施用沼液对杨树人工林细根形态特征的影响

【目的】研究施用沼液对杨树人工林细根形态特征的影响,以期为科学利用沼液、优化杨树人工林施肥技术、促进杨树人工林可持续经营提供理论依据。【方法】2018年10月,在4种长期施用沼液(施用量0、125、250和375 m³/hm²)的杨树人工林野外实验样地,采用连续土钻法钻取不同土壤深度(0～20,≥20～40和≥40～60 cm)土芯样品;在实验室分拣出杨树活细根,经清洗、分级、扫描、烘干、称量,比较不同处理下不同土层1～5级细根平均直径、平均长度和比根长。【结果】随着沼液施用量的增加,杨树人工林各级细根平均直径和长度呈下降趋势,而比根长呈上升趋势。但不同土层的不同根序细根形态特征对沼液的响应不同:随着土层的加深和细根根序的增加,细根平均直径、平均长度和比根长的变化幅度多呈现减小趋势。【结论】长期施用沼液可降低杨树人工林细根平均直径和平均长度,提高杨树人工林细根比根长,在土壤表层和低级细根上表现尤为明显。     

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。     

秦岭北坡杨树人工林细根分布与土壤特性的关系

在秦岭山区北坡,对5年生杨树人工林细根表面积、细根体积、根长密度和细根生物量的垂直分布特征,以及这些根系参数与土壤理化特性的关系进行研究。结果表明：杨树人工林细根表面积、细根体积、根长密度和细根生物量基本上表现为随土壤深度增加而减少的趋势;各细根集中分布在0~20 cm土层中,其中0~10 cm土层中占40%左右,10~20 cm中集中了20%以上。土壤理化特性在0~80 cm土层中呈现各自的变化规律,土壤体积质量基本随土层加深而增加,土壤水分表现为变化不大的波动。土壤pH变动范围为6.14~6.71,且随土层加深呈波动变化趋势。土壤有机质、全氮、速效氮垂直变化趋势相似,随土层深度的增加而减少。在杨树人工林中,细根参数与多种土壤理化因子之间存在着不同程度的相关性,说明杨树人工林细根分布特征受土壤理化特性的影响,这反映了植物长期适应生境条件的有效策略。     

林龄对侧柏人工林碳储量以及细根形态和生物量的影响

以徐州侧柏人工林为研究对象,运用生物量转化方程及土壤调查数据分析了3种林龄下(40、48和55 a)生态系统碳储量的变化及其机制。结果表明:(1)乔木层碳储量在系统碳储量中所占比例随林龄增加呈上升趋势,土壤层碳储量比例呈下降趋势,灌草层和枯落物层碳储量随林龄增加无明显变化。整个系统的碳储量随着林龄增加而增加,其中55年生侧柏人工林生态系统碳储量为109.55 t/hm2,分别是40和48年生的1.22倍和1.09倍,而这种差异主要是由乔木层和土壤层碳储量差异引起。(2)细根生物量方面,细根中低级根(1～3级根)生物量在不同林龄林分中无显著差异,高级根(4、5级根)和总生物量随林龄的增大而明显减少。细根形态方面,与40 a的相比,在表层土壤中,48年生林5级根的直径显著降低,5级根的根长和1级根的比根长显著提高;55年生林4级根的直径和根长以及1级根的比根长显著提高。在亚表层土壤,48年生林3级根的直径和4级根的根长显著增加,1级和2级根的比根长显著降低;55年生林3～5级根的直径和5级根的根长显著提高,3级根的根长以及1级和5级根的比根长显著降低。(3)3级根的直径与土壤层碳储量显著负相关,5级根与生态系统总碳储量显著正相关。2级和3级根的比根长与土壤层碳储量显著正相关,而3级根的比根长与乔木层碳储量、枯落物层碳储量和生态系统总碳储量显著负相关。4级和5级根的生物量与枯落物层碳储量显著正相关,与土壤层碳储量极显著负相关;细根总生物量与乔木层碳储量和总碳储量极显著负相关,与灌木层和草本层碳储量显著负相关。因此,细根形态和生物量的变化可能是导致生态系统碳储量变化的因素之一。     

