土壤团聚体稳定性是评价土壤结构和土壤肥力的重要指标.为探究固氮树种马占相思对巨尾桉人工林土壤团聚体粒径分布及稳定性的影响,该文以 17 年生的巨尾桉纯林(PP)与巨尾桉/马占相思(固氮树种)混交林(MP)为研究对象,采用干筛法和湿筛法分别测定 0～10 cm和 10～20 cm土层团聚体粒径分布及平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(Dm)、水稳定性团聚体含量(WSA)、团聚体破坏率(PAD)和团聚体稳定性指数(ASI)等稳定性指标.结果表明:(1)与PP相比,MP的土壤理化性质有不同程度的提升,其中以土壤pH、有机碳(SOC)及全氮(TN)最为显著.(2)MP 的土壤团聚体粒径分布优于PP,差异主要体现在>2.00 mm和<0.25 mm粒径中,均以大团聚体(>0.25 mm)为主;相较于PP,MP的土壤团聚体机械稳定性仅在 0～10 cm土层显著提高,但其团聚体水稳定性在 0～10 cm和 10～20 cm土层均显著提高.(3)Mantel分析结果显示团聚体稳定性与TN相关性最强,通过RDA分析进一步说明TN是驱动其团聚体稳定性变异的最关键因子.综上认为,固氮树种马占相思对巨尾桉人工林土壤团聚体稳定性具有明显改善作用,该研究结果为南亚热带桉树人工林水土保持、养分管理及可持续经营等提供了科学的理论依据.

营造乡土树种人工林和桉树人工林是我国南亚热带森林经营的常见模式.为探究土壤真菌群落多样性及功能对乡土树种和桉树人工林的响应特征与机制,该研究以南亚热带 4 个乡土树种人工林[马尾松(Pinus massoniana)、火力楠(Michelia macclurei)、米老排(Mytilaria laosensis)、红锥(Castanopsis hystrix)]和外来树种尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林为对象,基于各林分土壤(0～20 cm)真菌 18S rRNA高通量测序数据,利用FUNGuild数据库,比较分析乡土树种与尾巨桉人工林土壤真菌群落多样性和功能类群的差异特性及影响的主导土壤环境因子.结果表明:(1)5 个研究林分的土壤真菌优势门均为子囊菌门和担子菌门,但不同乡土树种林分与尾巨桉林的土壤真菌优势目存在差异.(2)尾巨桉林土壤真菌群落α多样性高于乡土树种人工林,其群落组成结构也与乡土树种人工林存在显著差异(P<0.05).(3)4 个乡土树种人工林土壤的腐生营养型的相对丰度高于尾巨桉林,并且火力楠林和米老排林土壤丛枝菌根真菌的相对丰度明显高于尾巨桉林,尾巨桉林土壤共生营养型以及外生菌根真菌和木材腐生菌的相对丰度明显高于乡土树种人工林.(4)pH是导致尾巨桉林与乡土树种人工林土壤真菌群落多样性和功能类群差异的主要土壤环境因子.综上认为,在南亚热带地区将尾巨桉林改建成火力楠林或米老排林可提高土壤养分水平,提升土壤生态功能.

为了解桉树人工林土壤种子库特征,对不同林龄尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林种子库的储量、垂直分布特征及与林下植被的相似度进行了分析.结果表明,土壤活力种子储量最高的为1～2 a生桉林,显著高于其他林型;其次为3～4 a生桉林和马尾松(Pinus massoniana)林;最低的为杉木(Cunninghamia lanceolata)林,显著低于其他林型.随林龄增加,尾巨桉林土壤种子库储量快速下降.土壤种子库中植物种类最为丰富的是杂木林和马尾松林,显著大于其他林型.随林龄增加,尾巨桉林土壤种子库植物种类先增后降.所有林型中,0～5 cm土壤种子库的密度均显著高于5～10 cm土层.杂木林种子库和林下植被共存植物种类最多,其次是马尾松林,杉木林最少.尾巨桉人工林随林龄的增加,共存植物种数呈先升高后下降趋势,土壤种子库Jaccard(CJ)和Sorensens(CS)相似系数也呈先升后降的趋势.因此,在速生桉人工林经营中适当间种(保留)乡土树种,可增加森林生态系统的生物多样性和生态功能的稳定性.

