沙地樟子松人工林土壤理化性质与微生物生物量的动态变化

为揭示不同林龄沙地樟子松人工林土壤理化性质和微生物生物量的动态和相互关系,以毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地不同林龄樟子松人工林为对象,分析土壤理化性质、土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮变化规律。结果表明:樟子松人工林土壤理化性质随林龄增加在不同沙地中表现不同,毛乌素沙地土壤容重和养分含量明显降低,科尔沁沙地土壤孔隙度和养分含量明显升高,呼伦贝尔沙地土壤养分则呈现先增加后降低趋势。与土壤理化性质变化趋势类似,毛乌素沙地樟子松人工林土壤微生物生物量氮随着林龄的增加而降低,科尔沁沙地土壤微生物生物量氮随着林龄的增加而升高,呼伦贝尔沙地土壤微生物生物量氮随着林龄的增加呈先增加而后降低趋势。影响毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地土壤微生物生物量碳、氮的主要因子分别是硝态氮、铵态氮和有机质含量。毛乌素与科尔沁沙地樟子松人工林主要限制因子为土壤氮,而呼伦贝尔沙地樟子松受土壤有机碳限制较强。     

沙地樟子松人工林土壤理化性质与微生物生物量的动态变化

为揭示不同林龄沙地樟子松人工林土壤理化性质和微生物生物量的动态和相互关系,以毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地不同林龄樟子松人工林为对象,分析土壤理化性质、土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮变化规律。结果表明:樟子松人工林土壤理化性质随林龄增加在不同沙地中表现不同,毛乌素沙地土壤容重和养分含量明显降低,科尔沁沙地土壤孔隙度和养分含量明显升高,呼伦贝尔沙地土壤养分则呈现先增加后降低趋势。与土壤理化性质变化趋势类似,毛乌素沙地樟子松人工林土壤微生物生物量氮随着林龄的增加而降低,科尔沁沙地土壤微生物生物量氮随着林龄的增加而升高,呼伦贝尔沙地土壤微生物生物量氮随着林龄的增加呈先增加而后降低趋势。影响毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地土壤微生物生物量碳、氮的主要因子分别是硝态氮、铵态氮和有机质含量。毛乌素与科尔沁沙地樟子松人工林主要限制因子为土壤氮,而呼伦贝尔沙地樟子松受土壤有机碳限制较强。     

林下植被去除对樟子松人工林土壤酶活性的影响

林下植物是森林生态系统的重要组分,在调节森林养分循环中起重要作用。本研究以科尔沁沙地樟子松人工林为对象,研究了林下植被去除对土壤微生物量、参与碳氮磷矿化的6种水解酶活性以及有效氮磷含量的影响。结果表明,林下植被去除显著降低了夏季(8月份)所有酶活性以及土壤微生物量碳、微生物量磷和有效磷含量,而在春季(5月份)仅显著降低了土壤β-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,对其他酶活性、微生物量以及有效氮磷含量无显著影响。结果表明,保留林下植被能有效促进樟子松人工林土壤微生物活性和土壤碳氮磷转化,维持植物生长期养分供应。     

科尔沁沙地草地营造樟子松人工林对土壤化学和生物学性状的影响

以科尔沁沙地东南缘沙质草地和不同年龄樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）人工林（15、24和30年生）为对象,研究草地造林对土壤pH,土壤C、N、P含量,无机N（铵态氮、硝态氮）含量,C、N矿化速率,微生物生物量C含量以及土壤酶（脲酶、转化酶和过氧化氢酶）活性的影响.结果表明：草地造林初期,林地土壤C、N、P含量逐渐降低,随着林龄增加而逐渐恢复;与草地相比,24年生樟子松人工林土壤C、N、P含量最低,分别下降29%、34%和33%,而30年生樟子松人工林土壤C和N含量与草地差异不显著.草地造林能够影响土壤无机N存在形式,使土壤铵态氮含量逐渐增加,硝态氮含量下降.草地造林对土壤潜在N矿化速率和硝化速率影响不显著,但能够改变土壤C矿化速率,不同林龄樟子松人工林土壤C矿化速率依次为：24年生>30年生>草地>15年生.草地造林初期,土壤微生物生物量C含量和土壤转化酶活性明显降低,随着林龄的增加又逐渐增加;草地造林对土壤脲酶活性影响不显著,而使土壤过氧化氢酶活性逐渐增加.科尔沁沙地草地造林能够显著改变土壤化学和生物学性状,且随着林龄的变化而有所差异.     