苏北杨树人工林细根生产力与周转

采用连续钻取土芯法对苏北两种模式(网格模式PW、网格台田模式PT)下4年生杨树(Populus deltoides cv. 35.)人工林细根(≤5 mm)进行研究,并采用不同估算方法对细根年净生产量、死亡量、分解量和周转率进行比较。结果表明,细根现存生物量为1.26~1.86 t/hm2。PW和PT两种模式下,细根年净生产量、死亡量、分解量和周转率分别为2.24 t/hm2、2.34 t/hm2、1.88 t/hm2、1.43次/a和1.43 t/hm2、1.29 t/hm2、1.37 t/hm2、1.31次/a,与决策矩阵法相比,采用最大最小值法平均低估了19%的细根年净生产量、68%的年死亡量、89%的年分解量和23%的周转率;土壤养分和季节水分动态是PW和PT模式细根生产量和周转率存在差异的主要原因。     

沼液与生物炭联合施用对杨树人工林土壤甲螨密度的影响

沼液作为一种有机肥，富含多种营养元素及氨基酸、腐殖酸、吲哚乙酸等物质，能有效提高土壤肥力，减少化肥投入。生物炭是生物质经高温裂解产生的化学性质稳定的高度芳香化富碳固体物质，能缓释沼液的养分。采用沼液与生物炭混施杨树人工林，探讨土壤动物优势类群甲螨（oribatida）个体密度的响应，为进一步深入了解土壤动物及其生态过程，以及人工林的科学经营提供参考。     

杨树不同根序细根形态对酚酸的响应

【目的】细根生长与森林生产力的关系十分密切,而酚酸在根际的累积可能影响杨树根系形态建成及生物量分配进而影响生产力。笔者通过模拟杨树人工林根际酚酸环境,探究杨树幼苗根系形态建成对酚酸的响应,深入揭示根-土界面性质改变对林木根系生长的影响,为探明人工林根际过程和林分生产力之间的关系提供参考。【方法】以改良Hoagland 营养液为基础,参照连作二代杨树人工林土壤酚酸含量配制溶液并进行杨树幼苗培养。采集杨树幼苗根系,按50%的比例选取细根 (根径D < 2 mm) 样本并按根序进行分级,制作1~5级根序细根石蜡横剖面切片。采用根系扫描仪结合分析软件获得各根序细根的长度、直径,利用光学显微镜观察各根序细根的剖面直径、维管束(中柱)直径等参数,并计算比根长、根组织密度、维根比等。采用Origin Pro 8.0进行数据的差异显著性检验并作图,分析细根形态特征和剖面结构参数的相关性。 【结果】酚酸处理显著减少了杨树幼苗根系生物量。1~5级根序细根的生物量在对照和酚酸处理间无显著差异,但其所占生物量比例显著增加。酚酸处理总体抑制了杨树幼苗细根的伸长生长,1~3级根序细根的长度显著低于对照。酚酸处理具有增大杨树根系直径的效应,但1~5级根序细根的表面积在酚酸处理下均较对照显著下降。酚酸处理显著影响了杨树幼苗各根序细根的比根长和根组织密度,使比根长显著下降而根组织密度显著增大。此外,酚酸显著影响了杨树幼苗根系的生长发育,酚酸处理下1~5级根序细根的维根比显著增大,根系内输导组织分化显著。【结论】酚酸对杨树细根生长发育具有一定抑制作用,酚酸处理下不同根序细根形态的变化体现了根系功能的改变,这将影响根系吸收进而对杨树地上部分的生长产生抑制。不同根序细根形态建成的差异性也在一定程度上反映出酚酸影响下杨树根系的生长策略。     