桉树是我国华南地区的重要速生营林树种,具备极高的经济价值,然而我国桉树人工林的发展还存在巨大争议,桉树营林的生态环境效应还有待进一步考究.针对我国华南地区典型尾叶桉(Eucalyptus urophylla)纯林经营的潜在生态问题,选取广东鹤山森林生态系统国家野外研究站的 10 树种混交林(10 species mixed forest plantation,10S)、30 树种混交林(30 species mixed forest plantation,30S)和桉树纯林(Eucalyptus monoculture,E)三种林型,另外设置桉树砍伐(Eucalyptus cutting,EC)和桉树砍伐清除林下灌草(Eucalyptus cutting and understory removal,ECUr)这两种常见经营措施的处理,通过比较不同林型和管理措施下土壤理化性质和生物指标的差异,解析了桉树营林对土壤理化特性、土壤微生物以及线虫群落的影响.本结果表明:三种林型间的土壤理化特性没有显著差异,但桉树纯林的土壤真菌生物量、真菌细菌比、食细菌线虫多度显著高于 10 和 30 树种混交林,桉树纯林的食真菌线虫多度和线虫群落多样性显著高于 10 树种的混交林.不同桉林管理措施下,桉树砍伐对土壤理化性质和土壤生物的影响不显著,但是桉树砍伐同时清除林下灌草显著降低了土壤含水率、真菌细菌比、线虫总多度、食细菌线虫多度、食真菌线虫多度以及杂食捕食性线虫多度.以上结果说明,桉树纯林的生物群落总体上优于相同林龄的多物种混交人工林,因此桉林的土壤质量状况并不比混交林低.另外,砍伐导致了桉林土壤质量下降,在砍伐过程中破坏灌草会对土壤质量造成更严重的负面影响.总体来看,桉林本身具有良好的生态功能,但作为一个具有生态和经济双重效益的物种,桉林长期经营可能会导致土壤退化等一系列生态问题.因此未来桉树人工林生态和经济效益权衡可能需要重点关注营林措施.

为探究滨海地区人工防护林火烧迹地土壤总呼吸速率及其组分的动态变化规律以及与之相关的影响因素,利用壕沟法区分土壤异养呼吸和自养呼吸,采用Li-8100碳通量自动测定系统,对福建省滨海沙地尾巨桉人工林火烧迹地土壤呼吸进行测定,同时测定0～10 cm处的土壤温度(T10)和土壤体积含水量(W10),分析火烧迹地和对照样地土壤呼吸及其组分与林地水热因子的月动态变化,探讨土壤呼吸速率与土壤温度、土壤水分以及土壤理化性质的相关关系.结果表明:火烧迹地土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的月平均速率分别为2.20、1.87和0.33 μmol·m-2·s-1,对照样地土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的月平均速率分别为2.96、2.15和0.81 μmol·m-2·s-1,火烧迹地土壤呼吸及其组分均显著下降(P＜0.05);全年火烧迹地和对照样地土壤呼吸及其组分与T10均表现出极显著指数相关,全年火烧迹地和对照样地土壤总呼吸速率与W10均表现出显著正相关,火烧迹地土壤异养呼吸与W10无显著相关,对照样地土壤异养呼吸与W10表现出极显著正相关,火烧迹地土壤总呼吸和异养呼吸的Q10值相同,且稍低于对照样地的Q10值;林地土壤呼吸速率与土壤NO3--N、无机氮均存在极显著正相关,与NH4+-N存在显著正相关;在尾巨桉人工林中,林火干扰对土壤呼吸速率有显著影响,土壤异养呼吸和自养呼吸均显著降低.通过建立回归模型可知,土壤总呼吸与土壤温度和体积含水量均显著相关,进一步证明土壤温度和含水量是影响林地土壤呼吸速率的主要因子,且林火干扰还会导致土壤碳氮组分发生改变,从而影响土壤碳排放速率.

