中亚热带森林转换对凋落物养分归还及养分利用效率的影响

为了解中亚热带森林转换对森林生态系统碳及养分循环的影响,以中亚热带米槠天然林、森林转换后的米槠次生林和杉木人工林为对象,对3种林分的凋落物量、养分归还量和养分利用效率进行4年研究.结果 表明:米槠天然林转换为米槠次生林和杉木人工林后,年凋落物量分别下降29.0％和45.7％,凋落物氮归还量分别下降34.0％和72.7％...     

米槠常绿阔叶次生林和杉木人工林穿透雨和树干径流可溶性有机质浓度和质量的比较

以中亚热带米槠常绿阔叶次生林和杉木人工林为研究对象,定位观测了穿透雨和树干径流中可溶性有机质(DOM)浓度的变化,分析了DOM腐殖化程度和芳香性特征.结果表明: 研究区米槠次生林穿透雨可溶性有机碳(DOC)浓度的变化幅度明显高于杉木人工林,且前者DOC浓度显著高于后者,相比大气降水DOC浓度,分别增加了7.2和3.2倍.杉木人工林树干径流DOC浓度约为米槠次生林的2.5倍,且两种林分树干径流DOC浓度均呈现旱季高于雨季的趋势.相关分析结果显示:米槠次生林和杉木人工林树干径流DOC浓度均与其相应的水量呈极显著负相关.米槠次生林穿透雨DOM腐殖化程度和芳香性均显著高于杉木人工林;相反,杉木人工林树干径流DOM腐殖化程度和芳香性均显著高于米槠次生林.说明米槠次生林穿透雨中DOM结构较复杂且具有较多的芳香族化合物,而杉木人工林树干径流中DOM结构复杂于米槠次生林.米槠次生林和杉木人工林穿透雨和树干径流的DOM数量和质量具有明显差异,对土壤有机碳的积累可能产生重要影响.     

中亚热带次生林和人工林凋落枝水溶性碳氮磷动态特征

凋落枝是森林地上部分凋落物的重要组分,揭示其水溶性碳氮磷的动态规律对于认识森林物质循环过程具有重要意义,但目前研究集中于凋落叶,而对凋落枝缺乏必要关注。因此,以中亚热带典型马尾松（Pinus massoniana）人工林、杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林和米槠（Castanopsis carlesii）次生林为研究对象,在一个自然年内调查了凋落枝水溶性碳、氮、磷含量及其芳香化指数以及化学计量比的动态变化过程。结果显示：（1）米槠次生林凋落枝水溶性碳、氮、磷含量及芳香化指数明显大于马尾松和杉木人工林;（2）水溶性碳和磷、水溶性碳比磷、水溶性氮比磷和芳香化指数有明显的季节变化;（3）水溶性碳、水溶性磷、水溶性氮比磷和芳香化指数在不同林分和季节间有交互作用。（4）马尾松和杉木人工林、米槠次生林凋落枝水溶性物质含量的季节变化多数与气温和降水呈显著负相关。这些结果表明亚热带次生林可能相对于人工林具有更为高效的以凋落枝为载体的物质循环过程,在未来气候变暖背景下亚热带森林由凋落枝归还给土壤的养分浓度可能降低。     

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4种森林凋落物量、组成、动态及其周转期

为研究亚热带次生林保护对森林生态系统养分循环等功能过程的影响。采用凋落物直接收集法,比较湘中丘陵区3种次生林(马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎+青冈常绿阔叶林)和杉木人工林的凋落物量、组成特征及其周转期。结果表明:4种林分年凋落物量在414.4—818.2 g m-2a-1之间,3种次生林显著高于杉木人工林,3种次生林两两之间差异不显著,落叶对林分凋落物量的贡献最大,占林分凋落物量的59.9%—66.6%。杉木人工林和南酸枣落叶阔叶林的凋落物量月动态变化呈"双峰型",马尾松+石栎针阔混交林、石栎+青冈常绿阔叶林呈"不规则型"。优势树种的凋落物量对其林分凋落物量的贡献随林分树种多样性的增加而下降,杉木、马尾松凋落物量的月动态与其林分凋落物量的月动态基本呈一致变化趋势,但南酸枣、青冈、石栎没有一致的变化趋势。杉木人工林凋落物分解率最低(0.31),周转期最长(3.2 a),南酸枣落叶阔叶林分解率最高(0.45),周转期最低(2.2 a),凋落物的分解速率和周转随林分树种多样性增加而加快。可见,次生林凋落物量大,且分解快,周转期短,有利于养分归还和具有良好地力维持的能力。     

