中亚热带米槠天然林土壤甲烷吸收速率季节变化

以福建省建瓯市万木林自然保护区米槠天然林为对象,定位观测了土壤甲烷吸收速率(V_CH4)的季节变化.结果表明：米槠天然林土壤V_CH4的季节变化表现出夏秋季高于冬春季的趋势,最大值(95.13 μg·m^-2·h^-1)出现在初秋(9月),最小值(9.13 μg·mμg·m^-2·h^-1)出现在初春(3月).土壤全年均为甲烷汇.随土壤温度和含水量的增加, V_CH4分别呈增加和降低趋势,但V_CH4与土壤温度和土壤含水量的相关性均不显著.米槠天然林土壤甲烷年通量为3.93 kg·hm^-2·a^-1,高于全球天然林土壤甲烷年通量的平均水平(2.4 kg·hm^-2·a^-1)和亚洲地区热带天然林土壤甲烷年通量(2.07 kg·hm^-2·a^-1),低于亚洲地区温带天然林的土壤甲烷年通量(8.12 kg·hm^-2·a^-1).     

杉木人工林土壤呼吸速率对水热条件变化的响应

利用LI-8100土壤碳通量观测仪,测定福建省建阳范桥林场杉木人工林水热条件天气变化下土壤呼吸的动态变化。结果表明,土壤呼吸速率与土壤温度变化趋势较为一致,但在不同天气下其峰值出现时间有所差异,正常天气情况下其峰值出现在13:00左右,当温度与降水均产生明显变化条件下,其峰值出现在11:00。与正常温度相比,在低温或高温状况下土壤呼吸的日变化幅度也发生改变,分别是37.9%和50.6%。观测期间,伴随大幅度降温降水,土壤呼吸速率呈急剧下降,在天气变化后的第5天达到最小值,随后随温度回升而增高,土壤呼吸从降低到恢复历经10d。统计分析表明,土壤呼吸与地表温度呈极显著正相关,与土壤体积含水量呈极显著负相关。     

模拟增温对中亚热带杉木人工林土壤磷有效性的影响

气候变暖改变与土壤磷循环相关的生物地球化学过程,对陆地生态系统磷循环产生直接或间接影响。为研究亚热带地区杉木人工林土壤磷有效性对增温的响应,开展了模拟增温实验。实验设置对照组及增温组(5℃),经过1.5a的短期增温,对杉木人工林的土壤全磷、有机磷、微生物量磷、有效磷、酸性磷酸酶活性及相关土壤理化性质进行测定,结果表明:增温处理下,土壤酸性磷酸酶活性提高约1.5倍,土壤全磷、微生物量磷以及有机磷含量分别减少了6%、34%和12%,土壤有效磷含量增加25%。可见,短期增温通过提高土壤磷酸酶活性进而促进土壤有机磷矿化和降低土壤微生物固磷量,从而增加土壤磷有效性,但是增温导致潜在可利用的土壤微生物量磷大幅度的降低,将有可能加剧亚热带杉木人工林土壤磷限制。     

改变凋落物输入对杉木人工林土壤呼吸的短期影响

从2007年1月至12月, 在长沙天际岭国家森林公园, 通过改变杉木林凋落物输入, 研究杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林群落去除凋落物、加倍凋落物土壤呼吸速率及5 cm土壤温、湿度的季节变化。结果表明: 去除和加倍凋落物对土壤温度和湿度产生的差异不显著(p>0.05), 对土壤呼吸全年产生的差异接近显著(Marginal significant)(p=0.058)。按植物生长期分别分析, 去除和加倍凋落物对土壤呼吸产生的差异, 在生长旺盛期差异显著(p=0.003), 在生长非旺盛期差异性不显著(p=0.098)。去除凋落物年均土壤呼吸速率为159.2 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理土壤呼吸速率(180.9 mg CO₂·m^-2·h^-1)低15.0%, 加倍凋落物的土壤呼吸为216.8 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理高17.0%。去除和加倍凋落物土壤呼吸季节动态趋势与5 cm深度土壤温度相似, 它们之间呈显著指数相关, 模拟方程分别为: y=27.33e^{0.087 2t}(R²=0.853, p＜0.001), y=37.25e^{0.088 8t}(R²=0.896, p＜0.001)。去除和加倍凋落物的Q₁₀值分别为2.39和2.43, 均比对照2.26大。去除和加倍凋落物土壤呼吸与土壤湿度之间关系不显著(p>0.05)。这一结果使我们能够在较短时间内观察到改变凋落物输入对土壤呼吸的影响, 证明凋落物是影响土壤CO₂通量的重要因子之一。     

