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.     

土地利用变化对川西米亚罗林土壤活性碳库的影响

为了揭示土地利用变化对土壤活性有机碳库的影响,在四川省亚高山米亚罗林区,以原始冷杉林(M-Y)和由原始林转化成的45年龄云杉人工林(M-60)、25年龄云杉人工林(M-80)和菜地(M-C)等4种土地利用类型为研究对象,进行了土壤的微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WDOC)和易氧化有机碳(LOC)的含量和季节变化研究.结果表明,土地利用变化明显影响土壤活性有机碳组分的含量,其中微生物量碳和水溶性有机碳的变化趋势为M-Y>M-60>M-80>M-C,易氧化有机碳的变化趋势则为M-60>M-Y.土地利用变化没有改变活性有机碳各组分的垂直分布,各组分均随着土层深度的增加而降低,季节变化幅度较小,但枯落物层和表层土壤的变化幅度明显高于深层土壤,而各组分的分配比例变化幅度明显小于活性有机碳含量的变化.     

不同土地利用模式对辽东山区土壤微生物群落多样性的影响

运用Biolog-Eco技术对辽东山区蒙古栎林、灌木林、人工落叶松林、人工红松林和玉米农田的土壤微生物群落进行研究,分析土壤理化性质与土壤微生物多样性间的相关性,以及不同土地利用模式对辽东山区土壤微生物的影响.结果表明: 蒙古栎林全C和全N含量最高,分别为57.74和4.40 g·kg^-1,灌木林次之,玉米地最低,分别为17.46和1.31 g·kg^-1.不同土地利用模式下土壤微生物群落代谢活性差异显著,总碳源的利用能力(平均吸光值)依次为蒙古栎林>灌木林>人工落叶松林>人工红松林>玉米地,玉米地土壤微生物代谢最慢,活性最弱.玉米农田土壤微生物的Shannon指数(2.997)、Simpson指数(0.942)、McIntosh(5.256)指数均显著低于其他土地利用模式.平均吸光值(AWCD)与Simpson指数和McIntosh指数显著相关.酯类、醇类和胺类是分异作用的主要碳源,这可能是林分凋落物、土壤养分、土壤特异性微生物等共同作用的结果.林地开垦后,土壤养分急剧下降,土壤微生物群落的功能多样性降低,造成土壤质量下降,该地区应保持阔叶蒙古栎林,这有助于土壤肥力恢复.     

高山森林三种细根分解初期微生物生物量动态

为了解川西高山森林凋落物分解过程的微生物生物量特征,采用凋落物分解袋法,测定了粗枝云杉(Picea asperata)、岷江冷杉(Abies faxoniana)和红桦(Betula albosinensi)细根分解几个关键时期微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和磷(MBP)的动态特征。3个树种细根分解过程中的MBC均表现为在土壤深冻期下降至全年最低点后缓慢上升,至土壤融冻中期再次下降,到生长季节增长的趋势。然而,粗枝云杉与岷江冷杉细根分解过程中的MBC最大值出现在生长季节末期,红桦细根分解过程中的MBC最大值出现在土壤冻结初期。3个树种细根分解过程中的MBN表现出相似的动态规律:土壤深冻期急剧下降至全年最低,随后在冻融季节无显著变化,生长季节明显增加,到生长季节末期达到全年最大值。另外,粗枝云杉和岷江冷杉细根分解过程中MBP均随着分解的进行呈现增加趋势,而红桦细根分解过程中的MBP在土壤融冻末期出现最大值,在生长季节中期出现另一峰值,生长季节末期明显下降。这些结果表明冬季细根分解过程中仍存在一定的土壤微生物,但受到细根质量、温度及其驱动的环境因子的深刻影响。     

