生态系统健康与生态恢复及工程相应关系初探

自然生态系统健康的评价因素有组织结构、活力、恢复力、生态系统服务功能的维护、管理选择、对相邻系统的影响、减少投入、对人类健康的影响等,其类型有健康、较健康、亚健康、不健康、患病五级;其相应的生态恢复类型为生态预防、自然恢复、生态修复、生态重建;相应的生态工程有建立自然保护区、封育、补播与放流、人工林、人工草场、人工湿地等.     

重金属元素在樟树人工林中的累积与迁移

结合樟树人工林生态系统生物产量研究,采用Hp3510原子吸收分光光度法测定樟树人工林生态系统不同组分中Cu、Zn、Mn、Pd、Ni、Cd的含量,探讨了重金属元素Cu、Zn、Mn、Pb、Ni、Cd在湖南株洲市樟树人工林中的累积与迁移.结果表明,樟树人工林地土壤层(0～100 cm)中,6种重金属元素的平均含量以Pb为最高,为67.929 mg/kg,Cd最低,仅为0.699 mg/kg,排序为Pb＞Zn＞Mn＞Ni＞Cu＞Cd,总储量为2 737 174 kg/hm2.在樟树不同器官中,Cu、Zn、Mn、Pd、Ni、Cd的含量范围分别为6.849～13.178 mg/kg,3.776～37.443 mg/kg,32.214～659.130 mg/kg,1.626～15.544 mg/kg,0.218～3.719 mg/kg,1.033～9.506 mg/kg.樟树对土壤中6种重金属元素富集能力排序为Cd＞Mn＞Zn＞Cu＞Pb＞Ni.在樟树林中,6种重金属元素的总积累量为11.124 kg/hm2,且排序为Mn(8.097 kg/hm2)＞Zn(1.429 kg/hm2)＞Cu(0.763 kg/hm2)＞Pb(0.491 kg/hm2)＞ Cd(0.272 kg/hm2)＞Ni(0.072 kg/hm2),重金属元素积累量空间分布为叶(3.447 kg/hm2)＞枝(2.863 kg/hm2)＞皮(1.685 kg/hm2)＞干(1.635 kg/hm2)＞根(1.307 kg/hm2).樟树林与环境之间,Mn的交换能力最强,其次是Cd、Zn、Cu,再次为Ni、Pb.     

甘肃亚高山云杉人工林土壤特性及水源涵养功能对林分密度的响应特征

定量分析不同密度云杉（Picea asperata）人工林的土壤特性及水源涵养功能,为人工林可持续经营提供理论依据。以28块7种不同密度梯度的云杉人工幼龄林为研究对象,采用样地调查及取样分析方法,测定土壤理化性质、枯落物持水量以及林地贮水性能等。结果表明：1）林分密度对云杉人工林的土壤容重、孔隙度、有机质含量、土壤持水量、枯落物蓄积量和持水量都具有显著影响,随着林分密度的增加,土壤孔隙度、土壤养分、枯落物蓄积量、枯落物持水量、土壤持水量表现为先增加后减小,而土壤容重则表现为先减小后增加。密度为1 550 株/hm²时林分土壤容重最小（1.09 g/cm³）,总孔隙度较大（58.99%）,有机质含量最高（9.12%）,枯落物总蓄积量最多（44.41 t/hm²）,最大持水量较高（166.67 t/hm²）,是密度为3 000 株/hm²林分的4.49倍,土壤持水性能较好（3 898.93 t/hm²）。2）根据林地总贮水量评价的涵养水源功能依次为林分密度1 550 株/hm²（4 068.36 t/hm²）>密度1 750 株/hm²（3 945.32 t/hm²）>密度1 350株/hm²（3 698.39 t/hm²）>密度1 060 株/hm²（3 484.10 t/hm²）>密度2 300 株/hm²（3 157.60 t/hm²）>密度850 株/hm²（2 915.03 t/hm²）>密度3 000 株/hm²（2 820.81 t/hm²）。3）在该研究的林分密度范围内,密度为1 550 株/hm²时林分的土壤特性及水源涵养功能最佳。     

都江堰灵岩山3种人工林优势物种叶片的有机组分特征

叶片的有机组分特征不仅是植物光合产物分配策略和养分回收的重要参数,而且是衡量凋落叶分解难易程度的重要指标.为探究不同植物群落叶片间有机组分的差异,以华西雨屏区人工林的优势乔、灌、草植物作为对象,收集其成熟叶及凋落叶,研究其水溶性组分(water soluble component,WSC)、有机溶性组分(organic solvent soluble component,OSC)、酸溶性组分(acid-soluble extractive,ASE)和酸不溶性组分(acid-insoluble residue,AIR)含量特征.结果显示:植物叶片整体的WSC、OSC、ASE和AIR的平均相对含量为分别为25.05%、6.56%、34.30%和35.05%,表现为AIR> ASE> WSC> OSC.成熟叶和凋落叶同种组分的相对含量存在差异,成熟叶中ASE的相对含量(36.34%)最高,凋落叶中AIR含量(39.63%)最高.乔、灌、草层植物成熟叶的WSC、OSC、ASE的相对含量高于凋落叶,而AIR的相对含量低于凋落叶,其中WSC的相对含量在成熟叶和凋落叶间差异显著.不同植物功能群的同一组分间存在差异,木本植物WSC、ASE的相对含量低于草本植物,而OSC、AIR的相对含量高于草本植物.因此,植物叶片的有机组分特征不仅受到叶类型的影响,也受到不同植物功能群的影响;结果可为理解亚热带人工林植物的养分利用效率和凋落物分解机制提供重要理论依据.(图5表1参50)     

