不同林分枯落物和土壤持水能力研究

本文对不同林分的土壤最大持水力、土壤毛管持水力、枯落物最大持水量和枯落物最大持水率进行分析,得出不同林分枯落物和土壤持水能力的关系.     

华蓥市山区侧柏人工林土壤特性及水源涵养能力对林分密度的响应

为研究林分密度对侧柏人工林土壤特性及水源涵养能力的影响,以华蓥市7种林分密度侧柏林为研究对象,通过固定样地调查及取样分析方法,测定土壤理化性质、枯落物持水量并计算林地贮水能力,并采用方差分析、相关分析等研究了其对林分密度的响应,探讨林分最适留存密度,以期为当地侧柏人工林的可持续经营提供依据。结果显示:侧柏人工林枯落物最大持水率随林分密度增加先变大再减小,有效拦蓄量对林分密度的响应差异显著,中等密度(3 975株/hm~2)侧柏林拦蓄能力最优;林分密度对土壤团聚体分形维数、平均质量直径、平均几何直径都有显著影响,随着林分密度的增加均表现为先增加后减小的趋势,土壤团聚体有机质对林分密度响应差异显著,含量最高的为4 250株/hm~2;林分密度对土壤最大持水量和毛管持水量的影响差异显著,但较浅层土壤在675～5 300株/hm~2密度下土壤持水能力随林分密度变大而增强;综合来看,林下枯落物层是该地区侧柏人工林水源涵养功能的主体,林地有效拦蓄量按林分密度排序为3 975株/hm~21 475株/hm~24 250株/hm~25 775株/hm~25 300株/hm~22 675株/hm~2675株/hm~2,中等林分密度的涵养水源功能最佳。     

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。     

黄土丘陵区典型植被枯落物坡面分布及混入土壤对土壤性状的影响

黄土丘陵区植被的恢复可能影响枯落物分布特征,进而对土壤性状产生影响。论文选取刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、柠条（Caragana intermedia）人工林、铁杆蒿（Artemisia gmelini）群落和白羊草（Bothriochloa ischaemum）群落4种典型植被样地,研究其枯落物坡面（坡长40~80 m）分布特征及自然条件混入土壤中对土壤理化性状的影响。结果表明：1）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量（143.89~833.04 g/m²）、盖度（0.36~0.63）和厚度（0.77~2.03 cm）均表现为刺槐人工林>柠条人工林>铁杆蒿群落>白羊草群落;土壤中枯落物混入量（178.80~657.21 g/m²）和混入深度（1.33~2.29 cm）均表现为刺槐人工林>铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落;土壤中枯落物混入量占枯落物总蓄积量的比例（45.91%~74.02%）表现为铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落>刺槐人工林。2）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量和土壤中枯落物混入量均为坡下高于坡上,受径流冲刷和泥沙分离—输移—沉积过程的影响,枯落物地表蓄积量和土壤混入量在坡中波动较大;随枯落物地表盖度的增加,地表枯落物蓄积量呈指数函数增加（P<0.01）,且随地表枯落物蓄积量的增加,土壤中枯落物混入量呈对数函数增加（P<0.01）。3）土壤容重、粘结力和水稳性团聚体几何平均直径（WAS-GMD）随土壤中枯落物混入量的增大而线性降低（P<0.01）,土壤有机碳和全氮含量在铁杆蒿群落和白羊草群落中均随土壤中枯落物混入量的增大而线性增加（P<0.05）。该研究将为评价黄土高原退耕还林还（草）工程生态成效、修正土壤侵蚀预报模型提供重要依据。     