降水变化对科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮矿化和淋溶的影响

为研究降水量减少对沙地森林土壤氮循环过程的影响,以科尔沁沙地15年生樟子松人工林为研究对象,野外模拟不同降水量（自然降水、减少30%和50%）对沙地樟子松人工林土壤无机氮（SIN）含量、氮矿化速率和淋溶动态的影响。研究结果发现,沙地樟子松人工林SIN主要以硝态氮形态存在,模拟降水减少降低土壤硝态氮含量（P<0.05）和硝态氮/SIN值（P<0.001）,而增加土壤铵态氮含量（P<0.05）。与自然降水相比,降水减少降低土壤净硝化速率和净矿化速率（P=0.002）,但不同降雨处理的土壤净氨化速率差异不显著（P=0.86）。科尔沁沙地樟子松人工林土壤以硝态氮淋溶为主,不同降雨处理土壤硝态氮淋溶量差异不显著（P=0.09）,但模拟降水减少降低土壤铵态氮淋溶（P=0.04）。此外,沙地樟子松人工林SIN含量、净氮矿化速率和淋溶量具有明显月动态特征,与降雨月动态规律基本一致。降水处理和采样时间对SIN含量和净氮矿化速率具有显著交互作用,但土壤氮淋溶量的交互作用不显著。可见,降水变化能够显著影响科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮有效性、氮矿化速率和淋溶等过程,未来干旱加剧可能降低科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮的可利用性。     

米亚罗林区土地利用变化对土壤有机碳和微生物量碳的影响

为了解土地利用变化对土壤有机碳和微生物量碳的影响,分析了川西米亚罗林区原始冷杉林、20世纪60年代云杉人工林、20世纪80年代云杉人工林和农地的土壤有机碳和微生物量碳状况.结果表明,土地利用变化明显地影响了土壤有机碳和微生物量碳含量.土壤有机碳和微生物量碳含量原始林最高,其次为60年代人工林和80年代人工林,农地最低.农地土壤有机碳含量分别比原始林、60年代人工林和80年代人工林低83%、53%和52%,微生物量碳含量分别低23%、25%和21%.土壤有机碳和微生物量碳含量均随土壤深度的增加而降低,并且两者在不同土地利用类型的变化趋势基本一致.相关分析表明,土壤有机碳和土壤微生物量碳与全氮、水解氮、速效磷呈极显著相关(P＜0.01),说明土壤微生物量碳可作为衡量土壤有机碳变化的敏感指标,而土壤有机碳和微生物量碳含量可作为衡量土壤肥力和土壤质量变化的重要指标.     

退化高寒草原土壤生物学性质的变化

对藏北退化高寒草原的土壤生物学性质研究表明:轻度退化草地2~10cm土层微生物(细菌、真菌、放线菌)数量与生物量(碳、氮)、土壤酶(纤维素酶、脲酶、碱性磷酸酶)活性和有机质总体上高于正常草地,中度、严重退化草地则均呈显著降低趋势.微生物生物量碳氮比(BC/BN)与土壤全碳、全氮比(TC/TN)呈极显著正相关(r=0.9088,P≤0.01;n=4);与正常草地相比,轻度、中度退化草地BC/TC、BN/TN值均呈上升趋势,而严重退化草地则呈明显下降趋势.土壤微生物生物量与土壤酶活性呈极显著或显著正相关,但二者均与土壤放线菌数量呈不同程度的负相关;2~10cm土层有机质与土壤微生物生物量、土壤酶活性均呈极显著或显著正相关;随草地退化的加剧,2~10cm和11~20cm土层腐殖质碳占土壤有机碳比重,以及胡敏酸碳占土壤腐殖质碳比重均较正常草地明显上升.     

