黄土高原人工林"三低"原因探析

新中国成立以来 50多年间 ,黄土高原人民与日益恶化的生态环境抗争 ,进行了长期的大规模植树造林活动 ,干出了令世人赞叹的业绩。但是 ,由于受到多种因素的制约 ,以至出现了让人始料未及的人工林成活率低、保存率低、生长率低的“三低”现象 ,以致人的艰辛努力与实际结果大相径庭 ,这是导致生态环境“局部有所改善 ,整体持续恶化”重要原因之一。因此 ,真正搞清楚出现“三低”的原因 ,是顺利推进我们正在进行的“重建西北秀美山川”伟业的基础一环。     

黄土高原油松人工林幼林生态系统碳汇研究

为定量评价黄土高原人工林的固碳能力,采用固定样地方法以油松人工林幼林(6 a)和对照荒地为研究对象,比较两种地类生态系统中土壤、植物各部分和凋落物层的有机碳密度和碳储量变化。结果表明:荒地在0~80 cm土层土壤有机碳密度为5.086 kg.m-2,油松林为5.840 kg.m-2,与荒地相比增加了14.83%;油松人工林地植物地上部分、根系有机碳密度与荒地相比分别增加了123.31%、4.93%;凋落物有机碳密度无明显变化;油松人工林生态系统有机碳密度平均每年增加22.94%,说明黄土高原营造油松人工林具有明显的碳增汇效应。     

渭北黄土高原侧柏人工林种子雨和种子库研究

【目的】揭示渭北黄土高原地区侧柏人工林种子雨和种子库的组成、质量、散布规律,为侧柏人工林恢复和持续经营提供理论依据。【方法】在陕西省永寿县槐坪林场选择未经抚育、经间伐抚育(强度约30%)的侧柏人工林和刺槐-侧柏混交林各设置3块固定样地,于2012-08-10每隔7d收集1次种子雨,2012-11及2013-08分别收集土壤种子库,采用种子萌发试验测定种子活力,并调查样地内天然更新的幼苗密度。【结果】研究区未经抚育的侧柏人工林种子雨从08-10开始,8月末至9月初达到高峰期,10-12结束;2012-11土壤种子库中完整种子占47.18%,萌发率为17.30%;2013-08土壤种子库中完整种子数为0。经间伐抚育的侧柏人工林种子雨从08-10开始,09-07左右达到高峰期,10-05结束;2012-11、2013-08土壤种子库中完整种子分别占42.24%和13.48%,萌发率分别为29.10%和0。刺槐-侧柏混交林的种子雨从08-10开始,09-07-09-14达到高峰期,10-12结束;2012-11、2013-08土壤种子库中完整种子分别占53.85%和20.97%,萌发率分别为26.27%和0。3种类型样地的种子雨在起始期均以空粒、干瘪的不完整种子为主;进入高峰期,种子雨以完整、饱满种子为主。种子雨到达地面后,主要分布在枯枝落叶层,0~2cm土层有少量分布,2cm以下土层极少有种子分布。【结论】种子雨下落前种子库密度大大减少,完整种子的萌发率降为0,霉烂种子的比例大幅增加,这表明研究区人工侧柏不能在地面形成稳定有效的种子库。     

黄土高原两种人工林幼林生态系统碳汇能力评价

为定量评价黄土高原侧柏、刺槐人工幼林碳汇能力,对黄土高原8年生人工侧柏林和刺槐林林地土壤、生物量和有机碳质量分数进行了测定,并与对照荒地比较,结果表明:8年生侧柏林生态系统总碳储量为49.312t.hm-2,其中土壤为41.510t.hm-2、乔木层为4.782t.hm-2、灌木层为0.350t.hm-2、草本层为1.520t.hm-2、凋落物层为1.150t.hm-2,其碳库空间分布序列为土壤乔木层草本层凋落物层灌木层;8年生刺槐林生态系统总碳储量为62.917t.hm-2,其中土壤为43.610t.hm-2、乔木层为16.417t.hm-2、灌木层为1.360t.hm-2、草本层为0.690t.hm-2、凋落物层为0.840t.hm-2,其碳库空间分布序列为土壤乔木层灌木层凋落物层草本层。与对照荒地相比,侧柏林和刺槐林生态系统碳储量分别增加0.222t.hm-2和13.827t.hm-2,总碳增汇率分别为0.45%和28.17%。     