通过分析杉木采伐迹地营造阔叶树种尾巨桉和固氮树种黑木相思人工林后土壤微生物群落组成和酶活性,探讨造林树种转换对于改善杉木林地土壤微生物特性的影响.结果表明:树种转换对土壤微生物群落组成和酶活性的影响主要局限于0～ 10 cm土壤层.杉木转换为固氮树种黑木相思后,显著提高了0～10 cm土壤层总脂肪酸含量、真菌、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和放线菌生物量.主成分分析表明,黑木相思人工林土壤微生物群落组成与杉木和尾巨桉人工林具有显著差异,土壤中革兰氏阳性细菌、阴性细菌和放线菌丰度显著提高.在0～10 cm土壤层,黑木相思人工林土壤纤维素水解酶、乙酰氨基-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性均显著高于杉木和尾巨桉人工林.研究表明,杉木转变为固氮树种黑木相思后会显著提高微生物生物量和酶活性,有助于土壤有机质的恢复,加快养分循环过程.

以福州市滨海后沿沙地人工营造的湿地松、木麻黄、尾巨桉、肯氏相思和纹荚相思防护林为研究对象,测定不同年龄(新叶、老叶)叶片、表层土壤(0～10 cm)天然稳定碳、氮同位素丰度值(δ13C、δ15N),研究稳定碳、氮同位素丰度值与水分利用效率和土壤氮饱和程度的相互关系,以揭示不同树种水分利用效率、氮饱和程度和碳氮循环速率差异的机理.结果表明:(1)滨海沙地不同树种叶片δ13C变化范围为-31.682‰～-29.323‰,其δ13C大小为:湿地松＞肯氏相思＞木麻黄＞纹荚相思＞尾巨桉,除尾巨桉外各树种δ13C均表现为新叶＞老叶;各树种叶片δ15 N变化范围为-5.548‰～-2.167‰,其δ15N大小为:肯氏相思＞纹荚相思＞木麻黄＞湿地松＞尾巨桉,且各树种均表现为新叶＞老叶.(2)不同树种表层土壤δ15N变化范围为-4.675‰～-2.975‰,表层土壤δ15N大小为:纹荚相思＞肯氏相思＞木麻黄＞尾巨桉＞湿地松,但不同树种表层土壤C含量无显著差异.(3)滨海沙地湿地松、木麻黄、肯氏相思和纹荚相思的水分利用效率随叶龄增加均呈显著递减趋势;不同树种新叶的水分利用效率变化范围为39.09～76.57 μmol·mol-1,其大小依次为:湿地松＞肯氏相思＞木麻黄＞纹荚相思＞尾巨桉;老叶的水分利用效率变化范围为38.56～62.59 μmol·mo[-1,其大小依次为:湿地松＞木麻黄＞肯氏相思＞尾巨桉＞纹荚相思.(4)不同树种人工林水分利用效率与其新叶水分利用效率呈显著正相关关系,说明林分水分利用效率主要体现在新叶的水分利用效率上,同时林分水分利用效率受林分类型的影响.

