模拟干旱和磷添加对热带低地雨林叶凋落物分解的影响

凋落物是植物在其生长发育过程中新陈代谢的产物,是土壤有机质输入的重要途径,凋落物分解是生态系统养分循环的关键过程之一。在全球气候变化背景下,热带地区干旱事件发生的频率和强度均在增加,同时,普遍认为热带地区受磷(P)限制,所以探讨干旱胁迫和土壤磷可用性对热带地区叶凋落物分解的影响及两者是否存在交互效应十分必要,有助于了解干旱对该区叶凋落物分解的影响机制以及是否受土壤磷调控。依据植物多度、碳固持类型、叶质地,以海南三亚甘什岭热带低地雨林的4个树种叶凋落物(铁凌 Hopea exalata、白茶树 Koilodepas bainanense、黑叶谷木 Memecylon nigrescens、山油柑 Acronychia pedunculata)为实验材料,依托2019年在该区建成的热带低地雨林模拟穿透雨减少、磷(P)添加双因素交互控制实验平台,包括干旱(D -50%穿透雨)、P添加(P +50Kg P hm^-2a^-1)、模拟干旱×P添加(DP -50%穿透雨×+50Kg P hm^-2a^-1)、对照(CK)4个处理,且4种处理随机分布于3个区组,即设置了3个重复。使用常规的凋落物分解袋法探究实验处理对4个树种叶凋落物的分解系数、碳(C)、氮(N)元素动态变化的影响。结果表明:不同树种的叶凋落物因基质质量不同分解存在差异。模拟干旱处理对叶凋落物C、N损失产生抑制作用,但是对不同树种叶凋落物的抑制作用不同,原因是干旱处理通过抑制土壤分解者活动、减弱凋落物的物理破碎作用,间接抑制凋落物分解,并且由于高质量(含N量高)凋落物受微生物分解者影响较大,所以该凋落物分解受干旱抑制程度较大;P添加处理对叶凋落物C损失存在促进作用、N损失存在抑制作用,原因是土壤中P含量的升高,提高了微生物分解高C物质的能力,以及当土壤中P含量较高时,间接抑制微生物通过分解凋落物获取养分或者促进微生物优先完成自身生长代谢需要而不是合成分解凋落物所需要的酶,导致叶凋落物N损失下降;模拟干旱与P添加处理存在显著交互效应,P添加处理缓解或反转了干旱胁迫对叶凋落物分解的抑制作用。以上结果表明,不同基质质量的凋落物分解存在差异,对干旱胁迫的响应不同;在叶凋落物分解过程中,P添加促进C损失、抑制N损失;此外,在热带低地雨林,土壤中P可用性变化可调节干旱对凋落物分解的影响。     

海南铜铁岭热带低地雨林群落特征研究

根据样方调查的结果,分析了海南岛铜铁岭热带低地雨林群落的种类组成、区系成分、外貌特征和年龄结构.结果表明,在2600m2样方中,有维管束植物88科186属258种;优势科为番荔枝科、大戟科、茜草科、樟科、芸香科、桃金娘科等.区系地理成分可分为10种类型,热带分布的属占绝对优势,达94.89%.群落的生活型以高位芽为主,群落外貌主要由革质、单叶和中型叶为主的常绿阔叶林高位芽植物决定.群落成层现象明显,可分为乔木层、灌木层、草本层,乔木层可再划分为2～3个亚层.种群频度分布规律为A>B>C>D>E 按Raunkiaer将频度指数划分 ,属于A级的种类占优势,为总种数的70.54%,大部分种类具有10个以下个体.乔木径级分布呈金字塔形,小径级占优势.     

