火烧强度对中亚热带人工造林初期土壤呼吸的影响

在热带和亚热带森林中,火烧是一种清理采伐迹地的有效管理措施。尽管许多研究表明,火烧刺激了土壤的碳排放,但对亚热带火强度对土壤呼吸的影响还缺乏了解。在中亚热带米槠常绿阔叶次生林采伐迹地上,设置高火烧强度（HF）、低火烧强度（LF）炼山造林处理,利用LI-8100对造林初期（2012年3月-2012年12月）土壤呼吸进行测定,同时监测观测期土壤温度、含水量以及降雨量等气象因子,分析不同火烧强度对中亚热带造林初期土壤呼吸及排放量的影响,同时探讨影响土壤呼吸变化的主要因素。结果表明：（1）观测期间不同火烧强度对土壤呼吸的影响呈现出明显的时间变化特征：与对照（CT）相比,土壤呼吸在火烧后2个月以内显著增加（P<0.05）,HF和LF分别增加76.3%和55.3%;在火烧后2-5个月内三种处理间没有显著差异（P>0.05）;但之后,火烧处理土壤呼吸显著低于CT （P<0.05）,HF和LF分别降低40%和32.6%;在观测期间火烧处理没有导致土壤CO₂累计排放量的增加。（2）火烧处理下,仅HF处理中土壤呼吸与土壤温度显著相关（P<0.05）,但拟合决定系数较低。（3）单次降水事件会导致火烧处理下土壤呼吸的增加,而对照无明显增加;但连续性降水事件中,降雨早期促进土壤呼吸,而后期呈现出抑制作用。     

中亚热带杉木人工林苔藓覆盖对土壤温室气体排放的影响

目前,国内尚无亚热带森林地区生物土壤结皮-土壤系统温室气体通量特征的研究,给区域尺度上温室气体通量的估算带来很大的不确定性。本研究选择中亚热带杉木人工林中地面广布的苔藓覆盖形成的结皮层及其下覆土壤为研究对象,采用对气体排放速率影响较小的等压取样法,探究去除苔藓土壤(BG)和苔藓覆盖土壤(BSCs)在光照和暗处理下其温室气体通量的变化特征,来模拟自然环境下白昼和黑夜时段苔藓覆盖的影响,同时采用随机森林模型来衡量光照与苔藓覆盖对温室气体通量的重要度。结果表明:苔藓覆盖、光照处理及其互作对CO_2通量有极显著的影响(P0.001),苔藓覆盖和光照处理对CH_4的吸收通量有极显著的影响(P0.001),光照及光照与苔藓覆盖交互作用对N_2O通量有极显著的影响(P0.001);暗处理下,与BG土壤相比,苔藓覆盖具有抑制土壤CO_2排放的趋势,苔藓覆盖略微增加N_2O的排放通量,但显著增加CH_4的吸收通量(P0.01);光照处理下BSCs的CO_2、CH_4和N_2O三种温室气体均出现负通量,苔藓覆盖显著降低CO_2、CH_4和N_2O的排放通量(P0.01),表明光照条件下苔藓-土壤系统是这三种温室气体重要的汇;由光照导致的BSCs的CO_2和N_2O的吸收通量显著高于BG土壤温室气体的吸收量(P0.01),但光照对CH_4吸收通量的影响无显著差异;随机森林分析表明,光照对于CO_2和N_2O通量的影响的重要性大于苔藓覆盖,而苔藓覆盖对CH_4通量的影响的重要性大于光照,表明CO_2和N_2O的通量与苔藓中的光能自养生物的代谢活性关联更大,CH_4通量与苔藓中的化能自养生物代谢活性有关联。     

森林转换对地表径流可溶性有机碳输出浓度和通量的影响

米槠次生林转换成米槠人工幼林和米槠人工促进天然更新幼林(以下简称"人促幼林")后,以这三种森林类型为研究对象,连续监测每次降雨后地表径流量及径流水中可溶性有机碳(DOC)的含量及通量,比较不同森林类型观测结果的差异,并分析降雨对实验结果的影响。结果表明:米槠人工幼林单次产流量是米槠次生林的1.5—19.0倍,观测期间总径流量为5.9倍;米槠人促幼林单次径流量和总径流量均与米槠次生林无显著差异(P0.05)。观测期间米槠次生林、人工幼林、人促幼林径流水DOC浓度值范围为5.9—18.4 mg/L,4.3—13.5 mg/L和3.2—9.9 mg/L,米槠次生林径流水浓度均值(12.6 mg/L)分别是米槠人促幼林(7.6 mg/L)和米槠人工幼林(5.3 mg/L)的1.6和2.4倍。回归分析表明,径流水中DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著相关;降雨前土壤含水率20.8%是一个临界值,含水率低于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前含水率呈显著正相关(P0.05);高于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著负相关(P0.05)。米槠人工幼林地表径流DOC输出通量是米槠次生林的0.7—5.4倍,观测期间总输出通量为2.1倍;米槠人促林DOC单次通量和观测期间总通量均与米槠次生林差异不显著(P0.05)。三种森林类型DOC输出通量均与降雨量呈显著相关(P0.05)。可见,米槠次生林转变成米槠人工幼林后DOC输出浓度降低,但径流量显著增加,导致DOC输出通量增加;而转变成米槠人促幼林后DOC输出浓度也降低,但径流量并未增加,因而并未增加DOC输出通量。     