不同密度杨树人工林的林地涵养水源功能研究

以承德市丰宁县小坝子乡5种密度(600,925,1 200,1 375,1 525株/hm~2)的杨树人工林为研究对象,对其林地的涵养水源功能进行研究。结果显示:(1)土壤容重随密度的变化大小排序为925株/hm~2600株/hm~21 200株/hm~21 525株/hm~21 375株/hm~2;同一密度,随着土层厚度的加深,土壤容重呈逐渐增加的趋势;不同密度杨树林的总孔隙度变化范围为34.51%~50.52%,排序为1 375株/hm~21 525株/hm~21 200株/hm~2600株/hm~2925株/hm~2;不同密度杨树林的最大持水量的范围在457.53~667.33 t/hm~2之间,排序为1 375株/hm~21 525株/hm~21 200株/hm~2600株/hm~2925株/hm~2。(2)枯落物的厚度、蓄积量、持水量、拦蓄量均随密度的增大呈增大的变化趋势,排序为1 525株/hm~21 375株/hm~21 200株/hm~2925株/hm~2600株/hm~2;但是最大持水率的排序为1 375株/hm~21 200株/hm~21 525株/hm~2925株/hm~2600株/hm~2。(3)综合土壤和枯落物来看,林地持水量的排序为1 375株/hm~21 525株/hm~21 200株/hm~2600株/hm~2925株/hm~2,即林分密度为1 375株/hm~2的杨树人工林的林地涵养水源效果好,可为今后在承德市丰宁县地区营建合理的杨树人工林造林密度提供可靠的数据支持。     

太岳山不同林龄人工油松林土壤微生物特征

油松（Pinus tabuliformis Carr.）具有保土保肥和改善水土流失的作用,是黄土高原地区植被恢复中广泛使用的树种.为了探究土壤微生物多样性和群落结构对人工油松林演替的响应及其环境因子驱动机制,以太岳山脉潘家山10、20和30 a人工油松林土壤为研究对象,基于野外采样、室内理化分析和高通量测序等手段,分析不同林龄表层和亚表层土壤微生物群落结构、多样性及其与土壤理化性质之间的关系.结果表明：(1)30 a的人工油松林演替显著改变了土壤养分状况. SOM、TN、NH4+-N、NO3--N、AP和AK均随演替的进行显著升高;TP和TK含量随演替年限逐渐降低.(2)不同林龄油松林土壤真菌的优势门为子囊菌门、担子菌门和被孢菌门,细菌的优势门为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.(3)油松林土壤微生物中细菌占绝对优势,真菌和细菌拷贝数随林龄增加均显著增加,30 a油松林土壤真菌拷贝数和细菌拷贝数分别是10 a油松林的6.61倍和2.55倍.(4)随着林龄增加,土壤真菌多样性显著下降.属水平上,子囊菌门中青霉菌属相对丰度大幅下降,达21.07%,担子菌门中红菇属相对丰度...     

长江上游森林植被水文功能研究

长江上游森林林冠截留量与林分郁闭度呈正相关，当亚高山冷杉林的林分郁闭度为0．7时(5～7月)，平均截留率为24％，当郁闭度在0．3时(5～7月)，平均截留率降为9．5％；从枯落物持水量来看，箭竹冷杉林最大(6．0mm)，藓类冷杉林最小(2．8mm)，主要因为前者有较多的落叶伴生树种和灌木。岷江冷杉原始林的土壤最大持水量、枯落物最大持水量、苔藓层最大持水量比皆伐后形成的其他森林类型要大2．3～17．2倍，从而具有更好的水源涵养功能。植被对径流的影响初步结论是，森林大流域的年径流量常常大于少林或无林流域的径流量；不同采伐强度径流量比较是皆伐迹地＞择伐迹地＞原始森林。与全国其他森林类型的蒸发散研究比较显示，长江上游森林的相对蒸散率较低，为30％～40％，这主要是由于海拔较高，降水量大所致。     

