黄土丘陵区刺槐与油松人工林生态系统生态化学计量特征

为阐明不同人工林生态系统间生态化学计量特征的差异,采用野外采样与室内分析相结合的方式分析了陕北黄土丘陵区落叶阔叶树种刺槐和常绿针叶树种油松人工林乔木、灌草、枯落物和土壤(土层深度0—100cm)C、N、P化学计量特征。结果表明:1)刺槐乔木各器官(叶、枝、干、皮、根)C含量显著低于油松,但N和P含量显著高于油松。因此,油松的C∶N和C∶P显著大于刺槐,而N∶P小于刺槐。2)刺槐林下枯落物N和P含量显著高于油松,但C含量显著小于油松。此外,油松林下枯落物C∶N(70.21)大于刺槐林下枯落物C∶N(19.71),说明油松林下枯落物分解较慢,有利于养分的存储。3)刺槐和油松人工林土壤C、N含量均随土壤深度增加而减少,P含量则基本保持不变。刺槐人工林土壤中C含量低于油松,N、P含量在两者之间无显著差异。4)刺槐人工林内乔灌草叶、枯落物与土壤C、N、P及其计量比的相关性多集中在10—20、20—30cm土层,而油松林中各组分与土壤营养元素的相关性相对较小,其中20—30cm土层中无显著相关性,说明相比刺槐人工林而言,油松人工林内土壤层N、P供应量对植物叶片N、P含量影响不显著。本研究为深入了解黄土丘陵区生态系统养分耦合循环机制奠定了基础,同时也为黄土丘陵区的植被恢复工作提供了一定的指导意义。     

河口湿地植物活体-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征

碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量比是生态系统过程及其功能的重要特征.以闽江河口的芦苇(Phragmites australis)和短叶茳芏(Cyperus malaccensis var.brevifolius)湿地为对象,开展植物活体-枯落物-土壤系统的C、N、P季节动态研究.结果表明:芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤年均C、N、P含量为C＞N＞P,两种湿地系统C、N含量均为植物活体和枯落物高于土壤,但与土壤P含量大小关系因植物构件差异而不同;芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤的C、N、P生态化学计量比表现为C∶P＞C∶N＞N∶P;芦苇湿地C∶N为枯落物＞植物活体＞土壤,短叶茳芏为植物活体＞枯落物＞土壤,而C∶P和N∶P均为枯落物＞植物活体＞土壤;C、N、P化学计量比可以反映湿地C、N、P交换过程和植物群落的生态功能.     

不同林龄油松(Pinus tabulaeformis)人工林植物、凋落物与土壤C、N、P化学计量特征

在陕西省北部延安市境内子午岭林区,采用时空互代的方法选取9、23、33、47年生油松(Pinus tabuliformis)人工林为研究对象,比较油松不同器官(叶、枝、干、根)、凋落物及土壤C、N、P含量及其比值的差异,探讨它们随林龄的变化及其相互间的关系,以期为油松人工林的生产、改善和林木生长环境的调节提供参考。结果表明:除根中C含量在林龄间差异不显著外,其它器官C、N、P含量及其比值在林龄间均差异显著且随林龄增加变化趋势不尽相同。9、23、33、47年生油松林C、N、P含量及N∶P比值均在叶中最高;C∶N比值均在干中最高,根中次之;C∶P比值均在干中最高,其它器官大小次序不一。除33年生油松林叶中N∶P比值大于14外,其它各器官各林龄N∶P比值均小于14,且N∶P比值随林龄先增加后减少,故可判断油松在该区域受N限制较为严重,且随林龄的增加受N限制的情况有所缓解。不同林龄土壤和凋落物C、N、P含量及其比值差异显著,且后者均大于前者。土壤与凋落物C、P含量及C∶N、C∶P、N∶P比值随林龄增加变化趋势完全一致,表明土壤与凋落物之间有着密切的关系。叶片与凋落物N、P含量及C∶N、C∶P、N∶P比值之间显著相关,表明凋落物的养分承自植物叶片,二者之间关系紧密;植物和土壤的C、N、P含量之间均不存在显著相关性,说明土壤C、N、P供应量对乔木叶片C、N、P含量影响不大。     

