桉树人工林生态系统养分循环和平衡研究Ⅲ. 桉树人工林生态系统的养分平衡

在当地现行的生产技术规程和营林措施的条件下，刚果W5桉树人工林生态系统中，N和K的收支帐为亏损，P、Ca、Mg为盈余。在一个轮伐期内，每公顷养分质量的收入中，N为327．13kg／hm^2，P为110．48kg／hm^2，K为206．13kg／hm^2。，Ca为679．53kg／hm^2，Mg为173．72kg／hm^2；每公顷养分质量的支出中，N为366．59kg／hm^2，P为35_3lkg／hm^2，K为212．22kg／hm^2，Ca为452．77kg／hm^2，Mg为79．52kg／hm^2。但这仅仅是一种表观数字。桉树人工林生态系统养分不平衡的主要原因，是桉树凋落物和采伐剩余物不能回归土壤，以及严重的水土流失。解决问题的关键是转变思想认识，制定有效的措施，使桉树凋落物和采伐剩余物回归土壤，同时在桉树行间间种豆科绿肥牧草。     

桉树人工林生态系统养分循环和平衡研究Ⅱ. 桉树人工林生态系统的养分循环

根据大量的观测分析资料,论述了刚果W5桉树人工林生态系统养分的地球化学循环和生物小循环。研究结果表明,每公顷每年通过地表径流和地下渗漏从生态系统输出的养分质量以K最多,达21.25 kg/(hm2a);其次为N,达17.21 kg/(hm2a)。桉树人工林生态系统养分流通质量的净变化值f(K)、f(Ca)为负值,f(N)、f(P)、f(Mg)为正值;桉树人工林生态系统养分的生物小循环研究表明,在一个轮伐期内,每公顷桉树吸收养分的质量,依次为Ca 429.03 kg/hm2,其次为N 277.01 kg/hm2和K 208.12 kg/hm2。而在一个轮伐期中归还的养分质量,Ca只有99.78 kg/hm2,K为113.04 kg/hm2。在养分循环率方面,与热带半落叶季雨林比较,桉树人工林生态系统的养分循环率要小得多,说明桉树人工林土壤养分趋向于减少。     

闽西北马尾松人工林营养元素的积累与分配格局

通过定位监测与取样分析,研究了41 a生马尾松人工林生态系统中的林木、林下植被、地被物及土壤等各组分营养元素含量、积累及分配特征.对林木的养分含量分析显示,除Ca元素外,针叶的养分含量最高,其次是枝、根、皮,树干的养分含量最低.林下植被层的养分含量比较高,其养分含量大小排列顺序为Ca＞N＞K＞Mg＞P;凋落物中各元素的含量与林木养分含量基本一致;土壤中K含量最高,其次是Mg,而Ca、N、P的含量则比较低.通过对林木生产力的分析表明,马尾松的养分年积累量为110.79 kg·hm-2·a-1,其中叶占34.47%,树干占22.56%,皮、枝和根分别占21.43%、10.91%和10.63%.马尾松林生态系统养分总贮量为187864.77 kg hm-2,其中土壤占98.70%,林木占1.18%,林下植被和凋落物养分元素总贮量较低,仅占总贮量的0.12%.     

杨树人工林生态系统凋落物生物量及其分解特征

凋落物是森林土壤有机质的主要来源,是森林生态系统物质循环和能量流动的重要载体。而凋落物分解是森林生态系统养分生物地球化学循环的重要过程,是土壤有效养分供应能力的决定因素之一,与森林生产力及可持续生长密切相关。通过研究杨树人工林凋落物生物量及其分解过程,掌握其养分数量及其释放规律,为人工林可持续经营提供重要依据。采用凋落物收集网法和凋落物分解袋法,对长江中下游地区南京市浦口区13年生的杨树(Populus deltoides Bartr.cv."Lux"I-69/55)人工林生态系统凋落物生物量以及不同类型凋落物的分解特征进行了系统研究,结果表明:杨树人工林凋落物生物量约为5t·hm~(-2)·a~(-1),叶片是凋落物的主要成分,占凋落物总量的70%左右;通过Olson指数模型拟合得出的各凋落物的半分解时间及95%分解时间均表现为杨树枯枝杨树枯叶混合凋落物枯死的林下植被杨树根系。2年连续分解试验表明,凋落物中的N整体上呈先富集后释放的模式,P整体上呈持续富集的模式,K呈早期释放模式,而Ca和Mg的释放模式比较复杂。分解2年后,杨树地上部分凋落物(枯叶和枯枝)养分总释放量(N、P、K、Ca和Mg的总和)为86.1 kg·hm~(-2),养分回归率约为60%;林下植被凋落物养分总释放量为92.3 kg·hm~(-2),养分回归率达75%以上,表明林下植被凋落物是杨树人工林生态系统养分归还的重要组成部分。     

