科尔沁沙地南缘樟子松固沙林更新迹地土壤理化特性演变研究

科尔沁沙地南缘在90年代初引种失败后,对原有植被采伐并在采伐迹地进行植被重建。为了研究沙地植被更新13 a后土壤特性,选取土壤容重、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾7个衡量土壤肥力的重要指标作为土壤环境肥力质量的评价指标,采用改进的内梅罗(Nemoro)公式对山杏、彰武小钻杨和白丁香三种林分的土壤环境肥力质量进行综合评价。结果表明,植被重建后土壤特性演变朝良性方向发展,相较于采伐迹地土壤容重减小、田间持水量提高;有机质、氮磷钾及其有效性明显提高,有效磷和碱解氮含量相较于采伐迹地增幅最大;3种植被重建类型对提高土壤上层(0~10 cm)理化性质的能力较下层(10~20 cm)强;樟子松更新迹地3种植被重建类型下土壤肥力质量综合排序为:彰武小钻杨(0.82)白丁香(0.72)山杏(0.66)。樟子松固沙林更新迹地植被重建后的土壤理化性质及肥力条件得到了有效改善,且有很大的提升空间。研究结果将为今后科尔沁沙地生态恢复提供科学依据。     

科尔沁沙地南缘樟子松人工林碳汇及对气候因子的响应

[目的] 以科尔沁沙地南缘不同初植密度沙地樟子松人工林为研究对象,旨在明晰不同初植密度林分碳储量、碳汇功能及其对气候的响应机制,以便于评估森林生态系统的固碳功能及其适应性管理。[方法] 利用林分胸高断面积估算樟子松人工林碳储量及固碳速率,结合气象因子分析其对温度、降水及蒸发的响应,利用GM(1,1)灰色预测模型对2030年林分碳储量进行预测。[结果] 不同初植密度樟子松人工林碳储量和固碳速率年际波动趋势基本一致,碳储量逐年增加,固碳速率曲线呈"U"形。初植密度过低或者过高均降低樟子松人工林碳汇能力;在林龄29年之前,碳汇强度最高林分初植密度为1 500~2 000株/hm²,31~42年林龄的林分最优密度为1 000~1 200株/hm²。林分碳储量随林分密度增加而增加,且二者拟合公式符合Logarithm方程。樟子松人工林固碳速率对降雨无响应。不同初植密度林分的气温对固碳速率响应模式不同,前一年8月及当年3,5,6,7月平均气温是限制高密度、极高密度樟子松人工林碳汇的主要气候因子;前一年8月及当年3,10月平均气温是限制低密度、中密度樟子松人工林碳汇的主要气候因子。由蒸发和密度林固碳速率相关分析可知,低密度樟子松人工林碳汇对蒸发的响应更为敏感。基于GM(1,1)灰色模型可知,过高或者过低初植密度均降低未来樟子松人工林固碳潜力,固碳速率最优初植林分密度为1 772 株/hm²。[结论] 林分初植密度对沙地樟子松林的碳储量和碳汇及其对气候响应存在明显影响,初植密度调整可能是气候变化下樟子松人工林适应管理的关键措施之一。     

不同初植密度樟子松人工林对毛乌素沙地南缘土壤粒度特征的影响

探讨樟子松人工林林下土壤粒度特征随林分密度的变化及影响,以陕西省榆林市珍稀沙生植物保护基地内8个密度梯度(925~2 700株/hm~2)的沙地樟子松人工林为研究对象,分别采集0—20,20—40cm土层土壤样本,测定土壤粒度组成,计算并分析平均粒径、标准偏差、偏度、峰态值和分形维数。结果表明:研究区各层土壤粒度组成以砂粒为主,其次是粉粒、黏粒;粒度特征整体呈现粒径较粗、分选较差、偏度正和峰态为中至窄的特点,土壤分形维数分布于1.422~2.084之间;樟子松林林下各层土壤平均粒径和分形维数均大于裸沙地,且随着林分密度的增加,平均粒径和分形维数均呈现递增趋势,而樟子松林林下各层土壤偏度均小于裸沙地,且随着林分密度的增加,呈现递减趋势,说明土壤细粒物质在樟子松林的长期保护下逐渐恢复,并且表层土壤恢复速度大于下层土壤;同时,随林分密度的增大,标准偏差和峰态值没有明显的规律,土壤颗粒的粗细分配变化不稳定,说明林分密度因素不足以致使土壤颗粒的粗细分配朝良好趋势发展。     