不同林龄尾巨桉人工林凋落物和土壤C、N、P化学计量特征

为正确认识桉树(Eucalyptus spp.)人工林凋落物和土壤C、N、P时空分配格局及两者间的关系,对5个林龄尾巨桉林分凋落物及土壤C、N、P含量及化学计量比进行测定分析。结果表明,凋落物的C含量均显著大于土壤,且不同林龄间凋落物C含量无显著差异,1年生人工林土壤表层(0~20 cm)的C含量显著小于3~7年生,其他土层C含量在不同林龄间差异不显著。凋落物的N含量均显著高于土壤,且1年生人工林显著大于其他林龄的,而土壤表层的N含量以7年生人工林最大,1年生的最小。凋落物的P含量除1年生人工林显著大于3年生外,其他林龄间均无显著差异,土壤的P含量在不同林龄间的差异均不显著。凋落物C∶N随林龄呈逐渐增大趋势,且显著大于土壤层。凋落物的C∶P和N∶P在不同林龄间的差异不显著,但均显著大于土壤层。凋落物的N含量与表层土壤的C、N含量呈极显著负相关,凋落物的C∶N与表层土壤的C∶P,N∶P呈显著正相关,表层土壤C、N积累受到凋落物N的制约。因此,在桉树人工林经营管理过程中如何降低凋落物分解的N限制性、提高养分传递效率及合理施肥显得十分重要。     

西藏东南部色季拉山主要类型森林叶片和枯落物养分含量特征

为阐明不同生长年限森林叶片和不同分解程度枯落物养分含量特征,为植物-土壤养分循环研究提供科学依据。以藏东南色季拉山几种典型森林植被(雪山杜鹃(Rhododendron aganniphum)、海拔4000 m和3900 m区域急尖长苞冷杉(Abies georgei var. smithii)、川滇高山栎(Quercus aquifolioides))为研究对象,分析了1年生和2年生植物叶片及不同分解程度枯落物有机碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量。结果表明:色季拉山森林叶片和枯落物OC含量表现为2年生叶片1年生叶片未分解枯落物(ND)半分解枯落物(SD)完全分解枯落物(CD),即老叶片以C积累为主,而枯落物OC含量随分解程度的增加而下降,叶片OC平均含量(68.5%)显著高于中国平均水平(45.5%);叶片N、P、K含量表现为1年生2年生,即新叶以N、P、K等营养物质的吸收积累为主。枯落物TN含量低于中国森林的平均水平(12.03 g/kg),而TP含量显著高于中国森林平均水平(0.74 g/kg),枯落物TN和TP以SD最高,即分解初期表现为净固定,而后期则呈净释放,TK含量随分解程度的增加而增加,表现为K的净固定;叶片C∶N,C∶P和C∶K表现为2年生1年生,枯落物C∶N,C∶P和C∶K随着分解程度的增加而显著降低;叶片N∶P处于较低水平(6.08),显著低于全球平均水平(16.0),表现出明显的N限制营养型;研究结果为科学阐明藏东南森林生态系统植被-土壤养分循环研究提供了数据支撑。     

陕西省森林各生态系统组分氮磷化学计量特征

研究森林植被、枯落物和土壤的氮(N)磷(P)化学计量关系对于理解生态系统各组分的相互作用和养分循环具有重要意义。该研究对陕西省不同类型森林生态系统植被、枯落物和土壤的N和P含量及其化学计量关系进行了研究分析。结果表明: 1)森林生态系统各组分的N、P化学计量特征存在显著差异(p < 0.05), N、P含量均以林下灌草层植物和枯落物层较高, 乔木层植物和土壤层较低; N:P值则稍有不同, 以枯落物层最高, 土壤层最低, 其他各层差异不显著; 各组分N、P含量和N:P值分别为0.72-11.99 mg·g^-1、0.47-1.07 mg·g^-1和1.86-14.84。0-1 m土层内N含量、N:P值均随土层加深而降低(p < 0.05), P含量则不随土层发生明显变化。2)各组分N、P含量和N:P值多表现为阔叶林高于针叶林, 但其差异不显著。3)生态系统同一组分内, N、P含量间极显著正相关, N、P含量与N:P值分别呈极显著正相关、负相关关系, 但是土壤层内N、P含量无显著相关关系。各组分间, 枯落物层与乔木层、草本层和土壤层的N、P含量和N:P值也均极显著正相关, 而枯落物层与灌木层植物无显著相关关系。4)生态系统各组分N、P含量和N:P值随空间变化表现不尽一致, 总体上呈稳态。该文通过对N、P化学计量特征的研究, 揭示了森林生态系统植被、枯落物和土壤组分间所存在的养分循环联系, 这些联系中也表现出分异特征, 而分异可能由各自所执行的不同生态功能所致。     