桉树人工林生态系统养分循环与平衡研究Ⅳ.桉树林间种山毛豆对生态系统养分循环的作用

桉树人工林间种山毛豆，增加了凋落物量和养分归还量，改善了营养元素的生物小循环。在一个轮伐期内山毛豆归还土壤养分的数量如下：氮528.37kg／hm^2，磷28.06kg／hm^2，钾66.20kg／hm^2，钙184.96kg／hm^2，镁57.21kg／hm^2；而同期刚果W5桉归还土壤养分的数量为：氮85.98kg／hm^2，磷3.94kg／hm^2，钾11.80kg/hm^2，钙36.98kg／hm^2，镁18.30kg／hm^2。由于间种山毛豆增加了生态系统的养分收入，减少了水土流失的养分支出，系统的各种养分出现了盈余的状况。     

马尾松林下栽植闽粤栲对生态系统养分循环的影响

通过定位监测和取样分析,研究了马尾松林下栽植闽粤栲对生态系统养分循环的影响.结果表明:林木各组分养分含量排列顺序表现为叶>枝>皮>根>干.总体而言,在马尾松林下套种阔叶树后,除N、Ca元素外,各组分其它养分含量普遍高于纯林.土壤养分元素含量排列顺序为K>Mg>Ca>N>P,混交林土壤中N、P元素含量要高于纯林.马尾松混交林中,林木5种元素总量为3 801.45 kg hm-2,比纯林高71.57%;养分元素的年净积累量为267.74 kg hm-2a-1,是纯林养分净积累量的2.30倍;养分总归还量为426.27 kg hm-2,是纯林的1.69倍.混交林养分利用系数为:N(0.14),P(0.10),K(0.49),Ca(0.16),Mg(0.20);周转时间(a)为:N(15.52),P(94.70),K(2.66),Ca(9.87),Mg(7.53).纯林养分利用系数为:N(0.13),P(0.06),K(0.31),Ca(0.16),Mg(0.20);周转时间(a)为:N(16.83),P(105.27),K(3.95),Ca(8.69),Mg(6.91).林下栽植阔叶树使林木的N、P、K元素的周转期缩短,养分利用系数增加.因此,将现有的马尾松纯林改造成混交林是解决目前马尾松纯林地力衰退的一个非常好的途径.     

茂兰喀斯特地区原始林凋落物量动态与养分归还

于2007年9月至2008年8月对茂兰喀斯特地区原始林凋落物进行观测,分析了凋落物总量、组分(叶、枝、繁殖器官和其他)凋落量和各组分不同养分含量的月动态变化及养分归还量。结果表明,凋落物月动态变化表现为常绿落叶阔叶混交林一般具有的双峰模式,凋落高峰出现在9至次年1月和4月;年凋落物量为6.9 t·hm-2,其中叶、枝、繁殖器官和其他组分的年凋落物量分别占年凋落物总量的71.0%、15.9%、1.5%和11.6%;凋落物各养分含量以C、Ca和N为主,无明显的月动态规律,养分年归还量由大到小依次为C、Ca、N、Mg、K和P,此与一般非喀斯特地区森林(由大到小依次为C、N、Ca、K、Mg和P)不同;凋落物各组分养分元素含量存在差异,凋落枝N、Mg、P和K含量较低,其他组分C、N、P和Mg含量较高,繁殖器官C、N和Ca含量较低;凋落物中Ca和Mg含量以及Ca和Mg年归还量远高于一般非喀斯特地区森林;K含量及K年归还量低于非喀斯特地区,说明该地区K的缺乏可能制约着喀斯特地区植被的生长。     

水循环对太湖地区稻田生态系统中养分平衡的影响

本研究在太湖地区常熟、无锡和武进三县（市）设立试验点，同时研究小麦-水稻两熟轮作制中水循环过程的降雨、灌溉、外排、渗漏四途径对N、P、K、Ca、Mg，S六种营养元素的迁移量；水循环输入，输出途径对于土壤养分库中上述六种元素容量变化的贡献；水循环输入、输出途径对于稻田生态系统各养分总输入、总输出的贡献，结果表明，水循环对六种营养元素迁移量大小顺序为：Ca>Ma、S>K>N>P；水循环对土壤养分库容量影响最强烈的元素是Ca、Mg，使之出现了较大程度的亏损，而对钾，氮，磷的影响较小，尤以磷素为甚；水循环对稻田生态系统中Ca、Mg、S三元素的输入贡献率为50%-88%，输出贡献率为73-94%，主导着该三元素的循环。     

