Changes in soil fertility after interplanting pure Pinus massioniana plantations with broadleaved forest under the canopy during 20 years
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摘要:目的探讨马尾松公益林林相改造后土壤肥力的变化，以便为马尾松公益林经营提供依据。方法在马尾松公益林中采用间伐后套种细柄阿丁枫、木荷、闽楠的林相改造试验，把马尾松纯林改造培育为异龄复层的针阔混交林，并在改造当年、改造后5年、改造后10年、改造后20年对4种林分的土壤理化性质进行测定。结果4种林分土壤的水稳性团聚体组成、土壤孔隙、土壤的有机质及养分含量均随着时间的推移呈增加的趋势，并且这种趋势随时间的进展而加大，增加的量表现为马尾松细柄阿丁枫混交林>马尾松木荷混交林>马尾松闽楠混交林>马尾松纯林，前3种林分相差较小，但前3种林分与马尾松纯林间的差异显著。马尾松纯林套种阔叶树林相改造后20年(2016年)与套种当年(1996年)相比，马尾松细柄阿丁枫混交林、马尾松木荷混交林、马尾松闽楠混交林、马尾松纯林林地土壤0~20cm层土壤，干土>0.25mm水稳性团聚体分别增加了5.21%、4.67%、3.78%、1.24%，土壤总孔隙度分别增加了3.82%、3.78%、3.01%、0.49%，土壤有机质分别增加了9.67、8.39、7.26、2.84g/kg，土壤全N含量分别增加了0.22、0.13、0.14、0.05g/kg，土壤全P分别增加了0.10、0.06、0.05、0.04g/kg。结论马尾松公益林套种阔叶树林相改造后形成的混交林具有较好的培肥土壤功能，有利于公益林的地力维持和持续经营。Abstract:ObjectiveLong maintenance of soil fertility is an important research content of sustainable forest management in plantation.MethodThis article aims to explore the soil fertility changes on the treatment stands after Pinus massoniana pure forest transferred into uneven-aged conifer-hardwood mixed forest by thinning and then interplanting with Altingia gralilipes, Schima superba, Phoebe bournei, respectively. The soil physical and chemical properties of four treatments were determined after forest interplanting with broadleaved tree species at the 1st, 5th, 10th and 20th years.ResultThe soil aggregate composition, soil pore, soil organic matter and soil nutrient content of the four treatments of forest soil all showed increasing trend with time, and this trend increased as time went on. The order of the increased amount of soil characteristics showed as Pinus massoniana × Altingia gralilipes (MPA)> Pinus massoniana × Phoebe bournei (MPP)> Pinus massoniana × Schima superba (MPS)> pure Pinus massoniana (PP). The differences in soil characteristics among the first three mixed stands were small, but the differences between the first three mixed forest and pure Pinus massoniana stands were significant. Compared the soil characteristics of the transformation forest between the first year and the 20th year, it was found that, in 0-2cm soil of MPA, MPP, MPS and PP forest, the water stability aggregates of dry soil diameter >0.25mm increased by 5.21%, 4.67%, 3.78%, 1.24%, the total soil porosity increased by 3.82%, 3.78%, 3.01%, and 0.49%, soil organic matter increased by 9.67, 8.39, 7.26, 2.84g/kg, soil total nitrogen (N) content increased by 0.22, 0.13, 0.14, 0.05g/kg, and soil total phosphorus(P) increased by 0.10, 0.06, 0.05, 0.04g/kg, respectively.ConclusionThe transformation forest of Pinus massoniana intercropping with broadleaved tree species has good function in fertilizing soil, and is conducive to the maintenance and sustainable management of the public welfare forest.
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Keywords:
- Pinus massoniana /
- Schima superba /
- Altingia gracilipes /
- Phoebe bournei /
- interplanting /
- soil fertility
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土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）是植物和微生物生长所必需的物质能量来源，是影响土壤肥力、生产力和养分有效性的关键因素，对土壤理化特性具有重要调节作用[1]。SOC储量分布特征是其长期累积的结果，与土壤剖面的发育密切相关。人工林生态系统具有较强的碳汇和增汇潜能[2]，被认为是实现“双碳”目标最经济、最安全的有效途径之一[3]。人工林大面积营建改良了土壤质量，改变了土壤有机质的输入与分解方式，利于SOC贮存和积累[4]，人工林土壤碳库库容较大，能维持较稳定的碳储量[5−6]。然而，人工林SOC的贮存受土壤理化性质、植被类型和地形等诸多因素的影响[7−8]，关于不同人工林下SOC分布特征尚未达成共识。大量研究基于土壤表层或单一林分，吴慧等[9]研究得出热带山地雨林次生林在0 ~ 50 cm垂直方向上土壤有机碳质量分数随土壤深度增加而减小；王越等[10]通过文献整合分析得出油松（Pinus tabuliformis）林0 ~ 20 cm有机碳储量最高，20 ~ 60 cm稳定且保持较低水平；张智勇等[11]认为陕北黄土区沙棘林有机碳储量优于草地和油松林。据《全球森林评估》报道，我国人工林面积居世界前列[12]，人工林生态系统对森林生态系统碳储量增加的贡献较大[13]，因此阐明不同人工林SOC储量的分布特征在宏观方向上研究森林碳汇尤为重要。
