溶性有机碳影响因子分析发现,短期氮添加过程中土壤微生物生物量碳与土壤可溶性有机碳动态的相关性最大,与相对于凋落物量和细根生物量没有明显相关关系,说明短期外源氮素输入会导致土壤微生物生物量的增加,从而引起作为微生物代谢产物的土壤可溶性有机碳浓度的上升。     

不同密度和植株配置形状的杨树人工林细根生物量特征研究

【目的】研究不同栽植密度与植株配置形状下杨树人工林细根生物量在生长季中的动态变化,了解人工林地下生理生态过程(尤其是根系效应)的响应规律,为合理调控杨树人工林栽植密度并提高人工林地上部分生产力提供参考。【方法】选取栽植年份为10 a的杨树人工林作为试验林分,设置两种密度(低密度株行距:6 m×6 m和4.5 m×8 m。高密度株行距:5 m×5 m和3 m ×8 m)和两种栽植形状(正方形配置株行距:6 m×6 m和5 m×5 m。长方形配置株行距:4.5 m×8 m和3 m×8 m)共4个处理,每种密度和配置设置3个重复,共计12块样地。在每块样地中随机选取2株树,利用完整土块法在距树干60 cm处进行根系取样。分析比较细根[直径(d)≤2 mm]总生物量、不同直径等级(每0.5 mm为1个直径等级)细根生物量和生长季不同月份(5、7、9、11月)的细根生物量在不同密度和植株配置形状处理下的差异。【结果】①林分密度对细根总生物量的影响并不显著,但对生长季中前期(5、7月)细根生物量和小直径细根(d≤1 mm)生物量具有显著影响,生长季前期的小直径细根生物量均表现为高密度林分高于低密度林分;林分密度对细根生物量的影响效应在两种植株配置方式下具有相似的规律。②植株的配置形状对细根生物量具有显著的影响,但因不同生长阶段和林分密度而有所差异。总体上,正方形配置(5 m×5 m和6 m×6 m)的林分细根生物量要高于长方形配置(3 m×8 m和4.5 m×8 m)的细根生物量(除9、11月的低密度林分),尤其是在5月和7月的细根生物量和小直径细根生物量;③在不同植株配置形状中,正方形配置(5 m×5 m和6 m×6 m)的林分均匀度较高,细根生物量在株间与行间方向上并无显著差异;而长方形配置(3 m×8 m和4.5 m×8 m)的林分在株间与行间方向上细根生物量存在显著差异,且两种长方形配置的林分细根生物量在株行距方向上有截然相反的变化,4.5 m×8 m的林分行间方向的细根生物量比株间方向的高,而3 m×8 m林分的行间方向上的细根生物量比株间方向的低。【结论】林分密度和植株配置形状在整个生长季对细根总生物量没有显著影响;林分密度和植株配置形状都对小直径细根生物量存在显著影响,主要表现在生长季细根快速生长的5—7月;正方形配置方式更有利于杨树细根的生长,细根能充分占据利用土体空间,而长方形配置在一定程度上会造成根系挤压或竞争,同时造成土地浪费。     

不同林龄杨树人工林土壤有效氮对 模拟氮沉降的初期响应

为了解森林生态系统对持续氮增长和快速氮循环的响应模式及反馈机制,选择3种林龄杨树人工林作为试验样地,设置N₀(0 g/(m²·a))、N₁(5 g/(m²·a))、N₂(10 g/(m²·a))、N₃(15 g/(m²·a))、N₄(30 g/(m²·a))共5个不同浓度进行模拟氮沉降实验,探讨3种林龄杨树人工林土壤有效氮含量及对模拟氮沉降的响应。结果表明:①幼龄林、中龄林和过熟林的铵态氮占总有效氮含量的比例分别为18.50%～28.81%、23.14%～34.52%和32.60%～49.92%; ②随着外源氮浓度的不断增加,3种林龄土壤硝态氮含量都呈显著的增加趋势,且高氮处理对有效氮的影响高于低氮处理,而铵态氮只在幼龄林和中龄林中高氮处理(N₃和N₄)之间差异显著; ③幼龄林土壤硝态氮含量对不同浓度的氮沉降响应比中龄林和过熟林更为敏感,而铵态氮在3种林龄之间无显著规律; ④3种林龄土壤表层(0～10 cm)的铵态氮、硝态氮含量对氮沉降响应更加敏感。     

不同林龄杨树细根糖化学组分对氮沉降的响应

选择苏北沿海5、9和15年生杨树人工林作为实验地,采用随机区组设计,设置了N0(CK)、N1(5 g/(m²·a))、N2(10 g/(m²·a))、N3(15 g/(m²·a))、N4(30 g/(m²·a))共5个不同浓度的氮沉降处理,研究氮沉降对土壤细根糖化学组分的影响。结果表明:(1)3个林龄杨树林地下细根中可溶性糖、淀粉含量,在1 a的观测期内,最大值出现在12月份,其中可溶性糖在1 a中的变化幅度最大,最高值与最低值相差约7倍; 而作为结构性碳水化合物的纤维素和木质素在1 a的观测期内相对较为稳定。(2)随着外源氮输入增加,细根中可溶性糖、淀粉含量在N2水平最大,在N4水平则低于对照。而非结构性碳水化合物在氮增加处理的不同水平间差异不显著(p>0.05)。总之,一定浓度的氮增加,将增加细根中活性代谢物质的碳投入。(3)杨树细根生物量与非结构性碳水化合物存在显著的正相关,杨树细根糖化学组分与土壤C、N以及温湿度没有显著相关性。     

基于聚类分析的风景林立地类型划分

以南京无想寺国家森林公园为对象,对该森林公园内83个林班的17个立地因子进行了调查,应用主成分分析提取主导因子,再以主导因子为依据聚类划分立地类型。结果表明：以土壤厚度、坡向、凋落物厚度等8个因子为主导因子,可将该森林公园划分为薄土层中石砾厚凋落物、中土层轻石砾厚凋落物等8个立地类型。在立地类型划分基础上,探讨了立地质量对风景林构建的影响,并提出了适当间伐和增加林窗等林分结构调整的建议。