氮磷添加与不同栽植密度交互对樟树幼苗土壤化学性质的短期影响

研究氮磷添加对不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗土壤化学性质的影响,以期为全球化背景下樟树人工林生态系统的土壤养分管理提供依据。以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加。氮磷处理设置CK、施N、施P和施N+P 4个水平,其中N、P和N+P施肥量分别为40 g m~(-2)a~(-1)(NH_4Cl)、20 g m-2a-1(NaH_2PO_4·2H_2O)和40g m~(-2)a~(-1)(NH_4Cl)+20 g m~(-2)a~(-1)(NaH_2PO_4·2H_2O)。种植密度设置4个水平:10、20、40和80株/m~2,试验时间为2017年6月至9月。研究结果表明,在各密度幼苗土壤中,N和N+P处理引起pH值的显著下降,N、P和N+P处理的土壤有机质和碱解N含量的变化规律不明显,P处理的幼苗土壤全P含量上升,P和N+P处理的土壤有效P含量增加,N+P处理的土壤全K含量以及N、P和N+P处理的土壤速效K含量均下降。在10、20和40株/m~2幼苗的土壤中,P处理的土壤全N含量高于N和N+P处理的,而80株/m~2幼苗的土壤全N含量低于其他密度幼苗。随着种植密度的增加,各施肥处理的土壤pH、全P、有效P、全K和速效K含量均呈现上升趋势,而施N和施P处理的土壤有机质呈现下降趋势,各施肥处理的土壤碱解N含量变化规律不明显。施肥和密度处理对樟树幼苗土壤有机质、碱解氮和速效钾含量有显著的交互作用。     

樟树(Cinnamomum camphora)幼苗细根形态对氮磷添加和幼苗密度的响应

全球氮沉降对森林生态系统结构和功能的影响已成为现代生态学研究热点之一,我国华南地区氮沉降的增长引起了土壤酸化和磷限制加剧等一系列生态问题。密度制约着植物个体对环境资源的吸收利用,是自然界中十分重要的选择压力之一。因此研究樟树(Cinnamomum camphora)幼苗的细根形态对氮磷添加和密度的响应,有利于了解亚热带树木根系对氮沉降和磷添加与林分密度的响应过程和机制,并为全球变化背景下樟树林生态系统的管理提供依据。本研究以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)作为氮肥以模拟大气氮沉降,并且以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加,氮磷处理设置4个水平,即对照、施N、施P和施N+P;种植密度设置10、20、40和80株/m~2 4个水平。测定各处理樟树幼苗细根的根长、表面积、体积和根尖数,分析氮磷添加、密度和两者交互作用对樟树幼苗细根的影响。研究结果表明,与对照处理相比,N、P和N+P处理促进了幼苗细根长度、表面积、体积以及根尖数的增加。低密度条件下的N添加对幼苗根系形态的促进效果强于P添加。N+P处理对10、20、40株/m~2幼苗根系形态的促进效果最佳,而各处理对80株/m~2幼苗根系形态的促进效果均无显著性差异。随着种植密度的增大,幼苗细根长度、表面积、体积和根尖数均减少。樟树幼苗的细根长度、表面积、体积和根尖数在各密度间和不同氮磷添加处理间均有显著性差异,密度和氮磷处理间的交互作用对根系形态各指标均无显著影响。     

氮磷添加和栽植密度对大叶相思林土壤微生物群落功能多样性的影响

土壤微生物群落是土壤质量潜在的生态指标,在维持生态系统功能和服务中起着关键的作用。采用Biolog-ECO微平板法,探讨氮磷添加与不同栽植密度交互对大叶相思林(Acacia auriculiformis)土壤微生物功能多样性的影响,以便为建立合理的林分密度和氮磷施肥模式,提高土壤质量提供理论参考。以大叶相思林为研究对象,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,用二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)进行磷添加。氮磷处理设置4个水平,即CK、施N、施P和施N+P。种植密度设置4个水平,即1667、2500、4444、10000株/hm²(分别以低密度、中密度、较高密度、高密度表示)。研究结果表明,施P显著提高了4个密度大叶相思林土壤微生物的AWCD值、碳源利用丰富度指数、McIntosh指数、Shannon指数和Simpson指数,而施N和N+P则相反。随着林分密度的减小,各处理的土壤微生物AWCD值趋于减少。通常低密度林分的土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener指数、McIntosh指数和Simpson指数较小。     