黄土高原生境脆弱，水土流失严重。随着“退耕还林还草”生态工程的实施，黄土高原植被覆盖大幅增加[14]，不同人工林土壤固碳问题逐渐成为研究者们关注的热点问题[15]。土地利用变化的改变增强了土壤碳汇功能[16]。Zhang等[17]研究得出退耕后土壤有机碳储量在0 ~ 20 cm以36.67 g/（m2· a）的速率发生巨大的变化，包玉斌[18]研究了2000—2010年陕北黄土高原退耕年间，其退耕地土壤碳固存总量增加。目前，关于黄土高原SOC储量的研究多集中在大尺度空间分布[19]、单一人工林[20]、模型拟合[21]和浅层土壤（0 ~ 100 cm）[11]。这些研究仅是土地利用前后或退耕后单一林地与草地或农田之间的对比研究，而对于退耕后不同人工林及深层土壤SOC储量的研究较少。相关研究表明，土壤是一个不均匀且不连续的时空变异体[22]，其演化过程十分复杂。土壤碳库的分布特征，因缺乏连续、可靠、统一的土壤剖面资料，区域SOC储量实测及代表性数据贫乏[23]，存在明显的不确定性[24]。因此，准确评估退耕后小尺度不同人工林SOC储量的分布特征，对森林土壤有机碳库的精确估算以及土壤碳汇研究具有重要意义。
鉴于此，本研究以黄土丘陵区典型同一退耕年限的人工油松林、山杏（Armeniaca sibirica）林、沙棘（Hippophae rhamnoides）林和天然草地0 ~ 200 cm土壤为研究对象，探究不同人工林SOC储量的垂直分布特征，以期为准确计算黄土高原有机碳储量提供数据支撑，为建立黄土高原土壤碳库，优化人工林土壤固碳格局提供理论依据。
1. 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
研究区位于陕西省吴起县（107°38′57″ ~ 108°32′49″ E，36°33′33″ ~ 37°24′27″ N），海拔高度1 233 ~ 1 809 m，是典型的黄土高原丘陵沟壑区。吴起县地处中温带半湿润—半干旱区域，温带大陆性季风气候特征明显，年均温7.8 ℃，年平均降水量483.4 mm，时空分布不均，主要集中在7—9月，年无霜期146 d。主要土壤类型为黄绵土，结构疏松、持水力低、易侵蚀。自1999年坡耕地转变为林地以来，形成了刺槐（Robinia pseudoacacia）、油松、侧柏（Platycladus orientalis）、山杏、沙棘、柠条（Caragana sinica）、白莲蒿（Artemisia stechmanniana）、达乌里胡枝子（Lespedeza daurica）等以及自然恢复草地为主的乔灌草植物群落，全县林草覆盖率显著增加，生态环境得以改善。
1.2 土壤样品采集与处理
于2020年9月进行样品采集，在研究区选择相同退耕年限的典型人工油松林、山杏林、沙棘林和天然草地，分别布设25 m × 25 m大样方，利用GPS采集地理信息数据，样地基本信息如表1。使用内径6 cm的土钻，在样方内，采用五点采样法，以0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm、60 ~ 100 cm、100 ~ 150 cm、150 ~ 200 cm分层采集土壤样品，带回实验室进行分析。待土壤样品风干后，研磨、过筛，进行理化性质测定。土壤密度采用环刀法测定，土壤有机碳采用重铬酸钾稀释热法测定，全氮采用半微量凯式定氮法测定，全磷采用硫酸−高氯酸消煮−钼锑抗比色法定，全碳通过元素分析仪测定，无机碳根据全碳、有机碳之间关系获得，碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用钼锑抗比色法测定，土壤粒度组成使用激光粒度分析仪（Mastersize-zer 3000）测定[25]。
表 1 样地基本信息Table 1. Basic information of the sample plots人工林
Plantation海拔
Elevation/m坡度
Gradient/（°）坡向
Aspect平均高度
Average
height/m平均胸径
Average DBH/cm郁闭度或盖度
Crown density or
coverage林下优势种
Dominant understory
species油松 Pinus tabuliformis 1 362.6 20 SFS 8.5 11.3 0.65 MO, LB, ASB 山杏 Armeniaca sibirica 1 459.7 21 SFS 7.3 10.4 0.62 ASB, PS, LB, PC 沙棘 Hippophae rhamnoides 1 389.9 6 NFS 2.9 3.5 0.71 LS, ASW, LB 草地 Grassland 1 376.7 33 SFS 0.86 LB, LS, SC 注：SFS. 阳坡；NFS. 阴坡；MO. 草木犀；LB. 胡枝子；ASB. 白莲蒿；PS. 败酱；PC. 委陵菜；LS. 赖草；ASW. 猪毛蒿；SC. 针茅。Notes: SFS, south-facing slope; NFS, north-facing slope; MO, Melilotus officinalis; LB, Lespedeza bicolor; ASB, Artemisia stechmanniana; PS, Patrinia scabiosaefolia; PC, Potentilla chinensis; LS, Leymus secalinus; ASW, Artemisia scoparia; SC, Stipa capillata. 土壤有机碳储量计算公式为
SOC储量=wSOCi×ρBDi×Di×0.01 式中：SOC储量表示土壤有机碳储量（g/m2），wSOCi表示第i层的土壤有机碳含量（g/kg），ρBDi表示第i层的土壤密度（g/cm3），Di表示第i层的土层厚度。
1.3 数据处理
应用SPSS26.0对数据进行统计分析，采用单因素方差分析（ANOVA）对比不同人工林、不同土层深度有机碳储量之间的差异；应用Origin2018对土壤有机碳储量与土壤理化性质、不同人工林、地形等影响因素之间的关系强弱和作用机理进行PCA分析并绘图；应用R4.2.1对土壤有机碳储量和各环境变量的贡献关系进行冗余分析。
2. 结果与分析
2.1 有机碳储量分布特征
研究区0 ~ 200 cm土层平均SOC储量由大到小为山杏（16.190 g/m2） > 草地（15.403 g/m2） > 沙棘（11.449 g/m2） > 油松（10.188 g/m2）（表2）。不同人工林SOC储量变异系数在10% ~ 30%，为中等程度变异，表现为沙棘（0.219） > 山杏（0.136） > 油松（0.124） > 草地（0.115）。变异系数表征了SOC储量的空间异质性，沙棘的SOC储量空间异质性最大，草地的SOC储量空间异质性最低。
表 2 不同人工林土壤有机碳储量描述统计Table 2. Description statistical characteristics of soil organic carbon stocks content in different plantations人工林
Plantation土层 Soil
layer/cm平均值
Mean value/（g·m−2）最大值
Max. value/（g·m−2）最小值
Min. value/（g·m−2）标准差
Standard deviation变异系数
Variation coefficient占比
Proportion油松
Pinus tabuliformis0 ~ 20 11.658 12.197 10.627 0.893 0.077 0.191 20 ~ 40 7.009 9.253 4.457 2.412 0.344 0.115 40 ~ 60 7.691 8.506 7.267 0.706 0.092 0.126 60 ~ 100 10.246 12.052 8.016 2.051 0.200 0.167 100 ~ 150 13.491 13.844 13.040 0.411 0.030 0.221 150 ~ 200 11.035 11.050 11.010 0.022 0.002 0.180 0 ~ 200 10.188 13.490 7.008 1.082 0.124 山杏