中亚热带不同类型米槠林凋落枝溶解性有机质动态及光谱学特性

以中亚热带不同类型米槠林为对象,研究了米槠天然林、次生林和人工林凋落枝在生产量持续增加阶段、高峰阶段、持续减少3种生产阶段溶解性有机质的动态及光谱学特性。结果表明:凋落枝生产阶段和森林类型显著影响米槠凋落枝溶解性有机质含量及光谱学特征。米槠天然林在凋落枝生产量持续减少阶段溶解性有机碳(DOC)含量较高,溶解性有机质在254、260和280 nm处的特征紫外吸光值(SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀、SUVA₂₈₀)较低,表明该阶段天然林凋落枝质量较高,具有较高的以溶解性有机质为载体的物质循环效率。米槠人工林在凋落枝生产量高峰阶段具有较高的总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性总氮(TDN)和溶解性总磷(TDP)含量以及较低的DOC∶TDP和TDN∶TDP值,但次生林凋落枝溶解性有机质含量及其光谱学特征在各阶段无显著差异。米槠天然林和次生林凋落枝DOC、TDN和TDP与气温和降水量呈负相关,人工林凋落枝TDN、TDP与气温和降水量呈正相关。人工林凋落枝生产量在高峰阶段具有较高的养分含量,可能具有相对快速的物质循环效率,天然林在凋落枝生产量下降阶段以凋落枝溶解性有机质为载体的物质循环效率相对较高。     

三个亚热带森林优势种凋落物非结构性碳水化合物含量的季节动态

非结构性碳水化合物(NSC)是凋落物中的易分解组分,在凋落物分解早期快速释放进入土壤并被微生物利用,参与森林土壤生物地球化学循环,因此新鲜凋落物中NSC变化规律是认识森林土壤碳和养分循环的关键之一。选取亚热带常绿阔叶林优势树种米槠(Castanopsis carlesii)和主要造林树种杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)为研究对象,分析其新鲜凋落叶和凋落枝中NSC(可溶性糖和淀粉)含量的动态变化规律。结果表明：凋落物中NSC含量在不同月份表现出明显的时间动态,米槠、杉木和马尾松凋落叶和凋落枝中NSC含量总体上在11—12月呈上升趋势,而在2—6月呈缓慢下降趋势。不同类型的凋落物NSC含量存在显著差异,米槠、杉木和马尾松凋落叶中NSC含量分别为3.03%—3.56%、2.18%—4.37%、3.38%—4.89%,凋落枝中NSC含量分别为1.87%—4.22%、2.88%—4.28%、2.75%—5.27%,米槠和马尾松凋落叶中NSC含量高于凋落枝,而杉木凋落枝中NSC含量高于凋落叶。不同树种凋落物NSC含量差异显著,米槠和...     

中亚热带4种类型森林叶片非生物重金属元素重吸收及累积动态

非生物重金属元素的累积可能会对植物生长发育产生不利影响，但林木叶片在衰老过程中是否对这些重金属元素具有重吸收作用尚不清楚。因此，选择中亚热带以米槠为建群种的天然林和次生林以及米槠人工林和杉木人工林4种不同类型森林为研究对象，在一个生长季(4—10月)同步分析林木成熟叶片和新鲜凋落叶片铬(Cr)、镉(Cd)和铅(Pb)的含量变化，探讨不同森林叶片非生物重金属元素的重吸收和累积规律。结果表明：4种森林叶片表现出对3种非生物重金属元素明显的选择性重吸收作用，其重吸收率受森林类型、元素和时间的显著影响。天然林在4月和7—10月对Cr元素重吸收(4月重吸收率最高，达67.8%),在4月和6月对Cd元素重吸收，仅在4月对Pb元素重吸收，其余月份表现出累积特征。次生林在4月(最高达62.5%)、5月和10月对Cr元素重吸收，在4月和10月对Cd和Pb元素重吸收，其余月份表现出累积特征。米槠人工林在整个生长季节中Cr元素均在衰老叶中累积，在8月和9月对Cd元素重吸收，在4月、7—8月和10月对Pb元素重吸收，其余月份表现出累积特征。杉木人工林在4月和10月对Cr元素重吸收，整个生长季节Cd元素均在衰老...     