科尔沁沙地南缘不同植被对土壤物理性质改良作用研究

试验选取科尔沁沙地南缘樟子松林地、柠条林地、狗尾草草地、裸沙地（对照）4种典型立地类型为研究对象,通过测定各研究地土壤容重、土壤含水率、最大持水量、毛管持水量、田间持水量及沙粒粒径等物理指标,研究分析不同植被对沙地土壤物理性质的改良作用。研究表明:3种植被都对土壤物理性质都有一定改良作用。（1）柠条和樟子松对沙地土的保水效果较差,1 m深处的土壤含水率仅为2.1%和2.6%,低于裸沙地,而狗尾草草地1 m深处的含水率达到7.4%,为裸沙地1 m深处的1.6倍。（2）通过分析0—30 cm各物理指标平均值,得出3种植被下,土壤容重都小于裸沙地;狗尾草草地毛管持水量和田间持水量都最高,分别为21.7%和18.2%。其次为柠条林地和樟子松林地,裸沙地最小;柠条林地最大持水量最高,为24.6%,其次为狗尾草草地和樟子松林地,裸沙地最小。（3）通过对不同土层深度物理指标分析得出:3种植被对0—10 cm和10—20 cm的土壤容重、最大持水量、田间持水量有显著影响,而对毛管持水量没有显著影响;对20—30 cm的土壤各指标都有显著的影响。（4）三种植被对土壤颗粒分布异质性改良效果的大小顺序依次为狗尾草 > 樟子松 > 柠条,其间接反映了土壤粒径分布范围的均匀程度,其由高到低依次为狗尾草 > 樟子松 > 柠条。综上,与裸沙地相比,种植各植被土壤的物理指标明显好于裸沙地,表明植被能明显改善当地土壤的物理性质。     

覆盖和密度调控对女贞人工林土壤水季节性影响

为寻求降低林地土壤蒸发量的经营措施,以江都地区6 a生女贞人工林为例,研究了稻草、枯落物、石砾覆盖以及50%和70%强度移植对其土壤含水量季节动态的影响,以及含水量与毛管孔隙度、温度等关系。结果表明:覆盖增加土壤表层含水量,4,11月稻草覆盖的保水效果最好,7月枯落物覆盖的保水效果最好,石砾覆盖缩小各土壤层间含水量差异。随移植强度增大,覆盖对表层土壤含水量的增加效果减弱,土壤保水性降低。研究可为建设节水型绿地提供一定的科学依据。     

章古台地区樟子松人工林林下草本植物群落动态

[目的]探究樟子松人工林林龄与林下草本植物多样性指数的关系,分析樟子松林林下草本植物群落动态,为樟子松林下的植被管理提供参考。[方法]以科尔沁沙地南部章古台地区不同林龄(8,18,27,35,48a)樟子松人工林为研究对象,调查林下草本植被的植物种类、数量、盖度和生物量特征,定量分析林龄对林下草本植物的影响。[结果]在樟子松人工林林下,马唐Digitaria sanguinalis的重要值高于其它草本植物,能更好地适应林下环境,是最主要的优势种。随着樟子松林龄的增长,林下草本植被的生物量和多样性呈先减少后增加的趋势,其中27a生樟子松林的林下草本植被生物量和多样性最低。林龄与Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数均呈显著的二元回归关系。[结论]樟子松人工林中龄林与近熟林林下草本植被存在退化现象,需要通过间伐、中耕、围封等方法人工促进草本植被的生长与演替。     

