神农架海拔梯度上4种典型森林凋落物现存量及其养分循环动态

研究神农架地区典型森林凋落物现存量及其养分动态对认识我国北亚热带森林生态系统养分循环过程及森林碳循环的机理具有重要的参考价值。通过对神农架海拔梯度上4种典型森林常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林及亚高山针叶林凋落物年凋落量及其养分归还量的研究,发现:森林凋落物量随海拔增加呈现先上升后降低的趋势,由低海拔到高海拔,凋落物年凋落量分别为6807.97、7118.14、6975.2和4250.67 kg/hm²。各森林类型凋落物量年变化呈双峰型,高峰期出现在4-5月份、11月份。凋落物养分归还以N 最高(132.06、162.29、157.12和185.77 kg/hm²),以P最少(4.62、4.39、8.24和4.15 kg/hm²),养分归还总量随海拔高度增加而减少。     

鼎湖山森林凋落物量及营养元素含量研究

 本文研究了鼎湖山南亚热带常绿阔叶林和针叶林的凋落物量及凋落物中主要营养元素(N、P、K、Ca、Mg)的含量。8年的测定结果表明,两个森林类型的年均凋落物量(t·ha-1)及凋落物中主要营养元素的含量(t·ha-1·yr-1)分别为：常绿阔叶林9.056,0.220;针叶林2.695,0.032。凋落物中叶、枝和花果的百分组成及凋落特征各异。鼎湖山南亚热带常绿阔叶林的年均凋落物量低于热带雨林而高于暖温带落叶阔叶林,说明不同气候带的森林类型,其凋落物量是有差异的。与针叶林相比较,常绿阔叶林的凋落物量较大,凋落物中主要营养元素的含量较高,凋落物的分解速率也较快,因此从提高森林的质量和增强森林的生态效益来考虑,在造林绿化上应提倡多营造常绿阔叶林或针阔叶混交林。     

浙江天童地区常绿阔叶林退化对土壤养分库和碳库的影响

为了解常绿阔叶林退化对土壤碳库和养分库的影响,采用空间代替时间的研究方法,以常绿阔叶林顶级群落为参照,选择了次生常绿阔叶幼年林、次生针阔混交林、次生针叶林、灌丛和灌草丛代表不同的退化类型,分别对其土壤氮磷养分库、碳库进行了调查和分析。结果表明：土壤氮库贮量从大到小依次为,成熟常绿阔叶林、次生常绿阔叶幼年林、灌丛、次生针叶林、灌草丛和次生针阔混交林;土壤总磷含量也是在成熟林最高,次生针阔混交林和次生针叶林的总磷含量显著高于次生常绿阔叶幼年林和灌丛;土壤有机碳含量从高到低依次为：成熟常绿阔叶林,次生针叶林、次生常绿阔叶幼年林、灌丛、灌草丛和次生针阔混交林;土壤铵态氮在成熟林、灌丛和灌草丛的库容量最大,其次分别为次生幼年常绿阔叶林、次生针阔混交林,最小的为次生针叶林;硝态氮则在灌草丛的库容量最大,其次分别为次生针叶林、次生针阔混交林和成熟林针叶林,最小的为次生常绿阔叶幼年林和灌丛。统计显示,常绿阔叶林退化不仅导致土壤有机碳库含量的显著下降,也使得土壤氮磷养分库含量显著下降。可以认为,砍伐导致的大量生物量输出和森林管理措施的影响,植物种类组成的改变,土壤物理性质的改变以及养分和有机碳的主要生物化学转化环节发生改变是导致此类变化的主要因素,常绿阔叶林顶极群落土壤是该地区土壤的最大养分库和碳库。     

