东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

土壤水热条件对东北森林土壤表面CO2通量的影响

东北地区森林生态系统因其面积大,碳贮量高而在本地区和我国碳平衡中占有重要的地位.土壤表面CO2通量(RS)作为陆地生态系统向大气圈释放的主要CO2源,其时空变化直接影响到区域碳循环.该研究采用红外气体分析法比较测定我国东北东部次生林区6个典型的森林生态系统的RS及其相关的土壤水热因子,并深入分析土壤水热因子对RS的影响.研究结果表明影响RS的主要环境因子是土壤温度、土壤含水量及其交互作用,但其影响程度因生态系统类型和土壤深度而异.包括这些环境因子的综合RS模型解释了67.5%～90.6%的RS变异.在整个生长季中,不同生态系统类型的土壤温度差异不显著,而土壤湿度的差异显著(α=0.05).蒙古栎(Quercus mongolica)林、红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杂木林和杨桦(Populus davidiana-Betula platyphylla)林的RS变化范围依次为1.89～5.23 μmol CO2·m-2·s-1,1.09～4.66μmol CO2·m-2·s-1,0.95～3.52 μmol CO2·m-2·s-1,1.13～5.97μmol CO2·m-2·s-1,1.05～6.58 μmol CO2·m-2·s-1和1.11～5.76μmol CO2·m-2·s-1.RS的季节动态主要受土壤水热条件的驱动而呈现单峰曲线,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合.Q10从小到大依次为蒙古栎林2.32,落叶松林2.57,红松林2.76,硬阔叶林2.94,杨桦林3.54和杂木林3.55.Q10随土壤湿度的升高而增大;但超过一定的阈值后,土壤湿度对Q10起抑制作用.该研究结果强调对该地区生态系统土壤表面CO2通量的估测应同时考虑土壤水热条件的综合效应.     

东北东部5种温带森林的春季土壤呼吸

春季土壤解冻过程是中高纬度地区森林生态系统土壤呼吸(即土壤表面CO2通量,RS)年内变化的一个关键时期,但此期间RS的时间动态规律及其控制机理尚不清楚。以我国东北东部5种温带森林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法测定春季土壤解冻时期RS动态及其相关的环境因子。结果表明:在土壤解冻过程中,RS受林型、解冻时期及其交互作用的显著影响。红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杨桦(Populus davidiana-Betulaplaty phylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林的RS变化范围依次为:10.0196.0mg·m-·2h-1,5.8217.1mg·m-·2h-1,9.7382.1mg·m-·2h-1,15.8-269.0mg·m-·2h-1和35.9262.5mg·m-·2h-1。RS的平均值随着解冻的进程而增大,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。土壤温度极显著地影响RS(R2=0.46-0.77),而土壤含水量对RS的影响则因林型和土壤深度而异。5种林型的土壤呼吸温度系数(Q10)依次为:落叶松林10.9,硬阔叶林7.1,红松林6.5,杨桦林4.3和蒙古栎林2.3。进一步的研究应该集中研究春季自然解冻过程中土壤呼吸的控制机制,尤其是土壤呼吸与土壤微生物种群动态及其活性之间的关系。     

祁连山不同植被类型土壤碳贮量和碳通量

采用野外调查测定、野外定位观测和室内分析相结合的方法,在植被类型变化较大林区,选择邻近相同海拔、坡向和土壤类型的天然林(青海云杉林、祁连圆柏林、高山灌丛林)、人工林(13年生华北落叶松林)、牧坡草地和农田等植被类型土壤为研究对象,研究了祁连山不同植被类型的土壤碳动态.结果表明:天然林、牧坡草地、农田和人工林的土壤有机碳含量分别为59.45～84.7、78.30、13.51和43.25 g·kg-1,平均土壤有机碳密度分别为15.96～19.95、17.74、10.63和15.97 kg·m-2,土壤有机碳平均周转时间分别为27～36、25、23和33 a;不同植被类型土壤CO2通量依次为青海云杉林584.03 g C·m-2·a-1,祁连圆柏林517.63 g C·m-1·a-1,高山灌丛林601.00 g C·m-2·a-1,牧坡草地796.89 g C·m-2·a-1,农田281.75 g C·m-1·a-1,人工林569.92 g C·m-2·a-1;同一植被类型中,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土壤深度增加而降低,而土壤有机碳周转时间则随深度增加而增大.     