不同施肥模式对杨树人工林土壤微生物生物量C、N、P的影响

以江苏东台林场5年生杨树人工林为对象,在2012年6月设置了不同施肥处理(N、P、K复合肥,T1; 有机肥,T2; 生物炭,T3; N、P、K复合肥+生物炭,T4; 有机肥+生物炭,T5; 对照,CK),并在2012年8月至2013年6月期间每2个月1次共进行6次重复土壤取样,研究了不同施肥模式对土壤微生物生物量C、N、P(SMBC、SMBN、SMBP)的影响。结果显示:①5种施肥模式均显著提高了SMBC和SMBN,但对SMBP的影响较小,仅T1处理与对照间达到显著性差异; ②在0～10 cm土层仅T5处理显著降低了SMBC与SMBN的比值,在≥10～25 cm土层各处理SMBC与SMBN的比值均未显著下降,而在≥25～40 cm土层T1、T2、T4和T5处理的SMBC与SMBN的比值均显著下降,表明不同施肥模式对土壤N供应能力的改善作用随土层深度的增加而增加。综合分析表明,T4处理最有利于提高杨树人工林SMBC、SMBN和SMBP的含量,同时有利于提高土壤对植物生长所需有效N的供给,因此T4处理即N、P、K复合肥+生物炭可作为该区域杨树人工林的最佳施肥模式。     

杨树人工林沼液和生物炭混施对表层土壤活性有机碳的影响

人工林施肥是一种重要的经营管理措施,而近年来沼液的处理与生物炭肥的使用也引起了人们广泛关注。在苏北杨树人工林集中分布区开展了沼液(施用量为0、125、250、375 m³/hm²)和生物炭(施用量为0、40、80、120 t/hm²)交互肥效实验,结果表明:①在所有沼液施肥水平中,生物炭的施用增加了表层土壤的活性有机碳,并提高了土壤微生物生物量碳氮比,使得微生物群落向真菌主导类型发展; ②在所有沼液施肥水平中,生物炭的添加显著提高了表层土壤(0～10 cm)的pH,促进了土壤的氮矿化和硝化作用; ③沼液和生物炭对土壤活性有机碳和pH具有显著的交互效应。因此,沼液和生物炭混施能进一步促进土壤活性有机碳的含量,改良土壤肥力,提高人工林生态系统生产力。     

小陇山林区主要林分细根生物量及空间分布格局的研究

采用根钻法对甘肃小陇山林区油松(Pinus tabu laeformis)、落叶松(arix gmellini Rupr)锐齿栎(Quercusaliena var.acu teserrata)和针阔混交林细根生物量及其空间分布格局进行了研究。研究的4种林分细根生物量依次为,锐齿栎针阔混交林落叶松林油松林,细根生物量最大的锐齿栎林达到3216.109kg·hm-2,最小的油松林为2409.724kg·hm-2。对4种林分各个土层细根生物量和土壤深度进行了相关性分析,发现,细根生物量和土壤深度之间呈现出负相关关系,也就是说细根生物量随着土壤深度增加而下降,4种林分55%以上的细根都分布于0~20cm的土层中。油松细根生物量受土层深度的影响最为明显,其相关系数最高,为-0.819;最小的针阔混交林为-0.472。土壤中细根的生物量及空间分布格局与群落类型有着密切的关系,不同森林类型细根生物量及其在土壤中的分布格局存在差异。     