海南岛热带低地雨林刀耕火种弃耕地恢复过程中落叶树种的变化

落叶是树木适应环境变化的一种方式,水分梯度往往是导致热带森林落叶物种比例产生差异的最主要原因。为研究落叶树种在森林次生演替过程中的变化规律,我们在海南岛霸王岭林区内调查了4个林龄阶段（5年、12年、25年和55年）的刀耕火种弃耕地自然恢复群落样地。在5.25hm2的全部样地内共记录到高H〉0.1m的落叶木本植物24种,隶属于15科21属。其中紫葳科、大戟科、含羞草科是含落叶树种最多的3个科,黄牛木（Cratoxylum cochinchinens）、猪肚木（Canthium horridum）、山柑算盘子（Glochidion fagifolium）是多度最高的3个落叶树种,枫香树（Liquidambar formosana）、黄牛木、山柑算盘子是胸高截面积最大的3个落叶树种。在次生演替过程中,落叶物种比例以5年恢复群落中最高,而后随群落演替进程下降;不同径级大小个体的落叶物种比例也表现出相同的变化趋势,且较大径级个体（DBH≥5cm）比例高于小径级个体（DBH〈5cm）。落叶物种个体密度比例和胸高截面积比例呈现单峰曲线变化：在恢复12年的群落中达到最大,而后随群落演替进程下降。除幼树（H〉1.5m,DBH〈5cm）外,其他各径级个体中的落叶物种密度和胸高截面积比例也表现出相同的变化趋势。我们的研究表明,在海南岛热带低地雨林刀耕火种后的次生演替和自然恢复过程中,落叶物种比例及其密度随恢复过程而发生相应的变化,在一定的恢复时期内呈现一定的季雨林群落特征。     

海南岛热带低地雨林攀援竹叶片光合特性季节动态

为探究攀援竹的光合生理特性及其在热带雨林中的生存适应机制,该研究应用LI-6400便携式光合作用测定系统,分别于2、4、7和11月测定了海南岛甘什岭热带低地雨林的无耳藤竹(攀援能力较强)和响子竹(攀援能力较差)光响应曲线和CO2响应曲线。结果显示:(1)无耳藤竹各月份的最大光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸效率和气孔导度总体大于响子竹,表观量子效率和胞间CO2浓度总体小于响子竹。(2)两个竹种的最大光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸效率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均在7月份较高,表观量子效率和水分利用效率则均在2月份较高。(3)无耳藤竹各月份的羧化效率、饱和最大净光合速率和光呼吸速率均高于响子竹,两竹种4月份的CO2饱和点和CO2补偿点最高,但羧化效率和饱和最大光合速率较低。研究表明,无耳藤竹为阳性植物,其光合能力优于响子竹,对CO2浓度变化的适应能力更强,而响子竹以其耐荫的特性在热带雨林中与其他物种共存;两攀援竹种的光合能力均表现为雨季大于旱季,它们在雨季主要通过提高光饱和点、气孔导度、胞间CO2浓度来提高其净光合速率,在旱季主要通过降低蒸腾速率和提高水分利用效率来维持光合作用;两种攀援竹光合特性季节变化是环境和竹种自身生理特性共同作用的结果,不同的光合生理特性决定了其在热带雨林中不同的生存策略。     

海南岛霸王岭热带低地雨林树木的空间格局

树木空间格局及其形成过程是物种共存及生物多样性维持机制研究的一个重要方面。该文以海南岛两个1 hm ²的典型热带低地雨林老龄林森林动态样地为基础, 通过4个点格局模型(均质Poisson过程、异质Poisson过程、均质Thomas过程和异质Thomas过程)模拟扩散限制和生境异质性作用对树木空间分布格局的影响, 并分析不同空间尺度下(< 2 m, 2-5 m, 5-10 m, 10-15 m, 15-20 m和20-25 m)不同作用的相对重要性。结果表明: 热带低地雨林的所有树木总体上呈现聚集分布的空间格局, 随着尺度的增大, 聚集强度逐渐减小。树种在模拟空间分布格局最优模型中的比例由高到低分别是: 均质Thomas过程, 均质Poisson过程、异质Thomas过程和异质Poisson过程。扩散限制作用是形成热带低地雨林树木空间分布格局最重要的生态过程, 其次是完全随机作用以及生境异质性和扩散限制的联合作用, 而生境异质性的作用最小。不同空间尺度上模拟各树种空间分布格局的最优模型比例差异显著, 扩散限制作用能够在多数空间尺度上模拟多个树种的空间分布格局, 其次为随机作用; 生境异质性和扩散限制的联合作用主要在小尺度(0-5 m)影响树种分布, 而生境异质性在较大尺度(15-25 m)上影响树种的空间分布格局。     