模拟增温及隔离降雨对中亚热带杉木人工林土壤可溶性有机质的数量及其结构的影响

温度和水分影响森林生态系统的结构与功能,而全球变暖和降雨格局的改变是未来气候变化的趋势。我国中亚热带地区森林覆盖率大,碳库丰富,可溶性有机质(DOM)作为森林生态系统的重要组成部分,气候变化对它的数量和组成具有重要的影响。本文对我国湿润亚热带地区杉木人工林土壤进行模拟增温以及隔离50%的降雨试验,利用光谱技术手段研究增温及隔离降雨对土壤可溶性有机质(DOM)的数量及其结构的影响。试验设对照(CK)、增温(W)、隔离降雨(P)、增温与隔离降雨的交互作用(WP)4种处理。结果表明,与对照相比,土壤增温后,0—10cm和10—20cm土层的土壤可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)增加,但其芳香性指数和腐殖化程度降低,增温加速DOM的流失,不利于土壤有机质的稳定。季节变化影响土壤的环境,导致隔离降雨有使DOM的数量增加或减少的趋势;在旱季(2014年10月和2015年1月),隔离降雨降低了土壤DOM的数量,但其芳香性指数和腐殖化程度增加,而进入雨季(2015年4月),隔离降雨有使DOM增加的趋势,但其组分中的芳香化合物较少。增温和隔离降雨的交互作用在一定程度上促进DOM的产生,其结构比对照简单。温度和降雨对DOM的影响较为复杂,在全球气候变化背景下,只有长期对其进行观测并探讨其他因素带来的影响才能深入了解气候变暖和降雨格局的变化对土壤碳、氮的影响。     

杉木人工林土壤有机质研究

土壤有机质在养分循环、土壤理化性质等方面具有重要作用,是陆地生态系统重要的碳库,对全球碳素循环的平衡起着重要作用．本文详细阐述了杉木林地土壤有机质的性质与组成。杉木连栽对土壤有机质含量、腐殖质结合形态的影响以及林分发育过程中土壤有机质的变化,炼山、整地、施肥等经营活动对杉木林地土壤有机质的影响．杉木纯林有机质含量和质量均低于混交林,且随栽植代数的增加有机质含量和质量呈下降趋势,林地土壤肥力下降．最后提出应加强对土壤有机质周转模型、有机质组分,尤其是活性有机质以及有机质与全球碳循环关系的研究．     

土壤湿度对中国南部热带森林土壤甲烷吸收的影响

森林土壤是一个重要的大气甲烷的汇。然而,相较于寒带和温带,在热带尤其是东南亚地区,森林土壤甲烷通量的观测较少,这限制了目前对热带森林土壤甲烷通量与环境因子之间关系的认识,也给热带森林土壤甲烷汇的估算带来了一定的不确定性。在中国海南省吊罗山国家森林公园的热带森林土壤,采用激光光谱法测量了2016年9月至2018年9月逐月的土壤甲烷通量,并分析了其与周围环境因子的关系。结果表明：研究区土壤是甲烷的汇,山顶样地的年平均吸收量为0.95 kg CH₄-C hm^-2 a^-1,山脚样地的年平均吸收量为1.93 kg CH₄-C hm^-2 a^-1。干季(11月—次年4月)的甲烷吸收通量明显高于湿季(5—10月),占到全年甲烷吸收的68%。山顶样地年平均土壤湿度为19.2%,年内的波动较小(2.8%)。而山脚样地的年平均湿度相对较低,为12.7%,且年内波动大(5.4%)。土壤湿度是控制甲烷吸收最主要的环境因子,可以解释月际甲烷吸收变化的76%,甲烷吸收通量与土壤温度的相...     