地表凋落物对油松、沙棘人工林土壤呼吸的影响

通过对黄土丘陵区油松、沙棘人工林自然组(含凋落物)和去凋组(不含凋落物)土壤呼吸、5cm土壤温度和含水量的监测,研究地表凋落物对土壤呼吸的影响。在两种林分内分别设置20m×20m样地,样地内随机设置5个观测点,于2015年6月到2016年5月使用LI-8100系统进行监测。结果表明:(1)自然组油松林和沙棘林土壤呼吸季节动态及日动态均表现为单峰型变化曲线,沙棘土壤呼吸年均值[2.10μmol/(m~2·s)]显著高于油松[1.56μmol/(m~2·s),p0.05];去除凋落物后,两种林分土壤呼吸与自然组具有相似的季节及日动态特征,但土壤呼吸年均值不存在显著性差异。(2)沙棘林自然组土壤呼吸年均值显著高于去凋组[1.58μmol/(m~2·s),p0.05],凋落物呼吸对土壤总呼吸的贡献率为15.81%;油松林自然组与去凋组土壤呼吸年均值差异不显著,凋落物呼吸对土壤总呼吸的贡献率仅为1.61%。(3)自然组和去凋组中油松、沙棘林土壤呼吸与温度均存在显著指数关系(p0.05),与含水量则存在显著线性负相关关系(p0.05);两组处理土壤温度和含水量对土壤呼吸的单独解释量均较低(0.05%~37.82%),土壤呼吸主要受到温度和含水量共同作用的影响(8.01%~66.44%)。地表凋落物显著提高了沙棘林土壤呼吸的Q10和土壤呼吸量,但仅显著提高了油松林的Q10,对土壤呼吸量并未显著增加。油松林作为黄土丘陵区水土保持及生态恢复的造林树种更有利于该地区林地碳汇功能的提升。     

沙地樟子松人工林初植密度及其调控研究

利用灰色系统理论中灰关联和灰预测方法,对毛乌素沙地试区樟子松人工林初植密度和中龄期(15～20年)的适宜密度调控进行了评价与预测.研究结果证明沙地樟子松适宜的初植株行距为2m×2m,进入中龄期后适宜的株行距为3m×4m.     

不同密度樟子松固沙林土壤水分特征

[目的]探讨樟子松固沙林合理栽植密度,为进一步深入分析樟子松固沙林水量动态平衡、衰退原因及林分稳定性评价提供参考。[方法]以科尔沁沙地南缘3种密度(400,600和800株/hm2)的33a樟子松固沙林为研究对象,连续监测了生长季降雨、0—200cm土壤含水量、200cm以下渗漏量,分析了3种密度下土壤水分特征及差异。[结果](1)3种密度下土壤水分时空变化趋势基本一致,0—30cm为降雨影响剧烈层,60cm以下受40mm降雨影响,降雨结束后均表现蒸渗型水分消退特征,之后转换为蒸散型;(2)0—200cm土壤体积含水量大小为:400株/hm2600株/hm2800株/hm2,且差异显著(p0.05);(3)200cm以下均有水分渗漏,其中800株/hm2最低,为0.4mm。[结论]丰水年3种密度林分基本能够维持水量平衡,但正常降水或极端降水年份会增加土壤蓄存水消耗,可能出现水分亏缺或衰退现象。建议生产中樟子松固沙林适宜密度应控制在400株/hm2左右。     