辽东山地不同森林类型土壤有机碳季节动态及其驱动因子

为探讨辽东山地不同森林类型土壤有机碳季节变化特征及其驱动因子,选取落叶松人工林、蒙古栎-核桃楸次生林和槭树次生林为对象,测定不同土壤层次的土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量及其季节动态,分析土壤理化因子、生物量因子和气候因子对不同森林类型土壤SOC、DOC和MBC的影响。结果表明:不同森林类型土壤SOC、DOC、MBC含量均表现出明显的垂直分布特征,即0～10 cm10～20 cm20～30 cm,且蒙古栎-核桃楸林显著大于落叶松林和槭树林;不同森林类型土壤SOC、DOC、MBC含量均有显著的季节变化,表现为夏季较高,DOC和MBC最高值出现的月份不同步;土壤SOC和MBC与土壤含水率、pH、温度呈正相关,与容重和降水呈负相关;土壤DOC与含水率、pH和降水呈正相关,与容重呈负相关;土壤SOC、DOC、MBC多与乔木干、根和凋落物未分解层生物量呈负相关,与灌草层地下生物量和凋落物半分解层生物量呈正相关;不同森林类型土壤SOC、DOC、MBC与其驱动因子的相关程度不同,说明森林类型与气候变化共同作用使不同森林类型形成了其独特的微环境,影响土壤SOC、DOC和MBC含量及其动态变化;蒙古栎-核桃楸次生林土壤SOC、DOC和MBC储量在各土层均显著高于其他森林类型,反映其更有利于养分的累积,是适合辽东山地森林结构调整与土壤恢复的森林构建与改造模式。     

山西油松人工林生态系统生物量、碳积累及其分布

油松是我国北方主要的造林树种之一,准确估计油松人工林生态系统的生物量及碳储存对研究区域人工林的碳储功能具有重要意义。本研究采用固定样地方法对38年生油松人工林的生物量、碳贮量及其空间分布进行测定,并估算了其净生产力与年净碳固定量。结果表明:(1)油松单木生物量与胸径和树高之间均存在着紧密的相关关系。林分平均生物量为145.35t.hm-2,其中乔木层为123.98t.hm-2,占林分生物量的85.30%。(2)油松人工林生态系统各组分碳含量为:树干0.5032gC.g-1,树皮0.4887gC.g-1,树枝0.5414gC.g-1,树叶0.4774gC.g-1,树根0.4862gC.g-1;灌木层0.4468gC.g-1;草本层0.4417gC.g-1;枯落物层0.4112gC.g-1;土壤层(0～100cm)0.0090gC.g-1,随土层深度增加各层次土壤碳含量逐渐减少。(3)油松人工林生态系统总碳贮量为172.95t.hm-2,各层碳贮量的大小顺序为土壤(0～100cm)(102.07t.hm-2)>乔木层(62.08t.hm-2)>枯落物层(7.75t.hm-2)>灌木层(0.58t.hm-2)>草本层(0.47t.hm-2)。油松各器官的碳贮量与其生物量呈正比,树干的生物量最大,其碳贮量也最大,占乔木层碳贮量的58.80%。(4)油松人工林年净生产力为10.19t.hm-2.a-1,有机碳年固定量为5.03tC.hm-2.a-1。     

长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用

选择处于全球变化中国东北样带东部典型生态系统的长白山阔叶红松林作为研究区,采用动态气室-CO2红外分析法测定了森林生态系统不同退化阶段的土壤呼吸作用.结果表明:在生长季,长白山阔叶红松林不同退化阶段的土壤呼吸动态变化呈单峰型曲线,在7—8月达到最大值;不同退化阶段林地土壤呼吸大小顺序为:杨桦林蒙古栎林阔叶红松林硬阔叶林裸地.其中,杨桦林和蒙古栎林样地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的1.4和1.3倍,硬阔叶林和裸地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的88%和78%.     