杉木人工林取代天然次生阔叶林对土壤生物活性的影响

对我国亚热带南、中、北3个区带杉木人工林与天然次生阔叶林表层土壤化学性状、土壤生物活性特征进行研究.结果表明,杉木人工林取代天然次生林阔叶林后表层土壤总有机碳含量下降31.51%～58.24%,土壤全氮、全磷、pH值以及土壤C/N、C/P比亦呈下降趋势;杉木人工林取代天然次生阔叶林后表层土壤细菌、真菌数量减少;土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性下降,而土壤多酚氧化酶活性增加8%～40%;杉木人工林与天然次生林阔叶林相比,土壤呼吸强度下降51.15%～54.48%.相关分析发现,土壤总有机碳与土壤多酚氧化酶活性呈负相关(R=-0.723,n=18),与土壤全氮、全磷及其它土壤酶活性呈正相关.杉木人工林取代天然次生林阔叶林使林内表层土壤质量恶化.杉木人工林土壤有机质丢失是导致杉木人工林土壤养分减少、土壤生物活性下降的重要原因.     

中亚热带杉木人工林和米槠次生林凋落物添加与去除对土壤呼吸的影响

在未来大气CO₂浓度升高的背景下, 植被净初级生产力的增加将促使森林土壤碳输入增多。凋落物是土壤碳库的重要来源, 对土壤呼吸会产生重要影响。为了模拟植物净初级生产力提高、凋落物产量增加情景下凋落物对土壤呼吸和土壤碳库的影响, 2013年1月到2014年12月, 在福建省三明市陈大镇国有林场, 在杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林和米槠(Castanopsis carlesii)次生林, 通过设置去除凋落物、添加凋落物和对照(保留凋落物, 不做任何处理)处理, 研究了土壤呼吸和土壤碳库的动态变化。研究发现: 土壤含水量在10%-25%范围内, 土壤呼吸温度敏感性指数(Q₁₀)随着土壤含水量的增加呈递增趋势, 当含水量<10%时, 由于干旱胁迫打破了土壤呼吸与温度之间的耦合, 改变了Q₁₀值, 使得Q₁₀值小于1。土壤呼吸与凋落物输入量呈显著的线性正相关关系, 杉木人工林对照和添加凋落物处理及米槠次生林对照处理, 土壤呼吸与2个月前的凋落物输入量相关性最好。而米槠次生林添加凋落物处理, 土壤呼吸与当月的凋落物输入量相关性最好, 不同林分凋落物呼吸对土壤呼吸的贡献率不同, 米槠次生林凋落物层呼吸年通量明显大于杉木人工林, 分别占各林分土壤总呼吸的34.4%和15.1%, 添加凋落物后, 杉木人工林和米槠次生林的土壤呼吸速率增加, 但添加凋落物处理的土壤呼吸年通量与对照的差值小于年凋落物输入量。因此, 在未来全球CO₂升高背景下, 植被碳储量的增加、凋落物增加并没有引起土壤呼吸成倍增加, 更有利于中亚热带地区土壤碳吸存。     

