为探明科尔沁沙地杨树造林后碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量变化规律,阐明林分发育对植物-土壤间元素循环的影响,以杨树幼树和成年树为对象,分析杨树不同器官(叶、茎、根)、枯落叶和土壤C、N、P含量及其比值,计算N、P重吸收效率,研究植物与土壤间C、N、P的相关性.结果表明:杨树幼树N和P含量表现为叶＞根＞枝,而成年树为叶和枝＞根;幼树叶和枝C∶N、C∶P和N∶P、根N和P含量高于成年树,而枝N含量、叶和枝P含量、根C∶N和C∶P低于成年树.幼树枯落叶N和P含量低于成年树,而C∶N和C∶P高于成年树.幼树N重吸收效率更高,而成年树P重吸收效率更高.杨树造林后0～40cm 土层土壤C和N含量升高,P含量下降.杨树枝和根N、P含量分别与土壤N、P含量呈正相关.因而,杨树幼树将更多N、P供给到根系,减少枯落叶N、P损失,促进植物体快速生长;而成年树则将更多N、P供给到枝叶,增加枯落叶N、P归还土壤,促进植物-土壤间养分循环.科尔沁沙地杨树幼树生长主要受N限制,而成年树主要受P限制.

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.

沙地樟子松是三北防护林工程中最重要的常绿针叶造林树种.然而,自20世纪90年代初起,最早引种的沙地樟子松人工林在林龄30～35 a后出现枝梢枯黄、长势衰弱、病虫害发生、继而全株死亡且不能天然更新的衰退现象.以科尔沁沙地的樟子松疏林草地和呼伦贝尔沙地的樟子松天然林为参照,以热扩散、稳定同位素和遥感监测等技术开展的系列研究,基本明确了樟子松人工林衰退机制.本文对以往相关研究结果进行了系统总结:确定了沙地樟子松人工林严重水分胁迫的土壤含水量阈值(20％田间持水量),阐明了沙地樟子松人工林水分利用策略(9～21年生樟子松人工林仅利用土壤水,而31～41年生既利用土壤水也利用地下水),明确了沙地樟子松人工林水量平衡特征(水量失衡,吸收至少39mm地下水方能维持水量平衡),量化了樟子松人工林耗水对区域水资源消耗的贡献(消耗12.3％水资源),揭示了樟子松人工林衰退过程,找出了樟子松人工林发展存在的问题及产生的原因.在此基础上,提出了解决衰退对策与营林方案,为防止现存沙地樟子松人工林衰退、合理经营,未来该林种合理布局提供参考.

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.

京津冀城市群周边生态环境破坏严重,风沙灾害频发.京津冀风沙源治理工程是我国为减轻京津冀及周边地区风沙危害的重大生态修复工程.虽然陆续开展的系列生态工程取得一定效果,但修复过程中暴露的问题也日益突出.系统分析京津冀地区具体生态环境问题和生态修复的制约因素,对该地区的生态重建与服务功能提升具有重要意义.本文从沙地生态环境、防护林状况、植被动态、物种选择和生态功能评价等方面总结京津冀沙地植被生态修复研究进展,分析存在的问题,并据此提出今后修复的改进模式和对策建议,以期为京津冀沙地植被生态修复功能提升提供科学参考.

土地整治开发是中国实现耕地占补平衡的重要举措,陕北榆林毛乌素沙地的土地整治开发为陕西全省耕地总量动态平衡做出了贡献.但毛乌素沙地地处生态脆弱区,大规模的土地整治开发有可能导致严重的环境问题.通过对毛乌素沙地土地整治开发项目的调查,发现陕北榆林毛乌素沙地中土地开发面积近10000 hm2,这种大规模的土地整治开发导致了部分地区地下水位下降,地下水铵态氮、硝态氮和亚硝态氮超标;整治开发的土地缺乏防护林的保护和有效覆盖,有重新沙化的风险.针对陕北榆林毛乌素沙地的自然特点和土地整治开发现状,建议降低土地开发强度、加大土地整理力度.强化土地整治规划的环境影响评价,从规划层面了解该区域土地开发整理的潜力,从宏观上解决其存在的环境问题;对已开发的土地进行环境影响后评价,总结经验教训.在土地整治开发过程中,需要优化土地整治开发模式,提升区域生态系统整体服务功能;合理开采地下水,维护水文生态安全.