Armeniaca sibirica0 ~ 20 19.049 20.198 16.988 1.789 0.094 0.196 20 ~ 40 13.201 17.450 10.940 3.683 0.279 0.136 40 ~ 60 11.359 12.901 10.199 1.390 0.122 0.117 60 ~ 100 19.106 23.617 15.815 4.041 0.211 0.197 100 ~ 150 20.097 22.132 19.009 1.764 0.088 0.207 150 ~ 200 14.332 14.670 14.033 0.320 0.022 0.147 0 ~ 200 16.190 20.097 11.359 2.184 0.136 沙棘
Hippophae rhamnoides0 ~ 20 19.692 24.417 16.385 4.199 0.214 0.287 20 ~ 40 9.659 13.084 7.616 2.984 0.309 0.141 40 ~ 60 5.912 8.583 4.269 2.333 0.395 0.086 60 ~ 100 8.850 10.196 7.530 1.333 0.151 0.128 100 ~ 150 13.247 15.749 11.861 2.171 0.164 0.193 150 ~ 200 11.333 12.417 10.544 0.971 0.086 0.165 0 ~ 200 11.449 19.691 5.912 2.331 0.219 草地 Grassland 0 ~ 20 19.906 22.351 16.274 3.208 0.161 0.215 20 ~ 40 10.066 11.177 8.118 1.692 0.168 0.109 40 ~ 60 9.256 10.564 8.160 1.216 0.131 0.100 60 ~ 100 14.409 15.494 12.767 1.446 0.100 0.156 100 ~ 150 20.021 20.836 18.609 1.228 0.061 0.217 150 ~ 200 18.760 20.178 17.629 1.299 0.069 0.203 0 ~ 200 15.403 20.021 9.255 1.681 0.115 在不同人工林中（图1），在0~200 cm剖面上SOC储量呈现出山杏（97.145 g/m2） > 草地（92.418 g/m2） > 沙棘（68.695 g/m2） > 油松（61.130 g/m2）的分布格局，山杏的SOC储量与油松、沙棘差异显著（P < 0.05）。人工油松林，山杏林，沙棘林与天然草地0 ~ 60 cm SOC储量占整个剖面的43.11%、44.89%、51.33%、42.45%，表层碳储量高。垂直分布上，油松、山杏、沙棘的SOC储量自表层向下随深度增加变异系数先增大后减小，在20 ~ 40 cm土层变异系数达到最大，草地的SOC储量自表层向下随深度增加变异系数减小。在不同深度土层中，油松的SOC储量与山杏、沙棘、草地在0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、150 ~ 200 cm土层差异显著（P < 0.05），沙棘的SOC储量与山杏、油松、草地在40 ~ 60 cm、60 ~ 100 cm土层差异显著（P < 0.05），油松、沙棘的SOC储量与山杏、草地在100 ~ 150 cm土层差异显著（P < 0.05）。
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图 1 不同人工林土壤有机碳储量的垂直分布Figure 1. Vertical distribution of soil organic carbon stocks in different plantations2.2 环境因素对典型人工林土壤有机碳储量的影响
典型人工林SOC储量空间变异的主成分分析如下（图2），第一轴和第二轴解释值分别为39.70%和22.70%。第一主成分与部分环境指标的相关系数在0.37以上，其中，PC1与粉粒、黏粒、坡度正相关，与砂粒负相关，第一主成分主要包含了土壤物理性质信息；第二主成分与部分环境指标的相关系数0.5以上，其中PC2与全碳、碱解氮、全氮正相关，主要包含了土壤化学信息，第一和第二主成分反映的信息量占总信息量的62.40%。
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图 2 土壤有机碳储量与土壤环境因子的主成分分析TP. 全磷；TN. 全氮；TC. 全碳；SIC. 土壤无机碳；AP. 速效磷；AN. 碱解氮；Clay. 黏粒；Silt. 粉粒；Sand. 砂粒；ELE. 海拔；SA. 坡向；SG. 坡度。下同。PC1. 第一主成分；PC2. 第二主成分。TP, total phosphorus; TN, total nitrogen; TC, total carbon; SIC, soil inorganic carbon; AP, available phosphorus; AN, alkali-hydrolyzable nitrogen; Clay, clay; Silt, silt; Sand, sand; ELE, elevation; SA, slope aspect; SG, slope gradient. The same below. PC1, the first principal component; PC2, the second principal component.Figure 2. Principal component analysis of soil organic carbon stocks and soil environmental factors2.3 环境因素对土壤剖面有机碳储量垂直分布的影响
不同环境因素对SOC储量垂直变化的贡献度不同（图3）。土壤化学性质、土壤物理性质、地形和植被群落分别对0 ~ 200 cm土壤剖面中SOC储量分布差异的影响约占51.84%、13.58%、30.71%和3.87%。在土壤化学性质中，0 ~ 200 cm SOC储量的变化受全磷影响最大（11.99%），受全氮影响最小（5.64%）；在土壤物理性质中，0 ~ 200 cm SOC储量的变化受砂粒影响最大（5.65%），受黏粒影响最小（2.89%）；在地形因素中，0 ~ 200 cm SOC储量的变化受海拔影响最大（19.66%），受坡向影响最小（4.97%）；植物群落对0 ~ 200 cm SOC储量变化影响较小。
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图 3 土壤化学性质、土壤物理性质、地形和植物群落对土壤有机碳储量变化的相对贡献SCP. 土壤化学性质；SPP. 土壤物理性质；Topo. 地形；PT. 植物群落。SCP, soil chemical property, SPP, soil physical property, Topo, topography, PT, phytocoenosium.Figure 3. Relative contribution of soil chemistry, soil physical properties, topography and phytocoenosium to changes in soil organic carbon stocks3. 讨 论
3.1 不同人工林土壤有机碳储量分布差异的对比
本研究发现SOC储量富集在土壤表层，呈现出明显的“表聚性”，这与王文静等[26]的研究结论一致。不同植被群落在土壤浅层聚集了大量的根系和凋落物，凋落物分解产生有机质归还于土壤，通过养分的循环进入土壤[27]，因此，大量的有机碳在土壤表层形成和累积。
本研究中，山杏林表现出最优的土壤固碳效益，草地次之，油松林最差，这与李龙波等[28]对乔灌草固碳效益效果的研究结果不一致。植被类型和植被生长间的差异会导致土壤温度、湿度、凋落物数量和根系分泌物等的显著不同[29]，进而影响土壤的固碳效益。本研究中草地植被覆盖度高于油松和沙棘林下植被覆盖度（表1），单位面积的植被残体、根系分泌物、枯枝落叶量多，有机质输入量更高，同时，适宜的土壤温度和湿度促进了微生物的生长代谢，提高了植被残体的分解速率，使得草地土壤固碳效率提高。不同人工林中，植物生产力和质量的巨大差异导致SOC储量空间分布的显著差异[30]。且有研究表明，在年平均降水量 < 510 mm区域，草地比灌木和林地积累更多的有机碳[31]，本研究区位于黄土丘陵区，年降水量483.4 mm，草地SOC储量高于沙棘和油松。落叶乔木在增加枯落物归还量方面明显优于常绿乔木，这在诸多研究中均有报道[32]。本研究中山杏SOC储量远高于油松，是因为落叶阔叶乔木比常绿针叶乔木产生更多的枯落物凋落量[32]，山杏林表层枯落物多，根密度大，不断更替的根系结合不断积累的地表枯落物，不仅改变了土壤腐殖质，也改善了土壤质地，增加了土壤有机碳的积累，因此山杏林具有较高的土壤碳储量，碳汇功能表现较强。