中国天然林凋落物量特征及其与气候因子的关系

凋落物是森林生态系统营养物质循环和能量流动过程的重要组成部分。本研究收集了1970—2017年公开发表的文献,整理筛选出373组天然林凋落物数据,建立了中国天然林凋落物量数据库,在全国尺度上分析了中国天然林凋落物的产量、组成特征、季节动态及其与温度和降水两个气候因子的关系。结果表明:中国天然林年均凋落物量为(5.33±2.87) t·hm~(-2);在全国尺度上,凋落物量表现为雨林常绿阔叶林针阔混交林落叶阔叶林针叶林;不同气候带中,亚热带阔叶林和针阔混交林凋落物量显著高于温带,亚热带针叶林与温带针叶林凋落物间无显著差异;所有天然林中,凋落叶是凋落物的主要组成部分,占凋落物总量的67.49%±9.75%,枝条、繁殖体和其他组分比例分别为16.45%±7.30%、8.16%±5.18%和7.88%±5.72%;其中,落叶阔叶林凋落叶在总凋落物中的比例最高,为75. 07%±9.92%,其他森林类型之间无显著差异;整体而言,中国天然林凋落物季节动态呈双峰型,凋落峰值出现在每年的4月和10月;不同森林类型中,雨林、落叶阔叶林凋落模式呈单峰型,针阔混交林凋落模式呈双峰型,常绿阔叶林、针叶林凋落模式呈多峰型;在全国尺度上,森林凋落物量与年均温度和年均降水量均呈显著正相关关系;不同气候带森林凋落物对水热因子的响应不尽相同;在温带地区,天然林凋落物量与年均降水量和年均温均呈显著正相关;在亚热带地区,天然林凋落物量与年均温呈显著正相关,与年均降水量无显著相关;在热带地区,雨林凋落物量与年均温呈显著负相关,与年均降水量无显著相关。本研究结果为森林生态系统营养循环的研究提供参考,并为全球气候变化背景下的碳循环研究提供数据支持。     

中亚热带4种森林凋落物量、组成、动态及其周转期

为研究亚热带次生林保护对森林生态系统养分循环等功能过程的影响。采用凋落物直接收集法,比较湘中丘陵区3种次生林(马尾松+石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎+青冈常绿阔叶林)和杉木人工林的凋落物量、组成特征及其周转期。结果表明:4种林分年凋落物量在414.4—818.2 g m-2a-1之间,3种次生林显著高于杉木人工林,3种次生林两两之间差异不显著,落叶对林分凋落物量的贡献最大,占林分凋落物量的59.9%—66.6%。杉木人工林和南酸枣落叶阔叶林的凋落物量月动态变化呈"双峰型",马尾松+石栎针阔混交林、石栎+青冈常绿阔叶林呈"不规则型"。优势树种的凋落物量对其林分凋落物量的贡献随林分树种多样性的增加而下降,杉木、马尾松凋落物量的月动态与其林分凋落物量的月动态基本呈一致变化趋势,但南酸枣、青冈、石栎没有一致的变化趋势。杉木人工林凋落物分解率最低(0.31),周转期最长(3.2 a),南酸枣落叶阔叶林分解率最高(0.45),周转期最低(2.2 a),凋落物的分解速率和周转随林分树种多样性增加而加快。可见,次生林凋落物量大,且分解快,周转期短,有利于养分归还和具有良好地力维持的能力。     

浙江西天目山主要森林类型的苔藓多样性比较

苔藓是森林的重要组分, 是森林保护区的重要保护对象, 在物种资源和生态系统功能维护中有重要作用。该研究以浙江西天目山国家自然保护区内7种主要森林类型(落叶矮林、落叶阔叶林、常绿-落叶阔叶混交林、常绿阔叶林、针阔混交林、针叶林和竹林)内的苔藓植物为对象, 调查了32个10 m × 10 m的样地, 记录地面生苔藓植物盖度和树附生苔藓植物多度, 采用重要值、相似性系数、多样性指数分析了森林类型间的苔藓植物多样性差异。共采集969份标本, 隶属41科84属142种, 其中苔类植物13科18属33种, 藓类植物28科66属109种, 优势科为灰藓科、青藓科和羽藓科。2种混交林(常绿-落叶阔叶混交林和针阔混交林)的物种丰富度和多样性指数均高于其余5种森林, 其中物种丰富度以针阔混交林最高, 苔藓植物多样性则以常绿-落叶阔叶混交林最高, 竹林两者均为最低。海拔等环境因子较为接近的植被类型的苔藓植物多样性相似性较高, 常绿阔叶林与针叶林相似性最高, 而落叶矮林和竹林相似性最小。     