渭北黄土高原区刺槐人工林健康评价体系的构建

【目的】研究渭北黄土高原区刺槐人工林的健康状况,构建评价模型,为该区刺槐人工林的可持续经营提供科学依据。【方法】以渭北黄土高原区刺槐人工林为研究对象,在永寿县槐平林场、扶风县野河林场、白水县方山林场选设84块样地进行调查,以评价人工林健康状况及持续发展能力为目标,从林分结构、林分活力、林分抗逆性等指标中筛选评价指标,再通过比较不同龄级(幼龄林、中龄林、成熟林、过熟林)各指标权重的变化确定最终评价指标,建立评价指标体系。采用层次分析与聚类分析法,构建刺槐人工林评价模型,计算各样地的健康指数,根据健康指数,将处于不同龄级的刺槐林划分为健康、亚健康和不健康3个等级。【结果】最终确定的渭北黄土高原区刺槐人工林健康评价体系包括活力指标(立地质量、枯梢比、更新状况)、结构指标(郁闭度、密度、平均胸径、平均树高)和抗逆性指标(森林火险等级和病虫害)。研究区刺槐林分健康状况的评价结果为:健康林占45.2%,亚健康林占42.9%,不健康林占11.9%,表明刺槐林的整体健康状况不良,急需进行健康经营抚育。【结论】构建的健康评价体系能客观地反映渭北黄土高原区刺槐人工林的健康状况。     

黄土高原不同立地条件下刺槐人工林种群的无性繁殖与更新

【目的】在黄土高原丘陵沟壑区不同立地条件下,研究刺槐人工林无性繁殖与更新状况,为该地区刺槐人工林的经营管理提供依据。【方法】对黄土丘陵沟壑区安塞试验站、纸坊沟和县南沟流域12个阳坡和阴坡刺槐人工林样地的林分特征、土壤含水量、外界干扰、无性繁殖和林下物种进行了系统调查。【结果】阴坡样地不同深度土层的平均土壤含水率高于阳坡样地;生长在阴坡的刺槐人工林无性繁殖较阳坡旺盛,阴坡无性株萌蘖的数量和扩散范围明显大于阳坡;在相同坡向的刺槐林群落中,坡下部的根系萌苗量大于坡上部;影响刺槐无性繁殖的另一个重要因素是外界干扰,在立地条件差、人为践踏、砍伐和放牧的样地中,刺槐人工林的根系萌苗扩散程度大于无外界干扰或干扰较轻的样地;不同立地条件下刺槐的无性繁殖潜力趋势为:阴坡下部>阳坡下部>阴坡上部>阳坡上部。【结论】刺槐人工林在黄土丘陵沟壑区的适生范围是阴坡下部及沟谷地区。     

黄土高原人工林根区土壤水分亏缺状况与空间分布

通过定位监测与对比分析,对黄土高原半湿润落叶阔叶林区、半干旱森林草原区和半干旱典型草原区,持续干旱期末人工林根区土壤干旱状况、雨季后土壤水分恢复情况进行了测定分析;同时,通过引入土壤贮水亏缺度这一新的指标,对人工林地土壤水分亏缺度的空间分布进行了研究.结果表明,黄土高原人工林地土壤水分亏缺严重.根区O～320 cm土层贮水亏缺量达384.06～466.68 mm,相当于该地多年平均降水量的63.95～77.70.其中以0～40 cm主要根系分布层亏缺量最大.人工林根区土壤贮水亏缺度,在水平方向上具有较为明     

黄土高原子午岭不同发育阶段油松人工林土壤理化性质的变化

【目的】揭示子午岭林区不同发育阶段油松人工林土壤理化性质的变化规律,为该地区油松人工林的地力维护提供理论依据。【方法】采用典型样地调查方法,在甘肃省正宁县中湾林场,以荒坡为对照,测定不同发育阶段(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林)油松人工林土壤的物理性质和主要养分含量,并对各指标进行相关性分析。【结果】在油松人工林不同发育阶段,土壤含水量变化不明显;成熟林阶段土壤体积质量和孔隙度明显优于荒坡和其余各发育阶段林地;随林龄的增长,土壤有机质、全氮含量呈上升趋势,土壤pH逐渐下降,速效磷、速效钾、硝态氮、铵态氮呈波动变化;相关性分析发现,土壤有机质、全氮和pH之间均存在相关性,其中有机质与全氮极显著正相关,pH与有机质、全氮显著负相关。【结论】从土壤持续发育的过程来看,在黄土高原子午岭林区营造油松人工林可以使林地土壤的理化性质得到持续改善,土壤养分进一步增加。     