海南岛甘什岭热带低地次生雨林物种组成与地理成分

海南岛热带低地次生雨林是不同于热带山地雨林的重要森林类型。在南部甘什岭自然保护区选择典型次生雨林建立3000 m2固定样地,研究了其物种组成和地理成分特征。结果表明:经种-面积曲线印证的2700~3000 m2的取样面积能够反映该雨林类型植被的分布特点。维管植物隶属于64科128属163种,其中蕨类植物6科7属8种,单子叶植物9科16属17种,双子叶植物49科105属138种。优势科明显,单种科和寡种科占总科数的87.50%;属内种数的变化范围为1~5,且单种属最多(105属,占82.03%)。物种丰富度明显低于尖峰岭热带山地雨林,也显著低于云南片断热带雨林,科、属、种的分布区类型均以热带性质占绝对优势,种子植物科、属的热带成分所占比例分别为75.87%和92.56%,种的热带成分高达93.87%,这不同于尖峰岭山地雨林由热带向亚热带/暖温带的过渡性质。     

海南岛霸王岭热带低地雨林植被恢复动态

热带次生林具有重要的物种保育和固碳功能, 然而高强度的干扰会导致次生林早期出现类似季雨林的阶段, 因而群落恢复速度和方向是当前热带生态学研究中最为关注的议题之一。该文以海南岛在刀耕火种弃耕地形成的不同演替阶段的次生林为研究对象, 比较森林不同恢复时间(12年、25年、55年)群落中的不同年龄(幼树、小树、成年树)个体与低地雨林老龄林的物种组成、多样性和群落结构差异, 探讨刀耕火种弃耕地恢复过程中的群落组配过程。首先, 在海南岛霸王岭林区内建立7个1 hm²(100 m × 100 m)的样地, 并调查样地内所有胸径≥ 1 cm的木本植物个体(不包括木质藤本)的种类、胸径大小和树高。无度量多维标定法(NMS)排序结果表明, 刀耕火种弃耕地恢复群落与老龄林的物种组成存在明显差异, 并且其物种组成差异随着径级增加而逐渐减小。刀耕火种弃耕地群落物种累积速度缓慢, 25年和55年恢复群落的种面积、种个体和种多度曲线无差异, 存在一个明显的停滞阶段。与物种组成相比, 群落结构恢复相对较迅速, 但仍没有形成老龄林阶段中的复杂结构。萌生个体在早期恢复群落中占有较高比例, 其个体密度和胸高断面积分别占总数的39.9%和55.9%, 但在恢复中后期迅速降低。刀耕火种弃耕地恢复群落中以先锋种和非先锋喜光种为主。虽然耐阴种随演替而逐渐增加, 但恢复中后期群落中的耐阴种重要值仅为老龄林的27.7%。这些结果表明, 虽然刀耕火种弃耕地恢复群落缓慢地逐渐接近最终恢复目标, 但仍然存在 很大的不确定性。刀耕火种弃耕地恢复过程中的异速恢复和停滞阶段需要纳入今后群落演替模型构建和森林固碳效益核甘共苦算中。     