秦岭南坡东段油松人工林生态系统碳、氮储量及其分配格局

研究秦岭南坡东段8、25、35、42和61年生油松人工林碳、氮储量和分配格局.结果表明: 油松人工林不同林龄乔木层碳、氮含量为441.40～526.21和3.13～3.99 g·kg^-1,灌木层为426.06～447.25和10.62～12.45 g·kg^-1,草本层为301.37～401.52和10.35～13.33 g·kg^-1,枯落物层为382.83～424.71和8.69～11.90 g·kg^-1,土壤层(0～100 cm)为1.51～18.17和0.29～1.45 g·kg^-1.树干和树枝分别是乔木层的主要碳库和氮库,占乔木层碳储量的48.5%～62.7%和氮储量的39.2%～48.4%.林龄对生态系统碳、氮储量均有显著影响.生态系统碳储量随林龄增加而增加,35年时达最大值146.06 t·hm^-2,成熟后碳储量有所下降.5个林龄段油松林生态系统氮储量的最大值为25年时的10.99 t·hm^-2.植被层平均碳、氮储量分别为45.33 t·hm^-2和568.55 kg·hm^-2,土壤层平均碳、氮储量分别为73.12和8.57 t·hm^-2,且土壤层中碳、氮的积累具有明显的表层富集现象.研究区油松人工林生态系统碳、氮储量主要分布在土壤层,其次为乔木层.生态系统碳储量空间分配格局为:土壤层(64.1%)＞乔木层(30.0%)＞灌草层和枯落物层(5.9%),氮储量为土壤层(93.2%)＞乔木层(5.3%)＞灌草层和枯落物层(1.5%).     

黄土高原不同人工林叶片-凋落叶-土壤生态化学计量特征

为探究“退耕还林(牧)”工程对陕西省子午岭林区的影响,分析3种典型的人工林(刺槐林、油松林和侧柏林)叶片-凋落叶-土壤的C、N、P含量及其生态化学计量特征.结果表明: 3种人工林不同组分中C、N、P含量大小均为叶片>凋落叶>土壤,刺槐林叶片N、P含量显著高于油松林和侧柏林.刺槐林、油松林和侧柏林叶片N∶P分别为12.2、5.4和6.1,油松和侧柏较刺槐林存在N亏损,C∶N和C∶P大小均为凋落叶>叶片>土壤,N∶P为叶片>凋落叶>土壤.油松林叶片C∶N与凋落叶C∶N间存在显著正相关关系.刺槐叶片在生长周期内吸收利用的N和P存在比例关系,且其凋落叶在元素再吸收后N和P的残留量也存在比例关系.与油松和侧柏相比,刺槐是黄土高原南部森林带最适宜的造林树种.     