3.2 土壤有机碳储量空间差异的主要影响因素和作用机制
本研究中，不同人工林土壤有机碳储量与黏粒、粉粒和坡度正相关，砂粒与土壤有机碳储量负相关，这阐释了土壤粒径及坡度与土壤有机碳储量之间的关系，这与李顺姬等[33]的研究结果一致。土壤结构是影响有机质分解的主导因素[34]，黏粒对土壤有机碳有很好的保护作用，砂质土壤有机碳的矿化更为迅速[33]。当土壤黏粒含量较高时，具有较大的表面积，易形成较多的毛细管，有较强的毛管作用，完整的土壤孔隙为有机碳自表层向下层传输提供了通道，促进深层土壤有机碳固存[35]，具有较强的固碳能力。而当土壤砂粒含量较高时，有效土层薄，土壤生物作用弱，土壤有机碳矿化作用较弱，微生物群落质量较低，土壤固碳能力较低。黄土丘陵区“退耕还林还草”工程对土壤机械组成产生一定的影响，使土壤物理性质发生变化。土壤机械组成影响土壤孔隙度、密度，改变土壤的透气性和持水能力，改变植物根系的生长发育及微生物活动条件，进而影响有机碳的储存[36]。坡度显著影响土壤有机碳固存，坡度通过影响水分运移、植被分布及土壤机械组成等间接影响土壤有机碳储量。
本研究中，土壤化学性质对SOC储量的影响较大，全氮、碱解氮、全磷对土壤有机碳储量正向效应显著，阐释了土壤有机碳与土壤养分之间的关系。土壤全氮和碱解氮对土壤有机碳的转化和固存有重要作用。全氮对有机碳储量起正向效应，较高的全氮可以降低凋落物中的碳氮比，避免微生物与植物的“争氮”现象，利于凋落物矿化分解[37]，促进土壤有机碳储存。这与王越等[10]研究得出全氮对土壤有机碳呈显著正效应的结果一致。有研究表明，地形显著影响土壤发育、迁移等活动，从而影响土壤碳的输入输出过程[38]。黄土丘陵区水土流失导致了流域内水土资源的重新分配，冗余分析表明，海拔对土壤剖面有机碳储量贮存起主要贡献（图3），通过调控水热条件，进而影响土壤有机碳的积累[39]。
4. 结 论
（1）研究区不同人工林土壤碳储量不同，表现为山杏 > 草地 > 沙棘 > 油松。因此，在黄土高原地区进行人工林营建时，可优先配置山杏林与适宜草种，以增加黄土高原土壤固碳。
（2）研究区不同人工林土壤有机碳储量与土壤机械组成和土壤养分显著相关，黏粒、粉粒、砂粒、全氮、碱解氮是影响黄土丘陵区不同人工林土壤有机碳储量空间分布的主导因子。
（3）研究区人工林土壤有机碳储量在土壤剖面中差异较大，土壤有机碳储量的垂直分布主要受地形的影响。其中，海拔通过影响有机碳的转化与固存对土壤有机碳储量的贮存起主要贡献作用。
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表 1 马尾松公益林培育改造后20年林分状况(2016年)
Table 1 Stand status of Pinus massoniana ecological public welfare forest 20 years after cultivation and transformation (in 2016)
标准地
Standard plot树种
Species生长量Growth 生物量/Biomass 树高
Height/
m胸径
DBH/
cm单株材积
Individual
volume/m3林分密度/
(株· hm-2)
Stand density/
(tree· ha-1)林分蓄积/
(m3· hm-2)
Stand volume/
(m3· ha-1)单株
Single tree/kg林分/
(t· hm-2)
Stand/
(t· ha-1)A1 马尾松Pinus massoniana 20.2 27.0 0.500 3 550 275.17 432.4 237.82 细柄阿丁枫Altingla gracilipes 13.6 15.2 0.123 3 1 375 169.54 156.5 215.19 B1 马尾松Pinus massoniana 18.8 26.3 0.444 8 525 233.52 352.4 185.01 木荷Schima superba 12.4 14.0 0.096 2 1 425 137.09 122.5 174.56 C1 马尾松Pinus massoniana 19.5 26.3 0.460 7 575 264.90 378.6 217.70 闽楠Phoebe bournei 8.5 7.6 0.020 8 1 425 29.64 23.1 32.92 D1 马尾松Pinus massoniana 20.5 26.4 0.486 7 575 279.85 421.6 242.42 A2 马尾松Pinus massoniana 21.8 27.5 0.556 8 450 250.56 458.3 206.24 细柄阿丁枫Altingla gracilipes 14.2 16.4 0.148 5 1 400 207.90 170.3 238.42 B2 马尾松Pinus massoniana 20.8 26.9 0.511 0 425 217.18 436.5 185.51 木荷Schima superba 13.0 14.7 0.110 6 1 425 157.61 132.6 188.96 C2 马尾松Pinus massoniana 22.3 28.5 0.608 0 435 264.48 532.8 231.77 闽楠Phoebe bournei 7.4 6.8 0.014 7 1425 20.95 18.9 26.93 D2 马尾松Pinus massoniana 22.4 27.1 0.556 1 425 236.34 485.2 206.21 A3 马尾松Pinus massoniana 24.1 27.9 0.629 5 300 188.85 634.9 190.47 细柄阿丁枫Altingla gracilipes 14.6 16.5 0.154 5 1 400 216.30 158.6 222.04 B3 马尾松Pinus massoniana 25.3 29.6 0.735 9 275 202.37 748.2 205.76 木荷Schima superba 13.7 16.0 0.136 8 1 375 188.10 154.3 212.16 C3 马尾松Pinus massoniana 24.5 28.8 0.678 3 325 220.45 675.8 219.64 闽楠Phoebe bournei 7.6 7.2 0.016 8 1 425 23.94 21.6 30.78 D3 马尾松Pinus massoniana 24.8 28.9 0.690 6 275 189.92 687.3 189.01 
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表 2 马尾松林相改造后不同时期土壤的水稳性团聚体 > 0.25mm组成
Table 2 Composition of water stable aggregates of soil in different periods after transformation of Pinus massoniana