杉木人工林生态系统的生物地球化学循环Ⅰ:养分归还动态

在福建南平地区 ,对林龄和密度不同的两片杉木人工林的凋落物和森林降水化学进行了 3a(1994～1996 )的定位研究 .株密度n =2 370hm-2 的 16a生林分 (标记为FFC)和株密度n =1180hm-2 的 41a生林分 (标记为XQF)的年凋落量分别为 6 2 10 .7kghm-2 和 3 146 .2kghm-2 ,其中落叶分别占总重量的 76 %和 6 8% .凋落物中 5种主要营养元素的年归还量分别为 173.92kghm-2 和 84.2 0kghm-2 ,其数量大小顺序均为Ca >N >Mg >K>P ,并在 4月份和 11月份出现两次峰值 .在两监测样地 ,降水通过林冠后养分富集现象均十分明显 .降雨、穿透雨和树干径流中养分浓度呈现显著的季节变化 ,均以夏季最低 ,冬季最高 ,春秋季居中 ,这种格局强烈受降雨量的控制 .在两林分中降水引起的 5种元素的年淋溶量分别为 173 .33kghm-2 和 10 7.5 3kghm-2 ,大小顺序为K >Ca >Mg ,而N(及FFC的P)出现负值 ,表明其被林冠层直接吸收 .林龄和密度对生态系统的养分归还具有重要影响 .图 5表 4参 15     

川西亚高山云杉人工林与天然林养分分布和生物循环比较

研究了川西亚高山云杉人工林和天然林养分的分布和生物循环特点 ,结果表明 :云杉天然林和人工林各养分含量变化总趋势为 :w(N) ,针叶 >凋落物 >土壤 >树枝 >树干 ;w(P2 O5,K2 O ,CaO ,MgO) ,土壤 >凋落物 >针叶 >树枝 >树干 ;在针叶、树枝、树干和凋落物中养分含量是CaO >N >K2 O >MgO >P2 O5,而在土壤中养分含量是CaO >K2 O >MgO >N >P2 O5.养分贮量以天然云杉林最高 ,且主要集中在土壤中 (占 6 9%) ,而人工云杉林随着抚育林龄的增加 ,地上各组分养分贮量增加 ,土壤中养分贮量则先升后降 ,人工和天然云杉林地上各组分养分贮量主要集中在针叶 ;云杉林养分年积累量以天然林最高 ,在人工林中随着抚育林龄的增加 ,养分年积累量随之增加 ,人工云杉幼林以N、CaO积累为主 ,而成熟林则以CaO、N积累为主 .养分的吸收、存留量天然林高于人工云杉林 ,人工云杉成熟林和天然林的利用系数和周转期相似 ,人工云杉林随着抚育林龄的增加 ,吸收、存留量增大 ,利用系数降低 ,归还量和循环系数先增后降 ,周转期则变长 ,人工云杉林利用系数顺序为 :CaO >MgO >N >K2 O >P2 O5,周转期顺序为 :P2 O5>K2 O >MgO >N >CaO .表 5参 14     

氮沉降对杉木人工林凋落物叶分解过程中养分释放的影响

凋落物的养分释放是生态系统养分循环的重要组成部分,是维持森林生态系统养分平衡的关键过程。近几十年来,森林生态系统正受到氮沉降增加的影响,开展氮沉降全球化背景下凋落物养分释放的研究,有助于揭示森林养分循环对氮沉降的响应机制。以亚热带有代表性的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林(福建官庄国有林场1992年造林)为研究对象,自2004年1月开始进行氮沉降模拟试验,设置4个氮沉降处理,分别为0(N0)、60(N60)、120(N120)、240(N240)kg·hm~(-2)·a~(-1),采用分解袋法进行原位分解试验,将分解袋随机投放至林地表面,每隔60天取样1次,共持续660 d,探讨凋落物叶在分解过程中养分(P、K、Ca、Mg、Mn、Zn、Fe)的释放动态。结果表明,在模拟氮沉降初期,氮沉降总体上促进了养分元素的释放,相对于N0处理,氮沉降分别使K的周转期缩短22.14%-26.09%,Ca周转期缩短15.31%-34.59%,Mg的周转期缩短5.25%-27.03%,Mn的周转期缩短17.85%-46.80%,Zn的周转期缩短20.51%-33.18%;就P和Fe而言,仅有N_2处理对其表现为促进作用,周转期分别缩短11.02%和26.01%。在各氮沉降水平中,120 kg·hm~(-2)·a~(-1)的施入量对凋落物养分释放作用最显著,说明此时杉木人工林还未达到氮饱和状态,随着时间的推移,当杉木人工林生态系统达到氮饱合时,则有可能对凋落物的养分释放产生不利的影响。     