凋落物输入对中亚热带不同森林细根生物量及分布的影响

在全球变化背景下,植物凋落物输入的改变对森林生态系统地下生态过程具有重要的影响。中亚热带森林中,细根进入凋落物层生长是一种常见现象,然而凋落物量的改变对细根生长影响的研究较少。通过对中国中亚热带针叶林、针阔混交林及常绿阔叶林这3种典型森林进行地上凋落物添加和去除实验,研究不同凋落物处理水平下细根生物量、垂直分布及形态特征的变化。结果表明:与对照(CK)相比,地上凋落物去除(LR)分别导致针叶林和针阔混交林细根总生物量显著降低40.3%和37.5%,而凋落物添加(LA)使常绿阔叶林中的细根总生物量明显提高了19.4%。不同层次的细根生物量对凋落物处理的响应不同,从针叶林到常绿阔叶林,凋落物量的改变对细根的垂直分布的影响加剧。LA处理明显提高常绿阔叶林凋落物层的细根生物量百分比(相比对照提高了10.6%)以及降低7.5—15 cm土层的细根生物量百分比(相比对照降低了10.4%)。凋落物层中生长的细根生物量和凋落物层厚度呈高度线性相关(R~2=0.742,P0.01),并且和凋落物层生物量也呈显著线性相关(R~2=0.521,P0.01)。3种森林类型细根的根长密度(RLD)和比根长(SRL)变化趋势与细根所处的层次紧密相关,而不同凋落物处理对它们的影响均不明显,说明细根对养分的获取策略表现为在养分丰富的凋落物层和表土层投资更多的生物量和更活跃的代谢,而不是改变细根形态的表型可塑性。     

武夷山不同海拔森林表层土壤轻组有机质特征

土壤轻组有机质是土壤有机质的重要组分,研究轻组有机质在不同森林生态系统土壤中的变化规律对理解土壤有机质形成与转换具有重要意义。以福建省武夷山国家级自然保护区不同海拔的常绿阔叶林（海拔600 m）、针阔混交林（海拔1000 m）和针叶林（海拔1400 m）为研究对象,利用密度分组方法分离了表层（0-5 cm和5-10 cm）土壤轻组有机质,研究了不同海拔森林土壤轻组有机质特征及其影响因素。结果表明：针阔混交林表层土壤的轻组有机质含量大于针叶林和常绿阔叶林（P < 0.05）,并且轻组有机碳的含量变化亦是如此（P < 0.05）,而轻组有机氮的含量无显著差异（P > 0.05）。表层土壤对应土层的轻组C：N大于土壤C：N,针阔混交林轻组C：N和土壤C：N均大于其他林分类型。0-5 cm与5-10 cm土层针阔混交林的轻组有机碳、氮储量均大于针叶林和常绿阔叶林（P < 0.05）,并且针阔混交林的轻组有机碳、氮储量所占土壤有机碳与总氮的比重均大于其余两种林分。0-10 cm土层针叶林土壤有机碳与总氮含量与储量最高,并随海拔降低而减小,但差异不显著（P > 0.05）。相关分析结果表明,轻组有机碳、氮储量与SOC、DOC、MBC和细根生物量具有显著相关关系（P < 0.05）,而与年凋落物量无关（P > 0.05）,说明地下细根可能是土壤轻组有机质的重要来源。因此,在未来气候和植被变化共同作用下,地下细根对土壤轻组有机质的形成可能具有不可忽视的作用。     