青藏高原高寒草地退化对土壤及微生物化学计量特征的影响

草地是我国陆地生态系统的重要组成部分, 具有重要的生产和生态功能。过去几十年来, 受气候变化和过度放牧等因素影响, 我国90%的天然草地发生不同程度退化。草地退化打破了土壤养分平衡, 影响草地生态系统的结构和功能。该研究以青藏高原高寒草地为研究对象, 基于三江源区多点采样和整个青藏高原高寒草地的meta分析相结合的手段, 解析了表层0-10 cm土壤和微生物碳氮磷含量及其化学计量特征随不同草地退化程度(未退化、中度和重度退化)的变化规律。结果显示, 草地退化整体上降低土壤有机碳、总氮和总磷含量及其化学计量比。土壤微生物碳氮含量随着退化程度的加剧而下降, 微生物磷含量不受退化的影响。微生物碳氮磷化学计量比沿退化梯度没有显著的变化规律, 且土壤和微生物元素化学计量比之间未呈现显著相关关系。以上结果表明, 草地退化致使土壤养分化学计量关系发生显著改变, 微生物群落自身却能维持一定的养分平衡。在长时间尺度上, 基于养分平衡的土壤质量提升技术可有效地促进退化高寒草地恢复, 改善其生态系统服务功能。     

不同林龄油茶人工林土壤酶化学计量及其影响因素

土壤酶化学计量比是揭示微生物生长代谢过程及评价土壤养分资源限制状况的重要指标。油茶是中国南方主要的木本油料作物,近年来愈来愈受关注,但鲜有从生态化学计量学的角度深入理解人工经济林的土壤微生物养分限制状况。本文以亚热带地区不同林龄油茶人工林土壤为研究对象,采用时空互代法在区域尺度上随机选取32个不同林龄油茶人工林并将其分为四个林龄组(9年幼龄林;9—20年近熟林;21—60年成熟林; 60年过熟林),通过测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)转化酶活性(β-葡糖苷酶(BG)、α-纤维素酶(CBH)、β-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP))及土壤理化因子,探讨不同林龄油茶人工林土壤C、N、P转化酶化学计量特征及其与土壤理化因子的关系。结果表明:五种C、N、P转化酶活性均有随林龄增大而增加的趋势,且AP活性显著高于其它四种酶活性。相关分析结果表明,五种土壤C、N、P转化酶活性均与土壤有机碳和总氮显著相关,与土壤总磷和速效磷含量不相关。土壤酶化学计量比ln(CBH+BG)∶ln(NAG+LAP)、ln(CBH+BG)∶ln(AP)和ln(NAG+LAP)∶ln(AP)均随林龄增大而一定程度增加。亚热带区油茶人工林土壤酶C∶N∶P化学计量比为1∶1∶1.5,这与全球生态系统土壤酶C∶N∶P化学计量比1∶1∶1相偏离,表明亚热带地区油茶人工林土壤微生物生长受磷素限制。冗余分析(RDA)进一步揭示土壤有机碳含量是影响土壤酶活性和酶化学计量比的主要因子。因此,在油茶人工林经营管理中应考虑磷和外源碳的投入,提高土壤微生物酶活性,缓解油茶人工林生态系统的磷限制。研究结果可为亚热带区油茶人工林土壤养分管理和可持续利用提供基础理论支撑。     

樟子松林根际与非根际土壤碳氮磷化学计量特征

为揭示呼伦贝尔沙地樟子松根际与非根际土壤碳氮磷化学计量特征,以不同林龄(28、37、46年生)樟子松人工林为研究对象,以樟子松天然林为对照,研究根际与非根际土壤有机碳、全氮和全磷含量及其化学计量比,分析土壤性质与土壤化学计量特征间的相关性。结果表明：在樟子松人工林中,根际效应显著影响土壤N∶P,林龄显著影响土壤有机碳含量;各林龄人工林的土壤有机碳含量均显著低于天然林。人工林的根际与非根际土壤有机碳、全氮含量均随林龄增加先降低再升高;全磷含量在根际土壤中先升高再降低,在非根际土壤中先降低再升高。C∶N与C∶P在根际土壤中呈显著正相关,但在非根际土壤中不存在显著相关关系,说明根际土壤氮磷限制具有更高的协同性。根际与非根际土壤N∶P均值分别为4.98与8.40,表明樟子松人工林的生长受土壤N限制,且根际土壤受N限制程度更高。根际与非根际土壤碳氮磷化学计量特征受土壤性质的显著影响,其中,速效磷是最主要的驱动因子。呼伦贝尔沙地樟子松生长受N限制,其植物根系对土壤养分的富集与维持有明显作用,建议在樟子松生长阶段适当补充土壤氮素,并根据根际土壤氮磷限制的协同性适当补充磷素。     