沙化程度和林龄对湿地松叶片及林下土壤C、N、P化学计量特征影响

为阐明沙化程度和林龄对湿地松(Pinus elliottii)叶片及林下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征影响,探讨C、N、P化学计量比对沙山植被恢复的指示意义,在鄱阳湖多宝沙山沿沙化梯度测定了不同林龄湿地松叶片及林下土壤C、N、P含量。结果表明:1)在叶片C、N、P及其化学计量比中叶N与C∶N对沙化程度和林龄变化反应最为敏感。对于轻度与中度沙化区的5年生与10年生湿地松林,林龄、林龄与沙化程度的交互作用均对叶N及C∶N产生显著影响;对于中度与重度沙化区的2年生和10年生湿地松林,林龄和沙化程度均显著影响叶N与C∶N。2)叶片与土壤二者C、N、P及化学计量比对沙化程度与林龄变化的响应不完全一致。林龄、林龄与沙化程度的交互作用对轻度与中度沙化区5年生和10年生湿地松林土壤全N有显著影响;对于中度与重度沙化区2年生和10年生湿地松林,仅沙化程度对土壤全磷以及林龄对土壤有机碳影响显著。3)10年生湿地松叶片N∶P平均值为20.63,10年生以下湿地松叶片N∶P平均值为15.61,随着林龄的增加,湿地松生长由N、P共同限制逐渐转向更受P的限制。     

鄱阳湖湿地优势植物叶片-凋落物-土壤碳氮磷化学计量特征

2013年11月初在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区,采集芦苇(Phragmites australis)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)、菰(Zizania latifolia(Griseb.))、灰化苔草(Carex cinerascens)、红穗苔草(Carex argyi)和水蓼(Polygonum hydropiper)等6种优势植物新鲜叶片、凋落物及表层0—15cm土壤样品测定了碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,以阐明不同物种、不同生活型间C、N、P化学计量差异,探讨化学计量垂直分异。结果表明:1)C、N、P含量变化范围分别为:叶片380.6—432.2 mg/g,15.3—32.6 mg/g和1.3—2.0 mg/g;凋落物345.4—416.1 mg/g,10.8—20.8 mg/g和1.1—1.7 mg/g;土壤15.0—38.1 mg/g,1.2—3.1 mg/g和0.7—1.1mg/g,不同物种间叶片、凋落物及土壤C、N、P含量差异显著,且叶片C、N、P含量显著高于凋落物与土壤。2)土壤C∶N、C∶P及N∶P值显著低于叶片与凋落物,且土壤C、N、P化学计量关系与凋落物更为密切,凋落物的C∶N、N∶P分别能解释土壤C∶N、N∶P变异的35%、18%。3)挺水植物与湿生植物之间叶片C∶N、N∶P值差异显著,C∶P则差异不显著,凋落物C∶N、C∶P与N∶P均未达到显著性差异。     

黄土丘陵区不同森林类型叶片-凋落物-土壤生态化学计量特征

采用野外调查与室内分析相结合的方法,测定了黄土丘陵区主要人工林(刺槐、小叶杨和油松)和天然次生林(辽东栎、麻栎和白桦)中乔叶、凋落物以及土壤的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量,探讨不同森林类型叶片-凋落物-土壤生态化学计量特征差异,旨在进一步了解研究区森林生态系统的养分供求现状。结果表明:1)人工林叶片和凋落物的C含量大于天然次生林,N、P含量均小于天然次生林,叶片和凋落物C∶N和C∶P值均表现为人工林大于天然次生林;2)人工林中土壤的C、N、P含量及化学计量比的显著性差异主要集中在土壤表层(0—10 cm),而天然次生林则集中在10—50 cm的土层,随着土层深度增加,二者的C、N、P含量逐渐减小;3)人工林N含量在叶片与凋落物间为显著正相关,天然次生林N含量在凋落物与土壤间为极显著正相关、C∶P值在叶片与土壤间则为显著负相关,其余各指标无显著相关性。揭示了除刺槐和辽东栎的生长受P限制外,其余各树种均受N限制,人工林凋落物的分解速率较快,且人工林土壤P有效性高于天然次生林,这些研究结果可为我国黄土丘陵区的植被恢复与重建工作提供理论依据。     