经营方式对亚热带森林土壤可溶性有机碳含量和光谱学特征的影响

人工促进天然更新与人工造林经营方式中采伐剩余物管理等人工措施的差异,可能改变土壤可溶性有机碳(DOC)的含量和结构,影响森林碳循环。本研究利用天然次生林(对照)采伐迹地上通过人工促进天然更新林(简称人促更新林)和人工造林两种营林方式,研究经营方式对中亚热带森林土壤溶液可溶性有机碳含量和光谱特征的影响。结果表明:天然次生林转换为人促更新林和人工林后,0～10 cm土层土壤DOC含量显著降低,分别下降21%和50%;0～10 cm和10～20 cm土层土壤DOC/SOC(土壤有机碳)值也显著降低,分别达到27%和43%。在0～10 cm土层中,人促更新林土壤DOC芳香化指数和腐殖化指数显著高于人工林,人促更新林土壤DOC在3700～3000、1650～1620、1160～1000、690～530 cm^-1范围内的红外吸收比例较人工林高,表明人促更新林土壤DOC的羧酸类物质、芳香化物质丰富;人促更新林和人工林土壤DOC的荧光指数均为1.4～1.9,且人促更新林自生源指数显著高于人工林,说明人工林土壤DOC类蛋白组分贡献大,容易被微生物分解利用。人促更新林与人工林土壤DOC含量和结构的差异可能是人促更新林的土壤碳库比人工林更高的原因之一。     

中亚热带地区米槠天然林土壤微生物群落结构的多样性

为了解土壤微生物群落的结构,采用磷脂脂肪酸方法对武夷山和建瓯的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤微生物群落的结构多样性进行了研究。结果表明,两地米槠天然林的土壤微生物群落组成十分丰富,多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为2.92~3.01、25.84~28.23 和0.88~0.90。0~10 cm土层的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和阴性菌特征脂肪酸含量均高于10~20 cm土层的,且建瓯万木林自然保护区的高于武夷山国家级自然保护区。10~20 cm土层的革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌高于0~10 cm土层的;细菌特征脂肪酸含量显著高于真菌,表明细菌在土壤微生物群落结构中处于优势地位。主成分分析表明,土壤微生物群落结构的差异主要是由采样地点的不同引起。     

中亚热带森林土壤真菌多样性的案例研究

为了解中亚热带森林土壤的真菌多样性,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术对武夷山国家级自然保护区和建瓯万木林自然保护区内的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤真菌进行研究。结果表明,中亚热带地区森林土壤真菌群落丰富,土壤真菌的多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为3.37~3.80、26~29和0.977~0.984。经测序及同源性比对,真菌以担子菌类(Basidiomycota)最多,占总数的35.9%;其次为子囊菌类(Ascomycota),占总数的15.4%;接合菌类(Zygomycota)和半知菌类(Deuteromycota)分别占总数的10.3%和7.7%。主成分分析表明,地点和土层深度共同影响真菌群落组成,其中由地点引起的真菌群落组成差异大于土层深度。土壤真菌多样性指数与土壤铵态氮呈显著正相关,与土壤碳氮比呈显著负相关;丰富度指数和均匀度指数与土壤因子间没有显著的相关性,因此,土壤碳、氮含量是影响土壤真菌群落结构的重要因子。     

中亚热带地区两种森林植被类型土壤微生物群落结构

利用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法分析了中亚热带地区罗浮栲天然林和相邻的杉木人工林土壤微生物群落结构特点.结果表明: 两种植被类型的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌特征脂肪酸含量均为0～10 cm高于10～20 cm土层,罗浮栲天然林高于杉木人工林.在两种植被类型的两个土层中,细菌PLFAs含量均显著高于真菌PLFAs含量.两种植被类型中,细菌PLFAs含量约占PLFAs总量的44%～52%,而真菌仅占6%～8%,表明细菌在该地区两种植被类型土壤中处于优势地位.主成分分析表明,土壤微生物群落结构差异主要由植被类型差异引起,土层深度的影响相对较小.相关分析显示,革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌以及细菌的PLFAs含量与pH呈显著负相关,与含水量呈显著正相关;土壤微生物主要类群PLFAs含量与总氮、有机碳、C/N和铵态氮均呈显著正相关.     