中国四种森林类型主要优势植物的C∶N∶P化学计量学特征

为了评价不同森林类型的生态化学计量特征的差异,以吉林长白山温带针阔混交林、广东鼎湖山亚热带常绿阔叶林、云南西双版纳热带季雨林和江西千烟洲亚热带人工针叶林为研究对象,通过对2007年4月-2008年5月4种典型区域森林植物叶片和凋落物的碳(C)氮(N)磷(P)元素质量比与N、P再吸收率的分析,探讨了4种森林类型N、P养分限制和N、P养分再吸收的内在联系.结果表明:1)从森林类型上看,温带针阔混交林叶片的C∶N∶P为321∶13∶1,亚热带常绿阔叶林叶片的C∶N∶P为561∶22∶1,热带季雨林叶片的C∶N∶P为442∶19∶1,亚热带人工针叶林叶片的C∶N∶P为728∶18∶1;凋落物的C∶N∶P也是亚热带人工林最高,达1950∶27∶1,温带针阔混交林的最低,为552∶14∶1,热带季雨林的为723∶24∶1,亚热带常绿阔叶林的为1305∶35∶1,不同森林类型凋落物的C∶N∶P的计量大小关系与叶片的结果一致;2)从植物生活型上看,常绿针叶林叶片的C∶N均显著高于常绿阔叶林及落叶阔叶林;叶片C∶P与森林类型的关系并不十分密切;常绿阔叶林叶片的N∶P最高,常绿针叶林次之,落叶阔叶林最低;3)植物叶片的N∶P与月平均气温有显著的负相关关系,但叶片的C∶P基本不受月平均气温影响,叶片的C、N、P计量比与降水的线性关系不显著;4)高纬度地区的植物更易受N元素限制,而低纬度地区植物更易受P元素的限制;但受N或P限制的植物并不一定具有高的N或P再吸收率.研究结果表明,不同类型森林的叶片与凋落物的化学计量特征具有一致性,但是环境因子对不同类型植物化学计量比的影响并不相同.     

中国四种森林类型主要优势植物的C:N:P化学计量学特征

为了评价不同森林类型的生态化学计量特征的差异, 以吉林长白山温带针阔混交林、广东鼎湖山亚热带常绿阔叶林、云南西双版纳热带季雨林和江西千烟洲亚热带人工针叶林为研究对象, 通过对2007年4月-2008年5月4种典型区域森林植物叶片和凋落物的碳(C)氮(N)磷(P)元素质量比与N、P再吸收率的分析, 探讨了4种森林类型N、P养分限制和N、P养分再吸收的内在联系。结果表明: 1)从森林类型上看, 温带针阔混交林叶片的C : N : P为321 : 13 : 1, 亚热带常绿阔叶林叶片的C : N : P为561 : 22 : 1, 热带季雨林叶片的C : N : P为442 : 19 : 1, 亚热带人工针叶林叶片的C : N : P为728 : 18 : 1; 凋落物的C : N : P也是亚热带人工林最高, 达1 950 : 27 : 1, 温带针阔混交林的最低, 为552 : 14 : 1, 热带季雨林的为723 : 24 : 1, 亚热带常绿阔叶林的为1 305 : 35 : 1, 不同森林类型凋落物的C : N : P的计量大小关系与叶片的结果一致; 2)从植物生活型上看, 常绿针叶林叶片的C : N均显著高于常绿阔叶林及落叶阔叶林; 叶片C : P与森林类型的关系并不十分密切; 常绿阔叶林叶片的N : P最高, 常绿针叶林次之, 落叶阔叶林最低; 3)植物叶片的N : P与月平均气温有显著的负相关关系, 但叶片的C : P基本不受月平均气温影响, 叶片的C、N、P计量比与降水的线性关系不显著; 4)高纬度地区的植物更易受N元素限制, 而低纬度地区植物更易受P元素的限制; 但受N或P限制的植物并不一定具有高的N或P再吸收率。研究结果表明, 不同类型森林的叶片与凋落物的化学计量特征具有一致性, 但是环境因子对不同类型植物化学计量比的影响并不相同。     

