黄土高原半干旱丘陵区不同树种纯林土壤性质极化研究

人工或天然纯林土壤性质呈现偏离原平衡态并朝某个方向非平衡或极端化发展的现象被作者称为极化。作者提出了抗极化域(W)、抗极化度(R)、极化度(P)和极抗比(I)等土壤极化的表征指标,并采用多样地多样点混合采土法对黄土高原半干旱丘陵区进入成熟生长期的不同树种纯林和混交林土壤性质进行了广泛测定和极化分析。结果表明:(1)不同树种林地属于极强度极化(P>0.20)的土壤性质分别为:油松纯林的化学性质,侧柏、刺槐和沙棘纯林的化学和生物学性质,白榆纯林的化学、生物学性质和微量元素,白桦纯林的生物学性质,茶条槭纯林的生物学和物理性质。(2)总体而言,油松和刺槐纯林会引起土壤的严重贫养化;侧柏纯林会引起土壤的严重富养化;白榆纯林虽然会引起土壤的富养化,但却使得微量元素越来越缺乏;白桦纯林主要会引起土壤生物学性质的恶化;茶条槭纯林土壤有偏贫养化和生物学性质恶化的趋势;沙棘纯林会导致土壤严重贫养化和生物、物理性质的恶化;小叶杨纯林土壤性质尚未发生明显极化。(3)总体而言,小叶杨、油松的抗极化能力均较强,而白榆的抗极化能力最低;相对于林木抗极化能力,土壤的绝对综合极抗比属于中等以上(Ia>0.40)的性质分别为:油松纯林的化学、物理性质,侧柏、刺槐和白榆纯林的所有性质,白桦纯林的生物学、物理和化学性质。     

黄土高原小叶杨与其他树种枯落叶混合分解对养分释放的影响

人工纯林的长期连续生长或连栽所引起的土壤性质极化是导致土壤退化和影响人工林生态系统稳定及可持续发展的重要原因,防治的根本途径是选择种间关系协调的树种进行混交改造。通过室内模拟混合分解试验,研究小叶杨与其他树种枯落叶混合分解对养分释放的影响,从而为人工纯林混交改造提供理论依据。研究结果表明:①对C释放的影响:辽东栎枯落叶表现为极强的促进作用,释放率提高21.32%,油松枯落叶表现为较弱的抑制作用,释放率降低14.78%,其他树种枯落叶作用不明显;②对N释放的影响:辽东栎枯落叶表现为极强的促进作用,释放率提高28.69%,樟子松、刺槐枯落叶促进作用较弱,释放率分别提高14.98%、13.36%,油松枯落叶表现为强烈的抑制作用,释放率降低20.33%,其他树种枯落叶作用不明显;③对P释放的影响:刺槐、辽东栎、沙棘枯落叶表现为超强的促进作用,释放率分别提高57.60%、43.06%、38.60%,紫穗槐枯落叶表现为强烈的促进作用,释放率提高22.64%,油松、樟子松枯落叶表现为超强的抑制作用,释放率分别降低62.63%、47.99%,其他树种枯落叶作用不明显;④对K释放的影响:油松枯落叶表现为较弱的抑制作用,释放率降低10.41%,其他树种枯落叶作用均不明显。     

不同森林凋落叶混合分解试验研究

采用尼龙分解袋的方法,对四川岷江上游地区连香树、云南松、糙皮桦和云杉4种典型人工林凋落叶进行田间混合分解试验。结果表明,糙皮桦与云杉、糙皮桦与云南松、连香树与云南松凋落叶混合后对分解有明显的促进作用,而连香树与云杉凋落叶的混合对分解的促进作用不明显。此外,放置在阔叶林地的针阔混合凋落叶分解速率较之放置在针叶林地的快,证明阔叶林地环境有利于凋落叶的分解。因此得出营造云南松和糙皮桦、云南松和连香树、云杉和糙皮桦混交林来改善凋落叶分解状况及土壤肥力、防止纯林造成的土壤极化是可行的。     