中亚热带天然林土壤CH_4吸收速率对模拟N沉降的响应

陆地森林土壤是重要的大气甲烷(CH4)汇,大气氮(N)沉降增加对森林土壤CH4吸收速率影响突出。运用静态箱-气相色谱法对中亚热带天然林土壤CH4吸收速率对模拟N沉降的响应进行连续3a的观测;试验作3种N处理,分别为对照(CK,0 kg N·hm-2·a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,100 kg N·hm-2·a-1),每种处理重复3次,每个月采集气体1次,同时测定0—5 cm土壤温度和0—12 cm土壤含水量;分析不同N沉降水平土壤CH4吸收速率的差异、动态变化以及对土壤含水量和土壤温度响应,并探讨N沉降对土壤理化性质的影响。结果显示:天然林土壤(CK)平均CH4吸收速率为(-62.78±14.39)μg·m-2·h-1,LN和HN土壤平均CH4吸收速率分别下降了30.21%、7.24%,CK、LN和HN处理土壤CH4吸收速率季节变化趋势相似;观测期间土壤CH4吸收速率对LN响应达到显著水平(P0.05),对HN响应则不显著(P0.05);LN、HN处理前两年对土壤CH4吸收速率抑制作用均不显著(P0.05),但在第3年LN极显著降低了土壤CH4吸收速率(P0.01),HN处理对土壤CH4吸收速率的影响则在第3年表现为显著抑制作用(P0.05),表明土壤CH4吸收速率对N沉降的响应随着N沉降时间的持续呈抑制效应加剧的趋势。相关分析表明:CK与HN土壤CH4吸收速率与土壤温度和土壤含水量均有显著相关性(P0.05),但LN土壤CH4吸收速率仅与土壤含水量显著相关(P0.05),表明土壤含水量是控制各N沉降处理土壤CH4吸收速率动态的主要环境因子。此外,LN、HN处理下土壤pH均极显著降低(P0.01),但LN土壤pH极显著低于HN(P0.01);LN处理极显著提高了土壤C/N比(P0.01),HN处理则相反;LN和HN处理对土壤NH+4-N、NO-3-N、可溶性总N(TDN)、可溶性有机碳(DOC)、地面凋落物量、地下0—10 cm细根生物量影响均不显著(P0.05),表明一定时期内N沉降首先引起了土壤pH和土壤C/N比的显著变化。     

杉木N、P代谢对模拟土壤增温及隔离降雨的响应

全球气候变化改变了陆地生态系统植物的生理状态,使植物氮(N)、磷(P)代谢发生了变化。为揭示全球气候变暖及干旱环境下植物N、P代谢特征的变化,以典型的亚热带植物杉木(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,按照两因素两水平试验设计设置对照、增温(+5℃)、隔离降雨(-50%)和增温×隔离降雨4个处理,根据"主干法"确定针叶龄级,采集一年生、二年生、三年生及四年生叶片,同时收集每个处理的凋落叶,分别测定鲜叶及凋落叶的生态化学计量学特征,并计算其N、P吸收率。结果表明:(1)增温及隔离降雨对凋落叶N浓度及C/N比值均无显著影响,隔离降雨使凋落叶P浓度显著增加23.32%,C/P比值显著下降18.57%(P0.05)。(2)增温、增温×隔离降雨处理使杉木二年生鲜叶N浓度较对照组均有显著差异(P0.05),三、四年生叶片N浓度在隔离降雨处理下分别极显著增加18.15%和25.33%(P0.01),增温及隔离降雨使P浓度均呈下降趋势但未造成显著差异。(3)N吸收率(NRE)在处理间及叶龄间均无显著差异;P吸收率(PRE)随叶龄增加呈下降趋势,其中仅隔离降雨处理下不同叶龄杉木叶PRE未有显著差异。(4)增温、隔离降雨及二者交互作用均增加鲜叶N浓度及NRE之间拟合关系,其中增温及增温×隔离降雨拟合度呈显著相关(P0.05),而增温、隔离降雨及二者共同作用均显著降低鲜叶P浓度及PRE的拟合关系(P0.05),其中隔离降雨处理对其影响最大。在中亚热带地区,杉木生长受P元素限制显著,土壤温度和水分都是叶片P素变化的重要因素,而杉木叶片N素对水分较为敏感,适当的水分亏缺能使叶片的N浓度增加,尤其对成熟叶片影响显著。     

