研究对比祁连山东部地区典型林分水源涵养能力变化规律及差异,以期为区域森林水源涵养能力提升和管理提供科学依据.以青海互助北山国家森林公园内的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林、云杉青杨混交林、白桦青杨混交林和白桦落叶松混交林为研究对象,采用野外实测、称量、室内浸泡等方法对林地林冠层、枯落物层和土壤层的水文效应进行测定分析,通过敏感性分析和相关性分析选取林冠截留率、未分解层厚度、饱和导水率和土壤蓄水能力等8个指标,并采用熵权法和综合指数法对林地水源涵养能力进行评估.研究结果表明:祁连山东部地区6种典型林分林冠层、枯落物层和土壤层的水源涵养能力都受到林分类型的影响.(1)不同林分类型林冠层植被截留能力表现为针叶林＞阔叶林,混交林＞阔叶纯林;(2)枯落物的厚度和储量变化趋势一致,云杉纯林(针叶纯林)表现为未分解层＞半分解层,其他林分类型(针阔混交林、阔叶混交林和阔叶纯林)均表现为未分解层＜半分解层.(3)土壤孔隙度和饱和导水率整体上表现为混交林大于纯林,且针阔混交林更优.(4)6种典型林分水源涵养能力的综合评估结果表明:云杉白桦混交林(0.746)＞白桦落叶松混交林(0.547)＞云杉青杨混交林(0.504)＞白桦青杨混交林(0.480)＞白桦纯林(0.467)＞云杉纯林(0.244).综合来看,针阔混交林可以作为区域林分结构调整和营造新林的目标林分类型,特别是云杉白桦混交林和白桦落叶松混交林,同时,在新造林时,应避免直接营造云杉纯林.

土壤生态化学计量是土壤肥力和植物养分状况的重要指标,探索森林的恢复方式对土壤生态化学计量特征的影响,可为准确评价生态系统物质循环过程对干扰和恢复的响应提供理论依据和数据支撑.该研究比较测定了东北东部山区人工恢复的3种针阔混交林和天然恢复的4种落叶阔叶林的土壤、凋落物和枯落物的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量,以及土壤pH、土壤密度等理化性质.结果显示:人工针阔混交林和天然落叶阔叶林的土壤C、N和P含量均随着土壤深度的增加而降低.各林分类型的O(有机质)层土壤C、N和P含量的波动范围分别为53.78-90.59、5.02-7.83和0.75-0.91 g?kg-1.人工针阔混交林O层土壤的C和N含量显著低于天然落叶阔叶林,而人工针阔混交林A(腐殖质)和B(淀积)层土壤的C、N和P含量均高于天然落叶阔叶林.人工针阔混交林O层土壤的C密度显著低于天然阔叶林.土壤C:N、C:P和N:P的波动范围为10.08-12.53、43.97-135.52和4.56-11.64;O层土壤的C:N在两种恢复方式的森林间无显著差异,人工针阔混交林O和A层土壤的C:P和N:P显著低于天然落叶阔叶林.土壤各层次的C和N含量均存在显著的正相关关系(R2范围0.40-0.76).除C:N以外,恢复方式、土壤发生层及其二者交互作用对土壤C、N、P含量、密度和计量比均存在显著影响.土壤密度和凋落物C含量显著影响土壤C、N和P含量.这些结果表明,通过人工恢复方式增加针叶树种的比重,使表层土壤的C、N含量降低,导致表层土壤的碳固持量减弱;但是对C:N无显著影响,表现出相对稳定的土壤C、N计量特征.

细根是植物吸收养分和水分的主要器官,也是土壤养分归还的重要途径.研究细根的化学计量特征对了解森林生态系统植物-土壤养分循环具有重要意义.以吉林省八家子林业局蒙古栎天然林、天然阔叶混交林和落叶松人工林中龄林为对象,基于15块30 m×30 m样地的林分调查数据以及细根和土壤样品的测定数据,研究了不同林分类型细根和土壤的C、N、P化学计量特征以及两者的关系.结果表明:不同林分的细根和土壤C、N、P化学计量特征差异显著(P＜0.05).3种林分类型细根均受N限制,天然阔叶混交林土壤养分丰富,但蒙古栎天然林土壤P较贫乏.落叶松人工林和天然阔叶混交林的细根化学计量特征与土壤化学计量特征的相关程度明显高于蒙古栎天然林.3种林分的细根C∶N、C∶P和C含量受土壤化学计量特征影响较大.土壤C∶P是影响3种林分细根化学计量特征的最主要因素.研究结果可为长白山林区蒙古栎天然林、天然阔叶混交林和落叶松人工林的土壤养分管理和森林可持续经营提供一定的理论依据.