生物炭对杨树人工林土壤微生物生物量碳、氮、磷及其化学计量特征的影响

【目的】揭示林分尺度下添加生物炭对土壤微生物生物量碳(SMBC)、土壤微生物生物量氮(SMBN)、土壤微生物生物量磷(SMBP)含量及其化学计量特征的影响,深入了解生物炭对杨树人工林土壤微生物群落结构与功能的影响,系统阐明生物炭调控人工林C、N、P生物地球化学循环的土壤微生物学机理,为在平原地区人工林生态系统中安全推广生物炭固碳增汇技术提供理论依据。【方法】以江苏省东台林场的杨树人工林为对象,设置生物炭添加量低(T1,40 t/hm²)、中(T2,80 t/hm²)、高(T3,120 t/hm²)3种处理及对照(不添加CK),测定SMBC、SMBN、SMBP含量及其化学计量特征(土壤微生物生物量碳、氮、磷含量比,即m(SMBC)/m(SMBN)、m(SMBC)/m(SMBP)、m(SMBN)/m(SMBP),文后简写为SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP)在不同处理间的差异,及其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①与对照样地相比,3种生物炭添加处理均提高了SMBC、SMBN和SMBP含量。T1、T2、T3处理样地SMBC含量分别为对照样地的1.08、1.15、1.19倍; SMBN含量分别为对照样地的1.12、1.24、1.34倍; SMBP含量分别为对照样地的1.11、1.26、1.41倍; ②T1处理样地的SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP分别为15.7、85.0、5.4,T2处理样地的分别为15.1、78.6、5.2,T3处理样地的分别为14.3、73.3、5.1。与对照相比,3种生物炭添加处理均显著降低了SMBC/SMBN和SMBC/SMBP,且不同处理间差异显著(P<0.05),但仅T2、T3处理显著降低了SMBN/SMBP(P<0.05); ③SMBC、SMBN、SMBP含量均具有显著的季节变异,其中在植物休眠季节(2014年12月及2015年3月),SMBC、SMBN及SMBP的含量均维持在较高水平,而在植物生长的旺盛季节(2015年7月及2015年10月),其含量下降至较低水平,但SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP的季节变化与此完全相反; ④添加生物炭提高了土壤可溶性有机碳、硝态氮、速效磷、全氮和总有机碳含量,增加了土壤pH和含水率,但是降低了土壤密度和铵态氮含量; ⑤相关性分析表明,SMBC含量与土壤可溶性有机碳(DOC)、pH、含水率(SMC)、硝态氮(NO^-₃-N)和速效磷(AP)呈极显著正相关关系(P<0.01),与铵态氮(NH⁺₄-N)呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度、全氮(TN)和总有机碳(TOC)相关性不显著(P≥0.05); SMBN与SMBP的含量表现较为一致,均与DOC、pH、SMC、NO^-₃-N、AP、TN呈极显著正相关关系(P<0.01),与NH⁺₄-N呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度和TOC相关性不显著(P≥0.05)。【结论】添加生物炭能够显著提升SMBC、SMBN、SMBP含量,并有效降低SMBC/SMBN、SMBC/SMBP和SMBN/SMBP,有利于促进土壤微生物对N、P养分的固持与周转,进而改善土壤对N、P养分的供应。研究还发现,研究区杨树人工林生长可能存在N、P养分限制现象。     

不同连栽代次及龄组杨树林土壤微生物量氮动态

选择不同种植林龄和代次的杨树人工试验林地,2009年2至12月分层采集土壤样品分析了土壤微生物量氮(SMBN)的年动态变化规律和剖面分布特征。结果表明:所有试验林地SMBN的年动态变化规律相似,2月份SMBN含量最低,各试验林地SMBN的平均含量为48.36 mg/kg(0～10 cm)、38.74 mg/kg(10～20 cm)和22.64 mg/kg(20～40 cm),10月份含量最高,平均为23.32 mg/kg(0～10 cm)、17.91 mg/kg(10～20 cm)和8.18 mg/kg(20～40 cm)。随着杨树种植林龄和代次的增加,SMBN的含量呈下降趋势。结果还显示,在动态采样期内,随着土层的加深SMBN含量降低,CK、F1、F2、S1及S2表土层(0～10 cm)SMBN的含量平均比10～20 cm和20～40 cm土层的分别高出11.50 mg/kg和24.83 mg/kg(CK),13.40 mg/kg和25.30 mg/kg(F1),9.34 mg/kg和19.53 mg/kg(F2),7.17 mg/kg和19.00 mg/kg(S1),5.65 mg/kg和14.48 mg/kg(S2)。相关分析显示,SMBN含量与土壤有机质和全氮呈显著相关关系(相关系数分别为0.665 4和0.829 6)。     

蚯蚓与凋落物对杨树人工林土壤酶活性的影响

[目的]揭示接种蚯蚓和施用凋落物对杨树人工林土壤主要酶活性的影响,正确评价蚯蚓和凋落物在杨树人工林生态系统土壤养分循环中的作用,以促进其生产力长期维持及生态服务功能提升,为优化杨树人工林经营管理提供依据.[方法]以江苏省东台林场20年生杨树人工林为试验对象,采用随机区组试验设计,共设置杨树凋落叶表施(T1)、杨树凋落叶...