毛乌素沙地东南缘人工林樟子松根系吸水来源与影响因素

水资源短缺是我国西北旱区沙漠化防治和植被恢复重建的主要限制因子。揭示典型治沙植物根系吸水来源及其主控因子可为该地区科学治沙和水资源高效利用提供依据。本研究选取毛乌素沙地东南缘圪丑沟小流域樟子松人工林（18 – 20 年）为研究对象,通过定期采集和测定植物木质部水及其各种潜在水源（降水、土壤水和地下水）的氢氧同位素组成（δ2H和δ18O）,结合多元线性混合模型研究樟子松根系吸水来源、动态变化特征及其影响因素。结果表明：监测期间（6—11月）樟子松木质部水、降水、土壤水和地下水的δ2H值变化范围分别为?69.95‰~ ?49.25‰、?144.81‰ ~ ?6.60‰、?83.62‰ ~ ?48.57‰和?65.63‰ ~ ?53.65‰,δ18O值变化范围分别为?8.77‰ ~ ?8.21‰、?18.86‰~ ?2.07‰、?9.45‰ ~ ?6.54‰和?9.97‰ ~ ?8.26‰。雨季（7—9月）降雨量、土壤含水量和地下水位分别高于旱季（6月,10月和11月）24.8 ~ 90.10 mm,3.36 ~ 8.40%和5 ~ 15 cm。樟子松根系在6月主要利用深层土壤水（> 90 cm）（15.40%）和地下水（70.10%）,7—9月逐渐转变为以吸收浅层土壤水（< 80 cm）为主（61.03%）,10—11月随着降雨量减少,深层土壤水（> 70 cm）和地下水对樟子松根系吸水的贡献比雨季（7—9月）分别增加5.82% ~ 28.00%和20.64% ~ 23.30%。毛乌素沙地樟子松人工林根系吸水来源受土壤水分供耗和地下水位季节波动的共同影响。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量估算

以流动沙丘和不同恢复年限的人工和天然小叶锦鸡儿群落为研究对象,从土壤水分平衡角度对小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量进行了研究.结果表明,与天然小叶锦鸡儿群落的土壤含水量相比,人工小叶锦鸡儿群落内土壤含水量较低,且呈现出随植被生长发育年限的增加而不断减少的趋势;从土层垂直方向看,流动沙丘土壤含水量较稳定,6年生和天然小叶锦鸡儿群落土壤含水量大致随深度的增加而逐渐增加,但11年生和22年生小叶锦鸡儿群落土壤含水量基本呈下降趋势,绝大多数土层含水量均低于1.50%,水分状况较差;在生长季,人工植被区绝大部分的降雨都通过蒸散丧失,在时间分布上,各样地蒸散量呈现单峰型曲线模式.     

人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳效果的长期影响

[目的]探讨人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳的长期影响,为综合评价沙地植被恢复的生态环境效应提供科学依据。[方法]选择毛乌素沙地东南缘人工栽植21,36和56 a的樟子松林和流沙地为采样地,对0—30 cm的土壤进行了分层取样分析,以探讨人工林建设对半干旱荒漠区土壤颗粒组成及不同粒级含碳量的长期影响。[结果]随着栽植年限的增加,土壤颗粒呈逐渐细化的趋势,且表层(0—5 cm)细颗粒含量均高于下层(5—30 cm)。造林后土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)含量均显著增加,最高值分别是流沙地的4.90倍和4.32倍;栽植年限对SOC含量和土壤有机碳密度(SOCD)的影响大于SIC含量和土壤无机碳密度(SICD)。相对于流沙地,各粒级SOC,SIC含量均在栽植56 a样地增幅最大,且均在细砂粒组分中增幅最大。团聚体和粉黏粒有机碳含量与土壤总有机碳含量之间存在显著的线性相关关系(p0.01),粗砂粒和粉黏粒有机碳对总有机碳的贡献率和粉黏粒无机碳对总无机碳的贡献率较为显著(p0.05)。[结论]随着樟子松栽植年限的增加,土壤团聚体、粉黏粒含量和土壤固碳能力均显著提高。     

Soil microbial attributes along a chronosequence of Scots pine (Pinus sylvestris var. mongolica) plantations in northern China

