为揭示中国西南喀斯特石漠化植被恢复对土壤活性有机碳组分含量和酶活性的影响,该研究开展了土壤总有机碳含量、活性有机碳组分(微生物生物量碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳)含量以及4种土壤酶(脲酶、蔗糖酶、淀粉酶、碱性磷酸酶)活性对7种典型的植被恢复措施(柏木(Cupressus funebris)种植、柚木(Tectona grandis)种植、花椒(Zanthoxylum bungeanum)种植、量天尺(火龙果,Hylocereus undatus)种植、忍冬(金银花,Lonicera japonica)种植、皇竹草(Pennisetum sinese)种植和砂仁(Amomum villosum)种植)的响应研究.结果显示:1)植被恢复明显改善了喀斯特石漠化土壤总有机碳的分布和积累,显著改变了土壤活性有机碳各组分的含量及其在土壤总有机碳含量中的占比.不同植被恢复措施对土壤总有机碳和活性有机碳各组分含量的影响明显不同.柏木和金银花种植的土壤总有机碳含量和储量较高,而草地建设的2种措施(皇竹草和砂仁种植)的土壤总有机碳含量和储量最低.柏木和金银花种植的土壤易氧化有机碳和微生物生物量碳含量较高,而花椒种植的土壤可溶性有机碳含量较高.2)7种植被恢复措施均不同程度地明显提升了土壤淀粉酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶的活性.但不同酶活性对植被恢复措施的响应规律明显不同.除花椒种植外,其余6种植被恢复措施的土壤脲酶活性均显著大于对照样地.除皇竹草种植外,其余6种植被恢复措施的土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶活性均显著大于对照样地.而7种恢复措施中,仅有柏木种植的土壤淀粉酶活性显著高于对照样地.3)4种土壤酶活性与土壤总有机碳和活性有机碳各组分含量的相关性明显不同.淀粉酶和碱性磷酸酶活性与土壤总有机碳和活性有机碳各组分含量的相关性明显高于脲酶和蔗糖酶.土壤碱性磷酸酶和淀粉酶活性与喀斯特石漠化土壤有机碳积累矿化、活性有机碳组分形成与转换密切相关.

比较玉木耳、银耳、毛木耳及黑木耳等药用胶质菌的石油醚、乙酸乙酯提取物的化学成分组成.将4种菌类分别由石油醚、乙酸乙酯提取后,采用GC-MS方法进行分析研究.结果表明4种菌类共同含有的成分为邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异辛酯、十六烷酸.石油醚提取物中玉木耳的己二酸二(2-乙基己)酯含量最高,为29.018％;毛木耳、银耳和黑木耳中的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)含量最高,分别为95.995％、76.982％、55.70％;在4种菌类中只有玉木耳中发现了肉豆蔻醛成分.乙酸乙酯提取物中毛木耳和银耳含有亚油酸含量最多,为28.237％和52.498％;黑木耳a中检测到柏木脑成分,另外一个黑木耳b样品中检测到大量的苯甲酸.银耳独有的化学成分Anthiaergosta-5,7,9,14-tetraene.用GC-MS方法检测分析发现4种胶质菌子实体的化学成分组成上既有共性成分,也有各自特有的成分,本文采用气质联机分析方法为胶质菌的质量评价提供了研究基础.

草本层对森林生态系统具有重要的作用,其对于环境的变化比乔木层和灌木层更为敏感,在较短的时间内更容易反映改造带来的影响.为了分析林分改造后草本植物多样性的变化和揭示草本群落间的关系,以川中丘陵区改造4 a后的11种模式:不同密度(株行距1.5 m×4 m与1.5 m×2 m)的桤木(Alnus cremastogyne)、香椿(Toona sinensis)、银木(Cinnamomum septentrionale)纯林模式和株行距为1.5 m×2 m的银木+桤木模式、香椿+银木模式、香椿+桤木模式、桤木+香椿+银木模式以及采伐迹地作为研究对象,柏木(Cupressus funebris)纯林为对照,对柏木低效林不同改造模式的优势草本植物多样性、生态位宽度及生态位重叠进行研究.结果表明:(1)除高低密度香椿模式、低密度银木模式和桤木+香椿+银木模式外,其他模式的草本植物多样性均优于柏木纯林,其中以香椿+银木模式(Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度和丰富度指数分别为(1.82、0.83、0.94和1.30),与香椿+桤木模式(1.83、0.83、0.93和1.33)的生物多样性显著高于柏木纯林(1.48、0.69、0.82和1.27),为最优的改造模式.(2)改造前铁线蕨(Adiantum capillus-veneris)生态位宽度最广为2.365,喜阴植物占有优势地位,改造后林下光照环境发生变化,喜阳植物五节芒(Miscanthus floridulus)在低密度的纯林模式中迅速占据林下生长空间,生态位宽度较大,随改造模式郁闭度的增加,薹草(Carex tristachya)、地果(Ficus tikoua)、竹叶草(Oplismenus compositus)等喜阴植物逐渐占据优势地位,喜阳植物逐渐被淘汰.生态位宽度的大小与重要值呈极显著正相关关系(r=0.916),但也与资源位呈极显著正相关关系(r=0.977).(3)生态位宽度较大的物种间既有较大的生态位重叠,也有较小的生态位重叠,不能仅凭生态位宽度来判定生态位重叠值,而生态位宽度较小的鼠麴草(Gnaphalium affine)(0.647)与蛇莓(Duchesnea indica)(2.152)之间拥有最大的生态位重叠(0.123),可能是因为它们有相似的资源利用方式或相近的生态学特性.总体来说所有模式中草本植物物种间生态位重叠值都较低(＜0.2),生态位分化明显,种间竞争并不激烈,这可能与改造时间较短有关系.