不同种源五角枫幼苗叶片N、P化学计量学特征对氮添加的响应

不同土壤氮环境下植物对氮沉降的响应趋势不同,因此研究不同种源地的五角枫(Acer mono)对氮沉降的响应机理具有重要的意义。为了深入了解不同种源五角枫对氮沉降的适应和响应机制,主要通过3个种源的五角枫幼苗氮添加控制实验,分析不同种源的五角枫幼苗比叶面积(SLA)和叶片干物质含量(LMDC)以及叶片N、P含量和N∶P对氮添加的响应规律。结果表明:(1)不同氮添加处理下,内蒙古种源五角枫幼苗(NW)和山西种源五角枫幼苗(SW)的LDMC均显著低于对照,NW和SW在N4条件下表现为显著的促进作用。随着氮添加浓度的增加,NW与北京种源的五角枫幼苗(BW)的SLA在N4条件下显著增加;SW的SLA在N2的水平下显著增加。(2)氮添加下,只有SW的P_(mass)在N1水平下显著增加,N_(mass)在N1和N3水平下表现为显著增加。说明在低氮水平下,能够促进SW对P的吸收,从而增加植物体内对P的积累。同时在低氮和中高氮条件下,能够促进SW对N的吸收,说明SW能较好的适应低氮和高氮环境,使其生存能力更强。(3)分析变异来源及各指标的相关性得出,氮添加条件下,五角枫的SLA、LDMC、P_(area)及N∶P与氮添加处理呈显著的相关关系,而SLA、LDMC、N_(mass)、P_(mass)、Narea、P_(area)和N∶P对氮添加处理和种源的交互作用均未表现出相关关系,说明引起五角枫各性状主要受氮添加处理影响。(4)综合各指标的变化,氮添加条件下,NW的LDMC显著降低,SLA显著增大,同时叶N含量、叶P含量以及N∶P比较高;SW的LDMC显著降低,SLA增大,同时叶N含量、叶P含量表现为显著增大,结合叶经济谱理论分析得出,SW和NW属于"快速投资-收益"型,而BW倾向于"缓慢投资-收益"型。因此,不同种源的五角枫对于氮沉降的响应存在差异,并且持续的氮添加已经改变了五角枫的适应性。     

氮磷添加及林分密度对大叶相思林土壤化学性质的影响

大气氮(N)沉降随着人类的活动而日趋严重, 加上中国热带亚热带红壤普遍缺磷(P), 许多森林生态系统由于广泛使用磷肥而产生P富集, 直接影响了森林土壤化学特性。林分密度改变林地的光照、温度、湿度和凋落物持水量, 从而影响土壤特性。为了解外源性N和P添加与林分密度对大叶相思(Acacia auriculiformis)林地土壤化学性质的影响, 为大叶相思人工林的种植密度和土壤养分管理提供科学依据, 该研究于2013到2015年, 以4种不同密度(1 667、2 500、4 444和10 000 trees·hm ^-2)的10年生大叶相思人工林为研究对象, 分别进行添加N、P和N+P处理, 在试验结束时采集0-10 cm土壤, 对其pH、有机质含量、N含量、P含量和钾(K)含量进行了测定分析。结果表明: 施N和N+P均显著降低了土壤的pH和速效K含量, 显著提高了林地土壤的碱解N含量。施N还显著提高了林分土壤的全N含量, 施P显著提高了土壤pH, 降低了林分土壤的全N含量。施P和N+P显著提高了土壤有机质、全P和有效P含量。随着林分密度的增加, 各处理的土壤有机质、全N、碱解N、全P、有效P和速效K含量显著提高。N、P添加处理和密度处理对大叶相思林的土壤pH、有机质和N、P、K含量有显著的交互作用。总体来看, N添加、P添加、林分密度及其交互作用对大叶相思的土壤化学性质有显著影响。     