川西亚高山暗针叶林不同恢复阶段红桦、 岷江冷杉土壤种子损耗特征

在川西亚高山米亚罗林区海拔3 100—3 600 m阴坡、半阴坡,以立地条件基本一致的箭竹和藓类林型不同恢复阶段(20—40年生的箭竹-阔叶林、藓类-阔叶林,50年生的箭竹-针阔混交林、藓类-针阔混交林、160—200年生的箭竹-暗针叶老龄林、藓类暗针叶老龄林)的群落为研究对象,于种子成熟散落前(8月)采集土壤样品,应用网筛分选法结合体视显微镜挑选种子,实验室发芽试验法和四唑染色法对种子生活力进行测定,分析了土壤内先锋树种红桦(Betula albo-sinensis)和顶极树种岷江冷杉(Abiesfaxoniana)的残余种子总数、组分及其分布格局;采用样方法调查了红桦和岷江冷杉的1年生幼苗密度。结果表明:1)随着森林的恢复,红桦的残余种子总数、外形完整种子数、发育不全种子数、空粒种子数和腐烂种子数呈减少的趋势,而岷江冷杉则相反。箭竹林型不同恢复阶段红桦的残余种子总数、外形完整种子数、发育不全种子数、空粒种子数和腐烂种子数总体上大于藓类林型相应恢复阶段。岷江冷杉的残余种子总数、外形完整种子数、发育不全种子数、空粒种子数、腐烂种子数的最大值均出现在藓类-暗针叶老林龄;2)在阔叶林和针阔混交林阶段,红桦和岷江冷杉的种子组分所占比例最高的分别为腐烂种子和发育不全种子,在暗针叶老龄林阶段,红桦的腐烂种子和空粒种子的比例位居前列,而岷江冷杉的外形完整种子比例最大;3)随着土层深度的增加,红桦和岷江冷杉的外形完整种子数、发育不全种子数、空粒种子数和腐烂种子数均呈减少的趋势。红桦和岷江冷杉不同组分的种子在枯枝落叶层所占地比例在72.85%—94.28%;4)红桦的1年生幼苗密度随着森林的恢复逐渐减小,而岷江冷杉的1年生幼苗密度随着森林的恢复逐渐增大。在8月份,土壤中已经不存在红桦和岷江冷杉有生活力的种子,两种植物的种子只能形成短暂土壤种子库。     

Effects of forest gap on hemicellulose dynamics during foliar litter decomposition in an subalpine forest

 亚高山森林林窗可能通过改变冬季雪被格局和生长季水热环境影响林窗内凋落物中半纤维素的分解动态, 但目前对此还缺乏研究。采用凋落物分解袋法, 以亚高山森林5种典型物种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albosinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)、方枝柏(Sabina saltuaria)和高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落物为研究对象, 研究雪被形成期、雪被覆盖期、雪被融化期和生长季节从林窗中心、林冠林窗、扩展林窗到郁闭林下物种凋落物的半纤维素变化特征。经历一年分解后, 5种凋落物的半纤维素均呈现净累积现象。针、阔叶凋落物半纤维素分别在雪被覆盖期和融化期表现出相对较高的损失率。在雪被覆盖期和融化期, 凋落物半纤维素在林窗中心和林冠林窗具有相对较高的损失率; 而在生长季节, 林窗中心呈现相对较低的凋落物半纤维素累积率。统计分析结果表明凋落物分解过程中半纤维素损失率与环境因子和凋落物质量因子均显著相关。这些结果表明亚高山森林林窗对凋落物分解过程中半纤维素损失率具有显著影响, 分别促进了半纤维素在冬季的损失以及抑制了半纤维素在生长季节的累积, 意味着亚高山森林林窗的形成有利于凋落物半纤维素的降解。     

川西亚高山三种天然次生林土壤微生物多样性变化特征

开展川西亚高山相似土壤母质背景下天然次生林土壤微生物群落结构及其多样性探究,可加深次生林更新过程中土壤微生物群落结构变化的认知。选取川西米亚罗林区20世纪60年代采伐后经自然更新恢复形成的3种天然次生林（槭-桦阔叶林,ABB;桦-槭-冷杉针阔混交林,BAA;岷江冷杉林,AFF）,分析林下表层（0-20 cm）土壤微生物群落结构变化及其影响因素,结果显示：（1）3种林型土壤细菌Chao1和Shannon指数均极显著高于真菌,但仅真菌群落的Shannon指数差异显著,表现为BAA > ABB > AFF;（2）细菌群落优势门主要为变形杆菌门、酸杆菌门、疣微菌门、拟杆菌门、绿弯菌门,相对丰度占比超过82%;真菌群落则为子囊菌门和担子菌门,占比超过85%,AFF担子菌门相对丰度最高而子囊菌门最低。（3） RDA分析显示,土壤pH和乔木物种多样性（Shannon指数）是影响微生物群落结构变化的主导因子;土壤养分元素对细菌群落影响不显著,真菌群落主要受TN、TP含量显著影响。总体上,林型间乔木层物种多样性、土壤酸碱度及其氮磷含量是导致微生物群落结构变化的关键因素。     