土壤增温降低亚热带森林土壤可溶性有机碳数量和质量

土壤可溶性有机碳(DOC)是森林土壤碳库中最活跃的部分,其对气候变暖的响应将深刻影响森林生态系统碳循环。本研究基于亚热带常绿阔叶林野外增温实验平台,原位收集土壤溶液,结合紫外可见光谱、红外光谱和三维荧光光谱分析,探究土壤剖面DOC通量及组成对增温(+4℃,1年)的响应。结果表明：土壤DOC通量在土层之间没有显著差异。土壤DOC主要由2个类腐殖酸组分和1个微生物代谢产物组分组成。与对照相比,增温显著降低了土壤DOC通量,降低了土壤溶液芳香化指数和疏水组分比例,增加了小分子碳水化合物的含量。此外,增温还提高了表层土壤(0～10 cm)类腐殖酸组分的相对贡献,增加了深层土壤(30～40 cm)微生物代谢产物组分的相对贡献,这在一定程度上表明变暖加速了深层土壤微生物周转。总体来说,土壤增温降低了亚热带常绿阔叶林土壤DOC数量,使DOC结构趋于简单。     

中亚热带13种树种幼苗叶片和细根可溶性有机碳的数量特征和结构特征

植物叶片和细根输入的可溶性有机碳(Dissolved organic carbon, DOC)是森林生态系统最活跃的组成部分,对生态系统的碳循环有重要作用。以中亚热带13种典型树种为研究对象,测定其幼苗叶片和细根(0—1 mm和1—2 mm)的碳氮含量,淋溶产生的DOC浓度以及傅里叶红外光谱特征,分析不同树种和不同器官之间DOC的数量特征和结构特征。结果表明：(1)浙江桂在叶片和细根(0—1 mm和1—2 mm)的总碳含量上最高,竹柏在叶片和0—1 mm细根的总碳含量上最低,观光木在1—2 mm细根的总碳含量上最低。花榈木和罗汉松在叶片的总氮含量上分别为最高和最低,木荚红豆和观光木分别在0—1 mm和1—2 mm细根的总氮含量上最高,冬青在细根(0—1 mm和1—2 mm)的总氮含量上最低。(2)刨花楠、闽楠和浙江桂等樟科树种在叶片淋溶产生的DOC浓度上最高,而罗汉松和和竹柏等罗汉松科树种在叶片淋溶产生的DOC浓度上最低;花榈木和木荚红豆等红豆属树种在细根(0—1 mm和1—2 mm)淋溶产生的DOC浓度上最高;刨花楠、闽楠和浙江桂等樟科树种在细根(0—1 mm和1—2 mm)淋溶产生...     

亚热带米槠天然林土壤氨氧化微生物对模拟氮沉降的响应

我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福建省三明市辛口镇格氏栲自然保护区长期模拟氮沉降处理土壤为研究对象,利用实时定量PCR方法,研究氨氧化微生物(包括氨氧化细菌AOB、氨氧化古菌AOA和完全氨氧化菌comammox Nitrospira),尤其是完全氨氧化菌的amoA基因丰度。模拟氮沉降处理包括:不添加N(CK)、低氮(添加40 kg N·hm^-2·a^-1,LN)和高氮(添加80 kg N·hm^-2·a^-1,HN)。结果表明: 8年的氮添加降低了土壤pH值和有机碳含量,提高了土壤硝态氮含量。供试土壤的AOB丰度低于检测限,无法获得目的片段。高氮处理显著提高了AOA丰度,但对完全氨氧化菌clade A和clade B丰度无显著影响。两种氮添加处理均降低了完全氨氧化菌/AOA值,表明氮添加降低了完全氨氧化菌在亚热带森林土壤氨氧化微生物类群中的相对竞争力。针对完全氨氧化菌clade A和clade B的扩增都存在非特异性产物,表明针对森林土壤的高特异性和覆盖度设计引物的必要性。Clade A和clade B丰度与总氮和铵态氮含量呈显著正相关,clade B丰度还与有机碳含量呈显著正相关。总之,模拟氮沉降提高了AOA在亚热带米槠天然林土壤硝化过程中的相对重要性,这些发现可为该地区应对全球变化和氮沉降的风险评估提供理论依据。