黄土高原高寒区不同人工林土壤养分及生态化学计量特征

[目的]通过分析黄土高寒区不同人工林和不同土层的土壤养分和生态化学计量变化,旨在阐明不同人工林土壤养分和化学计量特征,揭示土壤养分和化学计量随土层深度的变化规律.[方法]以青海黄土高寒区退耕的人工林地(包括青海云杉、华北落叶松、青杨、白桦)为研究对象,以自然退耕的草地和农田为对照,测定了6种植被类型在0～20 cm、2...     

黄土高原油松人工林地土壤颗粒的分形特征

为了全面了解人工林地的生态环境状况,采用分形理论,研究了黄土高原油松人工林地不同深度土壤颗粒的分形特征。结果表明,在油松人工林凋落物和根系等的作用下,人工林能够提高林地土壤的团聚能力,降低土壤的分形维数;不同深度油松人工林地的土壤颗粒分形维数在土壤剖面趋于均一,而且小于同种质地的其他土壤;土壤颗粒分形维数可以反映森林土壤粒径分布的变化,因而可作为评价森林土壤生态特征的指标。     

黄土高原毛白杨、刺槐人工林对土壤养分的影响

研究不同人工造林对土壤养分的影响,为人工林丰产管理及地力衰退评价提供理论依据。以黄土高原8年生毛白杨、刺槐人工林为研究对象,通过调查和SPSS分析,比较了2种人工林对土壤速效养分的影响。结果表明,2种人工林对土壤速效氮、速效钾含量影响差异显著(P<0.05),对速效磷含量影响差异不显著(P>0.05),毛白杨人工林土壤速效氮、速效钾含量较同等条件刺槐人工林低,而速效磷含量较刺槐林略高。表明营造2种人工林后,毛白杨林整体肥力明显低于刺槐林,并表现为土壤质量中度退化,距树干基部越近这种差异性表现越明显。     

黄土高原主要造林树种集流面积的确定

采用人工供水的方法,研究了油松、侧柏、刺槐人工幼林林地土壤水分年变化规律.根据土壤水分对林木的有效性,提出了人工林土壤水分的补偿方法及各树种的集流面积.结果表明,在3个树种中,刺槐林地的难效水频率最高,侧柏的最低.初步提出了在黄土高原年降水量500～600 mm的地区,20 a生油松和侧柏适宜的集流面积分别为10～12 m2/株和5～9m2/株,8 a生刺槐为12～20 m2/株,年降水量400～500mm的地区,油松和侧柏人工林集水面积至少应为12 m2/株和9 m2/株,刺槐20m2/株.     

目标树林分作业对黄土高原油松人工林天然更新的影响

油松人工林是黄土高原的重要森林类型,近自然经营是实现油松人工林多功能可持续经营目标的可行性技术体系,以单株择伐为特征的目标树林分作业法是近自然森林经营理论技术体系中最实用和最有效的基本技术内容,而林下天然更新能力的促进和发展是人工林近自然化改造进程的基本林学指标之一。以实施目标树单株木林分作业的46年生油松人工示范林为对象,以6块面积为0.25 hm2的固定观测样地数据为基础,对近自然林分作业在油松人工林林下天然更新的影响效果进行研究。在各样地中随机选取3块面积为25 m2的样方,把树种分为主要树种、伴生树种和先锋树种3类,采用常规调查与幼苗生长状况调查相结合的方法获取观测数据,研究单株干扰树择伐4年后各树种类型幼苗天然更新的数量和质量变化情况。结果表明：单株择伐后林分趋于稳定,林下更新除先锋树种外均呈聚集分布,单株择伐增加了林下天然更新的树种数量、树种株数密度,促进了林下主要树种和伴生树种的大量发育和生长,促进了林下苗木的健康生长。据此认为,近自然的目标树林分作业法适合黄土高原油松人工林的近自然化改造目标。     

