格氏栲天然林与人工林凋落叶分解过程中养分动态

通过对中亚热带格氏栲天然林 (natural forest of Castanopsis kawakamii, 约150a)、格氏栲和杉木人工林 (monoculture plantations of C. Kawakamii and Cunninghamia lanceolata,33年生) 凋落叶分解过程中养分动态的研究表明,各凋落叶分解过程中N初始浓度均发生不同程度的增加后下降;除格氏栲天然林中其它树种叶和杉木叶P浓度先增加后下降外,其它均随分解过程而下降;除杉木叶外,其它类型凋落叶的Ca和Mg浓度呈上升趋势;凋落叶K浓度均随分解过程不断下降.养分残留率与分解时间之间存在着指数函数关系xt=x0e-kt.凋落叶分解过程中各养分释放常数分别为N(kN) 0.678～4.088;P (kP) 0.621～4.308;K(kK) 1.408～4.421;Ca (kCa) 0.799～3.756;Mg (kMg) 0.837 ～ 3.894.除杉木叶外,其它凋落叶分解过程中均呈kK>kP>kN>kMg>kCa的顺序变化.各林分凋落叶的年养分释放量分别为N 10.73～48.19kg/(hm2·a),P 0.61～3.70kg/(hm2·a),K 6.66～39.61kg/(hm2·a),Ca 17.90～20.91kg/(hm2·a),Mg 3.21～9.85kg/(hm2·a).与针叶树人工林相比,天然阔叶林凋落叶分解过程中较快的养分释放和较高的养分释放量有利于促进养分再循环,这对地力维持有重要作用.     

土壤增温对杉木幼苗细根生理生态性质的影响

为了揭示我国最重要人工林树种杉木对全球变暖的地下响应及其适应性,通过在福建省三明市陈大国有林场设置杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗土壤增温实验(增温+5℃和不增温两个处理,各5个重复),用土钻法和内生长环法探讨土壤增温约1年后的杉木幼苗细根生物量和形态特征(比根长,SRL;比表面积,SRA),化学计量学特征(C、N、P)和代谢特征(包括呼吸和非结构性碳水化合物,NSC)的变化。结果表明:1)与对照相比,土壤增温处理0—1 mm细根生物量显著下降,1—2 mm细根生物量没有变化,细根形态亦未有显著变化;2)土壤增温处理细根N浓度显著增加,细根P浓度没有显著变化,细根C/N显著降低而N/P显著增加;3)土壤增温处理细根呼吸没有出现驯化现象,细根NSC显著下降。可见,土壤增温改变了杉木细根生物量分配格局,并引起一定的营养失衡和代谢失衡现象,从而对杉木生长和生产力产生影响。     

杉木幼苗和伴生植物细根对土壤增温的生理生态响应

为揭示全球变暖背景下杉木人工林幼苗与其伴生的其它植物间的对土壤养分的竞争关系和适应性,本研究采用埋设加热电缆进行土壤增温(+5℃)技术,在福建省三明市陈大国有采育场内建立杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗试验小区,包括对照(NW)与增温(WNW)处理(均不除草)。采用内生长环法与土钻法相结合,测定增温对杉木幼苗及伴生的其他植物(主要为山油麻Helicteres angustifolia、东南野桐Mallotus lianus)等细根生物量、呼吸、形态、及根组织氮浓度的短期影响。结果表明,(1)增温显著降低了杉木1mm细根生物量,而显著增加了其他植物1mm细根生物量。增温显著提高了其他植物1mm细根的氮浓度,显著降低了其比根长(SRL)和比表面积(SRA);同时降低了比根呼吸(参比温度18℃,SRR_(18)),表明细根呼吸对增温产生了驯化现象。而增温对杉木细根的氮浓度没有显著影响,却显著提高了1mm细根比表面积;同时增温对杉木SRR_(18)没有显著影响,表明杉木细根呼吸没有产生驯化现象。(2)SRR_(18)与比根长间的关系受到增温的显著影响,但树种以及增温×树种的交互作用没有显著影响,表明杉木和其他植物细根竞争能力与维持成本间的平衡关系均受到增温的共同影响。综上结果显示,相较于杉木,伴生的其他植物在增温环境中对地下资源的竞争具有更强的优势,能通过增加细根生物量迅速抢夺吸收因增温而加速矿化的土壤养分,同时通过生理和形态的调整,减少根系单位质量的维持成本,从而提高其对全球变暖的适应性;而杉木在增温条件下面临其他植物的强烈竞争,细根生物量降低,处于不利地位,为了满足生长所需,需增大比根长和比根表面积,且因细根呼吸没有产生驯化现象,从而增加了细根单位质量的维持成本,说明杉木对全球变暖的适应性低于其他植物。该研究结果对于全球变暖下杉木人工林的管理具有重要意义。     