我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡

在广泛收集资料的基础上,估算了我国主要森林生态系统的碳贮量和碳平衡通量,分析了它们的区域特征。主要结果如下：1)我国森林生态系统的平均碳密度是258.83t·hm-2,基本趋势是随纬度的增加而增加;其中植被的平均碳密度是57.07t·hm-2,随纬度的增加而减小;土壤碳密度约是植被碳密度的3．4倍,其区域特点与植被碳密度呈相反趋势,随纬度升高而增加;凋落物层平均碳密度是8.21t·hm-2,随水热因子的改善而减小。2)森林生态系统有机碳库包括植被、土壤和凋落物层3个部分,采用林业部调查规划设计院1989～1993年最新统计的我国森林资源清查资料,估算我国主要森林生态系统碳贮量为281.16×108t,其中植被碳库、土壤碳库、凋落物层碳库分别为62.00×108t、210.23×108t、8.92×108t。落叶阔叶林、暖性针叶林、常绿落叶阔叶林、云冷杉(Picea-Abies)林、落叶松(Larix)林占森林总碳贮量的87％,是我国森林主要的碳库。3)我国森林生态系统在与大气的气体交换中表现为碳汇,年通量为4.80×108t·a-1,基本规律是从热带向寒带,碳汇功能下降,这取决于系统碳收支的各个通量之间的动态平衡;阔叶林的固碳能力大于针叶林。我国森林生态系统可以吸收生物物质、化石燃料燃烧和人口呼吸释放总碳量(9.87×108t·a-1)的48.7％。     

长白山垂直带森林叶片-凋落物-土壤连续体有机碳动态——基于稳定性碳同位素分析

稳定性碳同位素自然丰度(δ~(13)C)记录着生态系统碳循环过程的关键信息,常被用于评价全球变化情景下陆地生态系统碳的动态。以长白山北坡垂直带4种典型森林生态系统为研究对象,测定乔木建群种叶片、凋落物以及不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ~(13)C值,探讨植物叶片-凋落物-土壤连续体碳含量、δ~(13)C丰度的分布格局及其生态学暗示。研究结果表明:植物叶片碳含量随海拔高度的增加呈现抛物线型变化,且阔叶树叶片碳含量显著低于针叶树,体现气候要素和植被功能型的支配作用,并且暗示针叶树种潜在的碳蓄积能力更强。此外,植物叶片δ~(13)C随海拔高度升高而降低,表明高海拔植物叶片水分利用效率较低,即固碳耗水成本更高。凋落物碳含量随海拔增加逐渐下降,而矿质表层土壤则表现为阔叶红松林、岳桦林显著高于暗针叶林,体现了植被类型和土壤质地的共同支配作用。总体上,岳桦林SOC周转最快,其次是暗针叶林,位于基带的阔叶红松林最慢。可见,小尺度上气候因子并不是温带森林地下碳循环的主导因素,植被功能型和土壤属性对SOC周转与稳定的影响更大。在探讨环境因子对陆地生态系统碳循环和碳平衡的影响时需要考虑研究尺度,不同的研究尺度影响SOC周转的驱动因子并不相同。研究方法方面,基于log SOC和δ~(13)C的SOM周转模型能够很好地概括不同生态系统类型下SOM周转的相对快慢,可用来评价SOC动态对全球变化的响应。     