利用树木枯落叶防治连作麦田土壤极化的效应

【目的】研究不同树木枯落叶对连作麦田土壤性质的影响,为防治麦田土壤性质极化和连作障碍提供依据。【方法】采集黄土残塬区典型连作麦田耕层(0～10cm)土壤,将其与不同森林树种(刺槐、小叶杨、辽东栎、沙棘和柠条)和城市道路绿化树种(法国梧桐、国槐、银杏、垂柳、五角枫、女贞、紫叶李、栾树、广玉兰、梧桐、泡桐、杜仲和七叶树)的当年枯落叶按干质量比100∶2混合后,在20～25℃下进行室内分解培养试验,连续培养120d后,测定土壤的化学性质和生物学性质。【结果】1)连作麦田会引起土壤有效Zn、有机C含量增加和土壤微生物数量、多种酶活性不断提高的正向极化,但也同时引起土壤向贫养化发展、土壤有效Fe和有效Cu含量降低、阳离子交换量(CEC)减少及土壤部分酶活性降低的负向极化趋势;2)根据对连作麦田土壤极化的综合影响效应分析,枯落叶最适合施入麦田土壤的当地森林树种是沙棘、小叶杨,其次是刺槐,而柠条、辽东栎不适宜;枯落叶最适合施入麦田土壤的当地城市道路绿化树种是杜仲、紫叶李,其次是栾树、国槐、垂柳、泡桐,而女贞、法国梧桐、银杏、梧桐、七叶树、玉兰和五角枫均不适宜。【结论】收集一些特定树种的枯落叶施入农田土壤,是防治连作土壤性质极化和连作障碍的一种有效方法。     

4种人工纯林土壤及其凋落叶混合培养对土壤生物化学性质的影响

引进更新树种并形成混交林是改造人工纯林、避免因长期连栽而导致土壤退化的最优途径,而混交能否成功的关键是树种之间的关系是否协调。为了指导四川岷江上游地区人工纯林的改造,以当地具有典型代表性的4种人工纯林为研究对象,进行了林地腐殖质层土壤及其凋落叶的针阔混合室内培养试验。结果表明,云南松(Pinus yunnansinsis)林地土壤与连香树(Cercidiphyllum japonicum)或桦树(Betula platyphylla)林地土壤混合后,可提高土壤酶活性,土壤微生物C、N含量及土壤有机C和全N的含量;而云杉(Picea asperata)林地土壤与连香树或桦树林地土壤混合后,以上各项指标提高不明显或略有降低。说明从土壤生物化学的角度出发,云南松与连香树或桦树的种间协调性优于云杉与连香树或桦树的种间关系,所以建议当地营造云南松与连香树或桦树混交林,而且混交的比例以云南松和连香树1∶1～1∶3、云南松和桦树1∶1～3∶1为佳。     