黄土高原坡地封闭式水平带侧柏人工林土壤肥力研究

研究了黄土高原陡坡封闭式水平带侧柏人工林的土壤肥力变化。结果表明:在整地、抚育及侧柏生长的综合作用下,陡坡水平带内侧柏根区80cm土层土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾及阳离子代换量较无林地分别提高141.0%、18.8%、97.8%及48.0%,pH值降低4.7%,碳酸钙在0￣40cm土层降低6.3%￣16.8%,在41￣80cm提高11.6%￣24.0%。     

北京市低山区低效油松人工林林分结构研究

[目的]探索北京市低效油松人工林林分结构特征。[方法]对北京市低山区低效油松人工林进行样地调查,分析了低效油松人工林的树种组成结构、树高结构和直径结构。[结果]通过分析得出导致该林分低效的主要原因有林分过密、立地条件差、人为干扰和没有适地适树等。[结论]针对引起低效林的主要原因提出了营林和造林过程的建议。     

渭北黄土高原杜仲人工林生长量生物量研究

本文对永寿县７年生杜仲人工林的生长量进行了调查,用分层切割法和相对生长法测定了杜仲各器官（根、干、枝、叶、皮）的生物量,得出７年生杜仲人工林树高和基径分别为２．３１～３．０６ｍ、１．９０～３．０６ｃｍ,年平均生长量树高、胸径分别为５０．０ｃｍ和１．０ｃｍ,生物量为１８７２．１１～４７０４．８４ｋｇ／ｈｍ２。分析了不同土壤和经营技术对杜仲生长量和生物量的影响,结果表明通过集约栽培可以达到速生、丰产、高效的目的。     

立地和人为干扰对渭北黄土高原刺槐人工林个体生长过程的影响

通过对渭北黄土高原刺槐人工林最大林木的树干解析和年轮分析描述了林分最大两株林木的树高、直径和材积生长过程。结果表明，矮林树高初期生长迅速，“好”立地的最大木高生长大于“差”立地上的最大木，矮林和“差”立地上的乔林之间树高生长过程达到最高峰的年龄为4—8a，“好”立地上的乔林为12a左右。直径生长可以分为速生期和缓馒生长期，年轮波动在速生期幅度大，进入缓馒生长期后幅度小但频度加大。依据直径生长过程可以区分为两组：第一组为最大木和次大木速生期为造林后6—8a的林分；第二组林木的速生期可持续到25a左右。年轮宽度的灵敏度指数在林分内最大木和次大木之间和在林分间差异都较大，刺槐矮林趋于比乔林大。生长越迅速，受到的人为干扰越强，年轮变化对于扰的反映越敏感，年轮灵敏度指数就越高。抚育间伐时常常伐去了利用价值高的个体，林分现保留木常是先前的被压木。     

黄土高原人工林地土壤水分亏缺研究

在对黄土高原林地土壤水分有效性分级的基础上,提出了林地土壤水分亏缺的评价方法与标准.分析和评价黄土高原人工林地土壤水分亏缺变化及其亏缺度,对于调控水分关系,解决水分供需矛盾具有重要的指导意义.结果表明,黄土高原人工林地土壤水分供耗矛盾突出,不同植被地带人工林地水分亏缺度表现为森林带<森林草原带<典型草原带,亏缺度由森林带的不亏缺逐渐增大到典型草原带的61.52;阴坡水分亏缺度小于阳坡,坡下部小于上部,缓坡小于陡坡;土壤剖面的水分循环活跃层亏缺度要远小于强烈耗水层,最大相差达66.67;林地土壤水分的动态变化具有明显的季节变化性,雨季时一般供水量大于耗水量,林地水分亏缺程度较轻,但雨季前植被蒸腾耗水较强,水分供需矛盾突出,亏缺程度较重.     

黄土高原不同林地植被对土壤肥力的影响

研究了黄土高原油松、刺槐人工林对土壤的培肥效应。结果表明:(1)在黄土高原地区,种植人工林对土壤的有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效钾等营养元素含量的提高有很大帮助。但不同林型提高程度不同,除全钾、速效磷以外,各项指标均以阔叶林高于针叶林;阔叶林下土壤阳离子交换量也高于针叶林;总体来看,阔叶林下土壤肥力的提高较针叶林显著。(2)在黄土高原地区,种植人工林可改善土壤发育条件,减弱土壤侵蚀作用,降低土壤的碳酸钙含量,在此方面针叶林的作用比阔叶林明显。