川西亚高山不同森林生态系统碳氮储量及其分配格局

森林采伐和恢复是影响森林碳氮储量的重要因素。以川西亚高山岷江冷杉原始林、粗枝云杉阔叶林、天然次生林和粗枝云杉人工林为研究对象,采用样地调查和生物量实测的方法,研究了不同森林生态系统各组分碳、氮储量及其分配特征。结果表明岷江冷杉原始林、粗枝云杉阔叶林、天然次生林和粗枝云杉人工林生态系统碳储量分别为611.18、252.31、363.07 tC/hm~2和239.06 tC/hm~2;氮储量分别为16.44、12.11、15.48 tN/hm~2和8.92 tN/hm~2。恢复林分与原始林碳储量在土壤—植被的分配格局发生了变化,而氮储量未发生变化。岷江冷杉原始林以植被碳储量为主,恢复林分以土壤为主,氮储量均以土壤为主。乔木层碳储量分别占生态系统总储量的56.65%、17.63%、13.57%和22.05%,土壤层(0—80 cm)分别占32.03%、69.87%、76.20%和72.12%;土壤层氮储量占生态系统总储量的76.80%—92.58%。植物残体碳氮储量分别占生态系统总储量的4.40%—9.83%和2.94%—7.08%,林下植被所占比例最小。空间格局上,岷江冷杉原始林植被部分具有较高的碳储量,应进行保护。3种恢复林分具有较高的碳汇潜力,且地上/地下碳储量较低,表明其碳汇潜力尤其表现在地上部分。天然次生林利于土壤有机碳的积累,而人工林乔木层碳储量较高。     

Effects of post-fire conditions on soil respiration in boreal forests with special reference to Northeast China forests

Forest fires frequently occur in boreal forests, and their effects on forest ecosystems are often significant in terms of carbon flux related to climate changes. Soil respiration is the second largest carbon flux in boreal forests and the change in soil respiration is not negligible. Environmental factors controlling the soil respiration, for example, soil temperature, are altered by such fires. The abnormal increase in soil temperature has an important negative effect on soil microbes by reducing their activities or even by killing them directly with strong heat. On the other hand, although vegetation is directly disturbed by fires, the indirect changes in soil respiration are followed by changes in root activities and soil microbes. However, there is very limited information on soil respiration in the forests of Northeast China. This review, by combining what is known about fire influence on soil respiration in boreal forests from previous studies of post-fire effects on soil conditions, soil microbes, and forest regeneration, presents possible scenarios of the impact of anticipated post-fire changes in forest soil respiration in Northeast China.     

Effects of post-fire conditions on soil respiration in boreal forests with special reference to Northeast China forests

Forest fires frequently occur in boreal forests,and their effects on forest ecosystems are often significant in terms of carbon flux related to climate changes.Soil respiration is the second largest carbon flux in boreal forests and the change in soil respiration is not negligible.Environmental factors controlling the soil respiration,for example,soil temperature,are altered by such fires.The abnormal increase in soil temperature has an important negative effect on soil microbes by reducing their activities or even by killing them directly with strong heat.On the other hand,although vegetation is directly disturbed by fires,the indirect changes in soil respiration are followed by changes in root activities and soil microbes.However,there is very limited information on soil respiration in the forests of Northeast China.This review,by combining what is known about fire influence on soil respiration in boreal forests from previous studies of post-fire effects on soil conditions,soil microbes,and forest regeneration,presents possible scenarios of the impact of anticipated post-fire changes in forest soil respiration in Northeast China.     