油松与其他树种枯落叶混合分解对养分释放的影响

以黄土高原数量最多、分布最广的针叶人工林树种油松为对象,研究采集油松及其他拟混交的9个树种的当年枯落叶,以无林荒草地腐殖质层土壤作为分解介质,在室内将油松分别与不同树种枯落叶以一定比例混合后装入尼龙网袋并埋入盛土培养钵中,恒温恒湿下连续进行345d分解培养试验,测定分解前后枯落叶质量及养分含量的变化,探讨油松与其他树种枯落叶混合分解对养分释放的影响。结果表明:(1)在所有10个树种中,油松枯落叶的N、P和K含量最低,而C含量、C/N和C/P最高,属于枯落叶基质质量较差的树种;油松枯落叶除了K、Ni之外,其他C、N、P、Cu、Zn、Cd均释放最慢;在枯落叶分解过程中,大量元素整体上较微量元素容易释出,其中,大量元素中K最活跃而易释出,P比较迟钝而难释出,C、N居中并具有一定的释出同步性;微量元素中Zn最为活跃而易释出,其次是Cd和Cu,Ni一般较迟钝而难释出。(2)不同树种枯落叶分别与油松枯落叶混合分解对各种养分释放有明显促进作用的分别为:落叶松和白桦对C;柠条、白桦、白榆、沙棘和辽东栎对N;小叶杨、白桦、刺槐、沙棘和柠条对P;白桦、沙棘和紫穗槐对Cu;白桦和紫穗槐对Zn;白榆对Ni;落叶松、刺槐、白桦和白榆对Cd。(3)根据对所有养分释放影响的综合分析,与油松枯落叶混合分解总体上可明显促进养分释放的树种为白桦,其次为落叶松和沙棘;总体上可明显抑制养分释放的树种为小叶杨,其次为辽东栎和柠条。     

侧柏与其他树种枯落叶混合分解对养分释放的影响

以黄土高原的主要人工林树种侧柏为对象,通过采集侧柏及其他拟混交的8个树种的当年枯落叶,以无林荒草地腐殖质层土壤作为分解介质,在室内将侧柏与不同树种枯落叶剪碎后以一定比例混合装入尼龙网袋并埋人盛土培养钵中,进行恒温恒湿下连续345 d分解培养试验,测定分解前后枯落叶质量及养分含量的变化.结果表明:(1)在枯落叶分解释放养分元素中,K最活跃而易于释出,p一般比较迟钝而难以释出,C、N居中并具有一定的释出同步性,且各种养分的周转期约为1～2a.(2)与侧柏枯落叶混合分解后,在对C释放的影响中白榆表现为促进作用,紫穗槐、白桦和辽东栎表现为抑制作用;在对N释放的影响中小叶杨表现为促进作用,白桦、辽东栎和紫穗槐表现为抑制作用;在对P释放的影响中除小叶杨、白榆不明显之外均表现为抑制作用;在对K释放的影响中白榆表现为促进作用,紫穗槐表现为抑制作用.(3)应用主成分分析法分析不同树种枯落叶混合分解对C、N、P、K释放的综合影响结果表明,与侧柏枯落叶混合分解后总体上促进养分释放的树种以白榆、小叶杨最显著,其次为柠条和辽东栎;而总体上抑制养分释放的树种以紫穗槐的作用最强,白桦、沙棘和刺槐的作用较弱.     

黄土丘陵区针叶纯林养分循环和枯落物分解导致土壤极化风险分析

【目的】分析3种针叶人工纯林发生土壤极化的风险。【方法】2011-2012年,在黄土丘陵区,选择侧柏、油松和落叶松3种针叶人工纯林作为研究对象,分别测算了3种针叶人工林的林分生物量、生产力和养分循环量;此外,将采集的土壤分别与枯落物(枯落叶和根系)混合,进行分解培养试验,研究枯落物分解对土壤生物学性质的影响。【结果】不同针叶人工纯林中,N、P、K积累量在不同器官中存在差异。侧柏纯林中,N、P、K主要积累在干中;落叶松纯林中,N、P、K主要积累在根和干中;在油松纯林中,N、P、K主要积累在根中。在生长季节短期内,侧柏和油松纯林的养分循环特征导致土壤存在K负向极化风险,落叶松纯林土壤存在N负向极化风险,而长期生长季节内3种纯林土壤都存在P负向极化风险。枯落物混土分解培养试验结果表明,侧柏和落叶松枯落叶分解会引起土壤多酚氧化酶活性发生负向极化,侧柏根系分解会引起土壤微生物数量、蔗糖酶和过氧化氢酶活性发生明显负向极化;油松枯落叶分解会引起土壤多酚氧化酶和过氧化氢酶活性发生负向极化。【结论】侧柏和油松纯林土壤生物学性质发生负向极化的风险高于落叶松纯林;在生长季节应向侧柏和油松纯林土壤补充K肥,向落叶松纯林土壤补充N肥,并长期向3种纯林土壤补充P肥。     