短期寒潮天气对福州市绿地土壤呼吸及组分的影响

城市生态系统土壤呼吸在区域乃至国家尺度上的碳预算与碳循环中都具有重要地位,研究突发天气下城市生态系统土壤呼吸及其组分的变化对准确估算城市土壤碳排放具有重要意义。以亚热带城市草坪(沟叶结缕草,Zoysia matrell)和片林(南洋杉,Araucaria heterophylla)为研究对象,于2011年2月10日至19日通过监测一次突发短期降温天气前后土壤呼吸及其组分(微生物呼吸和根系呼吸)的动态变化,探讨了短期低温天气对城市生态系统土壤呼吸的影响。结果表明:在突发寒潮天气发生后,片林和草坪的土壤温度均显著降低,降温幅度最大分别达7.4℃和5.5℃,二者的土壤呼吸均因降温而骤降,降低比例分别高达79.4%和71.2%。但土壤呼吸及组分也随期间的降水事件而呈现出明显波动。整个观测期间片林土壤呼吸、微生物呼吸与根系呼吸的日均值分别2.54 μmol · m^-2 · s^-1、0.76 μmol · m^-2 · s^-1和1.78 μmol · m^-2 · s^-1,而在草坪中三者分别为1.07 μmol · m^-2 ·s^-1、0.83 μmol · m^-2 · s^-1和0.24 μmol · m^-2 · s^-1。土壤温度是控制降温过程中城市绿地土壤呼吸及其组分的关键限制因子并与之呈指数正相关关系,但由于冠层结构简单、耐寒性较低,草坪对温度变化的响应更加敏感。在短期降温中草坪土壤呼吸、微生物呼吸与根系呼吸的Q₁₀值明显提高,分别高达4.18、8.17和18.17。受降水与降温的共同影响,草坪与片林各土壤呼吸类型同时受土壤温度、土壤含水量与降水量的控制,由这3个因子构成的多元回归模型可以较好地拟合各呼吸类型的日均值变化(R²>0.55)。     

中亚热带细柄阿丁枫和米槠群落细根的生产和死亡动态

采用微根管技术与挖掘法相结合的方式对福建省万木林自然保护区细柄阿丁枫和米槠天然林细根生产和死亡动态进行了为期两年多的观测,分析细根生产和死亡的季节变化、垂直分布及径级和序级分配,并估计细根的年生产量和年死亡量.结果表明:细柄阿丁枫细根年生产量和年死亡量分别为(230.1±162.8) g·m-2·a-1和(188.8±75.5)g·m-2· a-1,均略大于米槠的(214.5±185.8) g·m-2·a-1和(178.8±26.5) g·m-2·a-1,但两种森林群落的细根年生产量和年死亡量均无显著差异(P＞0.05).两森林群落细根生产均在春季达到高峰,其中米槠细根生产与月降水量呈极显著相关(P＜0.01,r=0.566);细根死亡则呈现季节性地波动,米槠细根死亡峰值主要发生于夏季和秋季,而细柄阿丁枫则出现在秋季.两森林群落细根生产和死亡皆主要集中于土壤表层0-40 cm中,而且不同径级细根生产和死亡集中于0-1 mm细根中,其中0.3-0.6 mm细根的生产和死亡在两森林群落中均最大.两森林群落一级根的生产和死亡均大于高级根.     

杉木观光木混交林细根的分布

对27年生混交比例为2行杉木和1行观光木的混交林和杉木纯林群落细根分布的研究表明,杉木和观光行间的杉木细根密度虽比极木行间的低8．5％,但观光木细根密度则高152．09％,其细根总密度比杉木与杉木行间的大10．43％。混交林中杉木各径级活动根密度呈单峰型分布,均以5－10cm土层最大,而观光木各径级各活细根主要分布在0－10cm土层内。纯林杉木各径活细根密度亦基本呈单峰型分布,但峰值出现在10－20cm或20－30cm土层。不同树种不同径级死细根的分布均与其各自的活细根分布相似。混交林中灌木细根密度在30－40cm的土层最大,而纯林中的灌木细根集中于0－10cm的表土层;混交林和纯林中的草木细根均集中在0－5cm土层。与纯林的相比,混交林中杉木细根主要分布的土层明显上移,表层土壤细根所占比重增大,有利于更好利用土壤养分和提高群落生产力。     