氮磷添加对内蒙古温带典型草原净氮矿化的影响

氮素矿化是决定土壤供氮能力的重要生态过程, 也是目前国内外土壤氮循环研究的重点。养分添加在调节土壤的氮转化方面起着重要的作用。该文以内蒙古锡林河流域温带典型草原为研究对象, 通过不同水平的氮(N)和磷(P)养分添加实验, 利用树脂芯原位培养法分析研究不同水平施氮、施磷对生长季草地土壤氮矿化的影响。结果表明: 高氮处理对草地土壤硝态氮(NO₃^- -N)、铵态氮(NH₄⁺ -N)及无机氮都有明显的影响, 其中25 g N·m^?2·a^?1和10 g N·m^?2·a^?1高氮处理显著提高了无机氮含量, 25 g N·m^?2·a^?1高氮处理显著增加土壤的NO₃^- -N及NH₄⁺ -N含量。与施氮相比, 施磷处理对土壤NO₃^--N、NH₄⁺ -N及无机氮的影响较为有限, 只有12.5 g P₂O₅·m^-2·a^-1的磷处理显著促进了NO₃^- -N及无机氮含量。高氮处理对草地土壤氮素转化有明显影响, 其中25 g N·m^?2·a^?1高氮处理对净硝化速率、氨化速率及矿化速率都有显著的促进作用, 说明高梯度的施氮处理有利于提高土壤的供氮能力。氮是内蒙古锡林河流域草原生态系统有机氮矿化的限制因子。与施氮相比, 施磷处理对草地土壤氮转化的作用较为有限, 仅有12.5 g P₂O₅·m^-2·a^-1 + 2 g N·m^?2·a^?1处理显著促进生长季中期的净氨化速率。说明施磷对土壤氮转化的影响弱于施氮的影响。养分添加显著提高了草地的地上生物量。 养分添加情景下, 土壤湿度与净矿化速率极显著相关, 表明湿度是影响该区域温带草原土壤氮矿化的主效因素。环境因子(如有机碳含量、土壤全氮及土壤C/N)与不同氮处理下的净矿化速率之间显著相关, 而土壤微生物碳、氮含量与土壤氮矿化均没有显著相关性。     

海南岛甘什岭热带低地雨林棕榈藤空间点格局分析

以海南岛甘什岭热带低地雨林白藤(Calamus tetradactylus)、大白藤(C.faberii)、华南省藤(C.rhabdocladus)、黄藤(Daemonorops margaritae)和小钩叶藤(Plectocomia microstachys)5种棕榈藤种群为研究对象,采用点格局分析方法对棕榈藤种内和种间空间分布格局及相互关系进行分析。结果表明:(1)海南岛甘什岭热带低地雨林棕榈藤种群的空间格局与空间尺度有着密切的关系,在小尺度上,5种棕榈藤种群都更倾向于聚集分布,随着尺度的增长,各棕榈藤种群主要趋向于随机分布,形成不同的空间分布格局。(2)各藤种间的空间关联情况在整体尺度上表现出明显负关联的是白藤和黄藤、白藤和大白藤,这可能是因为它们对生存空间及养分的需求相同或相似,存在明显的竞争关系。(3)华南省藤和大白藤在整体尺度上表现出明显正关联,这可能是由于它们在生长过程中相互庇护,用于抵御动物捕食和热带雨林内多变的外部环境。(4)黄藤和小钩叶藤以及白藤和小钩叶藤呈现出明显不相关,这说明它们对环境和生存空间的依赖没有冲突性,能做到和平共存。     

氮硅添加对青藏高原高寒草甸土壤氮矿化的影响

为了解全球气候变化背景下氮沉降对土壤氮矿化的影响及硅添加对土壤氮矿化的促进作用, 该试验设置不同浓度的氮肥单独添加(0、20、40、60 g·m ^-2, 分别为对照CK、N20、N40、N60)以及与硅肥配施(硅酸4 g·m ^-2, Si4), 测定不同处理下0-20、20-40、40-60 cm土层土壤硝态氮含量、铵态氮含量、净硝化速率、净氨化速率以及净矿化速率。结果显示: (1)单独添加氮肥, 各土层土壤硝态氮和铵态氮含量均随处理浓度的增加而增加, 0-20 cm土层N20、N40、N60处理下土壤硝态氮和铵态氮分别较CK增加63.48%、126.04%、247.03%和80.66%、152.52%、244.56%; 随着土层深度增加, 土壤硝态氮、铵态氮含量均有下降, 20-40、40-60 cm土层较0-20 cm土层硝态氮含量分别平均减少53.90%、76.05%, 铵态氮含量分别平均减少48.62%、68.23%。(2)土壤净硝化速率、净氨化速率及净矿化速率随着氮肥浓度增加均呈上升趋势。相同氮肥添加浓度下, 土壤净硝化速率、净氨化速率和净矿化速率随着土层深度增加逐渐下降(除CK外)。(3)与单独添加氮肥比较, 氮硅肥配施, 土壤氮含量有显著提高, 在0-20 cm土层硝态氮和铵态氮较CK分别增加98.78%、192.62%、330.16%和99.96%、195.82%、306.32%, 20-40、40-60 cm土层也有类似趋势。同时, 氮硅配施促进了土壤氮矿化行为, 在0-20 cm土层, N60Si4处理下的土壤净硝化速率、净氨化速率较单独施氮时分别增加35.88%、27.41%。以上结果表明, 与单独氮肥添加相比, 氮硅配施不但能提高土壤氮含量, 而且能促进土壤氮的矿化作用, 对大气氮沉降有一定的缓解作用。     