天童常绿阔叶林不同退化群落的凋落物特征及与土壤养分动态的关系

 该研究以浙江天童常绿阔叶林及退化群落的凋落物特征为内容,探讨了养分归还和土壤养分动态之间的联系。结果显示：1)常绿阔叶林退化显 著降低了凋落物的年凋落量,从成熟常绿阔叶林的13.03 Mg·hm^－2下降到灌丛的6.38 Mg·hm^－2。2)凋落物氮含量在成熟群落至灌丛阶段下降显 著,而磷含量无明显递减规律;氮磷归还量均随常绿阔叶林退化显著下降。 3)凋落物特征（年均值）与土壤养分的相关分析表明,土壤氮磷含 量与凋落物凋落量间呈显著线性正相关;土壤氮含量与凋落物氮含量间无显著线性关系,而与氮归还量呈显著线性正相关(p<0.05);土壤总磷 含量与凋落物磷含量和磷归还量间均呈显著线性正相关( 磷含量:p<0.01; 磷归还量: p<0.001);土壤无机氮含量与凋落物各特征间无显著相关 关系;土壤氮素硝化速率与凋落物凋落量和氮归还量间呈显著线性正相关(凋落物凋落量:p<0.01; 氮归还量: p<0.005),而与凋落物氮含量无 显著线性关系,与之相比,土壤氮素矿化速率与凋落物特征间均不存在显著线性关系。可以认为,在常绿阔叶林退化过程中,由于不同植物在 养分归还特征上的差异,导致了养分归还量的下降,从而使土壤养分库的物质来源减少,但是,群落结构简化而导致的非生物要素的改变,对 控制土壤生物过程发挥着更大的作用。     

南亚热带典型森林演替类型粗死木质残体贮量及其对碳循环的潜在影响

森林生态系统中的粗死木质残体(Coarse woody debris, CWD)不仅能够为其它生物提供生境,维持森林结构,而且对生物地球化学循环起着不可忽视的作用,CWD作为森林生态系统中重要的结构和功能元素,已经引起广泛关注。然而,华南地区典型亚热带森林生态系统中CWD的结构和功能方面的研究很少。该文报道了鼎湖山自然保护区内典型南亚热带森林生态系统中CWD的贮量及其特征,所选择的森林包括马尾松(Pinus massoniana)林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林,它们分别代表该气候区域内处于森林演替早期、中期和后期3个阶段的森林类型。其中马尾松林和针阔叶混交林都起源于20世纪30年代人工种植的马尾松纯林,由于长期受到包括收割松针、CWD和林下层植物等在内的人为活动的干扰,到2003年调查时马尾松林仍属于针叶林;而混交林样地自种植之后就未受到人为活动的干扰,自然过渡为针阔叶混交林类型。人为干扰对马尾松人工林的结构和功能产生了巨大的影响,马尾松林的生物量仅为针阔叶混交林生物量的35%。组成马尾松林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林CWD的树种数量分别为7、18和29;马尾松林中几乎没有CWD存在(贮量仅为0.1 Mg C·hm^-2),针阔叶混交林CWD的贮量为8.7 Mg C·hm^-2,季风常绿阔叶林CWD的贮量为13.2 Mg C·hm^-2,分别占地上部分生物量的9.1%和11.3%;针阔叶混交林和季风常绿阔叶林中只有将近10%的CWD以枯立的方式存在。该区域内CWD的分解速率较快,在区域碳循环中将扮演重要角色,保留林地中的CWD是维持本区域森林生产力和森林可持续管理的重要举措。     

中国4种典型森林中常见乔木叶片的非结构性碳水化合物研究

植物叶片的非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates,NSC)不仅为植物的代谢过程提供重要能量,还能一定程度上反映植物对外界环境的适应策略。以温带针阔混交林(长白山)、温带阔叶林(东灵山)、亚热带常绿阔叶林(神农架)和热带雨林(尖峰岭)4种森林类型的树种为研究对象,利用蒽酮比色法测定了163种常见乔木叶片可溶性糖、淀粉和NSC(可溶性糖+淀粉)含量,探讨了不同森林类型植物叶片NSC的差异及其地带性变化规律。结果显示：（1）从森林类型上看,植物叶片NSC含量从北到南递减,即温带针阔混交林(170.79 mg/g)>温带阔叶林(100.27 mg/g)>亚热带常绿阔叶林(91.24 mg/g)>热带雨林(80.13 mg/g)。（2）从生活型上看,无论是落叶树还是阔叶树,其叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量均表现为：温带针阔混交林>温带阔叶林>亚热带常绿阔叶林>热带雨林;北方森林叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量均表现为落叶树种>常绿树种,或阔叶树种>针叶树种。（3）森林植物叶片NSC含量、可溶性糖与淀粉含量比值与年均温和年均降水量均呈显著负相关。研究表明,森林植物叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量以及可溶性糖与淀粉含量比值均具有明显的从北到南递减的地带性规律;其NSC含量以及可溶性糖与淀粉含量比值与温度和水分均呈显著负相关的变化规律可能是植物对外界环境适应的重要机制之一。该研究结果不仅为阐明中国主要森林树种碳代谢和生长适应对策提供了数据基础,而且为理解区域尺度森林植被对未来气候变化的响应机理提供新的视角。     