采伐林窗对马尾松人工林土壤微生物生物量的初期影响

为了解人为采伐活动形成的林窗对马尾松低效人工林土壤微生物生物量的影响,以39 a生的马尾松人工林7 种不同大小林窗(G1:100 m²、G2:225 m²、G3:400 m²、G4:625 m²、G5:900m²、G6:1 225 m²、G7:1 600 m²)以及林下为研究对象,分析了林窗中央和林窗边缘土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)的季节变化。结果显示:①林窗大小显著影响了林窗内各位置土壤MBC和MBP,对MBN影响不显著;MBN与MBC变化趋势相同,均随林窗增大呈先升后降的单峰型变化,但MBN变化幅度较小,MBP仅在林窗中央具有单峰型变化。MBC、MBN和MBP分别在面积为400~900 m²、225~625 m²和625~900 m²的林窗较高。总体来看,中型林窗更有利于微生物生物量的增值。②季节变化对土壤MBC、MBN、MBP均有极显著影响,MBC为夏高春低,MBN夏高冬低;MBP的变化较复杂,秋季相对较高。③林窗中央与边缘间MBC、MBN、MBP差异不显著,但MBC、MBN显著高于林下。说明较之马尾松纯林,林窗内土壤微生物活性有较大提高。④土壤温度对MBC、MBN有显著影响,土壤含水量对MBN、MBP有显著影响,土壤温度和水分是林窗形成后影响土壤微生物生物量的重要环境因子。     

红松人工林与天然次生林大型土壤动物功能类群

为了解不同森林恢复类型对生态系统物质循环和能量流动的影响,对红松人工林与天然次生林生态系统(硬阔叶林和蒙古栎林)大型土壤动物功能类群时空分布的差异进行分析.在以往研究的基础上将捕获的大型土壤动物划分为腐食性、植食性、捕食性和杂食性土壤动物4个功能类群,并对比红松人工林和天然次生林生态系统土壤动物功能类群.结果表明:(1)水平分布上,天然次生林与红松人工林中4种功能类群大型土壤动物均有分布,其中腐食性土壤动物密度和生物量占绝对优势,但类群组成略有不同;(2)垂直分布上,红松人工林各功能类群土壤动物个体密度及类群数在不同土层差异显著(P0.05),均表现出明显的表聚性;而天然次生林中除腐食性和捕食性土壤动物外,在垂直方向无显著差异(P0.05),0-10 cm层腐食性动物个体密度以及类群数最大;(3)时间变化上,红松人工林与天然次生林土壤动物功能类群表现出一致的变化规律,均以腐食性最高,各类群密度、类群数均为5月、10月高于其他各月,生物量以9月最高.红松人工林和天然次生林土壤动物功能类群时空规律比较研究可为森林经营提供科学依据.     

不同林龄马尾松（Pinus massoniana）人工林碳氮磷分配格局及化学计量特征

为了解长江上游低山丘陵区马尾松（Pinus massoniana）人工林生态系统的C、N、P分配格局及化学计量特征,本文采用时空互代的方法,在宜宾高县来复林区选取三种不同林龄（5年生幼龄林、14年生中龄林、39年生成熟林）,但立地条件相近、样地情况基本一致的马尾松（Pinus massoniana）人工林作为研究对象,对马尾松针叶、凋落物及土壤中的C、N、P含量及 w（C）？w（N）？w（P）化学计量特征进行测定和分析。结果表明,（1）C、N、P 含量均表现为针叶〉凋落物〉土壤,且在三个库之间差异显著;（2）林龄对针叶、凋落物、土壤的 C、N、P 及 w（C）？w（N）、w（C）？w（P）计量比均有显著影响。（3）土壤 C、N、P含量在成熟林中最高;针叶和凋落物的C含量在成熟林中最低,N、P含量则在中龄林中最高。（4）随林龄增加马尾松对N、P的利用效率降低,针叶、凋落物及土壤的w（C）？w（N）与 w（C）？w（P）均表现为下降。（5）马尾松针叶w（N）？w（P）比值在14.37~15.53之间,说明该地区马尾松人工林受N和P的共同限制,但林龄对N、P养分限制的影响不显著。为提高该区马尾松人工林的生产力,建议在人工林的抚育管理中要适当增加N肥和P肥,同时也可在马尾松人工林引入豆科固氮植物以提高地力。该研究将马尾松针叶、凋落物及土壤结合起来探究随林龄增长C、N、P养分元素的分配格局及化学计量特征的变化,有助于全面、系统地揭示马尾松人工林生态系统的养分循环,对指导马尾松人工林生产,调节和改善林木生长环境,提高系统的养分利用效率及林地生产力具有重要意义。     