长江上游地区主要森林植被类型蓄水能力的初步研究

论文在收集长江上游各类森林林冠层、枯落物层和土壤层等3个水文生态功能作用层资料的基础上,根据山地气候带和群落生活型将长江上游森林归并为14个植被类型,对其降水截留规律和蓄水能力进行了综合评价。在森林综合蓄水能力中,土壤层和枯落物层持水量占了绝大部分比例,土壤非毛管孔隙度对森林蓄水能力具有决定作用,可以利用凋落物现存量和土壤非毛管孔隙度来评价和估算枯落物和土壤蓄水的综合能力。在长江上游各类森林植被中,常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、铁杉、槭、桦林、云杉林、冷杉林和硬叶常绿阔叶林具有较强的持水能力,这些植被在长江上游高山峡谷区山地垂直带中广泛分布,对整个流域水源涵养和水土保持具有重要作用。因此,在长江上游实施天然林保护和退耕还林工程等生态建设具有重要意义。     

内蒙古呼伦贝尔南部沙带植被恢复进程中土壤理化特性变化

为了解呼伦贝尔沙漠人工植被恢复进程对土壤理化性状的改善效应,论文选取呼伦贝尔沙地人工和自然状态下植被恢复的2个系列、7种样地类型开展研究。结果显示：1）随植被恢复年份的增加及流动沙丘向固定沙丘的演进,地上植被生物量、盖度显著增加;2）2个系列样地土壤有机C含量均随植被的发展而显著增加,土壤上层显著高于中、下层;3）土壤全N、全P含量表现出与土壤有机C基本一致的同向变化规律,土壤全K含量在各样地间、各土壤层间基本相当;4）土壤速效养分含量一定程度上也出现增加,但总体上表现出较大的波动性。人工植被恢复1~3 a内,土壤养分含量与流动沙丘基本相当,但当恢复到5 a以上后,地上植被的发展对土壤特性的改良呈现出较为显著的正效应,沙漠化逆转程度显著提高。然而,拥有更高植被盖度及生物量的8 a人工植被恢复样地,有机C、全N等含量却显著低于自然状态下的固定沙丘样地,可见,当地人工植被恢复的同时,更应注重自然植被的保护。     

雅江河谷防沙治沙工程近地表特性——林下植被特性、生物结皮及土壤养分变化特征

采用对比分析和时空互代法,从植被配置模式（杨树+砂生槐、砂生槐、花棒、藏沙蒿）、工程年限（6,10,30a）2个方面,研究了雅鲁藏布江（简称雅江）河谷防沙治沙生态工程实施过程中林下植被特性、地表生物结皮及土壤养分等变化特征.结果表明,工程年限为10a的乔灌（杨树+砂生槐）、灌木（砂生槐、花棒）型样地较草本（藏沙蒿）更有利于提高林下植物多样性,且杨树+砂生槐样地的林下植被地上生物量、枯落物量、地下生物量、土壤有机质、全氮与全磷含量均显著高于其他3种样地.藏沙蒿样地的生物结皮最为发育,花棒样地次之,杨树+砂生槐样地无结皮.随年限延长,杨树+砂生槐样地林下植物多样性、枯落物量、地下生物量、土壤有机质、全氮及全磷含量呈增加趋势,生物结皮仅在6a样地中有发育;砂生槐样地地上生物量、地下生物量、生物结皮逐渐增加,但植物多样性、全氮含量呈下降趋势,枯落物量、有机碳及全氮含量呈先增加后减小规律.不同配置模式中,杨树+砂生槐乔灌型样地各项指标综合表现最佳,并随工程年限延长,对促进河谷沙地植被演替、提高植被生产力、提升沙地肥力等作用愈强.建议该区防沙治沙工程中应推广杨树+砂生槐乔灌型模式为主.     

格式栲天然林水源涵养功能的研究

本文通过对三明莘口格式栲天然林与人工林的林冠层,林木植被层和林褥层及林下土壤层的持水量,土壤渗透性能差异等的研究。结果表明:格式栲天然林林分持水总量比格式持和楠木人工林分别增加 225.131t/ha 和 296.558t/ha;土壤稳渗值高达 8.09 mm/min,分别是格式栲和楠木人工林的3.3倍和25.3倍。格式栲天然林具有良好的水源涵养功能。     