亚热带常绿阔叶林和杉木人工林有机碳流失动态特征对降雨的响应

揭示亚热带森林土壤有机碳流失规律是制定相应措施以巩固和维持森林生态系统碳汇的关键。然而已有研究存在的监测对象单一、频率过低、时间过短等问题,导致对这一规律的认识仍然不足。选择亚热带典型的常绿阔叶林和杉木人工林为研究对象,每次降雨过后监测其径流量、泥沙量,分析径流和泥沙中的可溶性有机碳（Dissolved organic carbon,DOC）含量以及颗粒有机碳（Particle organic carbon,POC）含量。旨在比较两种森林DOC和POC流失量的差异,并分析二者与降雨量、降雨强度、5 min最大雨强和降雨侵蚀力四个降雨特征值的关联。拟验证以下两个问题：（1）杉木人工林的DOC和POC流失量是否高于常绿阔叶林;（2）降雨侵蚀力对DOC和POC的解释是否优于降雨量、降雨强度和5 min最大雨强。研究结果发现常绿阔叶林径流量、泥沙量、径流水中DOC浓度和POC浓度、DOC和POC流失量均显著高于杉木人工林。回归分析表明常绿阔叶林和杉木人工林DOC和POC流失量与降雨量、降雨强度和降雨侵蚀力呈显著的线性或幂函数相关,其中降雨量与DOC和POC流失量之间的拟合关系最优。常绿阔叶林产流和产沙量高于杉木人工林可能与前者的林下植被生物量较低有关,前者径流水中DOC浓度和POC浓度较高可归因于其较高的总生物量和土壤有机碳含量。在未来森林经营过程中应合理管理林下植被,尽量减少和避免林下植被的抚育伐,从而能够降低有机碳的水土流失,达到巩固和维持森林碳汇的目的。在未来气候变暖导致降水变化背景下,利用降雨量作为预测指标能够较好评估我国亚热带森林有机碳流失的风险。     

杉木花粉发育过程中形态结构的变化研究

该研究以扬州地区成年杉木为材料,采用半薄切片法以及扫描电镜和透射电镜观察法,对杉木花粉发育过程进行了观察。结果表明:杉木的造孢细胞形成于10月,持续至翌年的1月底至2月初。造孢细胞位于小孢子囊最里面,呈多边形,数量多且彼此排列紧密;细胞壁很薄,细胞核较大,内含丰富的细胞器和脂类物质。造孢细胞发育成熟后彼此分离形成小孢子母细胞。小孢子母细胞的减数分裂开始于2月下旬,经两次减数分裂,先后形成二分染色体和四分染色体。小孢子从四分体释放后,体积迅速增大,发育形成花粉,这个过程中,伴随着明显的营养物质变化。杉木成熟花粉壁由薄壁区和厚壁区两部分组成,薄壁区中央有一个乳头状突起,突起上有一萌发孔。成熟花粉外壁着生了许多瘤状颗粒。该研究结果为杉木生殖发育、有性繁殖以及系统演化研究提供了重要依据。     

不同温度条件下亚热带森林土壤碳矿化对氮磷添加的响应

在氮沉降增加的背景下,土壤可利用性氮(N)素增加是多数陆地生态系统正经历的重要生态学过程。氮沉降增加对土壤呼吸会产生扰动,进而影响到森林土壤碳循环。以江西省泰和县石溪杉木林为研究对象,开展N沉降模拟试验,采用碱液吸收法分析4种不同N沉降处理在不同温度(5、15、25、35℃)下对土壤碳排放量的影响。N沉降对土壤呼吸具有抑制作用,随着温度的升高,各处理对土壤呼吸碳排放呈显著性增加趋势(P0.05)。不同温度条件下添加磷(P)处理对CO_2累积排放量与添加高N处理变化规律类似。在5℃条件下,N会抑制土壤碳矿化,且随N浓度升高抑制作用越强,P处理能促进土壤碳排放;15℃和35℃条件下,N和P处理对土壤碳排放量均有抑制作用。在较高温度(25℃和35℃)培养下,土壤全碳对CO_2累积排放量均有显著性影响。在25℃条件下,土壤DOC含量对土壤碳排放量的影响显著(P0.05),其他温度无影响。在5℃时,不同处理下土壤含水量对土壤碳排放量影响显著。对N沉降与土壤Q_(10)值进行方差分析表明不同处理对Q_(10)值无显著性差异。通过单库模式方程C_m=C_o(1-exp~(-kt))对土壤潜在碳排放进行模拟得出5、15℃和35℃对土壤潜在排放量有显著影响。     