太岳山油松人工林干湿交替时期土壤呼吸特征

为了解在温度升高和干湿交替的复合影响下森林生态系统土壤呼吸的动态特征,以太岳山地区油松人工林土壤为研究对象,应用Li-8150土壤CO2通量全自动连续测量系统原位、全天候、高频率地连续监测土壤呼吸速率及环境因子,基于原始数据、小时均值数据和日均值数据3种研究尺度,利用已有的单因子模型、双因子模型对土壤呼吸速率与5 cm土壤温度和容积含水量的关系进行了拟合.结果表明:(1)在太岳山地区的干湿交替时期,降雨总体上促进了油松人工林的土壤呼吸;土壤呼吸速率和5 cm土壤容积含水量的小时动态规律非常相似;5 cm土壤容积含水量存在明显的消长,5 cm土壤温度在波动中整体上升,两个土壤环境因子之间存在负相关关系(r=-0.37,R2=0.30,P<0.01).(2)不同的研究尺度下,日均值数据拟合模型的效果最好,小时均值数据次之,原始数据最差.(3)相同的研究尺度下,双因子模型优于单因子模型,非线性模型要优于线性模型.综上所述,太岳山油松人工林土壤呼吸对该地区干湿交替现象的响应明显,所拟合的模型中,日均值数据尺度下的双因子指数-幂函数模型的解释力最好.     

华西雨屏区不同密度巨桉人工林土壤呼吸特征

从2008-03至2009-02,采用闭合动态法(LI-6400-09)对华西雨屏区不同密度中龄巨桉人工林土壤呼吸进行了研究。结果表明:①该林分土壤呼吸具有明显的季节动态,各密度林分土壤呼吸速率最高值均出现在7月份,最低出现在1月,且密度为883株·hm^-2(1.5 m×8 m)的巨桉林土壤呼吸速率最大,2 222株·hm^-2(1.5 m×3 m)的最小;②2008年4、7、10月土壤呼吸速率24 h平均值均表现为883株·hm^-2> 1 333株·hm^-2> 2 222株·hm^-2,且7月>4月>10月;③土壤微生物生物量碳氮、土壤有机质含量和10 cm根系生物量都表现出相同的趋势,即林分密度越小,土壤微生物生物量碳氮越高,草本植物越多,根系生物量越大,有机质含量越多;④温度是巨桉林土壤呼吸变异的主导因子,土壤呼吸速率与土壤温度和湿度的双因素模型优于单因素模型,两者共同解释了土壤呼吸速率月动态的78.3%~91.5%;⑤各密度林分土壤呼吸Q₁₀值随巨桉林分密度增大而降低,大小顺序为3.65(883株·hm^-2)>2.60(1 333株·hm^-2)>2.55(2 222株·hm^-2)。     

2008年初特大冰雪灾害对粤北地区杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林土壤理化性质的影响

2008年8月,选择具有代表性的样地（受冰雪灾害较轻、受到冰雪灾害影响、受到冰雪灾害后皆伐清理样地）,用野外调查和室内分析相结合的方法,对广东省天井山林场杉木人工林土壤理化性质进行分析。结果表明：（1）粤北地区杉木人工林在受到冰雪灾害后,0-60 cm的土壤容重比未受到损害的上升8.1%-16.4%,孔隙度下降8.9%-11.9%,自然含水量减少17.1%-28.6%,皆伐清理后,土壤容重比未受到损害的下降1.5%~9.5%;孔隙度上升1.2%~5.9%,自然含水量增加44.2%~68.1%。（2）受损后,土壤pH值未发生变化,浅层（0-40 cm）有机质质量分数比未损样地下降（1.3%-9.4%）,深层（〉40 cm）有机质质量分数提高30.5%;各层土壤全氮、全磷、有效氮、有效磷和有效钾质量分数分别下降13.4%、30.3%、16.7%、37.6%和37.2%,全钾质量分数上升21.0%,且与未损样地的差异显著;土壤交换性钙和交换性镁大幅减少,分别为28.1%和43.4%。进行皆伐清理后,有机质质量分数比未损样地提高207.9%,土壤全氮、全钾、有效氮和有效磷质量分数升高138.7%、10.2%、161.3%和540.0%,全磷、有效钾、交换性钙和交换性镁的质量分数下降2.6%、9.0%、28.7%和24.3%,各土层变化不一致。（3）冰雪灾害的发生使杉木人工林林下土壤紧实度增加,不利于土壤呼吸、空气传导和土壤养分的累积;而经过清理后,土壤变得较为疏松,通透性增强,含水量增加,有利于土壤团粒结构的增强、土壤微生物活动和土壤养分的累积及转化。因此,冰雪灾害后对受损林地进行及时的清理对植被恢复重建尤为重要。