4种农作物对常见城市绿化树木落花的化感响应

采用培养皿滤纸法,研究13种城市绿化树木落花浸提液对黄瓜(Cucumissativus)、高粱(Sorghum vulgare)、小麦(Triticumaestivum)和油菜(Brassica campestris)4种常见受体作物种子的化感效应。结果表明:海棠(Malus spectabilis)、紫玉兰(Magnolia liliflora)、紫荆(Cercis chinensis)和银杏(Ginkgo biloba)落花浸提液可对黄瓜种子萌发及其幼苗生长产生不同程度的化感抑制作用(化感效应指数RI介于-0.90与-0.11之间),紫玉兰落花浸提液可显著抑制高粱种子萌发及其幼苗的生长(RI介于-0.76与-0.14之间)(P0.05),紫玉兰、紫叶李(Prunus cerasiferaⅡ)和紫荆落花浸提液可对小麦种子萌发及其幼苗生长产生不同程度的抑制作用(RI介于-0.87与-0.13之间),紫玉兰、紫叶李和含笑(Michelia figo)落花浸提液可对油菜种子萌发及其幼苗生长产生不同程度的抑制作用(RI介于-0.89与-0.13之间)。综合评价后发现樱花(Cerasus sp.)、桃花(Amygdalus persica)、红叶李(Prunus cerasiferaⅠ)、栾树(Koelreuteria paniculate)和杏梅(Prunus mume)落花水浸提液可对至少3种受体种子萌发和幼苗生长表现为化感促进作用,而海棠、紫玉兰、紫叶李、紫荆、银杏和连翘(Forsythia suspensa)落花水浸提液可对至少3种受体种子萌发和幼苗生长表现为化感抑制作用。因此,樱花、桃花、红叶李、栾树和杏梅等5个树种的落花浸提液可有效促进受体植物种子萌发和幼苗生长过程,可以作为开发生物质有机肥的首选物种资源。     

黄土区石油污染对土壤及豆科灌草植物的潜在影响

以不同程度石油污染的土壤进行盆栽试验,研究黄土区石油污染对土壤和豆科灌草种子发芽和幼苗生长的潜在影响,由此确定适宜的修复物种.结果表明:石油污染对土壤细菌和真菌呈非单调抑制、对放线菌呈单调抑制作用;对土壤过氧化氢酶活性影响不明显,对脲酶、多酚氧化酶和蛋白酶活性呈单调抑制作用,对蔗糖酶、磷酸酶和脱氢酶活性呈单调促进作用;可使得土壤向偏碱性发展,对有机碳含量呈单调提升作用,对氮、磷和钾的有效性均呈单调抑制作用.在无污染情况下,毛苕子(Vicia villosa)和紫花苜蓿(Medicago sativa)属极易发芽种子,紫穗槐(Amorpha fruticosa)和草木樨(Melilotus officinalis)属较易发芽种子,胡枝子(Lespedeza bicolor)和沙打旺(Astragalus adsurgens)属较难发芽种子,而小冠花(Coronilla varia)、柠条(Caragana microphylla)和红豆草(Onobrychis viciaefolia)属极难发芽种子;其中,胡枝子、毛苕子、紫穗槐、紫花苜蓿和沙打旺属于旺盛生长灌草类型.受到石油污染后,对柠条、小冠花和红豆草种子发芽率影响不显著或有所促进,其余灌草种子均受到抑制,对所有灌草幼苗的生物量均表现出明显的抑制作用.从油污土壤修复的角度考虑,柠条、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿较适宜播种发芽且后期生长良好,红豆草、小冠花、沙打旺较适宜播种发芽但后期生长不良,草木樨和胡枝子既不适宜播种发芽且后期生长不良.