Interactions among nitrogen fixation and soil phosphorus acquisition strategies in lowland tropical rain forests

Paradoxically, symbiotic dinitrogen (N₂) fixers are abundant in nitrogen (N)‐rich, phosphorus (P)‐poor lowland tropical rain forests. One hypothesis to explain this pattern states that N₂ fixers have an advantage in acquiring soil P by producing more N‐rich enzymes (phosphatases) that mineralise organic P than non‐N₂ fixers. We assessed soil and root phosphatase activity between fixers and non‐fixers in two lowland tropical rain forest sites, but also addressed the hypothesis that arbuscular mycorrhizal (AM) colonisation (another P acquisition strategy) is greater on fixers than non‐fixers. Root phosphatase activity and AM colonisation were higher for fixers than non‐fixers, and strong correlations between AM colonisation and N₂ fixation at both sites suggest that the N–P interactions mediated by fixers may generally apply across tropical forests. We suggest that phosphatase enzymes and AM fungi enhance the capacity of N₂ fixers to acquire soil P, thus contributing to their high abundance in tropical forests.     

氮磷添加对亚热带常绿阔叶林土壤氮素矿化的影响

设计了2种处理(即氮添加,100 kg N·hm-2·a-1;氮磷添加,100 kgN·hm-2·a-1+50kgP·hm-2·a-1),研究了氮磷添加对亚热带北部常绿阔叶林土壤无机氮和氮素矿化的影响.结果表明,不同处理0 ～ 10 cm和10 ～ 20 cm土层无机氮(铵态氮+硝态氮)含量年平均值分别为:对照7.27和6.80 mg·kg-1、氮添加13.94和8.92 mg·kg-1、氮磷添加11.20和7.13 mg·kg-1,其中铵态氮分别占90.66％和91.15％、65.78％和72.85％、84.64％和85.08％.不同处理0～10 cm和10 ～20 cm土层的净氨化、净硝化和净氮矿化速率具有相似的季节性变化规律,即夏季氮素净转化速率最高,冬季氮素净转化速率最低,春季和秋季氮素净转化速率有一定差异,但不显著.研究表明,养分添加使土壤年平均净氮矿化速率下降,氮添加使土壤硝化速率下降,氨化速率上升;而氮磷添加使硝化速率上升,氨化速率下降.养分添加对森林生态系统的氮动态影响效应尚需长期定位观测.     

蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤有机氮矿化的影响

蚂蚁作为生态系统工程师能够调节土壤微生物及理化环境,进而对热带森林土壤有机氮矿化速率及其时间动态产生显著影响。以西双版纳白背桐热带森林群落为研究对象,采用室内需氧培养法测定土壤有机氮矿化速率,比较蚁巢和非蚁巢土壤有机氮矿化速率的时间动态,揭示蚂蚁筑巢活动引起土壤无机氮库、微生物生物量碳及化学性质改变对有机氮矿化速率时间动态的影响。结果表明：（1）蚂蚁筑巢显著影响土壤有机氮矿化速率（P<0.01）,相较于非蚁巢,蚁巢土壤有机氮矿化速率提高了261%;（2）土壤有机氮矿化速率随月份推移呈明显的单峰型变化趋势,即6月最大（蚁巢1.22 mg kg^-1 d^-1、非蚁巢0.41 mg kg^-1 d^-1）,12月最小（蚁巢0.82 mg kg^-1 d^-1、非蚁巢0.18 mg kg^-1 d^-1）;（3）两因素方差分析表明,不同月份及不同处理对土壤有机氮矿化速率、NH₄-N及NO₃-N产生显著影响（P<0.05）,但对NO₃-N的交互作用不显著;（4）蚂蚁筑巢显著提高了无机氮库（NH₄-N与NO₃-N）、微生物生物量碳、有机质、水解氮、全氮及易氧化有机碳等土壤养分含量,而降低了土壤pH值;（5）回归分析表明,铵态氮和硝态氮对土壤有机氮矿化速率产生显著影响,分别解释87.89%、61.84%的有机氮矿化速率变化;（6）主成份分析表明NH₄-N、微生物生物量碳及有机质是影响有机氮矿化速率时间动态的主要因素,而全氮、NO₃-N、易氧化有机碳、水解氮及pH对土壤有机氮矿化速率的影响次之,且pH与土壤有机氮矿化速率呈显著负相关。总之,蚂蚁筑巢活动主要通过影响土壤NH₄-N、微生物生物量碳及有机质的状况,进而调控西双版纳热带森林土壤有机氮矿化速率的时间动态。研究结果将有助于进一步提高对土壤氮矿化生物调控机制的认识。     

氮、磷添加对不同林型土壤磷酸酶活性的影响

研究了鼎湖山3种森林类型(南亚热带季风常绿阔叶林、马尾松人工林和针叶阔叶混交林)的土壤酸性磷酸单酯酶活性(APA)对施肥的响应情况。在3种林型中分别设置对照、加氮(150 kg N hm-2a-1)、加磷(150 kg P hm-2a-1)以及N和P同时添加(150 kg N hm-2a-1+150 kg P hm-2a-1)4种不同处理。结果表明,季风林土壤APA((15.83±2.46)μmol g-1h-1)显著高于混交林((10.71±0.78)μmol g-1h-1)和马尾松林((9.12±0.38)μmol g-1h-1),且3种林型土壤APA与土壤有效磷含量均呈显著负相关。施加N肥显著提高了季风林土壤APA,而对混交林和马尾松林的作用不显著。施加P肥显著降低了混交林和马尾松林土壤APA,但对季风林的影响不明显。N和P同时添加仅显著降低了马尾松林土壤APA,但在季风林中存在交互作用。因此,N沉降会加剧亚热带成熟林土壤P的限制,可以考虑施加P肥作为森林管理的一种方式来缓解这种限制作用。     

四种温带森林土壤氮矿化与硝化时空格局

利用PVC管原位培养连续取样法测定了东北地区4种具有代表性的森林生态系统(硬阔叶林、蒙古栎林、红松林、落叶松林)土壤氮素矿化、硝化的时间动态及氮矿化的空间分布格局.结果表明:4种森林土壤氮素矿化存在明显的时空变异.蒙古栎和红松林土壤在6月份表现出强烈的氮矿化和硝化作用,而硬阔叶林及落叶松林7月份氮素矿化强烈.4种森林生态系统上层土壤的氮净矿(硝)化率显著高于下层土壤.4种林型土壤的硝化过程在氮矿化过程中占有重要地位,其NO-3-N在无机氮中的比例分别为:79.9%～91.1%(硬阔叶林)、50.7%～80.5%(蒙古栎林)、54.1%～92.0%(红松林)、63.7%～86.5%(落叶松林).生态系统构成决定了土壤氮素的矿化能力.阔叶林和针阔混交林生态系统矿化率大于纯针叶林生态系统.硬阔叶林、红松林、蒙古栎林、落叶松林的平均净矿化率分别为:(0.58±0.01) mg · kg-1 · d-1、(0.47±0.19) mg · kg-1 · d-1、(0.39±0.11) mg · kg-1 · d-1和(0.23±0.06) mg · kg-1 · d-1.4种林型氮素矿化作用与地下5 cm温度呈正相关,并受土壤表层 (0～10 cm)水分显著影响.土壤微生物量氮与土壤氮矿化呈显著正相关.