Increased topsoil carbon stock across China's forests

Biomass carbon accumulation in forest ecosystems is a widespread phenomenon at both regional and global scales. However, as coupled carbon–climate models predicted, a positive feedback could be triggered if accelerated soil carbon decomposition offsets enhanced vegetation growth under a warming climate. It is thus crucial to reveal whether and how soil carbon stock in forest ecosystems has changed over recent decades. However, large‐scale changes in soil carbon stock across forest ecosystems have not yet been carefully examined at both regional and global scales, which have been widely perceived as a big bottleneck in untangling carbon–climate feedback. Using newly developed database and sophisticated data mining approach, here we evaluated temporal changes in topsoil carbon stock across major forest ecosystem in China and analysed potential drivers in soil carbon dynamics over broad geographical scale. Our results indicated that topsoil carbon stock increased significantly within all of five major forest types during the period of 1980s–2000s, with an overall rate of 20.0 g C m^?2 yr^?1 (95% confidence interval, 14.1–25.5). The magnitude of soil carbon accumulation across coniferous forests and coniferous/broadleaved mixed forests exhibited meaningful increases with both mean annual temperature and precipitation. Moreover, soil carbon dynamics across these forest ecosystems were positively associated with clay content, with a larger amount of SOC accumulation occurring in fine‐textured soils. In contrast, changes in soil carbon stock across broadleaved forests were insensitive to either climatic or edaphic variables. Overall, these results suggest that soil carbon accumulation does not counteract vegetation carbon sequestration across China's forest ecosystems. The combination of soil carbon accumulation and vegetation carbon sequestration triggers a negative feedback to climate warming, rather than a positive feedback predicted by coupled carbon–climate models.     

中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是陆地上最大的碳储库和碳吸收汇。国内外研究表明,土壤亚系统在调节森林生态系统碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于森林类型的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对森林土壤碳储量和变率的科学估算,以及土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限。综述了近十几年来我国森林土壤碳储量和土壤碳过程的研究工作,主要包括不同森林类型土壤碳储量、土壤碳化学稳定性、土壤呼吸及其组分、土壤呼吸影响机制、气候变化与土地利用对土壤碳过程的影响等;评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,讨论了尚未解决的主要问题,并分析了未来土壤碳研究的发展趋势,以期为促进我国森林土壤碳循环研究,科学评价森林土壤碳固持潜力及其稳定性维持机制和有效实施森林生态系统管理提供科学参考。     

4种温带森林非生长季土壤二氧化碳、甲烷和氧化亚氮通量

中高纬度森林土壤在漫长的非生长季中对重要温室气体——二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的释放或吸收在碳氮年收支中作用很大,但目前研究甚少。采用静态暗箱-气相色谱法,比较研究东北东部4种典型温带森林土壤表面CO2、CH4和N2O通量在非生长季中的时间动态及其影响因子。结果表明:4种森林土壤在非生长季中整体上均表现为CO2源、N2O源和CH4汇的功能。红松林、落叶松林、蒙古栎林、硬阔叶林的非生长季平均土壤表面CO2通量分别为(65.5±8.1)mgm-2h-1(平均值±标准差)、(70.5±10.2)mgm-2h-1、(77.1±8.0)mgm-2h-1、(80.5±23.5)mgm-2h-1;CH4通量分别为(-17.2±4.6)μgm-2h-1、(-15.4±4.2)μgm-2h-1、(-31.5±4.5)μgm-2h-1、(-23.6±4.1)μgm-2h-1;N2O通量分别为(19.3±5.1)μgm-2h-1、(11.5±2.5)μgm-2h-1、(16.4±4.0)μgm-2h-1、(14.4±5.4)μgm-2h-1;其中非生长季土壤表面CO2总排放量分别为143.4gm-2、162.8gm-2、189.9gm-2、252.7gm-2,分别占其年通量的7.3%、10.6%、8.4%和8.5%。所有林型非生长季土壤表面CO2通量在春季土壤解冻前均维持在较低水平;在解冻进程中随温度升高而增大。土壤表面CO2通量与5cm深土壤温度(T5)呈极显著的指数函数关系。在隆冬时节出现CH4净释放现象,但释放强度及其出现时间因林型而异,其中以红松林的释放强度较大,高达43.6μgm-2h-1。土壤表面CH4通量与T5呈显著的负相关。土壤表面N2O通量的时间动态格局在林型间的分异较大,但在春季土壤解冻阶段均释放出N2O,而释放峰值和出现时间因林型而异。土壤表面N2O通量与0—10cm深土壤含水量呈显著的正相关(红松林除外)。研究展示了不同温带森林类型的土壤水热条件对其非生长季土壤CO2、CH4和N2O通量的重要影响,但这3种温室气体的林型间分异的生物学机理尚需进一步研究。     