% 林分Stand 土壤类型Soil type 1996 2001 2006 2016 A 湿Wet 73.68 ±0.76a 75.850±0.32a 76.50±0.58a 79.32±0.78a 干Dry 82.35±0.99a 84.21±0.39a 85.63±0.37a 87.56±0.49a B 湿Wet 74.12±0.57a 76.06±0.19a 76.85±0.69a 78.77±0.56b 干Dry 82.78±0.38a 84.43±0.34a 85.79±0.21a 87.45±0.32a C 湿Wet 74.48±0.43a 75.64±0.26b 76.37±0.68a 77.55±0.08c 干Dry 83.34±0.26a 84.57±0.27a 85.21±0.44b 87.12±0.51b D 湿Wet 73.85±0.55a 74.22±0.34c 74.46±0.34b 74.98±0.60d 干Dry 82.65±0.34a 82.88±0.27b 83.18±0.41c 83.89±0.27c 注：A表示马尾松细柄阿丁枫混交林，B表示马尾松木荷混交林，C表示马尾松闽楠混交林，D表示马尾松纯林。下同。同列不同小写字母表示林分之间差异显著(P < 0.05)。Notes: A represents Pinus massoniana and Altingla gracilipes forest, B represents Pinus massoniana and Schima superba forest, C represents Pinus massoniana and Phoebe bournei forest, D represents Pinus massoniana pure forest. The same below. Different lowercase letters in the same column indicate the significant differences among different forests (P < 0.05).
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表 3 马尾松林相改造后不同时期土壤的孔隙组成
Table 3 Pore composition of soil in different periods after transformation of Pinus massoniana
空隙指标
Pore index年份
YearA B C D 0~20cm 20~40cm 0~20cm 20~40cm 0~20cm 20~40cm 0~20cm 20~40cm 土壤密度
Soil density/(g·cm-3)1996 1.23±0.02Ac 1.31±0.01Ac 1.22±0.01Ac 1.30±0.03Ac 1.23±0.02Ac 1.31±0.02Ac 1.23±0.02Ab 1.30±0.02Aa 2001 1.21±0.01Ac 1.29±0.03Ac 1.20±0.02Ab 1.29±0.03Ab 1.21±0.02Ac 1.30±0.02Ac 1.22±0.03Ab 1.30±0.03Aa 2006 1.16±0.02Ab 1.23±0.03Ab 1.17±0.02Ab 1.24±0.02Ab 1.18±0.02Bb 1.26±0.01Bb 1.20±0.02Cb 1.29±0.02Ca 2016 1.08±0.03Aa 1.16±0.02Aa 1.12±0.03Ba 1.18±0.02Ba 1.14±0.01Ca 1.19±0.03Ba 1.17±0.03Da 1.27±0.02Ca 毛管孔隙
Capillary pore/%1996 44.45±0.33Ad 38.56±0.31Ad 44.59±0.34Ad 38.72±0.30Ad 44.68±0.50Ac 38.83±0.29Ab 44.53±0.41Aa 38.64±0.21Aa 2001 44.58±0.35Bc 39.34±0.32Ac 44.75±0.25Bc 39.33±0.32Ac 44.97±0.31Ab 39.14±0.22Ab 44.18±0.11Ca 38.80±0.15Ba 2006 44.83±0.22Ab 40.23±0.21Ab 44.90±0.25Ab 39.86±0.32Ab 44.14±0.21Bb 39.58±0.21Ba 43.84±0.21Ca 38.87±0.31Ca 2016 44.88±0.21Aa 41.15±0.13Aa 45.08±0.22Aa 40.67±0.21Ba 44.25±0.23Ba 39.76±0.23Ba 43.95±0.31Ca 38.92±0.32Ca 非毛管孔隙
Non-capillary pore/%1996 9.29±0.13Ad 7.34±0.14Ac 9.38±0.22Ad 7.41±0.24Ab 9.39±0.24Ad 7.50±0.23Ab 9.34±0.22Ac 7.53±0.13Aa 2001 9.96±0.32Bc 7.75±0.21Bb 9.94±0.25Bc 7.80±0.21Ab 10.01±0.22Ac 7.62±0.23Cb 9.90±0.18Cb 7.62±0.16Ca 2006 11.39±0.22Ab 8.04±0.14Ab 11.30±0.15Ab 8.25±0.14Aa 11.21±0.17Bb 7.87±0.21Bb 10.25±0.11Ca 7.71±0.14Ca 2016 12.68±0.31Aa 8.56±0.23Aa 12.67±0.21Aa 8.43±0.23Aa 12.83±0.22Aa 8.12±0.20Ba 10.47±0.22Ba 7.85±0.14Ca 总孔隙
Total pore/%1996 53.74±0.20Ad 45.90±0.17Ad 53.97±0.12Ad 46.13±0.54Ad 54.04±0.53Ac 46.33±0.06Ab 53.87±0.19Aa 46.17±0.34Aa 2001 54.54±0.03Bc 47.09±0.11Ac 54.69±0.03Bc 47.13±0.54Ac 54.98±0.53Ab 46.76±0.01Bb 54.08±0.36Ca 46.42±0.31Ca 2006 56.22±0.44Ab 48.27±0.35Ab 56.20±0.40Ab 48.11±0.46Ab 55.35±0.38Bb 47.45±0.42Ba 54.09±0.32Ca 46.58±0.45Ca 2016 57.56±0.52Aa 49.71±0.36Aa 57.75±0.43Aa 49.10±0.44Aa 57.08±0.45Ba 47.88±0.43Ba 54.42±0.53Ca 46.77±0.46Ca 注：同行不同大写字母表示林分之间差异显著(P < 0.05)，同列不同小写字母表示同一林分不同时期之间差异显著(P < 0.05)。下同。Notes: difference capital letters in the same line mean the significant differences among different forests (P < 0.05), difference lowercase letters in the same column indicate the significant difference among different periods.The same below.
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表 4 马尾松林相改造后不同时期土壤的养分含量
Table 4 Soil nutrient content in different periods after transformation of Pinus massoniana
养分含量
Nutrient content年份
YearA B C D 0~20cm 20~40cm 0~20cm 20~40cm 0~20cm 20~40cm 0~20cm 20~40cm 有机质
Organic matter/(g·kg-1)1996 20.58±0.49Ac 15.32±0.31Ad 21.12±0.32Ad 15.21±0.19Ad 20.73±0.37Ad 15.83±0.31Ac 21.10±0.33Ad 15.77±0.22Ab 2001 22.11±0.43Bc 16.21±0.19Ac 23.04±0.24Ac 15.98±0.32Ac 22.80±0.35Ac 16.02±0.32Ab 21.73±0.22Cc 15.68±0.21Bb 2006 25.90±0.33Ab 17.55±0.31Ab 25.74±0.22Ab 16.85±0.41Bb 24.62±0.31Bb 16.45±0.32Cb 22.68±0.31Cb 16.64±0.23Ca 2016 30.28±0.38Aa 18.76±0.22Aa 29.51±0.31Aa 17.66±0.31Ba 27.96±0.33Ba 17.48±0.31Ba 23.94±0.41Ca 16.89±0.32Ca 全N