Land cover change effects on soil chemical and biological properties after planting Mongolian pine (Pinus sylvestris var. mongolica) in sandy lands in Keerqin, northeastern China

We compared soil moisture content, pH, total organic carbon (C _org), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and inorganic N (NH₄ ⁺–N, NO₃ ^?–N) concentrations, soil potential C and N mineralization rates, soil microbial biomass C (C _mic), soil metabolic quotient (qCO₂), soil microbial quotient (C _mic/C _org) and soil enzyme (urease and invertase) activities in semiarid sandy soils under three types of land cover: grassland, Mongolian pine (Pinus sylvestris var. mongolica) plantation, and elm (Ulmus punila)–grass savanna in southeastern Keerqin, in northeast China. Soil C _org, TN and TP concentrations (0–10, 10–20, 20–40 and 40–60 cm) were lower while soil C/N and C/P ratios were higher in the plantation than in grassland and savanna. The effects of land cover change on NH₄ ⁺–N and NO₃ ^?–N concentrations, soil potential nitrification and C mineralization rates in the surface soil (0–10 cm) were dependent on sampling season; but soil potential N mineralization rates were not affected by land cover type and sampling season. The effects of land cover change on C _mic and qCO₂ of surface soil were not significant; but C _mic/C _org were significantly affected by land cover change and sampling season. We also found that land cover change, sampling season and land cover type?×?sampling season interaction significantly influenced soil enzyme (urease and invertase) activities. Usually soil enzyme activities were lower in the pine plantations than in grassland and savanna. Our results suggest that land cover change markedly influenced soil chemical and biological properties in sandy soils in the semiarid region, and these effects vary with sampling season.     

沙地樟子松人工林土壤磷素转化的根际效应

对大青沟自然保护区内不同年龄樟子松人工林根际和非根际土壤中不同形态磷素含量和酸性磷酸单酯酶（AP）活性进行了比较.结果表明,樟子松根系活动显著地提高了根际土壤有机碳含量及有机质的C/P比,增强了土壤微生物活动和AP活性,促进了有机磷的可利用性与矿化;显著地降低了土壤pH值,促进了Ca-P的溶解;从而提高了土壤磷素的有效性,促进了有机磷和Ca-P向Fe-P、Al-P的转化.与AP活性的根际效应相反,随林龄增加,樟子松对各形态磷素的根际效应逐渐增强,根际和非根际土壤中各形态磷素的变化趋势基本一致,土壤全磷和有机磷含量逐渐下降,而活性磷含量升高.为了保持土壤有机磷库和磷素的持续供应,必须对地被物予以保护.     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

水分胁迫对不同年龄沙地樟子松幼苗存活与光合特性影响

樟子松以其抗寒、抗旱和速生性,自20世纪50年代在科尔沁沙地南缘人工引种用于固沙造林试验成功以来,已成为我国北方荒漠化地区防风固沙造林的首选树种。然而,进入20世纪90年代以来,早期引种的沙地樟子松人工林出现了衰退现象;虽然从理论上分析,原因可能有病虫害、地理位置、水分条件、营林技术等,但其中水分条件应该是沙地樟子松人工林提早衰退的最重要的原因之一。以1~5年生樟子松幼苗为材料,采用盆栽控水处理法对苗木进行水分胁迫试验,观测水分胁迫条件下樟子松苗木成活与光合特征及其水分利用效率的变化。结果表明,樟子松苗木成活的临界土壤含水率随苗龄的变化没有显著差异,1~5年生苗木成活的临界土壤含水率均在1.5%~1.8%之间。4种不同水分胁迫处理(对照、20%、30%和40%田间持水量)对光合特性的影响为:轻度胁迫(40%田间持水量)时对光合特性的各个指标影响不大;随胁迫程度加重,光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率逐渐降低;导致樟子松苗木光合速率降低的主要原因应是气孔因素,即在水分胁迫下,气孔的开张度减小,导致胞间CO2浓度和蒸腾速率下降,进而影响光合速率;另外,水作为光合作用的原料之一,当其供应不足时,也直接导致光合速率的降低。2年生、4年生的樟子松幼苗在相同的土壤干旱胁迫条件下,各生理指标比较接近,即生理指标与苗龄之间并没有表现出明显区别。樟子松苗木的水分利用效率在较重度胁迫(20%田间持水量,3.5%)条件下没有降低,而在轻度胁迫条件下,水分利用效率有升高趋势;表明樟子松在较低的土壤含水量条件下,具有忍耐一定干旱胁迫的能力。综合研究表明:樟子松只有在极度水分胁迫时(土壤含水率接近成活的临界土壤含水率值:对于1~5年生苗木约为1.7%)才会出现死亡,这对研究水分与樟子松人工林衰退关系具有参考价值。     