以福建省福州市滨海后沿沙地人工营造的湿地松、木麻黄、尾巨桉、肯氏相思和纹荚相思人工林为研究对象,运用稳定碳同位素法测定植物水分利用效率,探索叶片氮、磷养分状况与水分利用效率之间的差异及相互关系.结果表明:(1)湿地松和肯氏相思的叶片δ13C均与尾巨桉差异显著(P＜0.05),但湿地松、木麻黄、肯氏相思、纹荚相思之间的叶片δ13C均无显著差异;肯氏相思、纹荚相思的叶片δ15N均显著高于湿地松、木麻黄和尾巨桉.(2)不同树种水分利用效率大小依次为:湿地松＞肯氏相思＞木麻黄＞纹荚相思＞尾巨桉,且湿地松叶片的WUE显著高于尾巨桉36.87％,而与其他树种的水分利用效率均无显著差异.(3)各树种叶片氮浓度大小依次为:肯氏相思＞纹荚相思＞尾巨桉＞木麻黄＞湿地松,但仅肯氏相思和纹荚相思与湿地松之间差异达到显著水平;各树种叶片磷浓度大小依次为:尾巨桉＞肯氏相思＞纹荚相思＞湿地松＞木麻黄,其中尾巨桉与湿地松、木麻黄、纹荚相思之间差异显著;木麻黄和纹荚相思人工林叶片的N/P显著高于尾巨按人工林,其余树种之间的叶片N/P均无显著差异.(4)叶片δ13C与叶片N浓度呈显著二次曲线相关关系,叶片δ15N与叶片N浓度呈极显著线性正相关关系(P＜0.01).研究发现,滨海沙地不同树种人工林间水分利用效率、叶片氮浓度、磷浓度、N/P均存在显著差异,水分利用效率与叶片氮浓度、磷浓度均呈显著负相关关系,氮、磷含量是影响滨海沙地沿海防护林树种水分利用效率的重要因子.

为促进沿海合理营林和碳库平衡, 基于对福州市滨海后沿沙地上营造的人工林的调查, 研究尾巨桉、木麻黄、纹荚相思3种人工林生态系统的碳含量、碳储量及分配格局.结果表明, 尾巨桉、木麻黄、纹荚相思不同器官平均碳含量分别为456.08-482.68、431.89-464.90、472.93-505.10 g/kg.相同树种不同器官之间和相同器官不同树种之间的碳含量均存在显著差异 (P＜0.05).不同林分间乔木层的碳储量表现为木麻黄 (32.89 t/hm2)＞纹荚相思 (31.33 t/hm2)＞尾巨桉 (30.20 t/hm2), 其中, 乔木层各器官碳储量均以树干 (10.92 t/hm2、10.36 t/hm2、15.00 t/hm2) 最大, 分别占各自乔木层碳储量的33.20％、33.06％、49.67％;地被层 (包括林下植被层和凋落物层) 的碳储量表现为尾巨桉 (6.42 t/hm2)＞纹荚相思 (6.19 t/hm2)＞木麻黄 (4.57 t/hm2), 其中凋落物层碳储量均远远大于草本层碳储量;土壤层的碳储量表现为木麻黄 (8.02 t/hm2)＞纹荚相思 (7.31 t/hm2)＞尾巨桉 (6.42 t/hm2).这3种人工林生态系统总碳储量表现为木麻黄 (45.48 t/hm2)＞纹荚相思 (44.83 t/hm2)＞尾巨桉 (43.04 t/hm2), 且碳储量分布格局均为乔木层＞土壤层＞凋落物层＞草本层.因此, 滨海沙地这3种人工林生态系统固碳效益无显著差异, 纹荚相思、尾巨桉和木麻黄都是很好的固碳树种.

为探讨桉树(Eucalyptus spp.)人工林土壤呼吸及其对气象因子的响应,采用LI-8100A土壤碳通量自动测量系统,对雷州半岛北部尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)人工林的土壤呼吸速率进行监测.结果表明,尾巨桉人工林土壤呼吸速率具有明显的时间变化特征,表现为单峰曲线型变化趋势,2016年5月和翌年2月分别达到最高值[(3.17±0.12)μmolm-2s-1]和最低值[(1.18±0.16) μmol m-2s-1],年均值为(2.34±0.70) μmol m2s-1.根据相关系数,土壤呼吸速率的影响因子以土壤温度＞气温＞气压＞光合有效辐射＞饱和水汽压差＞土壤湿度.主成分分析表明,温度、光合有效辐射等引起的热能量变异和土壤湿度等引起的水分变异是土壤呼吸速率的主要影响因子.回归分析表明,气象因子综合模型能解释土壤呼吸速率94.0％的变异情况,模型可靠性较高.尾巨桉林土壤表面全年CO2通量为893.31 g C m-2a-1.气象因子的综合作用能更全面地解释土壤呼吸的时间变异情况.