Total N/(g·kg-1)1996 1.63±0.02Ac 1.17±0.02Ab 1.65±0.03Ab 1.15±0.01Ab 1.61±0.02Ac 1.18±0.03Aa 1.64±0.03Aa 1.17±0.02Aa 2001 1.65±0.03Ac 1.19±0.02Bb 1.67±0.03Ab 1.18±0.03Bb 1.63±0.02Ac 1.21±0.03Aa 1.65±0.03Aa 1.17±0.03Ba 2006 1.71±0.03Ab 1.23±0.03Aa 1.70±0.02Ab 1.24±0.03Aa 1.68±0.03Ab 1.23±0.02Aa 1.67±0.03Aa 1.18±0.02Ba 2016 1.85±0.03Aa 1.26±0.03Aa 1.78±0.03Ba 1.28±0.04Aa 1.75±0.02Ba 1.25±0.03Aa 1.69±0.02Ca 1.20±0.02Ba 全P
Total P/(g·kg-1)1996 0.38±0.02Ab 0.28±0.02Ab 0.40±0.02Aa 0.29±0.03Aa 0.38±0.01Ab 0.27±0.02Ab 0.39±0.02Aa 0.28±0.02Aa 2001 0.40±0.02Ab 0.30±0.02Ab 0.41±0.03Aa 0.32±0.03Aa 0.39±0.01Ab 0.29±0.03Ab 0.38±0.01Aa 0.29±0.02Aa 2006 0.42±0.03Ab 0.34±0.03Aa 0.43±0.04Aa 0.34±0.02Aa 0.41±0.02Aa 0.32±0.03Aa 0.39±0.02Aa 0.29±0.03Aa 2016 0.48±0.04Aa 0.37±0.03Aa 0.46±0.03Aa 0.36±0.03Aa 0.43±0.03Aa 0.35±0.02Aa 0.41±0.02Aa 0.31±0.03Aa 水解性
N HydrolyticN/(mg·kg-1)1996 74.32±1.12Ac 50.34±1.11Ad 73.78±1.13Ac 50.21±0.81Ad 74.01±0.97Ac 50.73±1.13Ac 73.35±1.07Aa 50.29±1.04Aa 2001 76.58±1.31Ac 53.46±1.13Ac 75.81±1.14Ac 52.89±1.02Ac 75.56±1.12Ac 51.98±1.13Ac 73.76±0.92Aa 50.65±1.11Aa 2006 79.76±1.12Ab 57.29±1.15Ab 78.03±1.32Bb 55.76±1.22Bb 76.87±1.12Cb 53.24±1.23Cb 74.23±1.13Da 51.17±1.11Da 2016 85.46±1.32Aa 63.56±1.32Aa 82.39±1.22Ba 59.70±1.17Ba 79.44±1.14Ca 55.62±1.31Ca 75.48±1.24Da 52.35±1.06Da 速效磷P
Available P/(mg·kg-1)1996 2.18±0.08Aa 1.78±0.11Aa 2.10±0.12Aa 1.70±0.12Aa 2.23±0.22Aa 1.82±0.06Aa 2.13±0.11Aa 1.75±0.11Aa 2001 2.27±0.14Aa 1.85±0.14Aa 2.19±0.14Aa 1.77±0.1Aa 2.28±0.27Aa 1.85±0.13Aa 2.17±0.12Aa 1.79±0.12Aa 2006 2.35±0.21Aa 1.89±0.14Aa 2.25±0.19Aa 1.85±0.12Aa 2.30±0.24Aa 1.89±0.12Aa 2.21±0.14Aa 1.80±0.13Aa 2016 2.56±0.23Aa 2.13±0.12Aa 2.48±0.26Aa 2.09±0.22Aa 2.38±0.22Aa 2.03±0.18Aa 2.26±0.15Aa 1.84±0.12Aa 速效K
Available K/(mg·kg-1)1996 77.85±1.21Ac 62.34±1.21Ad 76.59±1.24Ac 61.90±1.32Ac 78.53±1.31Ac 62.56±1.23Ad 77.72±1.13Ab 62.87±1.22Ab 2001 79.67±1.21Ac 65.42±1.35Ac 78.75±1.21Ac 63.47±1.31Ab 80.21±1.18Ac 64.88±1.24Ac 78.86±1.11Ab 63.90±1.25Ab 2006 82.56±1.32Ab 68.55±1.31Ab 81.90±1.22Ab 66.01±1.44Bb 82.77±1.22Ab 67.32±1.24Ab 79.02±1.11Bb 64.21±1.18Ca 2016 95.81±1.51Aa 78.63±1.32Aa 90.35±1.51Ba 74.87±1.42Ba 87.75±1.24Ca 71.78±1.21Ca 82.41±1.34Da 66.36±1.22Da
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-
[1] 马祥庆, 范少辉, 陈绍栓, 等.杉木人工林连作生物生产力的研究[J].林业科学, 2003, 39(2):78-83. doi: 10.3321/j.issn:1001-7488.2003.02.013 Ma X Q, Fan S H, Chen S S, et al. Study on biomass productivity of Chinese fir plantations after successive planting[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2003, 39(2):78-83. doi: 10.3321/j.issn:1001-7488.2003.02.013
[2] 张昌顺, 李昆.人工林地力的衰退与维护研究综述[J].世界林业研究, 2005, 18(1):17-21. doi: 10.3969/j.issn.1001-4241.2005.01.004 Zhang C S, Li K. Advance in research on soil degradation and soil improvement of timber plantations[J]. World Forestry Research, 2005, 18(1):17-21. doi: 10.3969/j.issn.1001-4241.2005.01.004
[3] 范少辉, 盛炜彤, 马祥庆, 等.多代连栽对不同发育阶段杉木人工林生产力的影响[J].林业科学研究, 2003, 16(5):560-567. doi: 10.3321/j.issn:1001-1498.2003.05.007 Fan S H, Sheng W T, Ma X Q, et al. Effect of successive planting on productivity of Chinese fir of different age plantations[J]. Forest Research, 2003, 16(5):560-567. doi: 10.3321/j.issn:1001-1498.2003.05.007
[4] 马祥庆.杉木人工林连栽生产力下降研究进展[J].福建林学院学报, 2001, 21(4):380-384. doi: 10.3969/j.issn.1001-389X.2001.04.024 Ma X Q. A review for research of productivity decline in Chinese fir plantation after successive plantings[J]. Journal of Fujian College of Forestry, 2001, 21(4):380-384. doi: 10.3969/j.issn.1001-389X.2001.04.024