广州三种森林粗死木质残体（CWD）的储量与分解特征

粗死木质残体(Coarse Woody Debris, CWD)对森林生态系统的稳定性具有不可忽视的贡献.对广州3种森林CWD的储量与分解特征进行了调查分析,结果表明:(1)CWD储量及其与相应森林总生物量比值均表现为常绿阔叶林>针阔混交林>针叶林;枯立木与倒木为CWD的主要成分,其中,针叶CWD主要物种为马尾松(Pinus massonianai),阔叶CWD物种主要为荷木(Schima superba)与黄杞(Engelhardtia chrysolepis)等.(2)CWD径级主要集中在<10cm的范围内,存在状态主要为中级腐烂状态,干扰与竞争是3种森林CWD产生的主要因素.(3)针叶林、针阔混交林与常绿阔叶林CWD的分解常数k分别为0 0244、0.0407和0.0487,即分解速率为常绿阔叶林>混交林>针叶林;随着CWD的分解,N、P与木质素的含量逐渐升高,C、C/N与木质素/N呈降低趋势.     

Effects on nutrient cycling of conifer restoration in a degraded tropical montane forest

Background and aims

Exotic coniferous species have been used widely in restoration efforts in tropical montane forests due to their tolerance to adverse conditions and rapid growth, with little consideration given to the potential ecological benefits provided by native tree species. The aim of this study was to elucidate differences in litterfall and nutrient flow between a montane oak forest (Quercus humboldtii Bonpl.) and exotic coniferous plantations of pine (Pinus patula Schltdl. & Cham.) and cypress (Cupressus lusitanica Mill.) in the Colombian Andes.

Methods

Litter production, litter decomposition rate, and element composition of leaf litter were monitored during 3 years.

Results

Litter production in the oak forest and pine plantation was similar, but considerably lower in the cypress plantation . Similar patterns were observed for nutrient concentrations in litterfall, with the exception of Ca which was three times higher in the cypress plantation. The annual decay rate of litter was faster in the montane oak forest than in either of the exotic coniferous plantations. The potential and net return of nutrients to the forest floor were significantly higher in oak forest than in the exotic coniferous plantations.

Conclusions

Future restoration programs should consider new species that can emulate the nutrient flow of native broadleaf species instead of exotic species that tend to impoverish soil nutrient stocks in tropical montane forests.     

西双版纳不同海拔热带雨林凋落量变化研究

在3个海拔梯度(600、1 100和1 600 m)选取8块热带雨林样地,研究了印度季风环境下西双版纳热带季节雨林和山地雨林的凋落动态随海拔的变化及其与气候的关系。在3个梯度上,年平均温度分别为22.1、20.1和16.6 ℃,年平均温度递减率为-0.005 3 ℃·m^-1。随海拔增加,年平均降雨量增加(分别为1 532、1 659和2 011 mm),但旱季的降雨量基本相同(282~295 mm);年蒸发量变化较小(分别为1 369、1 374和1 330 mm);年平均空气相对湿度降低(分别为86%、81%和84%),旱季后期湿度降低更明显;样地土壤含水显著增加。热带季节雨林凋落量(1 072~1 285 g·m^-2·a^-1)显著高于热带山地雨林凋落量(718~1 014 g·m^-2·a^-1)。凋落量和凋落进程变异系数与海拔之间存在线性显著负相关,凋落量与温度线性显著正相关而与降雨量显著负相关。旱季凋落高峰受到空气相对湿度和土壤含水量影响,随海拔增加空气相对湿度降低使得海拔1 105~1 720 m的凋落高峰提前,但土壤含水量继续增加又会使凋落高峰推后。研究结果得出:1)热带季节雨林凋落量与东南亚热带潮湿雨林相近;2)旱季水分限制随海拔增加而变化,影响凋落高峰出现时间;3)随海拔增加,热带山地雨林凋落年进程由季节性向平稳过渡。