植被冠层可以有效清除空气中的颗粒物,对减少雾霾发生、净化空气、维护人体健康发挥着重要的作用. 利用分布式模型对北京市城市树木冠层清除空气颗粒物质量进行估算. 结果显示,北京市树木冠层每年可以清除总空气颗粒物为833.02万kg,其中总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)分别为451.28万kg、274.13万kg、 107.61万kg,油松、柏木、栎类、经济林和槐树组冠层移除量较多. 对不同林龄冠层移除空气颗粒物量的研究发现,针叶树种为成、过熟林能力＞中、近熟林＞幼龄林,而阔叶树种为中、近熟林能力＞成、过熟林＞幼龄林. 所清除的颗粒物中,粗颗粒物(空气动力学直径≤10 μm)量对TSP颗粒物量的贡献率较大,平均贡献率为60.74％;而清除的细颗粒物(空气动力学直径 ≤2.5 μm)量对TSP颗粒物量的贡献率则因树种而异. 本研究表明不同林龄、不同树种清除空气颗粒物的能力差别很大,因此在植树造林绿化城市时应该注意树种、林龄的选择. (图4 表4 参24)

细根分解是土壤生态系统养分归还的主要途径,为进一步掌握森林生态系统的物质循环特征,以川中丘陵区林窗改造补植阔叶树种5年生香椿人工林(Toona sinensis)为研究对象,应用埋袋法测定细根在50 m2(L1)、100 m2(L2)和150 m2 (L3)林窗内1年的分解速率,同时探讨细根分解自身养分释放动态.结果显示,香椿细根在前90 d分解最快,随着时间的推移,细根分解速率减缓,在分解365 d后,L1、L2和L3内香椿细根分解残留率分别为75.44％、73.92％和72.07％.香椿细根分解速率L3＞L2＞L1.并且在3种不同大小林窗内香椿1-3级、4级和5级细根1年的分解过程中碳、磷和钾浓度整体表现为下降趋势,氮、钙和镁整体表现为增加趋势.综上表明,林窗式改造对香椿细根分解和养分释放产生了一定影响,并且随林窗面积的不同而发生变化,有利于提高森林生态系统的服务功能.

为阐明青海省森林生态系统乔木层植被碳储量现状及其分布特征,该研究利用240个标准样地实测的乔木数据,估算出青海省森林生态系统不同林型处于不同龄级阶段的平均碳密度,并结合青海省森林资源清查资料所提供的不同龄级的各林型面积,估算了青海省森林生态系统乔木层的固碳现状、速率和潜力.结果表明:1)2011年青海省森林乔木层平均碳密度为76.54 Mg·hm2,总碳储量为27.38 Tg.云杉(Picea spp.)林、柏木(Cupressus funebris)林、桦木(Betula spp.)林、杨树(Populus spp.)林是青海地区的主要林型,占青海省森林面积的96.23％,占青海省乔木层碳储量的86.67％,其中云杉林的碳储量(14.78Tg)和碳密度(106.93 Mg·hm-2)最高.按龄级划分,乔木层碳储量表现为过熟林＞中龄林＞成熟林＞近熟林＞幼龄林.2)青海省乔木层总碳储量从2003年的23.30 Tg增加到2011年的27.38 Tg,年平均碳增量为0.51 Tg·a-1.乔木层固碳速率为1.06 Mg·hm-2·a-1,其中柏木林的固碳速率最大(0.44 Mg·hm-2·a-1);桦木林的固碳速率为负值(-1.06 Mg·hm-2·a-1).3)青海省乔木层植被固碳潜力为8.50 Tg,其中云杉林固碳潜力最高(3.40 Tg).该研究结果表明青海省乔木层具有较大的固碳潜力,若对现有森林资源进行合理管理和利用,将会增加青海省森林的碳固存能力.