桉树人工林生态系统养分循环与平衡研究Ⅴ.桉树林间种山毛豆对土壤肥力与林木生长的作用

桉树人工林间种山毛豆对提高土壤肥力和促进林木生长有极其显著的作用。间种5年后，林地表层土壤有机质和全量养分N、P、K的质量分数，分别为18．21kg／hm^2、0．85kg/hm^2、0．43kg／hm^2、1．30kg/hm^2，而对照林地分别为13．70kg/hm^2、0.56kghm^2、0．34kg/hm^2、1．10kg/hm^2；林地土壤有效养分含量显著提高；土壤结构和土壤水分物理性质显著改善；桉树生长量显著增加，刚果W5桉平均株高增长16％，平均胸径增长22％，单位面积的木材蓄积量增加59％。     

水循环对太湖地区稻田生态系统中养分平衡的影响

本研究在太湖地区常熟、无锡和武进三县(市)设立试验点,同时研究小麦—水稻两熟轮作制中水循环过程的降雨、灌溉、外排、渗漏四途径对N、P、K、Ca、Mg,S六种营养元素的迁移量;水循环输入、输出途径对于土壤养分库中上述六种元素容量变化的贡献;水循环输入、输出途径对于稻田生态系统各养分总输入、总输出的贡献。结果表明,水循环对六种营养元素迁移量大小顺序为:Ca>Mg、S>K>N>P;水循环对土壤养分库容量影响最强烈的元素是Ca、Mg,使之出现了较大程度的亏损,而对钾,氮,磷的影响较小,尤以磷素为甚;水循环对稻田生态系统中Ca、Mg、S三元素的输入贡献率为50％——88％,输出贡献率为73——94％,主导着该三元素的循环。     

雷州半岛桉树人工林地的生物改良研究

研究雷州半岛桉树人工林地的生物改良途径。结果表明；桉树林下间种绿肥、牧草或菠萝，可以提高林地覆盖度，增加林地枯落物，提高土壤肥力，促进桉树的生长。筛选出比较适宜于桉树人工林下间种的植物品种，并对间种的经济效益作了初步分析。     

桂西北喀斯特次生林凋落物养分归还特征

以桂西北喀斯特次生林为研究对象,选择了自然恢复方式下处于同一演替序列的灌丛、藤剌灌丛、乔灌丛3个森林群落,应用网筐收集法于2007年9月至2008年8月定位观测和研究了各群落的凋落物量、组成特征、季节动态变化及其N、P、K含量.结果表明,3个次生林群落年均凋落物量范围为6 053.93 kg·hm-2(灌丛)～6 794.40 kg·hm-2(藤刺灌丛),凋落物以叶占明显优势,其年变化以单峰形式出现,峰值处在9月份;凋落物中主要养分元素的含量为N＞K＞P,而森林养分利用效率表现为P＞K＞N,灌丛、藤刺灌丛、乔灌丛的养分元素年归还总量分别为:95.41、106.09、80.62 kg·hm-2(N),6.58、6.64、5.06 kg·hm-2(P),18.63、19.66、14.90 kg-hm-2(K);群落地表凋落物层的凋落物现存量范围为2 835.23 kg·hm-2(藤刺灌丛)～3349.16 kg·hm-2(乔灌丛),凋落物的分解速率为1.82(灌丛)～2.37(藤刺灌丛),随着凋落物的分解养分元素的回归速度表现出K＞N＞P.同其他森林生态系统相比较,喀斯特次生林群落的凋落物量、养分归还量较大,养分回归较迅速,具有良好的自养能力和恢复潜力.     