亚热带杉木人工林土壤胞外酶活性对隔离降雨的季节响应

土壤酶在养分矿化过程中起着至关重要的作用,是预测土壤向植物提供养分能力的特殊传感器。土壤酶的催化、生产和降解速率受水分调节,而全球气候变暖所引起的降水减少将对中亚热带地区森林生态系统造成深刻影响,但是关于中亚热带杉木人工林土壤酶活性对降水变化响应的研究还是相对匮乏。通过隔离降雨模拟实验减少50%的降水,探究干湿两季中亚热带杉木人工林表层土壤的理化性质、胞外酶活性和有效养分对降水减少的响应。研究的胞外酶有:参与碳循环的β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、酚氧化酶(PHO)、过氧化物酶(PEO)。冗余分析结果显示:干季时的土壤酶活性主要是受土壤含水量、硝态氮和可溶性有机碳(DOC)的影响,湿季则主要受微生物量碳、DOC和铵态氮的影响。湿季的土壤酶活性总体大于干季的土壤酶活性。除了干季的酚氧化酶外,无论干季或是湿季,几乎所有土壤酶活性在降水减少后均有所提高,其中βG活性变化最为显著。这可能是因为中亚热带地区降水丰富,尽管进行了隔离降雨处理,但水分仍然未达到限制水平;也可能是酶活性对降水减少这种不利的环境变化做出的响应或适应策略。本研究也为未来气候变化降水减少下对预测碳循环和养分循环提供了一定的科学依据。     

不同类型杉木人工林林下草本植物多样性特征

林下草本多样性是衡量森林群落结构和功能的重要指标。以湖北九华山林场不同类型的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林(杉木纯林(Ⅰ)、杉木-檫木混交林(Ⅱ)、杉木-檫木-亮叶桦混交林(Ⅲ))为研究对象,通过分析林下草本层物种组成及其多样性特征,探讨林地类型与林下草本多样性的相互关系。结果表明:研究区林下草本层共有植物72种,分属于37科65属,其中以蔷薇科(Rosaceae)、金星蕨科(Thelypteridaceae)、禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)植物居多;林下草本植物以多年生草本为主,合计有67种,占全部草本植物的93.06%;物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pielou均匀度指数均表现为混交林样地(Ⅱ和Ⅲ)高于纯林样地(Ⅰ),但差异性不显著;各样地林下草本层优势物种与林地树种组成密切相关,其中,Ⅰ型样地以高粱泡(Rubus lambertianu)、金星蕨(Parathelypteris glanduligera)和鱼腥草(Houttuynia cordata)为优势种,其重要值分别为13.65%、8.79%和5.27%;Ⅱ型和Ⅲ型样地均以金星蕨、荩草(Arthraxon hispidus)和山马兰(Kalimeris lautureana)为优势种,重要值分别为10.75%、8.37%、7.47%和11.84%、6.16%、5.82%。此外,草本层的优势物种显著影响土壤理化性质:金星蕨与土壤含水量之间呈显著正相关(P<0.05),高粱泡与土壤磷含量显著正相关(P<0.05),而麦冬(Opiopogon japonicus)则与土壤磷含量呈负相关(P<0.05);并且,草本层各优势物种间存在一定的协同、竞争关系(P<0.05)。     

不同林分密度杉木林生态系统碳密度及其垂直空间分配特征

以不同林分密度(1800、3000、4500株/hm~2)杉木林为研究对象,通过野外调查、样品采集和室内分析,研究不同林分密度杉木林生态系统碳密度及其分配特征。结果表明:1)三种林分密度杉木林生态系统碳密度分别为131.54、161.42、172.69 t/hm~2,随林分密度增大而升高,且具有显著差异(P<0.05)。杉木林碳密度表现为土壤层>乔木层>林下地被物层。土壤有机碳储量占总碳储量的比例最大(53.11%—67.37%),其次是树干、树根、树皮(25.89%—35.74%),高密度杉木林分有利于树干、树皮、树根碳密度分配比例的增加。2)乔木层,树干、树皮、宿留枯枝及宿留枯叶碳密度随林分密度增大而升高,鲜枝及鲜叶碳密度随林分密度增大先升高后降低,且均具显著差异(P<0.05);树干、树皮碳密度随树体高度的升高而降低,鲜枝鲜叶碳密度集中于树体中上部(8 m≤h≤10 m),宿留枯枝枯叶碳密度集中分布于树体中部(4 m≤h≤8 m)。3)随着林分密度的增大,不同径级根碳密度呈上升趋势,且不同径级根碳密度随林分密度变化差异达显著水平(P<0.05);不同...