沙地云杉(Picea mongolica)是我国特有的针叶林树种,主要分布于内蒙古白音敖包国家级自然保护区.在该地区的防风治沙、退化土壤的生态恢复,三北防护林体系建设等方面起着重要作用.从沙地云杉林的生长环境、个体生态、种群生态、群落生态等方面对国内外的研究现状和最新研究进展进行了综述,并从不同尺度上对沙地云杉林未来研究中应该重视的一些科学问题进行了展望.这些科学问题主要有:(1)沙地云杉个体生长、生殖和保护的结构和生理机理方面的研究.(2)沙地云杉种群与群落方面的研究包括:生命表与生育力表编制与统计;种内与种间的关系;化感作用;种群、群落发生、发展和衰亡的内在机制;自然干扰和人为干扰对沙地云杉更新的研究;全球气温变化对沙地云杉林天然更新的影响等.(3)沙地云杉林生态系统方面的研究包括:大量和微量营养元素在沙地云杉林的凋落物-微生物-土壤-沙地云杉的循环、利用规律及转化机理;凋落物分解规律及机理;水分循环;土壤理化性质和生化特性对沙地云杉生长和生物量的影响;沙地云杉林生态系统能量流动和信息传递研究等.(4)沙地云杉林生态经营研究;沙地云杉丰产林营造技术;沙地云杉种子园、母树林规划与创建;沙地云杉林杆插繁殖技术与无性系研究;幼树移栽技术;沙地云杉天然林和人工林施肥技术;沙地云杉林病虫害预测与防治研究等.

三北防护林体系建设工程("三北工程")是我国最早启动的林业生态工程,旨在改善三北地区的生态环境,促进区域社会经济发展.然而,以往研究主要集中于生态工程对生态环境影响的定量研究,有关生态工程对社会经济影响的定量研究相对较少.因此,本研究以三北工程的核心建设区——科尔沁沙地东部8个旗(县)为研究区,利用结构方程模型,定量分析了2000-2016年三北工程对该地区社会与经济发展的影响.结果 表明:(1) 2000-2016年,三北工程显著增加了研究区的森林面积3.70× 105 hm2,提高了研究区森林覆被率8.52％;工程累计投资金额为9.87×104万元.(2)17年间三北工程对研究区社会发展产生了正向效应,直接贡献率为55％,表现为改变人口就业结构和增加农村用电量;同时,三北工程推动了研究区的经济增长,直接贡献率为4％,间接贡献率为52％,表现为增加农民收入和通过改变就业或产业结构进而影响经济;此外,三北工程对区域脱贫也有一定积极影响.本研究为三北工程的后续建设提供科学指导,也为生态工程对社会与经济影响的定量研究提供参考.

为了解东山岛滨海防护林木麻黄(Casuarina equisetifolia)和花吊丝竹(Dendrocalamus minor var.amoenus)混交林群落的稳定性,采用样方法调查分析群落的种间关联和生态位.结果表明,群落总体的种间联结呈现不显著的正关联(VR=1.72,W=20.625),表明群落处于不稳定的动态演替状态.花吊丝竹和马缨丹(Lantana camara)、梵天花(Urena procumbens)和木麻黄表现出非常紧密的关联性和共现性(PC≥0.7,OI≥0.8,DI≥0.8).马缨丹等外来植物生态位宽度较高,与花吊丝竹具有较高的生态位重叠,从而与花吊丝竹具有较高的正联结,使得群落处于不稳定状态.滨海防护林生境单一,优势物种习性相似,使花吊丝竹与多数物种形成强的正关联.受到环境资源的限制,强的正关联与物种生态位宽度较大有关.种对间强的正关联以及外来物种潜在的生存优势可能是影响群落稳定性的重要因素.