不同土地利用类型对丹江口库区土壤氮矿化的影响

氮(N)素是陆地生态系统净初级生产力的重要限制因子, 土地利用类型的变化对生态系统氮循环过程有着重要的影响。采用PVC顶盖埋管原位培养的方法, 对丹江口库区清塘河流域相邻的侧柏(Platycladus orientalis)人工林、人工种植灌木林地和农田3种土地利用类型的氮素矿化和硝化作用进行了研究。结果表明, 侧柏人工林、灌木林地和农田的NH₄⁺-N浓度(mg·kg^-1)依次为1.33 ± 0.20、1.67 ± 0.17和1.62 ± 0.13, 不同土地利用类型间的NH₄⁺-N浓度无显著性差异; 而3种土地利用类型下土壤NO₃^--N浓度(mg·kg^-1)差异显著, 农田NO₃^--N浓度(9.00 ± 0.73)显著高于侧柏人工林(1.27 ± 0.18)和灌木林地(3.51 ± 0.11)。NO₃^--N在灌木林地和农田中分别占土壤无机氮库的67.8%和84.8%, 是土壤无机氮库的主要存在形式; 而侧柏人工林中NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度则基本相等。土壤硝化速率(mg·kg^-1·30 d^-1)从农田(7.13 ± 2.19)、灌木林地(2.56 ± 1.07)到侧柏人工林(0.85 ± 0.10)显著性降低。侧柏人工林、灌木林地和农田的矿化速率(mg·kg^-1·30 d^-1)依次为0.98 ± 0.12、2.52 ± 1.25和6.58 ± 2.29。矿化速率和硝化速率显著正相关, 但是矿化速率在不同的土地利用类型间差异不显著。培养过程中灌木林地和农田NH₄⁺-N的消耗大于积累, 氨化速率为负值, 导致灌木林地和农田矿化速率小于硝化速率。氮素的矿化和硝化作用受土壤含水量和土壤温度的影响, 并对土壤含水量更为敏感。土壤C:N与土壤矿化和硝化速率显著负相关。研究结果表明: 土地利用类型的变化会改变土壤微环境和土壤C:N, 进而会影响到土壤氮循环过程。     

樟子松人工固沙林天然更新特征

采用比较分析与野外调查的方法。对沙地樟子松人工林天然更新特征进行了研究,能够进行天然更新的引种地区天然更新在时间上是不连续的,与特定年份的某些降水因子密切相关;在空间上主要有3种更新方式;林隙更新,林缘更新,阔叶林下更新;天然更新幼树生长情况与人工林的生长差异不大。     

氮添加对沙质草地微生物呼吸与根系呼吸的影响

土壤呼吸可以细化为根系呼吸和微生物呼吸,二者对氮添加的响应有所不同.本文以科尔沁沙质草地为研究对象,探讨氮添加对土壤CO₂排放的影响,并细化为微生物呼吸和根系呼吸的响应特征.结果表明: 在观测期(5—10月),土壤呼吸、微生物呼吸月动态均呈先升高后降低的趋势;微生物呼吸是土壤呼吸的主要贡献者,占82.6%;观测期内根系呼吸贡献率随月份而变化,根系呼吸贡献率两个峰值分别出现在5月(占49.4%)和8月(占41.9%),6个月的平均贡献率为17.4%;在10 ℃条件下,根系呼吸较微生物呼吸对氮添加的响应更为敏感,微生物呼吸速率在氮添加后降低了3.9%,而根系呼吸降低了17.7%;氮添加提高了土壤呼吸、微生物呼吸温度敏感性Q₁₀值,也提高了二者对土壤水分变化的敏感程度.