Ecosystem carbon stock and within-system distribution in successional Fagus lucida forests in Mt. Yueliang,Guizhou, China

林龄对森林生态系统碳储量及其在不同碳组分(植被、木质残体、凋落物和土壤)中的分配有着重要影响。亚热带森林在陆地生态系统碳循环中起着重要作用, 水青冈属(Fagus)植物是我国亚热带广泛分布的重要树种, 而有关水青冈林碳储量随林龄变化的研究在我国鲜有报道。该研究选取贵州月亮山3个演替阶段(林龄分别为33年、82年和208年)的亮叶水青冈(Fagus lucida)林为研究对象, 对其生态系统全组分的碳储量及其分配格局进行了调查与估算。研究发现, 随林龄增加, 亮叶水青冈林生态系统碳储量显著增加, 33年、82年和208年林分别为(186.9 ± 46.0)、(265.8 ± 82.3)和(515.1 ± 176.4) Mg·hm ^-2, 且生态系统碳储量的增加主要由植被碳储量(占比由32%增长至79%)贡献。凋落物与木质残体碳储量随林龄增加亦呈增加趋势, 但二者占生态系统碳储量的比例很小(<1%)。而不同林龄土壤碳储量无显著差异, 其占比由33年林的67%降至208年林的20%。这些结果验证了林龄对森林生态系统各组分碳储量及其分配的重要影响, 同时指出干扰和土地利用历史等对森林植物残体和土壤碳积累的重要作用。     

Current forest carbon stocks and carbon sequestration potential in Anhui Province,China

Aims
This study was conducted to investigate carbon stocks in forest ecosystems of different stand ages in Anhui Province, and to identify the carbon sequestration potential of climax forests controlled by the natural environment conditions.
Methods
Data were collected based on field investigations and simulations were made with the BIOME4 carbon cycle model.
Important findings
Currently, the total forest carbon stocks in Anhui Province amounts to 714.5 Tg C: 402.1 Tg C in vegetation and 312.4 Tg C in soil. Generally, both the total and vegetation carbon density exhibit an increasing trend with the natural growth of forest stands. Soil carbon density increases from young to near mature forests, and then gradually decreases thereafter. Young and middle-aged forests account for 75% of the total forest area in Anhui Province, with potentially an additional 125.4 Tg C to be gained after the young and middle-aged forests reach near mature stage. Results of BIOME4 simulations show that potentially an additional 245.7 Tg C, including 153.7 Tg C in vegetation and 92 Tg C in soil, could be gained if the current forests are transformed into climax forest ecosystems in Anhui Province.     

New perspectives on forest soil carbon and nitrogen cycling processes: Roles of arbuscular mycorrhizal versus ectomycorrhizal tree species

Nearly all tree species develop symbiotic relationships with either arbuscular mycorrhizal (AM) or ectomycorrhizal (EM) fungi to acquire nutrients from soils, and hence influence soil carbon (C) and nitrogen (N) cycles in terrestrial ecosystems. It is crucial to understand the differences in soil C and N cycles between AM and EM forests and the underlying mechanisms. In this review, we first compared the differences in the soil C and N cycles between AM and EM forests, and synthesized the underlying mechanisms from perspectives of the inputs, stabilization, and outputs of soil C and N in forest ecosystems. We also compared the responses of soil C and N cycles between AM and EM forests to global changes. In this field, one major research priority is comparing the structure and function (including the soil C and N cycles) between AM and EM forest ecosystems to provide theoretical basis and solid data for improving forest productivity and ecosystem services. The second research focus is deepening the understanding of the effects of interactions between aboveground litter and belowground mycorrhiza and free-living microbes on soil C and N cycles to reveal the potential underlying mechanisms in forests with different mycorrhizal symbioses. Third, the research methodology and new techniques need refining and applying to explicitly focus on scaling up the fine-scale measurements to better expound and predict the C and N cycles in forest ecosystems. Finally, more studies on the stability of soil organic matter among different mycorrhizal forests are needed to precisely assess responses of the structure and function of forest ecosystems to global changes.     