[5] 张华, 叶章发, 李宝福.杉木、马尾松轮作对林地土壤肥力和林木生长的影响[J].林业科学, 2001, 37(5):10-15. doi: 10.3321/j.issn:1001-7488.2001.05.003 Zhang H, Ye Z F, Li B F. The effects of rotating plantation on the soil fertility of forest land and the growth of stand[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2001, 37(5):10-15. doi: 10.3321/j.issn:1001-7488.2001.05.003
[6] 杨承栋, 孙启武, 焦如珍, 等.大青山一二代马尾松土壤性质变化与地力衰退关系的研究[J].土壤学报, 2003, 40(2):267-273. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2003.02.016 Yang C D, Sun Q W, Jiao R Z, et al. Studies on the relationship between soil property changes and soil degradation under 1st and 2nd rotation masson pine plantation at Daqingshan[J].Acta Pedologica Sinica, 2003, 40(2):267-273. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2003.02.016
[7] 崔宁洁, 张丹桔, 刘洋, 等.不同林龄马尾松人工林林下植物多样性与土壤理化性质[J].生态学杂志, 2014, 33(10):2610-2617. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxzz201410005 Cui N J, Zhang D J, Liu Y, et al. Plant diversity and soil physicochemical properties under different aged Pinus massoniana plantations[J]. Chinese Journal of Ecology, 2014, 33(10):2610-2617. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxzz201410005
[8] 洪宜聪.马尾松闽粤栲异龄复层混交林的林分特征及涵养水源能力[J].东北林业大学学报, 2017, 45(4):53-59. doi: 10.3969/j.issn.1000-5382.2017.04.011 Hong Y C. Stand characteristics and water conservation capacity of Pinus massoniana and Castanopsis fissa mixed plantation[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2017, 45(4):53-59. doi: 10.3969/j.issn.1000-5382.2017.04.011
[9] 丁敏, 倪荣新, 毛轩平.马尾松林下套种阔叶树生长状况初报[J].浙江农林大学学报, 2012, 29(3):463-466. doi: 10.3969/j.issn.2095-0756.2012.03.023 Ding M, Ni R X, Mao X P. Growth of Pinus massoniana and broad-leaved tree mixed forest[J]. Journal of Zhejiang A & F University, 2012, 29(3):463-466. doi: 10.3969/j.issn.2095-0756.2012.03.023
[10] 樊后保, 刘文飞, 苏兵强.马尾松林下栽植闽粤栲对生态系统养分循环的影响[J].应用与环境生物学报, 2008, 28(5):610-615. doi: 10.3321/j.issn:1006-687X.2008.05.004 Fan H B, Liu W F, Su B Q. Impact of underplanting Castanopsis fissa on nutrient cycling in Pinus massoniana stand[J]. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology, 2008, 28(5):610-615. doi: 10.3321/j.issn:1006-687X.2008.05.004
[11] 林德喜, 樊后保, 苏兵强, 等.马尾松林下套种阔叶树土壤理化性质的研究[J].土壤学报, 2004, 41(4):655-659. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2004.04.027 Lin D X, Fan H B, Su B Q, et al.Effect of interplantation of broad-leaved trees in Pinus massoniana forest on physical and chemical properties of the soil[J].Acta Pedologica Sinica, 2004, 41(4):655-659. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2004.04.027
[12] 张明锦, 陈良华, 张健, 等.马尾松人工林林窗内凋落叶微生物生物量碳和氮的动态变化[J].应用生态学报, 2016, 27(3):672-680. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201603002 Zhang M J, Chen L H, Zhang J, et al. Dynamics of microbial biomass carbon and nitrogen during foliar litter decomposition underartificial forest gap in Pinus massoniana plantation[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(3):672-680. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201603002
[13] 陈绍栓.杉木细柄阿丁枫混交林涵养水源功能和土壤肥力的研究[J].生态学报, 2002, 22(6): 957-961. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2002.06.024 Chen S S. The water holding capacity and soil fertility in the mixed forest of Cunninghamia lanceolata and Altingia gracilides[J]. Acta Ecologica Sinica, 2002, 22(6):957-961. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2002.06.024
[14] 陈绍栓, 陈淑容.杉木木荷混交林涵养水源功能和土壤肥力[J].土壤学报, 2002, 39(4):599-603. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2002.04.021 Chen S S, Chen S R. Functions of the mixed forest of Cunninghamia lanceolate and Schima superba in water conservation and soil fertility bulldup[J].Acta Pedologica Sinica, 2002, 39(4):599-603. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2002.04.021