杉木和米槠凋落叶DOM对土壤碳矿化的影响

DOM(Dissolved organic matter)是土壤微生物呼吸的重要底物,凋落物淋溶的DOM对土壤碳矿化具有重要影响。选择中亚热带地区具有代表性的杉木(Cunninghamia lanceolata)和米槠(Castanopsis carlesii)凋落叶作为研究对象,通过两个月的短期室内培养,把不同凋落叶浸提出的DOM添加到培养瓶中,定期测定土壤碳矿化速率,计算土壤碳累积矿化量,探讨两种等浓度等量DOM添加对土壤碳矿化的影响,并分析DOM化学性质在土壤碳矿化过程中的重要性。结果表明:米槠凋落叶浸提得到的DOC(Dissolved organic carbon)和DON(Dissolved organic nitrogen)浓度均显著高于杉木凋落叶的(P0.05),而杉木凋落叶浸提得到的DOM的UV吸收值(SUVA_(254))和HIX(Humification index)均显著低于米槠凋落叶的(P0.01)。添加等浓度等量杉木和米槠凋落叶DOM到土壤中均显著增加了土壤碳矿化速率,在第1天内分别比对照高198%和168%,3d后下降到61.8%和44.1%,14d后基本处于平稳状态,表明外源有机物添加对土壤碳矿化的前期影响较大。培养过程中,添加杉木和米槠凋落叶DOM的土壤碳矿化累积量均能采用双因素指数模型进行拟合(r~2=0.99),但添加两者凋落叶DOM后土壤碳矿化累积量没有显著差异。     

森林转换后土壤因素影响中亚热带土壤磷的积累

磷是植物生长的必需元素之一,是维持亚热带森林生态系统生产力的关键因子。研究森林转换后土壤因素对磷素的影响,对生态系统的稳定和森林经营具有重要意义。本文选取由亚热带常绿阔叶林转换而成的米槠次生林(SF)、米槠人促林(AR)和杉木人工林(CF)为研究对象,测定了土壤理化性质、铁铝氧化物、各形态磷含量以及酸性磷酸酶活性,旨在探究土壤磷对森林转换的响应和驱动土壤磷变化的影响因子。结果显示:米槠人促林土壤的全磷、有机磷和微生物生物量磷显著高于米槠次生林和杉木人工林;冗余分析(RDA)发现,土壤含水量、总氮和无定型铁是影响A层土壤磷的主要因子,而在B层,则是酸性磷酸酶、游离型铁和总氮起主要作用;土壤生物化学属性和微生物特性都会影响着不同形态土壤P的积累,其中土壤中的水分和酸性磷酸酶活性是调控土壤磷的关键因子。研究表明,中亚热带地区天然林转换为人促更新林更有利于森林土壤磷的储存和供应,有助于维持本区域森林生态系统的稳定。本文的研究结果可为中亚热带森林经营提供科学依据。     

干扰强度对亚热带米槠人促更新林土壤呼吸及其组分的影响

研究轻度干扰和重度干扰对亚热带米槠人促更新林土壤总呼吸、异养呼吸的影响.结果表明:与轻度干扰米槠林相比,重度干扰林的土壤呼吸及其各组分均下降,其中,自养呼吸(R_A,1.75 t C·hm^-2·a^-1)下降了40%.与轻度干扰林相比,重度干扰林土壤有机碳储量、细根生物量和凋落物量均显著降低.土壤温度可以分别解释轻度干扰林土壤呼吸(R_S)、异养呼吸(R_H)、自养呼吸(R_A)的84.7%、68.3%、5.1%,可以解释重度干扰林的84.4%、54.6%、21.7%.轻度干扰林和重度干扰林R_S、R_H、R_A的Q₁₀值分别为1.75、1.93、1.27和2.46、2.34、1.65.随着干扰强度的增加,森林生态系统碳储量降低,土壤呼吸下降,且土壤呼吸及其各组分对外界环境变化的响应更明显,生态系统表现出脆弱性,重度干扰下森林生态系统在短时间内难以恢复.     