将人工针叶纯林诱导形成针阔混交林、促进阔叶树种在针叶林内的更新是解决辽东山区针叶纯林问题的关键.幼苗生长是树种更新过程的重要环节、决定着植物更新成功与否,而且对环境变化较敏感;土壤养分的变化是影响幼苗生长的主导因子之一.本文以辽东山区3种主要阔叶树种(胡桃楸Juglans mandshurica、花曲柳Fraxinus rhynchophylla和蒙古栎Quercus mongolica)幼苗为研究对象,初步探讨3种树种幼苗在3种林型(针叶(落叶松、红松)人工林、次生林(参照))土壤下的生长状况及其与土壤养分的关系.结果表明:除花曲柳外,其他2种阔叶树种幼苗各部位器官的生物量在不同林型土壤下未表现出显著差异;而且胡桃楸幼苗根、茎、叶的养分含量与土壤养分之间几乎无显著相关性(P＞0.05).但是,蒙古栎和花曲柳幼苗的根茎叶生物量分配和养分含量均与土壤养分显著正相关(P＜0.05).比较3种幼苗叶片的N/P发现,生长在次生林土壤(N/P=10.7)和红松人工林土壤(N/P=11.6)的胡桃楸幼苗生长可能受到N限制;生长在次生林土壤(N/P=25.0)和落叶松人工林土壤(N/P=19.4)的花曲柳幼苗生长可能受到P限制;蒙古栎幼苗生长并未表现出N或P限制.上述结果表明,花曲柳和蒙古栎幼苗生长对土壤养分变化的响应较大,而胡桃楸幼苗在落叶松人工林下的生长不易受到土壤养分的限制.今后研究中,需要探讨可能影响针叶林内的阔叶树种幼苗生长的其他因素(例如:光照、温度等),进而为促进阔叶树种在针叶林内的幼苗更新提供全面参考.

森林生态系统化学计量对于阐明养分元素在生态系统中的供应状况及其耦合关系,揭示影响森林结构与功能恢复的限制性因子具有重要作用.本研究以辽东山区主要森林类型——次生阔叶混交林、柞树林、油松林和落叶松人工林、红松人工林为研究对象,通过测定叶片、凋落物和土壤的C、N、P含量,分析了不同林型的化学计量特征及差异.结果表明:1)不同林型的C、N、P含量差异显著,且各林型叶片和凋落物C、N、P含量均大于土壤;其中阔叶混交林土壤N含量最高,而柞树林土壤N含量最低.2)5种林型C∶N和C∶P变化趋势均为凋落物＞叶片＞土壤,N∶P为叶片＞凋落物＞土壤;其中叶片N∶P平均值为12.16,表明该地区植物生长可能存在N限制.阔叶混交林和柞树林与油松林、落叶松林和红松林N∶P差异显著,前者受N、P共同限制,后者受N限制.3)辽东山区森林植被叶片与凋落物的N、P、C∶N和N∶P均表现为正相关关系,土壤与叶片和凋落物N、C∶N均呈负相关关系.本研究表明,理解养分元素在“植物-凋落物-土壤”之间的生态化学计量特征,对于揭示整个森林生态系统的养分状况和生物化学循环过程极为重要.

为评价不同树种造林对土壤养分循环的影响,以落叶阔叶灌丛为对照,比较研究川西亚高山造林恢复28年后4种人工林(连香树Cercidiphyllum japonicum、油松Pinus tabulaeformis、落叶松Larix kaempferi和华山松Pinus armandii)土壤有机质(SOM)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)及全氮(TN)、全磷(TP)、土壤铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)的含量,结合林地凋落物贮量及细根生物量等参数,试图揭示不同人工林土壤养分差异化的影响因素.结果显示:人工造林影响土壤的养分循环,与落叶灌丛林地相比,除连香树样地TP密度及2015年10-20 cm的SOM、TN密度外,落叶人工林土壤养分基本呈下降趋势.除华山松样地的可溶性有机质(DOC、DON)外,油松及华山松人工林土壤地力的退化趋势更甚于落叶人工林样地,其土壤有机质含量、TN、TP密度、可溶性有机质及速效养分均呈不同程度的下降.不同人工林间土壤养分的差异性与不同树种的凋落物、细根、土壤容重及涵水能力差异化有关.综上所述,人工林林分结构单一导致小气候恶化、凋落物分解缓慢是造成土壤养分循环功能下降的重要原因;选择有利于养分循环的阔叶树种营造针阔混交林以改善林分结构和土壤环境条件,可促进土壤养分的循环.