土地利用变化对土壤有机碳贮量的影响

通过对比分析六盘山林区典型天然次生林(杂灌林、山杨和辽东栎林)与农田、草地及农田、草地与人工林(13、18和25年生华北落叶松)邻近样地土壤有机碳含量和密度及其在土壤剖面上分布的差异,研究了天然次生林变成农田或草地及农田或草地造林后对土壤有机碳贮量的影响,结果表明,土壤有机碳含量方面,农田和草地比天然次生林分别低54％和27％,差异主要在0～50cm土层;农田和草地比人工林分别低42％和26％,差异主要在0～40cm土层,土壤有机碳密度方面,农田和草地比天然次生林分别低35％和14％,差异主要在0～50cm土层;农田比人工林低23％,草地比人工林高4％,差异主要在0～30cm土层．天然次生林和人工林土壤有机碳含量和密度随土层加深而递减的幅度比农田或草地大．这些差异主要由土地利用变化引起的土壤有机碳输入与输出及根系分布的变化所致．结果说明六盘山林区天然次生林破坏变成草地或农田后土壤有机碳含量和密度(主要是0～50cm土层)将下降,而农田中造林后土壤有机碳含量和密度(主要是0～30cm土层)又将增加,草地上造林后土壤有机碳含量增加而密度变化不大。另外,土壤有机碳含量和密度在土壤剖面上的分布也将随土地利用变化而发生改变。     

基于土地利用变化的热带植物群落功能性状与土壤质量的关系

为了明确热带天然林转变为橡胶林和槟榔后土壤质量变化,揭示土地利用变化下植物群落功能性状对土壤质量影响。在海南中部山区,以原始林(PF)、次生林(SF)、槟榔(Areca catechu)林(AP)、纯橡胶(Hevea brasiliensis)林(RP)和橡胶益智(Alpinia oxyphylla)林(RAP)为对象,探索天然林退化后土壤性质和质量变化,分析了植物群落功能性状(凋落物量、郁闭度、根长密度、细根密度和比根长)对土壤质量影响。结果表明:1)与原始林相比,其他土地利用类型凋落物量、根长密度、细根密度、土壤总孔隙度、最大持水量、土壤有机碳和总氮显著降低,土壤容重显著增加。人工林土壤碱解氮明显降低,但总磷、总钾和缓效钾明显升高(P0.05)。2)与原始林相比,次生林、槟榔林、纯橡胶林和橡胶益智林土壤质量指数分别降低63.4%、85.8%、81.2%和84.1%,随原始林、次生林和人工林梯度土地利用强度的增加,土壤质量显著降低(P0.05),但人工林间土壤质量无显著差异。3)凋落物量、郁闭度、根长密度和细根密度均与土壤质量指数显著正相关(P0.05),细根密度对土壤质量的直接影响效应最大,凋落物间接影响效应最大。天然林转变为橡胶和槟榔林显著改变土壤性质和质量,群落性状细根密度和凋落物可较好解释土壤质量变化,强化人工林林下植被和凋落物管理有利于土壤质量改善。     

季节性冻结初期川西亚高山/高山森林土壤细菌多样性

高山/亚高山显著的季节性冻结过程可能对土壤细菌多样性产生重要影响。为了解季节性冻结初期土壤完全冻结前后川西亚高山/高山森林群落土壤细菌多样性变化特征,于2008年11月5日(土壤冻结前期)—11月25日(土壤完全冻结期)期间,采用PCR-DGGE技术同步研究了原始冷杉(Abies faxoniana)林(PF)、针阔混交林(MF)和次生冷杉林(SF)的土壤细菌群落多样性变化特征。土壤完全冻结后,3个森林群落仍然具有较高的土壤细菌多样性。3个森林的土壤细菌类群总数在土壤冻结前表现为MFSFPF,但在土壤完全冻结后表现为PFMFSF。土壤冻结明显降低了土壤细菌多样性,但提高了土壤细菌群落的优势度。冻结作用对土壤细菌群落的影响随着土壤深度增加而降低,随着海拔升高而降低。这些结果表明季节性冻结过程对亚高山/高山森林土壤细菌多样性有着显著的影响,这对深入认识冬季土壤生态过程具有重要意义。