亚热带森林降雨季节源头溪流非木质残体钙和镁储量动态特征

森林源头溪流是联系水陆生境的重要纽带,其非木质残体(凋落叶和<1 cm的小枝)所储存的钙、镁等养分动态直接或间接调控森林生态系统物质循环与迁移等生态过程。本研究以福建三明闽江流域上游集水区森林一条典型源头溪流为对象,于2021年雨季(3—8月)监测了该溪流中非木质残体钙和镁储量的动态特征。结果表明: 降雨季节该溪流单位面积非木质残体钙、镁总储量分别为178.1～890.5 mg·m^-2、13.8～61.6 mg·m^-2。雨季溪流单位面积的非木质残体钙、镁储量呈现出先增加后减少的动态变化,整体上表现为降低趋势,在各河段整体上存在显著差异,特别是溪流源头的储量显著高于其他河段。非木质残体钙、镁储量随降雨量的增加而显著增加,随溪流碱度、温度、溶解氧的增加而显著减少。河岸米槠林与针阔混交林等植被类型变化及有无支流汇入对非木质残体钙、镁储量没有显著影响。降雨季节森林源头溪流非木质残体的钙、镁总储量随时间推移整体上减少,主要受到降雨和溪流特征的共同调控。     

中亚热带不同演替阶段的马尾松和米槠人工林的细根生产量研究

对不同演替阶段的树种细根生产动态及其对环境因子响应的差异目前仍缺乏了解。为此, 在福建省三明市选择了中亚热带演替前期的马尾松(Pinus massoniana)和演替后期的米槠(Castanopsis carlesii)两种人工林为研究对象, 采用微根管法对两种人工林的细根根长生产量及其动态进行了为期2年的观测, 并分析了细根生产量的径级和土层分布, 及月生产量动态与气温、降水、土壤温度、土壤含水率等环境因子间的关系。结果表明: 1)两种林分的细根生产量有显著差异, 马尾松人工林细根年根长生产量约为米槠人工林细根年根长生产量的4倍; 两种林分的细根生产量呈现显著的月变化, 峰值均出现在夏季, 且2年内总细根生产量以夏季的细根生产量最大。2)两林分均是直径0-0.3 mm的细根所占细根生产量比例最大; 土层分布上, 马尾松人工林0-10 cm土层细根所占生产量的比例最大, 米槠人工林30-40 cm土层细根所占生产量比例最大。3)偏相关分析表明, 两林分细根月生产量均与气温、土壤温度极显著相关或显著正偏相关, 与降水、土壤含水率的偏相关均不显著; 一元线性回归分析表明, 演替早期马尾松人工林细根月生产量与气温、土壤温度的相关性明显高于米槠人工林。该研究表明, 与演替后期的米槠人工林相比, 中亚热带演替早期的马尾松人工林细根生产量大, 且与温度间的相关性更高。     

福建三明不同更新方式的米槠林物种多样性研究

本文从α多样性尺度总结三种不同更新方式的米槠林群落的物种多样性状况。结果表明,不同更新方式的米槠林群落中,物种丰富度、多样性指数和均匀度表现为天然更新> 人促更新> 人工造林。天然更新和人促更新米槠林是在皆伐迹上未经炼山发育起来的群落,而人工造林米槠林是从火烧迹地上发育的。天然更新米槠林处于演替的中级阶段,未达到顶级群落;而人促更新和人工造林米槠林则处于衰退阶段。     

Fine root production of Pinus massoniana plantation and Castanopsis carlesii plantation at different successional stages in subtropical China

AimsOur objectives were to determine differences in fine root production, its relationships with environmental factors, and its diameter- and depth-related distribution patterns between plantations of two subtropical tree species differing in successional stages. MethodsPlantation forests of an early-successional species, Pinus massoniana, and a late-successional species, Castanopsis carlesii, in Sanming, Fujian Province, were selected. Fine root production was monitored for two years using minirhizotrons methods. At the same time, environmental factors including monthly air temperature, monthly precipitation, soil temperature, and soil water content were determined.Important findings 1) During the two years, there was significant difference in annual fine root length production between these two forests, with annual production of P. massoniana plantation nearly four times that of C. carlesii plantation. Fine root length production under both forests showed significant monthly dynamics and maximized in summer, a season when most of fine roots were born. 2) Roots of 0-0.3 mm in diameter accounted for the largest proportion of total fine root length production. Fine roots were concentrated mostly at the 0-10 cm soil depth in P. massoniana plantation, but happened mostly at the 30-40 cm soil depth in the C. carlesii plantation. 3) Partial correlation analysis suggested that, monthly fine root production of both forests was significantly correlated with both air temperature and soil temperature, while it had no significant correlation with either rainfall or soil water content. Linear regression analysis illustrated that monthly fine root production was more correlated with air temperature and soil temperature in the P. massoniana plantation than in the C. carlesii plantation. It was concluded that fine root production in the early-successional P. massoniana plantation was not only much higher in amount, but also more sensitive to temperature, than that in the late-successional C. carlesii plantation.     