陕西省3种主要树种叶片、凋落物和土壤N、P化学计量特征

以陕西省29个县(市)39个样点的刺槐、辽东栎和油松林为研究对象,分析比较不同树种乔木叶片、凋落物与土壤N、P化学计量特征及其与经纬度、海拔、年均温度和年降水等环境因子间关系的异同以及三者之间可能存在的关系,以期为认识陕西省主要森林树种养分限制状况、制定合理的植被管理和恢复措施提供理论依据。结果表明:3树种叶片N、P含量及比值均为刺槐辽东栎油松,与叶片相比,凋落物中N、P含量变化幅度较小,为刺槐辽东栎油松,N∶P比值为油松辽东栎刺槐。10—20 cm与0—10 cm土层相比,3树种中除辽东栎中P含量差异不显著外,其它指标N、P含量及N∶P比值均显著下降(P0.05)。刺槐、辽东栎和油松叶片N、P含量与土壤N、P含量均没有显著相关性,以刺槐、辽东栎和油松3种植物叶片为总体来说,P含量与土壤P含量显著正相关(P0.05)。叶片N、P含量均大致表现出随着年均温度和年降水的增加而增加,随着经纬度的增加而降低的趋势,这一点在刺槐叶中最为明显。凋落物N含量随着年均温度和年降水的增加而增加,随着纬度和经度的增加而降低;P含量随着年降水和经度的增加而降低;N∶P比值随着年均温度和年降水的增加而增加,随着纬度的增加而降低。研究区内,土壤N、P含量随着纬度、海拔的增加和年均温度、年降水、经度的降低而增加,N∶P比值则呈相反的趋势。3树种土壤N、P含量及N∶P比值中,P含量比N含量受环境影响更大,且0—10 cm和10—20 cm土层N、P含量及N∶P比值与各环境因子的关系基本一致。     

黄土高原丘陵区退耕还林地油松人工林碳储量及分配特征研究

以黄土高原丘陵区主要退耕还林树种油松为研究对象,对甘肃省庆阳市合水县采用样地调查与生物量实测方法,分析不同坡向（阳坡、阴坡）及退耕年限（退耕6年、9年和12年）油松人工林的乔木不同器官、灌草层、枯落物层和土壤层的碳含量,以及油松人工林乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层碳储量及其分配特征,探讨甘肃黄土高原丘陵区生态林的固碳作用。结果表明:（1）油松不同器官碳含量为48.15%~53.90%,各器官碳含量大小为树干>叶>细枝>粗枝>根桩>粗根>树皮>大根>中根>小根>细根>球果;灌木层碳含量为茎>叶>根;草本层碳含量为地上部分>地下部分。（2）油松人工林的枯落物层碳含量为未分解层大于半分解层。（3）0~100 cm土壤层的碳含量随退耕年限增加而增大,随土壤深度的增加而下降;0~10 cm、10~20 cm土壤层不同坡向间碳含量差异显著。（4）阳坡和阴坡退耕6年、9年和12年油松林总碳储量分别为42.90、50.50、59.22 t·hm^-2和45.08、53.77、65.70 t·hm^-2。研究认为,黄土高原丘陵区阳坡和阴坡均适宜油松林发挥固碳效益,且阴坡要优于阳坡,是甘肃黄土高原丘陵区的理想树种。     

黄土高原子午岭林区典型树种叶片N、P再吸收特征

为揭示黄土高原子午岭林区不同演替阶段和植被类型主要树种养分再吸收特征,研究选取4种次生植被树种(白桦、山杨、辽东栎和油松)和2种人工植被树种(刺槐和侧柏),测定其成熟叶、凋落叶和林下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,研究了叶片N、P再吸收率及其与养分指标的关系。结果表明:(1)不同树种叶片养分和林下土壤养分含量存在显著差异,土壤C、N含量和C∶N∶P计量比均表现为演替后期林地(辽东栎和油松)演替前期林地(山杨和白桦)人工林(侧柏和刺槐);(2)不同树种叶片N、P再吸收率分别为17.18%—43.34%和27.13%—58.12%,均表现为演替后期林地人工林演替前期林地,且P的再吸收率总体高于N的再吸收率;(3)不同树种叶片N、P再吸收率与叶片养分指标的关系强于土壤,与养分计量比的相关性大于养分含量的相关性。说明子午岭典型植被会通过叶片N、P再吸收来适应养分限制环境,尤其是演替后期植被再吸收能力更强,研究可为黄土高原植被恢复提供理论依据。     