川西亚高山不同演替阶段天然次生林土壤碳氮含量及酶活性特征

为了解次生林自然更新演替过程中土壤碳氮含量及酶活性的变化规律, 采用空间代替时间的方法, 在川西亚高山米亚罗林区选取环境条件基本一致的20世纪60、70和80年代采伐迹地自然更新演替的次生林(60-NSF、70-NSF和80-NSF)和岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林(对照, CK)为对象, 研究了表层(0-20 cm)土壤碳氮含量和土壤酶活性的关系。结果表明: 表层土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)含量均随森林植被更新演替呈显著降低趋势, 而全氮(TN)和可溶性有机氮(DON)含量则表现为60-NSF < 80-NSF < 70-NSF, 但70-NSF和80-NSF间差异不显著; 次生林表层土壤有机碳氮及其活性组分含量均低于CK, 其中80-NSF的DOC和DON含量与CK差异不显著。次生林的β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和多酚氧化酶(PHO)活性均显著低于CK, 纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)活性与CK无显著差异; 天然次生林中, 60-NSF的βG和CBH活性显著低于70-NSF和80-NSF; 80-NSF的NAG活性显著高于60-NSF和70-NSF; 4种林型之间的PEO活性无显著性差异。Pearson相关分析和冗余分析显示, 土壤TN、LFOC和DOC含量与土壤酶活性显著相关, 其中TN含量解释了酶活性变化的65.4%, 说明土壤氮含量变化可能会影响到土壤碳的水解酶活性, 同时也表明土壤微生物优先利用易分解碳和氮。因此, 次生林近60年的天然更新演替引起了TN、LFOC及DOC含量的显著下降, 导致表层土壤某些胞外酶(如βG、CBH和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 岷江冷杉原始林比早期演替阶段的次生林(<60 a)更有利于川西亚高山高海拔森林生态系统的碳氮循环。     

秦岭火地塘林区油松林土壤呼吸时空变异

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键生态过程,土壤呼吸的时空变异及其影响因子已成为生态学研究的主要内容之一。采用红外线开路气室法和便携式微气象站,连续测定了秦岭火地塘林区天然次生油松林地不同部位土壤呼吸速率和不同土层深度土壤温度和土壤体积含水率,结果表明:(1)植物生长季,试验地上部与中部、中部与下部,土壤呼吸日均值间存在显著差异。植物休眠季,全坡面土壤呼吸日均值差异不显著。同一观测部位植物生长季与休眠季,土壤呼吸日均值差异显著。观测期内全样地土壤呼吸日均值为(38.64±6.43)gm-2d-1;(2)同一地形部位不同观测月中和不同地形部位同一观测时间,土壤呼吸月均值大多存在显著差异,植物生长季和休眠季,全样地土壤呼吸均值分别为(46.98±2.21)gm-2d-1和(35.94±1.01)gm-2d-1,全样地土壤呼吸月均值为(1.18±0.20)kgm-2月-1,休眠季土壤日均呼吸约为整个观测季的43.34%;(3)当土壤温度9.0℃时,土壤温度与土壤呼吸速率间均存在显著的指数关系。回归模型的决定系数均大于0.87,均方差根不超过0.21,模型有效性系数不小于0.85,残差系数的绝对值不超过0.007。(4)植物生长季0-5cm和5-10cm土层及植物休眠季0-5cm土层,土壤呼吸日累积值均值与相应土层深度土壤体积含水率均值间存在三次函数关系,回归模型的决定系数分别为0.456,0.513和0.143;植物休眠季5-10cm土层,土壤呼吸日累积值均值与土壤体积含水率均值间存在幂函数关系,回归模型的决定系数为0.650。