Soil microorganisms play a key role in soil organic matter dynamics, nutrient cycling, and soil fertility maintenance in forest ecosystems, and they are influenced by stand age and soil depth. However, few studies have simultaneously considered these two factors. In this study, we measured soil microbial biomass carbon (SMBC), soil microbial biomass nitrogen (SMBN), soil basal respiration (SBR) rate, and potential extracellular enzyme activity (EEA) in soil to a depth of 60 cm under 10-, 30-, and 40-year-old Scots pine (Pinus sylvestris var. mongolica) stands (Y10, Y30, and Y40, respectively) in plantations in northern China in 2011. Soil water content (SWC), soil pH, soil organic carbon (SOC), and soil total nitrogen (STN) were also measured to explore their effects on soil microbial indices across different stand ages and soil depths. Our results showed that SMBC, SMBN, and the SBR rate were generally higher for the Y30 stand than for the Y10 and Y40 stands. Potential EEA, except forα-glucosidase, decreased significantly with increasing stand age. Soil organic carbon,STN, SWC, and soil pH explained 67%of the variation in soil microbial attributes among the three stand ages. For the same stand age, soil microbial biomass and the SBR rate decreased with soil depth. Lower microbial biomass, lower SBR rate, and lower EEA for the mature Y40 stand indicate lower substrate availability for soil microorganisms, lower soil quality, and lower microbial adaptability to the environment. Our results suggest that changes in soil quality with stand age should be considered when determining the optimum rotation length of plantations and the best management practices for afforestation programs.     

科尔沁沙地沙漠化过程中土壤碳氮特征分析

对科尔沁沙地不同沙漠化阶段土壤有机碳、全氮含量、土壤质地以及碳氮密度进行了测定与分析。结果表明,沙漠化过程中不同阶段的特征体现在土壤碳、氮、颗粒组成的有规律变化,土壤碳、氮含量衰减,质地变粗;从潜在沙漠化阶段到严重沙漠化阶段,100 cm深土壤有机碳和全氮含量分别下降91.6%和85.8%,有机碳密度从4 877.9(C)g/m2下降到481.8(C)g/m2,全氮密度从518.0(N)g/m2下降到89.4(N)g/m2;土壤有机碳、全氮与土壤细颗粒组分(<0.1mm)含量之间表现为同增同减性;沙漠化初期有机碳、氮衰减速率要快于沙漠化后期;沙漠化过程中土壤C/N比呈递减趋势,土壤有机碳衰减速率要快于全氮。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落保育土壤作用的研究

以流动沙丘和不同恢复年限的人工和天然小叶锦鸡儿群落为研究对象,从植被重建前后土壤理化性质变化方面分析了小叶锦鸡儿群落保育土壤的作用.结果表明,6 a生、11 a生和22 a生人工小叶锦鸡儿群落对土壤理化性质均有明显的改善作用,且总体上土壤改良效果与恢复年限成正相关.建立人工植被后,土壤中微沙(0.05～0.1 mm)和黏粒(<0.05 mm)的含量增加,表层(0～10 cm)土壤容重减小,孔隙度和饱和含水率增大,土壤持水能力提高;土壤有机碳、全氮、碱解氮、全磷、有效磷和有效钾含量均有不同程度增加,尤以表层增加幅度最大,并且灌丛对养分有明显的富集效应.     

科尔沁沙地不同风沙土的风蚀特征

通过风洞实验，研究了科尔沁沙地两种典型风沙土的风蚀特征。流动沙丘土样和农田土样的风蚀率随风速的增加均呈幂函数关系增长。风干的农田土样在风速3．7m／s时开始出现风蚀现象，但流沙土样的临界起沙风速是4．3m／s。在低风速段．农田土样的风蚀率大于流沙土样，但当风速增加到大约5．7m／s以上时，流沙土样的风蚀率开始大于农田土样，并且差值随风速的增加而加大。两种土样的风蚀率随土样含水率的增加呈负幂函数关系迅速减小。但流沙土样风蚀率的减小要比农田土样更迅速。流沙土样的临界起沙风速随含水量的增加呈线性关系增长，而农田土样的临界起沙风速随含水量的增加呈二次幂函数关系增长。两种风沙土在风蚀特征方面的差异，主要是由质地不同引起的。增加土壤含水量，是本地区风季减小风蚀的有效方法。