为探讨地质灾害作用下物种多样性的变化特征,以北川县擂鼓镇凤凰山柏木次生林为对象,采用样地调查法对震后滑坡迹地物种组成及多样性进行研究.结果表明:滑坡区共记录植物93种,隶属42科78属,以菊科、豆科、禾本科为主,过渡区共记录植物97种,隶属39科80属,以菊科、禾本科、蔷薇科为主,未滑坡区共记录植物108种,隶属59科92属,以菊科、蔷薇科、禾本科为主,菊科、禾本科在震后滑坡迹地恢复过程中占据重要地位;草本层中未滑坡区Pielou均匀度指数(JSW)最高,Shannon-Wiener多样性指数(H)和Simpson优势度指数(H′)居中,丰富度指数(D)最低,灌木层中未滑坡区D、H和H′值最高,JSW值最低,过渡区的物种多样性指数均高于滑坡区;乔木层中D和H值表现为滑坡区最高,过渡区最低,H′和JSW值表现为过渡区最高,未滑坡区最低.综上所述,植被分布大体上与表层土壤养分的空间分布规律保持一致,滑坡区群落演替较慢且处于初级阶段,马桑、雀儿舌头、矛叶荩草为先锋树种,可改良土壤,稳定坡面,再适当增植乔木可有效恢复植被、提升植物群落稳定性.

川中丘陵区柏木纯林存在生物多样性降低、水土保持能力减退、生产力低下、地力衰退等问题,已成为亟待改善的低产低效林分.通过开窗补植银木进行乡土阔叶树种的针阔混交,以柏木纯林和银木林窗区域林分的植物-凋落物-土壤为研究对象,对比分析C、N、P元素含量及比值,讨论阔叶树种引入后林分生态化学计量特征的变化情况.结果表明:(1)柏木叶片C∶N在12月份为132.79,而在次年的4月下降到了84.91,银木叶片年均C∶N为52.6,低的C∶N体现出银木在幼龄阶段快速生长的特点.(2)柏木与银木叶片N∶P分别为10.77,10.64都明显处于N限制的阈值以下,生长过程主要受到了N元素的限制.(3)林窗中银木凋落物N含量高于柏木,C∶N、N∶P小于柏木,土壤与“植物-凋落物”间的相关性增加.因此,阔叶树种的引入有利于提高分解的相对速率,触发森林土壤养分循环过程.

以成都云顶山柏木(Cupressus funebris)人工林为对象,采用典型样地法研究不同林分密度(1100、950、800、650、500株/hm2)对林下物种多样性和土壤理化性质及林下物种多样性与土壤理化性质相关性的影响.结果表明:共发现维管植物168种,隶属75科140属.随林分密度的降低,灌木层多样性指数呈先增后减的单峰变化,在密度650株/hm2出现峰值,草本层多样性指数呈先增后减再增再减的双峰变化,在密度950株/hm2和650株/hm2出现峰值.同时发现光照为影响林下植物多样性的重要因素.林分密度对土壤全氮、全钾、速效钾、有机质影响显著,有机质、全氮、全钾、速效钾随林分密度降低呈先增后减的变化趋势.钾、氮、有机质与林下植被物种多样性关系最密切.结论:林分密度650株/hm2为云顶山柏木人工林最适密度,该密度能较好的提高林下物种多样性和土壤肥力.

为了阐明群落水平上的土壤矿质元素特征,该研究以贵州喀斯特山区典型人工林为对象,以金属元素和非金属元素进行类型划分,探讨了土壤矿质元素含量特征及其相关性.结果表明:该区典型人工林土壤矿质元素含量存在较大差异,且同一元素在不同树种之间的变化幅度各异,锌、铬、铁、钛、铝、镁、镍、钴等的变化规律较为一致,钙、锶等的变化趋势较为相似,砷、硒、硅在桉树(Eucalyptus robusta)林、柏木(Cupressus funebris)林和枇杷(Eriobotrya japonica)林中的含量较高,硫、钠、氯等元素含量则相反;不同矿质元素随林分类型的变化规律不完全一致,表明植物根系对养分的提取和富集能力存在差异;矿质元素之间表现出一定程度的相关性,存在此消彼长的关系,不同矿质元素之间的相关关系各异,表现出增强或抑制效应,尤其以铁、钙等元素与其他元素的关系更为密切;矿质元素之间的互作效应及其计量平衡关系是分析元素特征的关键,是未来值得深入研究的科学问题.该研究结果有利于掌握养分元素积累特征与调控规律,对于该区域典型人工林土壤养分管理具有较强的理论和实践意义.