分析森林土壤有机碳及其组分含量特征是研究森林生态系统碳循环的基础.本研究以辽东山区典型的天然次生林(阔叶混交林)、落叶松人工纯林和落叶松-水曲柳人工混交林为对象,通过对其不同土层深度(0～10、10～20和20-30 cm)土壤进行样品采集和分析,研究不同林型土壤有机碳(TOC)及其活性有机碳组分的变化特征.结果表明:3种林型土壤有机碳和活性有机碳均随土层深度的增加逐渐降低;3种林型土壤有机碳和活性有机碳含量均是天然次生林＞落叶松-水曲柳人工混交林＞落叶松人工纯林;其中,表层(0～10cm)土壤有机碳含量分别为61.52、49.22和41.16 g·kg-1,活性有机碳以颗粒有机碳(POC)含量最多,分别为20.18、15.84和12.92 g·kg-1,轻组有机碳(LFOC)和微生物生物量碳(MBC)次之,分别为13.51、10.04、8.24 g·kg-1和9.06、6.13、5.11 g·kg-1,易氧化有机碳(EOC)含量最少,仅为3.54、2.78、2.26 g·kg-1;统计分析表明,土壤有机碳与LFOC、POC、EOC和MBC均存在极显著正相关关系(P＜0.01).

2016年12月-2017年11月研究了都江堰灵岩山麻栎-喜树人工混交林林冠对不同物候期(无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期)雨水中K+和Na+的再分配作用.结果表明:大气降雨中K+和Na+浓度分别为1.87和1.46 mg·L-1,穿透雨中分别为5.78和1.39 mg·L-1,雨水中的K+浓度在展叶期最高,盛叶期最低,Na+在无叶期和展叶期较高,盛叶期和落叶期较低;大气降雨中K+和Na+的输入量分别为25.47和21.60 kg·hm-2·a-1;降雨对林冠中K+的淋溶量为13.64 kg·hm-2·a-1,无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期的淋溶量分别为1.67、6.23、2.28和3.46 kg·hm-2,在展叶期淋溶量最大;林冠对Na+的截留量为11.26 kg·hm-2·a-1,无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期的截留率分别为32.6％、18.0％、44.9％和31.5％,盛叶期时截留量最大.可见,麻栎-喜树人工混交林林冠对大气降雨中K+和Na+的再分配作用随物候期而变化,这为深入了解华西雨屏区森林生态系统的K+和Na+循环提供了基础数据.

利用连续收获法研究了川西亚高山老龄林(VF)、桦木林(BF)、次生针阔混交林(MF)、人工云杉林(AF)及高山栎灌丛(AO)5种主要森林类型的凋落物组成及其动态,目的在于探索不同恢复途径对森林凋落物组成和产量的影响.结果表明,5种森林类型的全年凋落产量大小依次为VF(4.32 t/hm2)、MF(4.10 t/hm2)、BF(3.52 t/hm2)、AO(3.01 t/hm2)、AF(2.34 t./hm2).AF全年凋落量显著小于其他3种乔木森林类型(VF,BF,MF) (P＜0.05).各森林类型的叶片年凋落量占总量比例均超过70％.VF、AF、AO均在生长前期(前一年10月至当年5月)达到最大凋落量2.41,1.29,1.63 t/hm2;BF、MF凋落产量在生长季后期(当年7月至10月)到达最大值,分别为1.34,1.80 t/hm2.常绿针叶树为主的VF、AF叶片凋落物样地间变异显著高于落叶阔叶树为主的BF、MF,表明其对立地条件的响应更为敏感.林分密度与胸高断面积组合因子更能反映凋落物特征.

为了解浙江省古田山国家级自然保护区内白颈长尾雉(Syrmaticus ellioti)的分布格局和季节变化,2014年5月至2016年4月,我们对其进行了为期2年的网格化监测.共有44个公里网格拍摄到白颈长尾雉,独立探测数量为211次,雌雄性比为1∶1.64.白颈长尾雉主要分布在实验区和缓冲区,其探测率在常绿落叶阔叶混交林、杉木(Cunninghamia lanceolata)林、针阔叶混交林、人工油茶(Camellia oleifera)林和常绿阔叶林中依次递减,主要分布在海拔600-800 m.冬、春两季,白颈长尾雉活动强度和区域相对较小,而夏、秋两季活动强度和区域相对增加,其分布在海拔段(F4,12=3.76,P＜0.05)和季节间(F3,12=3.34,P＜0.05)都存在显著差异.对海拔和气候因子进行回归分析发现,日平均气温和海拔对白颈长尾雉是否出现均有极显著影响(P＜0.01);白颈长尾雉月探测率和探测到白颈长尾雉位点的海拔均与月平均气温呈极显著正相关(P＜ 0.001),而与月平均降水量无显著线性关系(P＞0.05).这表明白颈长尾雉的活动在很大程度上受海拔和气温影响,随月平均气温的升高有向高海拔迁移的趋势.模型选择和多模型推断显示,最优模型仅保留“100 m内水源”这一个变量,次优模型是“100 m内水源×海拔”,最优和次优模型的权重分别为0.18和0.14,“100 m内水源”和“海拔”是影响白颈长尾雉在保护区内分布的重要因子,重要值分别为0.82和0.51.因此,白颈长尾雉的分布并非仅由某一个或几个环境变量决定,而是由多个环境变量共同决定.气温的变化和对不同海拔段的选择是导致白颈长尾雉形成不同季节分布格局的原因.