黄土高原南北样带刺槐林土壤碳、氮、磷生态化学计量特征

为了解黄土高原南北样带刺槐林土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量特征,采集了黄土高原南北样带上12个典型样点的刺槐林土壤,测定了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量并分析其生态化学计量特征。结果表明：刺槐林土壤SOC、TN、TP含量均随降水量降低而降低,且土壤SOC与TN的空间变化具有一致性;土壤SOC、TN、TP及其生态化学计量比与降雨量呈显著正相关（P < 0.05）,且TN、C：P、N：P与土壤含水量也呈显著正相关（P < 0.05）。     

Leaf litter decomposition and nutrient dynamics in a subtropical forest after typhoon disturbance

Decomposition of typhoon-generated and normal leaf litter and their release patterns for eight nutrient elements were investigated over 3 yr using the litterbag technique in a subtropical evergreen broad-leaved forest on Okinawa Island, Japan. Two common tree species, Castanopsis sieboldii and Schima wallichii, representative of the vegetation and differing in their foliar traits, were selected. The elements analyzed were N, P, K, Ca, Mg, Na, Al, Fe and Mn. Dry mass loss at the end of study varied in the order: typhoon green leaves > typhoon yellow leaves > normal leaves falling for both species. For the same litter type, Schima decomposed faster than Castanopsis. Dry mass remaining after 2 yr of decomposition was positively correlated with initial C:N and C:P ratios. There was a wide range in patterns of nutrient concentration, from a net accumulation to a rapid loss in decomposition. Leaf litter generated by typhoons decomposed more rapidly than did the normal litter, with rapid losses for N and P. Analysis of initial quality for the different litter types showed that the C:P ratios were extremely high (range 896 – 2467) but the P:N ratios were < 0.05 (range 0.02 – 0.04), indicating a likely P-limitation for this forest. On average 32% less N and 60% less P was retranslocated from the typhoon-generated green leaves than from the normal litter for the two species, Castanopsis and Schima. An estimated 2.13 g m^–2 yr^–1 more N and 0.07 g m^–2 yr^–1 more P was transferred to the soil as result of typhoon disturbances, which were as high as 52% of N and 74% of P inputted from leaf litter annually in a normal year. Typhoon-driven maintenance of rapid P cycling appears to be an important mechanism by which growth of this Okinawan subtropical forest is maintained.     

陕西黄土高原刺槐枯落叶生态化学计量学特征

生态系统元素平衡是当前全球变化生态学和生物地球化学循环研究的焦点和热点,生态化学计量学结合了生物学、物理学和化学等基本原理,是研究生物系统能量平衡与多重化学元素平衡的科学,为研究元素在生物地球化学循环与生态过程中的规律及其之间的计量关系提供了一种综合的方法。以陕西黄土高原人工刺槐林为研究对象,结合纬度和坡向两个因素,分析了三原、淳化、耀州区、宜君、黄陵、洛川、富县、甘泉、宝塔区、安塞、米脂、神木12个县区的刺槐枯落叶生态化学计量学特征。结果发现,阳坡刺槐枯落叶C、N、P含量的变化范围分别为318.34—428.01 g/kg、13.27—24.07 g/kg、1.66—2.57 g/kg;阴坡刺槐枯落叶C、N、P含量的变化范围分别为306.70—433.68 g/kg、12.55—24.39 g/kg、1.62—2.99 g/kg。阳坡刺槐枯落叶C∶N、C∶P、N∶P的变化范围分别为14.23—24.61、148.67—215.92、7.37—14.47;阴坡刺槐枯落叶C∶N、C∶P、N∶P的变化范围分别为16.87—26.54、130.06—234.41、7.05—13.22。随着纬度的升高,刺槐枯落叶C、N显著下降,刺槐枯落叶P、C∶N、C∶P、N∶P无明显差异。刺槐枯落叶C、N、P之间呈显著正相关。刺槐枯落叶C、N、P、C∶N、C∶P、N∶P在阴坡和阳坡之间无明显差异。研究区,阴坡和阳坡的刺槐枯落叶N∶P均较低,刺槐林土壤的全氮平均含量也低于全国平均水平,推测陕西黄土高原刺槐林的生长可能主要受到氮素的限制。