外源性氮磷添加及林分密度对大叶相思林土壤酶活性的影响

研究了林分密度和外源性氮(N)磷(P)添加及二者的交互作用对土壤酶活性的影响,可以为当前不同密度的亚热带林在氮沉降和施磷肥条件下,影响我国亚热带人工林土壤养分转化的酶学机制提供理论依据。以大叶相思(Acacia auriculiformis)人工林为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)和二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)作为N肥和P肥,氮磷添加设置4个处理,即对照、施N、施P和施N+P;种植密度设置低密度(1667株/hm~2)、中密度(2500株/hm~2)、较高密度(4444株/hm~2)和高密度(10000株/hm~2)4个水平。在4种密度的大叶相思人工林下各设置一个样地(即4个样地),每个样地内5个样方,每个样方内设置4种处理,合计共16个处理,5个重复,80个小区,测定土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性,分析林分密度和NP添加对大叶相思林地土壤酶活性的影响。研究结果表明:N添加对各林分密度下的土壤脲酶和过氧化氢酶活性均有抑制作用,P添加显著提高了过氧化氢酶活性和高密度林分大叶相思林地的土壤脲酶活性,却降低了低密度林分的土壤脲酶活性;土壤磷酸酶活性在P和N+P添加两种处理下显著小于对照和施N处理;土壤脲酶、磷酸酶以及对照和P添加处理下的过氧化氢酶活性均随着林分密度的升高呈现上升趋势,而土壤过氧化氢酶活性在N和N+P添加后随着林分密度的减小而升高。林分密度和外源性NP添加的交互作用对三种土壤酶的活性均有显著影响。     

九连山次生阔叶林幼苗生长对氮磷添加的响应

以亚热带森林的幼苗群落为对象,设置对照(CK)、氮添加(100 kg N·hm^-2·a^-1)、磷添加(50 kg P·hm^-2·a^-1)和氮+磷添加(100 kg N·hm^-2·a^-1+50 kg P·hm^-2·a^-1)4种处理的施肥样地,测定幼苗的株高、地径、冠幅、比叶面积、死亡率等指标,研究氮磷添加下幼苗的生长与群落结构的变化及其驱动力。结果表明: 与未施肥相比,磷添加下幼苗的株高增长率、地径增长率分别显著下降45.1%和30.3%;主要建群树种死亡率受到施肥的影响,氮添加显著增加米槠幼苗死亡率至25.1%,氮磷施肥显著提高丝栗栲死亡率至25.1%~31.3%,而氮添加、磷添加显著降低了木荷和润楠的死亡率;施肥显著降低了幼苗群落中木荷和丝栗栲的重要值,氮添加、磷添加显著增加了润楠幼苗的重要值。氮+磷添加显著降低了幼苗群落的Shannon指数、Simpson指数;幼苗生长主要受到土壤铵态氮、有效磷、全氮、林冠开度及比叶面积的影响,而幼苗死亡率主要受到土壤铵态氮、有效磷和林冠开度的影响。综合来看,氮磷添加主要通过调控土壤氮磷速效养分,进而改变叶片功能性状来影响幼苗的生长;加速外生菌根树种(米槠和丝栗栲)的死亡,改变幼苗群落建群种的重要值,降低物种多样性, 最终可能改变亚热带次生阔叶林成年树的群落结构。     

氮沉降和磷添加对杉木光合及叶绿素荧光特征的影响

为探讨杉木(Cunninghamia lanceolata)光合及叶绿素荧光参数在大气氮沉降和磷添加情况下的变化, 实验以10 龄杉木为研究对象, 共设9 个处理水平: 低氮(N30: 30 kg·ha-1·a-1), 高氮(N60: 60 kg·ha-1·a-1), 低磷(P20: 20 mg·kg-1), 高磷(P40: 40 mg·kg-1), 低氮低磷(N30 + P20), 低氮高磷(N30 + P40), 高氮低磷(N60 + P20), 高氮高磷(N60 + P40)和对照处理组(CK)。结果表明: 在夏季, 氮磷添加对杉木的最大净光合速率(Pn max)无显著影响。单独添加氮、磷都抑制了杉木的最大荧光产量(Fm)、初始荧光产量(F0)、PSII 潜在活性(Fv/F0)值; 单独添加磷促进了杉木的叶色值(SPAD); 在磷添加情况下, 低氮增加了杉木的Fm, 高氮增加了杉木的SPAD 值, 降低了杉木的非光化学淬灭系数(qN)值。在秋季, 单独添加氮促进了杉木的最大净光合速率。单独添加氮、磷抑制了杉木的SPAD 值。在磷添加情况下, 氮沉降增加了杉木的SPAD值, 降低了杉木的F0 值。夏季杉木叶片N 含量与SPAD呈显著正相关(p<0.01), 秋季杉木叶片N 含量与SPAD和光化学淬灭系数(qP)呈显著负相关(p<0.05), 而与Fm 和F0 呈显著正相关(p<0.05)。     