木麻黄凋落叶量及基质质量对离海距离的响应

精确估算因内部环境梯度带来的生态系统养分循环差异对评估生态系统生态功能十分重要。以惠安赤湖国有防护林场木麻黄(Casuarina equisetifolia)凋落叶为研究对象,探讨不同离海距离环境梯度对木麻黄凋落叶量及基质质量的影响。结果表明:(1)木麻黄凋落叶年凋落量为(9.939±0.708) t·hm~(-2),木麻黄凋落叶量随着离海距离的增加因风力及林分密度对其影响而呈现单峰型。(2)海岸向陆地不同离海距离对凋落叶基质质量养分组分影响明显,不同离海距离凋落叶各养分含量及其变化幅度由高到低均为Ca、K、Mg和P,P、K和Mg含量随离海距离增加而降低,Ca含量随离海距离增加呈先增加后降低变化,除Ca元素外其他元素含量与离海距离之间存在极显著相关性(P0.01),其原因极有可能是叶的养分再吸收及土壤本底值差异所致。(3)不同离海距离对凋落叶基质质量养分组分在时间上的影响不显著,月气候变化对其影响显著。P、 K和Mg含量在不同梯度样地的月动态变化趋势相似,总体表现为波动变化,秋冬月份高于春夏月份。(4)元素之间的相互作用影响凋落物养分含量。Ca与其他元素之间相关性未达显著水平(P0.05),P、K以及P、Mg之间分别呈极显著正相关(P0.01),K、Mg之间呈极显著负相关(P0.01)。研究结果可为滨海沙地木麻黄人工林施肥等经营管理和保护提供理论依据。     

我国桉树人工林立地土壤问题研究概况

我国引种桉树。虽已100多年，但研究桉树人工林土壤问题，却只有50多年的历史。这方面的研究，包括桉树人工林土壤本底调查、土壤性质与林木生长的关系、桉树人工林土壤肥力衰退防治、桉树人工林土壤管理、桉树速生丰产的土壤肥力指标、桉树人工林生态系统土壤养分和水分循环等。文章对这方面研究的概况作了简要的综述。     

连续年龄序列桉树人工林土壤微量元素含量及其影响因素

对连续年龄序列(2 a、3 a、4 a、5 a、6 a)桉树人工林土壤三种微量元素(Fe、Mn、Zn)的含量及其影响因素进行了分析,探讨了土壤微量元素含量随林分年龄的变化规律.土壤养分之间的相关性分析表明,所有年龄阶段的桉树人工林中土壤Fe、Mn、Zn含量与土壤pH值之间呈极显著的正相关,说明土壤微量元素含量强烈受土壤酸度的影响.土壤三种微量元素含量与土壤全K、全ca、全Mg等大量养分元素含量之间均存在显著或极显著的正相关,而与土壤有机C、全N、全P的相关性不明显(0～20 cm表层土壤的Zn除外).总的来说,土壤微量元素含量随桉树人工林年龄的增加呈下降趋势,其中6 a生桉树人工林各土壤层(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)的Fe、Mn、Zn含量分别比2a生林分下降13.7%～21.8%、55.6%～57.2%和71.0%～73.2%.在当前桉树人工林种植方式下,随着林分年龄的增加,应增施有机、无机肥和Fe、Mn、Zn等微量元素肥料,以有效控制土壤地力衰退和实现桉树人工林可持续经营.     

雷州半岛桉树人工林地力退化的成因与防治措施

通过对雷州半岛桉树人工林大面积土壤调查研究和多点田间试验,揭示了桉树人工林地力退化的成因,提出了可行的防治措施。其退化成因是桉树人工林生态系统本身的脆弱性、水土流失严重、人为因素对生物积累过程的干扰、桉树全树利用方式、耕垦的不适当以及林地养分收支严重失衡。其防治措施是增加桉树人工林生物多样性、回归林地调落于土壤、应用适当的采伐利用方式和采伐剩余物的处理方式。     

杉木人工林针叶养分含量对模拟氮沉降增加的响应

由于人类活动加剧,世界许多地区的大气氮沉降出现明显的增加,对森林植物和土壤产生明显影响.在福建沙县,通过野外模拟试验研究了杉木人工林针叶养分含量对氮沉降增加的响应.试验设计为4种处理,分别为NO (N,0kg hm-2 a-1,对照)、N1(N,60 kg hm-2a-1)、N2(N,120 kg hm-2a-1)和N3(N,240 kg hm-2a-1),每处理重复3次.通过3a监测发现,相对于NO处理,N1、N2和N3处理分别使杉木针叶平均N含量增加18.25%、11.68%和13.14%,而C/N比值分别下降15.07%、9.96%和12.01%.尽管养分含量随时间变化表现出一定的波动,但氮沉降增加在一定程度上降低了针叶中的P、K、Ca、Mg含量,致使N/P、N/K、N/Ca、N/Mg比值上升,影响了针叶的养分平衡.图2表1参33