中国森林土壤呼吸模式

通过收集国内62个森林样地的土壤呼吸及相关因子数据,分析中国森林土壤呼吸模式.结果表明,中国森林土壤呼吸年通量与年均气温、年均降水量、年凋落物量和年地上净生产力均呈显著的线性正相关,土壤呼吸的Q10则与年均气温和年均降水量均呈显著的负相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸与土壤呼吸间均呈显著线性正相关;土壤异养呼吸和枯枝落叶层呼吸与年凋落物量呈显著正相关;土壤异养呼吸与自养呼吸间呈显著的线性正相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸、矿质土壤呼吸占土壤呼吸的比例均值分别为34.7%、20.2%和50.2%.矿质土壤呼吸所占比例与气温和降水量呈显著负相关,而异养呼吸所占比例则与降水量呈显著负相关.根系呼吸所占比例与根系呼吸之间呈渐近线关系(渐近值为45.9%).     

森林土壤酶对环境变化的响应研究进展

全球气候变化已是不争的事实,对陆地生态系统特别是森林生态系统物质循环将产生显著的影响。土壤酶是森林土壤物质循环的主要限制因素之一,对气候变化的响应近年来受到广泛关注。由于森林土壤酶对全球气候变化的响应研究是预测未来环境变化对森林生态系统过程影响的关键,因此,着重综述了森林土壤酶对环境变化尤其是全球变暖和氮沉降响应方面的研究,并分析了未来研究的主要方向。环境变化会引起土壤p H、水分及其营养成分的变化,而这些变化会反作用于土壤酶的活性和稳定性。森林土壤酶对增温的响应,不仅与酶的种类以及增温的温度范围和持续时间有关,还与土壤类型有关,是多种因子综合作用的结果。森林土壤酶对氮添加的响应与林分类型和土层类型有关,受复合氮的影响更大。建议未来的研究应加强酶的基本性质对环境变化的响应研究,注重林分类型、土层类型导致的差异,强化多因素的交互作用,并进行长期、综合的观测。     

中亚热带山区土壤不同形态铁铝氧化物对团聚体稳定性的影响

以福建省三明市本底条件一致的三片林分的土壤作为研究对象,采用湿筛法测定了水稳定性团聚体粒径分布,分析了不同形态铁铝氧化物含量与0.25 mm大团聚体数量及团聚体平均重量直径(MWD)的关系。结果表明:(1)不同形态铁铝氧化物含量呈现出米槠次生林米槠人工林杉木人工林,游离结晶态(Fed、Ald)无定形(Feo、Alo)络合态(Fes、Als)。(2)0.25 mm大团聚体含量呈现米槠次生林米槠人促林杉木人工林,林分之间差异显著,MWD值的趋势与之相似。(3)线性回归分析表明:不同形态铁铝氧化物均与0.25 mm水稳定性大团聚体数量及MWD值达到显著甚至极显著相关,但通过分析相关系数R和显著性P说明氧化铝可能比氧化铁更有助于大团聚体的形成与稳定,无定形及络合态铁铝氧化物比游离态铁铝氧化物更能促进大团聚体的形成与稳定。     

罗浮栲天然林土壤可溶性有机碳的剖面分布及季节变化

对罗浮栲天然常绿阔叶林土壤1m剖面内可溶性有机碳(DOC)进行了研究,结果表明:林地土壤DOC的平均含量随土层深度增加呈下降趋势,表层(0～5cm)土壤DOC的平均含量为55.69 mg·kg-1,分别与其他土层间含量存在显著性差异(P<0.01);不同土层的DOC含量占土壤有机碳的比例也随土层深度增加而降低,1m剖面内DOC的平均含量占土壤有机碳含量的0.14%;各季节土壤剖面DOC含量随土层深度增加均呈下降趋势,冬季下降趋势最为显著,夏季下降趋势相对平缓.土壤剖面DOC含量的季节变化为:冬季>秋季>春季>夏季,各季节不同土层DOC含量占土壤有机碳比例的变化趋势均不明显;不同土层土壤DOC含量的季节变化差异显著(P<0.01),表层(0～5cm)土壤间差异最为明显.