长期N添加对典型草原几个物种叶片性状的影响

通过一个连续4 a(2003—2006年)N添加的野外控制试验(0、1、2、4、8、16、32、64 g/m2等8个水平),探讨了N供给改变对内蒙古典型草原几个常见物种叶片性状的影响。结果表明,沿施N水平,冷蒿(Artemisia frigida)、星毛委陵菜(Potentillaacaulis)和砂韭(Allium bidentatum)比叶面积(SLA)呈指数增加,而克氏针茅(Stipa krylovii)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)SLA无明显变化规律;5个物种绿叶N浓度和枯叶N浓度均呈增加趋势,而绿叶P浓度和枯叶P浓度的变化趋势呈明显的物种差异性。物种间,冷蒿具有较高的SLA和叶片养分浓度,克氏针茅具有较低的SLA和叶片养分浓度。以上结果表明,N供给增加降低了植物保持N的能力,对植物P保持能力的影响随物种不同而异,反映了植物P策略对N供给改变的弹性适应。因此,大气N沉降增加改变着植物N和P利用策略,进而影响着植被-土壤系统N和P循环,而其物种差异性将对群落结构产生深远影响。     

不同配比施肥对马尾松幼苗生长特征的影响

为获得马尾松幼苗最佳施肥配方,该文以1年生马尾松幼苗为试验材料,采用L₁₆（4³）正交设计,并通过测定幼苗苗高、地径、生物量、叶绿素含量、叶片N、P、K含量,探讨不同N、P、K配比施肥对马尾松幼苗生长特征影响。结果表明：（1）不同配比施肥处理间马尾松幼苗苗高、地径、生物量、质量指数、叶绿素和养分含量存在显著差异,其中,处理12生物量、质量指数、叶绿素a和总叶绿素含量、隶属值最高。（2）施N对幼苗生长及生理指标均有极显著影响;施K对苗高、地径、地上生物量、总生物量有显著影响,对叶绿素和针叶养分有极显著影响;施P对叶绿素a、叶绿素b、针叶N和P含量有极显著影响,对苗高、地下生物量、总叶绿素含量有显著影响。（3）施N对苗高、地径、地上生物量、总生物量、质量指数、叶绿素a含量、总叶绿素含量和针叶N含量的影响最大,K次之,P最小。各因素对地下生物量和针叶P含量的影响均表现为N>P>K。（4）N3水平利于幼苗苗高地径的生长及生物量的积累,N4水平利于叶绿素a和总叶绿素含量及针叶N、P含量的积累,P4水平利于生物量、叶绿素含量和养分P含量的积累...     

Soil acidity and nutrient deficiency in central Amazonian heath forest soils

Experiments were carried out to test the effects of liming and nutrient additions on plant growth and soil processes such as C and N mineralisation in three contrasting forest types in central Amazonia: the stunted facies of heath forest (SHF), the tall facies of heath forest (THF) and the surrounding lowland evergreen rain forest (LERF). Calcium-carbonate additions increased soil respiration in the field plots in the SHF; in laboratory incubations, soil respiration was higher in the SHF when soils were fertilised with N, and in THF and LERF after S additions. The addition of N alone or in different combinations generally induced a net immobilisation of soil N. Net nitrification increased during the incubation in SHF and THF soils fertilised with N+P, and in LERF soils fertilised with either N, or P, or CaCO₃. In a field experiment using ingrowth bags, a higher fine root production was observed in all forest types when bags were fertilised with CaCl₂ or CaCO₃, suggesting that Ca may be a limiting nutrient in these soils. Calcium-carbonate addition in a glasshouse bioassay experiment with rice showed an overall positive effect on the survival and growth of the seedlings. In other treatments where soil pH was not raised, the rice showed acute toxicity symptoms, poor root and shoot growth and high mortality. Similar results were yielded in a field experiment, using naturally established seedlings in the field plots in SHF, THF and LERF. It is concluded that the acute H⁺ ion toxicity is a major growth-limiting factor for non-adapted plants in heath forest soils in central Amazonia.     

林隙对香樟和枫香幼苗早期生长阶段功能性状的影响

探究林隙对不同需光性树种早期生长特征和功能性状的影响,对揭示林隙微生境影响次生林内幼苗更新机制具有重要意义。以亚热带次生林中耐荫常绿树种香樟和阳性落叶树种枫香幼苗为试验对象,研究大林隙(D/H介于1.5—2.0)、中林隙(D/H介于1.0—1.5)和小林隙(D/H介于0.5—1.0)对不同需光树种幼苗早期(1—3年生)生长特征和功能性状的影响。结果表明：(1)林隙大小对两种幼苗的生长均有显著影响。其中,中林隙可显著促进香樟2—3年生幼苗的生长,大林隙对枫香1—3年生幼苗的生长均具有显著促进作用。(2)对林隙环境因子与幼苗功能性状的关系进行冗余分析表明,香樟幼苗功能性状的变化与林隙土壤有机质含量、水解性氮含量、酸碱度和有效磷含量密切相关,而枫香幼苗功能性状则主要受林隙土壤酸碱度、有机质含量、水解性氮含量、土壤含水率、冠层透光率和土壤有效磷含量的影响。(3)维持较高的根重比、细根比根长、叶碳氮比和叶碳磷比是幼苗应对林隙环境影响的重要生理生态调节机制。     