[15] 陈绍栓, 许建伟, 吴载璋, 等.不同强度疏伐对马尾松林分水源涵养功能时空格局的影响[J].生态学报, 2017, 37(20): 6753-6760. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=stxb201720011 Chen S S, Xu J W, Wu Z Z, et al. Effects of different thinning intensities on temporal and spatial patterns of water conservation of Pinus massoniana[J].Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(20):6753-6760. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=stxb201720011
[16] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上海科学技术出版社, 1978. Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences. Soil physical and chemical property analysis[M].Shanghai: Shanghai Scientific & Technical Publishers, 1978.
[17] 林大仪.土壤学[M].北京:中国林业出版社, 2002:98. Lin D Y.Edaphology[M]. Beijing: China Forestry Publishing House, 2002:98.
[18] Wu P W, Ma X M, Tigabu M T, et al. Root morphological plasticity and biomass production of two Chinese fir clones with highphosphorus efficiency under low phosphorussterss[J].Canadian Journal of Forest Research, 2011, 41(2): 228-234. doi: 10.1139/X10-198
[19] 易秀, 谷晓静, 侯燕卿, 等.陕西省泾惠渠灌区土壤肥力质量综合评价[J].干旱区资源与环境, 2011, 25(2):132-137. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqzyyhj201102025 Yi X, Gu X J, Hou Y Q, et al. Comprehensive assessment on soil fertility qualiy in Jinghuiqu irrigation district of Shaanxi Province[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2011, 25(2):132-137. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqzyyhj201102025
[20] Rhoades C C, Miller S P, Shea M M. Soilproperties and soil nitrogen dynamics of prairie-like forest openings and surrounding forests in Kentucky's Knobs Region[J]. American Midland Naturalist, 2004, 152(1):1-11. doi: 10.1674/0003-0031(2004)152[0001:SPASND]2.0.CO;2
[21] Fu B, Chen L, Ma K, et al. The relationships between land use and soil conditions in the hilly area of the Loess Plateau in northern Shaanxi, China[J]. Catena, 2000, 39(1):69-78. doi: 10.1016/S0341-8162(99)00084-3
[22] 杨晓娟, 王海燕, 刘玲, 等.东北过伐林区不同林分类型土壤肥力质量评价研究[J].生态环境学报, 2012, 21(9): 1553-1560. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2012.09.008 Yang X J, Wang H Y, Liu L, et al. Evaluation of soil fertility quality under different forest stands in over-logged forest region, northeast China[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2012, 21(9):1553-1560. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2012.09.008
[23] 李惠通, 张芸, 魏志超, 等.不同发育阶段杉木人工林土壤肥力分析[J].林业科学研究, 2017, 30(2):322-328. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=lykxyj201702019 Li H T, Zhang Y, Wei Z C, et al. Evaluation on soil fertility of Chinese fir plantations in different development stages[J]. Forest Research, 2017, 30(2):322-328. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=lykxyj201702019
[24] 曹成有, 朱丽辉, 蒋德明, 等.科尔沁沙地不同人工植物群落对土壤养分和生物活性的影响[J].水土保持学报, 2007, 21(1):168-171. doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2007.01.041 Cao C Y, Zhu L H, Jiang D M, et al. Effects of artificial sand-fixation communities on soil nutrients and biological properties in horqin sandy land[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2007, 21(1):168-171. doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2007.01.041
[25] 樊后保, 李燕燕, 苏兵强, 等.马尾松-阔叶树混交异龄林生物量与生产力分配格局[J].生态学报, 2006, 26(8):4162-4172. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb200608007 Fan H B, Li Y Y, Su B Q, et al. Allocation pattern of biomass and productivity in the mixed uneven-aged stands of Masson's pine and hardwood species[J]. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(8):4162-4172. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb200608007
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