中国主要森林生态系统水文功能的比较研究(英文)

 基于中国不同区域生态站的观测资料,着重从降雨截留（林冠截留、枯枝落叶层截持和土壤蓄水）、调节径流和蒸散等3个方面对我国主要森林生态系统的水文生态功能进行了比较研究。各生态系统林冠年截留量在134～626 mm间变动,由大到小排列为：热带山地雨林,亚热带西部山地常绿针叶林,热带半落叶季雨林,温带山地落叶与常绿针叶林,寒温带、温带山地常绿针叶林,亚热带竹林,亚热带、热带东部山地常绿针叶林,寒温带、温带山地落叶针叶林,温带、亚热带落叶阔叶林,亚热带山区常绿阔叶林,亚热带、热带西南山地常绿针叶林,南亚热带常绿阔叶林,亚热带山地常绿阔叶林。枯落物持水量可以达到自身干重的2～5倍,但也因林型而异。土壤非毛管持水量变动在36～142 mm之间,平均89 mm。常绿阔叶林的非毛管持水量通常高于100 mm,而寒温带/温带落叶阔叶林和常绿针叶林通常低于100 mm. 土壤的非毛管持水量通常占生态系统中截持水量的90%,其次是枯落物和林冠层。这说明,森林土壤在调节降雨截留中占有重要地位,其水文功能的大小取决于土壤结构和空隙度,而这些恰恰又受枯落物和森林植被特征的影响。森林皆伐后,一般地表径流会显著地增加,而适当抚育措施则对地表径流影响不大。流域径流受诸多因素的影响,包括植被、土壤、气候、地形、地貌以及人类影响导致的流域景观变化,比较研究表明森林变化对流域径流的影响尚未得到一致的规律性的结果。通过对比研究不同森林的蒸散变化,发现随降雨量的增加,森林蒸散量略有增加,而相对蒸散率却在下降,相对蒸散率在40%～90%间变动。     

更新方式对亚热带森林土壤溶液可溶性有机质数量及化学结构的影响

采用负压法对福建省三明市亚热带常绿阔叶林中米槠次生林(BF)、米槠人促更新林(RF)、米槠人工林(CP) 0～15、15～30、30～60 cm土层土壤溶液可溶性有机质(DOM)的浓度及光谱学特征进行研究.结果表明: 土壤溶液可溶性有机碳(DOC)浓度整体趋势为RF>CP>BF,而可溶性有机氮(DON)则为米槠人工林最高;且 DOC 和 DON 在表层(0～15 cm)土壤浓度皆显著高于底层(30～60 cm).芳香化指数大小为RF>CP>BF,且整体为表层较高.米槠人工林表层土壤以荧光强度高的短波峰(320 nm)为特征峰,表明其易分解物质含量高,腐殖化程度较低;而米槠人促更新林表层土壤则以宽平的中长波峰(380 nm)为特征峰,说明其腐殖化程度较高,有助于土壤肥力的储存.此外,30～60 cm深层DOM特性几乎不受森林更新方式的影响.     

论季雨林的水平地带性

季雨林是受制于湿度因子的经度地带性植被类型,它是随着湿度条件的下降由热带雨林向热带疏林过渡的居间类型,而不是受制于温度因子的纬度地带性植被类型,不是随着温度条件的下降由热带雨林向亚热带常绿阔叶林过渡的居间类型。我国南亚热带的榕树群系、黄桐群系,以及热带北缘的青皮群系均不应是季雨林,前二者是典型的南亚热带低地常绿阔叶林或南亚热带雨林,后者则是热带雨林的一分类群。