水肥耦合效应对楸树苗期叶片净光合速率和SPAD值的影响

以楸树无性系004-1苗木为研究对象,采用三因素五水平二次回归通用旋转组合设计,通过盆栽试验测定不同处理下楸树苗木叶片净光合速率(Pn)和SPAD值,并建立其与土壤水分(W)、施氮量(N)和施磷量(P)回归模型,分析土壤水分、施氮量和施磷量的主因子、单因素及耦合效应对楸树苗木叶片Pn和SPAD值的影响。研究结果表明:(1)W和N对楸树苗木叶片Pn和SPAD均有显著正效应,并且N主效应大于W,而施磷量主效应不显著;(2)单因素效应分析结果表明,楸树苗木叶片Pn和SPAD值随着N的增加均呈现出先增大后减小的变化趋势,与N类似,叶片Pn和SPAD值对W的响应曲线也呈现出类似的"抛物线式"变化趋势;(3)W×N对楸树苗木Pn和SPAD值均存在显著耦合正效应,但Pn和SPAD值与W×N的响应曲面关系图有所不同:随着土壤水分和施氮量的同时增加,叶片Pn逐渐增加,而叶片SPAD值呈现出先增加后减小的变化趋势;(4)楸树苗木叶片Pn与SPAD值呈现出极显著正相关关系(P0.0001)。总体而言,与土壤水分和施磷量相比,楸树生长更容易受土壤施氮量限制,此外,通过合理水肥配施措施,能一定程度提高楸树苗木的光合生产力和叶片SPAD值。     

The effect of soil desiccation on the nutrient status of Eucalyptus regnans F. Muell seedlings

The poor growth of young Eucalyptus regnans seedlings in undried soil from the mature forest of E. regnans can be overcome by previously air-drying the soil or by adding sufficient amounts of complete soluble fertilizer or equivalent concentrations of P (as NaH₂PO₄) and N (as NaNO₃). A factorial pot experiment in which phosphate and nitrate were added to undried soil indicated that P was the primary deficiency for young seedlings and that response to N did not occur until this lack was satisfied. In dried soil, seedlings also responded to additions of complete fertilizer but most of this effect was due to N rather than P. Field trials in the mature forest also indicated greater growth in dried soil than undried soil and confirmed a response of young seedlings to superphosphate. In pot experiments, the concentration of P and N per g plant dry weight after four months was relatively constant irrespective of the final size of the plant. Seedlings in dried soil extracted up to 15 times more P than did those grown in undried soil. In general, chemical analysis of soil indicated more extractable P and N from dried soil although this was not always consistently so. Soil desiccation resulted in an increase in soil surface area due to the fragmentation of larger peds and to an increase in the number of microfractures which remained in the soil crumbs after rewetting. Mycorrhiza are likely to be important since the differentiation of the growth response of seedlings in dried and undried soil, which occurred at 5–6 weeks, corresponded with the establishment of full ectomycorrhizal development (80% root tips). The factors concerned with the increase in fertility after air-drying are discussed.Abbreviations GR Growth Ratio     

基于地理种源的刨花楠苗木比叶面积与叶片化学计量学关系

探讨植物比叶面积(SLA)与叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量学关系,能够反映植物为获取最大光合生产所采取的内部调控机制,共同体现植物的适应策略。利用生长于同一土壤与气候环境中培育的刨花楠(Machilus pauhoi)1年生苗木,对其SLA与叶片C、N、P含量进行测定,并对SLA与叶片C、N、P化学计量学特征及其与种源地环境因子的关系进行分析。结果表明:(1)叶片养分含量的变异系数大小排序为CNP;SLA与叶片N、P含量呈显著的正相关,与叶片C∶N及C∶P呈极显著的负相关。(2)SLA与经度、年均温、年降水量呈显著负相关;叶片C、N、P含量也受种源地环境因子影响,其中以海拔最为重要。研究结果有助于理解刨花楠苗木的生存适应对策,对探究刨花楠对养分的资源利用效率等具有重要意义。