不同森林土壤微生物群落对Biolog-GN板碳源的利用

应用Biolog方法研究了不同森林恢复类型（人工恢复的湿地松林、杉木林、油茶林和自然恢复的天然次生林）土壤微生物群落对Biolog-GN板不同类型碳源的利用情况,结果表明,自然恢复的天然次生林土壤微生物群落的碳源代谢能力比3种人工林强,其次是油茶林.4种森林类型土壤微生物群落比较偏好、利用率较高的3类碳源是糖类、羧酸类和氨基酸类.对4类森林恢复类型土壤微生物群落具有分异作用的主要碳源类型亦为糖类、羧酸类和氨基酸类,这3类碳源是研究森林恢复后导致土壤微生物群落变化的敏感碳源.     

人工生物结皮的发育演替及表土持水特性研究

为了解接种蓝藻对荒漠地区表土持水特性的改善作用,对库布齐沙漠东缘达拉特旗地区人工接种蓝藻后形成的生物结皮进行了发育演替及持水特性研究.结果表明,在人工接种荒漠蓝藻之后,藻结皮能够很快形成,并在一些微环境下藻结皮直接演替为藓结皮(接种2~3 a后).随着结皮的发育演替,表土生物量、多糖含量、厚度以及孔隙度增加,而土壤容重减小;同时,形成结皮之后表土质地也发生了明显的变化,其中沙粒含量逐渐减少,粉粒、黏粒含量增加.实验还发现随着结皮的发育演替,表土含水量与饱和持水量都呈增加的趋势,即:藓结皮>藻结皮>流沙,藻结皮中的含水量(饱和持水量)为流沙中的1.1~1.3倍,藓结皮中的含水量(饱和持水量)为流沙中的1.8~2.2倍.相关分析表明表土含水量及饱和持水量与表土生物量、多糖含量、厚度、容重、粉粒和黏粒含量呈正相关,与表土孔隙度和沙粒含量呈负相关.通过逐步回归分析发现影响含水量的主要因素为表土黏粒的含量,而影响饱和持水量的主要因素为表土孔隙度.     

Hydrological eco-service of rubber plantations in Hainan Island and its effect on local economic development

The impacts of economic forest on global environmental change(GEC) are one of the hot issues in environmental study. Based on the 3-year observation data and 40-year climate data, GEC and analysis of the hydrological dynamic characteristics of rubber plantations and estimate of the water balance in the rubber plantations in Hainan Island were made. The results showed that the rainfall intercepted by thecanopy of the plantations accounted for 11.4-5 % of the annual rainfall, the total runoff for 23.71%, the total evaporation and transpiration for 63.24%, the soil moisture storage for 1.6%. Analysis of the 40year rainfall data in the 19 counties of Hainan Island during 1951—1990 showed that the large-scale substitution of the natural vegetation with the rubber plantations had no significant effect on the local rainfall in Hainan Island. The main reasons are (1) 80% of the rainfall in Hainan is brought by typhoons; (2) the proportion of 11.6% rubberplantations in total forest coverage in Hainan is not enough to influence the local rainfall in Hainan Island; and (3) although the rubberplantation is artificial vegetation, it has the similar function to the tropical rain forest. Analysis of the total water resource and I‘otal GDP ofHainan in 1997 showed that the economic benefit resulted from the water resource was 1.0 RMB Yuan/m3 . The value of hydrological of therubber plantation in Hainan was 113.9 million RMB Yuan/a when compared with the tropical rain forest. The paper reaches conclusion that the hydrological eco-service function of rubber plantation has been enhanced after transformed from natural vegetation, which includes the natural service and powerful social service.     

泰山山前平原三种土地利用方式下土壤结构特征及其对土壤持水性的影响

不同土地利用方式因其植被和管理方式差异影响土壤结构特征而改变土壤持水性。选择泰山山前平原农田、林地和荒草地3种土地利用方式,分析不同土壤颗粒组成、颗粒粒径分布与团聚体组成及其水稳定性等土壤结构特征指标,利用原状土样测定,结合土壤水分特征曲线分析土壤持水量、持水强度及水分有效性,通过逐步回归与通径分析明确影响土壤持水性的主要结构特征指标。结果表明,与荒草地相比,农田和林地显著提高了土壤粘粒含量、有机碳含量、土壤毛管孔隙度,降低了土壤容重、> 2 mm水稳性团聚体含量及团聚体的水稳定性。农田土壤的细颗粒组成含量和颗粒比表面积显著高于林地和荒草地土壤。土壤饱和含水量的大小依次为农田>林地>荒草地,农田土壤的田间持水量为31%,分别比林地和荒草地高15%、24%。土壤容积含水量θ与吸力S之间的关系符合幂函数方程θ=A·S^-B（系数A、B为常数,A值表征土壤持水强度,大小依次为农田>林地>荒草地）。土壤有效水总量与速效水含量大小依次为林地>农田>荒草地。逐步回归与通径分析表明土壤粘粒含量通过直接和间接作用增强土壤持水性,土壤颗粒比表面积和水稳性团聚体的平均重量直径对土壤持水性的影响主要体现在间接作用,土壤水稳性团聚体的平均重量直径是抑制土壤持水性的关键因素。土壤有机碳含量对调节土壤粘粒含量和土壤水稳性团聚体形成具有重要作用。因此,在该区土地开发利用过程中,以提高土壤有机碳含量改善土壤结构性质为原则,建议土地利用方式以农业与林业轮作或间作措施为主,合理开发荒草地,为该区土壤水分管理与土地可持续开发利用提供参考依据。     

Variation of soil fertility and carbon sequestration by planting Hevea brasiliensis in Hainan Island, China

The development of rubber industry depends on the sustainable management of rubber plantation. To evaluate the environmental effects of planting Hevea brasiliensis on a subsystem of tropical forest ecosystem, the variation of soil fertility and carbon sequestration under rubber plantation within 30-year life period were investigated in Hainan Island. Results showed that （1） with the increase of stand age of rubber plantation, soil fertility decreased all along. From 1954 to 1995, soil organic matter, total N, available K and available P decreased by 48.2%, 54.1%, 56.7% and 64.1%, respectively. （2） If the complete return of litters was considered without additional fertilizer application to the soil of the rubber plantations, the consumption periods for P, N, K, Mg were only 825 years, 329 years, 94 years and 65 years, respectively~ To improve soil fertility is essential for rubber plantation development. （3） The C sequestration of rubber trees per hectare accounts for 272.08 t within 30-year life period and 57.91% of them was fixed in litters. In comparison with C sequestration by rain forest （234.305 t/hm^2） and by secondary rain forest （150.203 t/hm^2）, rubber forest has more potentials for C fixation. On the base of above results, the following measures would benefit the maintenance of soil fertility and the development of rubber industry, including applying fertilizer to maintain the balance of soil nutrients, intercropping leguminous plant to improve soil fertility, reducing the collection of litters, optimizing soil properties to improve element P availability such as applying CaCO3. The information gathered from the study can be used as baseline data for the sustainable management of rubber plantation elsewhere.     

森林类型对土壤表层有机碳空间异质性的影响

对西南山地阔叶林区的天然阔叶混交林、天然次生林和人工柳杉林的土壤表层有机碳（SSOC）进行了测定,并用地统计学理论构建了3种亚热带森林生态系统在小尺度上的SSOC半方差理论模型。结果表明,不同森林生态系统间SSOC含量差异性显著,表现为天然阔叶混交林>天然次生林>人工柳杉林,SSOC含量与土壤含水率、容重、孔隙度和有机质相关性显著;天然阔叶混交林的SSOC空间相关性最强,次生林次之,人工林较弱;天然阔叶混交林SSOC在45°方向上空间变异最明显,天然次生林和人工林在各个方向上的变异均较弱;天然阔叶混交林SSOC的等值线较密,梯度变化急剧,天然次生林次之,人工林等值线稀疏,梯度变化不明显。总之,不同森林类型对SSOC含量和分布有着重要影响。