不同海拔对福建戴云山黄山松林土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响

温度、水分等多种环境因子随海拔梯度发生变化,会直接或间接影响土壤微生物生物量、群落结构以及土壤酶活性。然而关于中亚热带地区山地森林生态系统土壤酶活性变化响应的研究还是相对匮乏。戴云山山脉是中国最大的黄山松种质基因基地,本研究以中亚热带戴云山1300 m (L)、1450 m(M)、1600 m(H)的黄山松(Pinus taiwanensis)为研究对象,探究不同海拔下土壤微生物生物量和土壤酶活性如何变化及驱动土壤酶活性变化的主要的环境因子。结果表明:海拔梯度对淀积层(B)土壤的酶活性影响整体较小,在淋溶层(A)土壤中,随海拔升高,纤维素水解酶(β-葡糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH))显著降低,因此使土壤可溶性碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)随海拔升高有下降趋势。尽管酸性磷酸酶活性(ACP)随海拔升高显著增加,然而有效磷(AP)无显著变化。此外随海拔升高,微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)显著降低。冗余分析(RDA)结果发现,MBP和碳/氮比(C/N)是影响A层中土壤酶活性变化最重要的因子,而在B层中,土壤含水量(WC)和MBP对土壤酶活性起主要作用。研究表明,磷限制的亚热带地区,无机磷很容易被铁铝固定,MBP可以对土壤中的有效磷进行补充,成为影响本地区酶活性的主要因素。随海拔海拔降低,土壤有机碳、氮分解相关酶活性较高,从而加速了土壤碳、氮周转。因此,探究不同海拔梯度酶活性变化为预测中亚热带亚山地森林生态系统土壤碳、氮、磷养分循环提供了重要的理论依据,也为戴云山自然保护区黄山松林管理提供一定的科学依据。     

川西亚高山-高山土壤表层有机碳及活性组分沿海拔梯度的变化

青藏高原东缘亚高山-高山地带土壤碳被认为是我国重要的土壤碳库,作为高海拔低温生态系统,土壤碳对土壤暖化的响应可能也更加敏感。该区域亚高山森林一般分布在海拔3200 m以上,上缘接高山树线和灌丛草地,土壤有机碳含量高。海拔梯度上变化的土壤环境因子是主要土壤温度,海拔梯度上高寒土壤有机碳及活性有机碳组的分布格局,可体现海拔梯度上温度因子对土壤碳动态的影响。对沿海拔3200 m(亚高山针叶林)、3340 m(亚高山针叶林)、3540 m(亚高山针叶林)、3670 m(亚高山针叶林)、3740 m(亚高山针叶林)、3850 m(高山林线)、3940 m(高山树线)、4120 m(高山草地)的土壤表层(0-20 cm)有机碳和活性有机碳组分含量进行分析,结果表明在该海拔范围内,表层土壤总有机碳含量随着海拔的升高而增加,显示高海拔有利于土壤碳的固存;土壤活性有机碳组分中,颗粒态有机碳含量及其占总有机碳比例与海拔呈显著正相关,在海拔最高的4120 m含量和占有机碳总量比例分别达到50.81 g/kg和56.52%。在该海拔范围内海拔越高颗粒态有机碳占有机碳比例越高,显示高海拔土壤有机碳更多以土壤颗粒态碳形式贮存。微生物量碳、水溶性碳、轻组分有机碳与海拔高度没有明显的相关性,表明这些活性有机碳组分受海拔因素影响不大;易氧化有机碳含量与海拔高度显著正相关。因此,颗粒态有机碳含量及其比例可作为高海拔地带土壤活性有机碳库动态的特征指标,表征高海拔地带土壤有机碳动态与贮量受温度影响的指标。     

亚热带不同海拔黄山松林土壤磷组分及微生物特征

磷是亚热带地区植物生长必需的养分元素之一,海拔梯度可能会改变土壤-植物-微生物系统并影响土壤磷形态及有效性。了解不同海拔土壤磷组分状况,对维持山地森林生态系统可持续发展具有重要的意义。以戴云山地区不同海拔梯度(1300m和1600 m)黄山松林为研究对象,分析了土壤磷组分、微生物群落特征和磷酸酶活性。结果显示:海拔显著影响黄山松林土壤磷组分,与海拔1300 m相比,海拔1600 m处土壤总磷含量减少了48.4%—49.8%,且各磷组分(易分解态磷、中等易分解态磷和难分解态磷)含量也显著降低,淋溶层(A层)土壤的降低程度分别为45.7%、58.6%和38.7%,淀积层(B层)为82.6%、59.9%和31.1%。海拔对土壤微生物群落特征和酶活性亦有显著影响,各类微生物群落和总微生物磷脂脂肪酸含量(PLFAs),以及磷酸双酯酶(PD)活性均表现为海拔1600 m 1300 m,但酸性磷酸单酯酶(ACP)活性呈相反的趋势。冗余分析(RDA)表明,土壤磷组分主要受有机碳(SOC)调控,且SOC与有机磷组分(Na HCO3-Po和Na OH-Po)呈显著正相关;磷酸酶和外生菌根真菌(EMF)也是影响土壤磷组分变化的重要因素。研究表明,土壤有机质含量和微生物群落结构及功能的变化可能是不同海拔黄山松林土壤磷有效性的关键调控因素。     

江西官山常绿阔叶林土壤有机碳组分沿海拔的变化

对江西官山国家级自然保护区不同海拔(400、600、800、1000、1200 m)常绿阔叶林土壤总有机碳、惰性有机碳和活性有机碳进行分析,研究土壤有机碳的海拔分布特征。结果表明: 土壤总有机碳、惰性有机碳及活性有机碳含量在土壤表层最高,随土层加深而逐渐下降。随海拔升高,土壤总有机碳、惰性有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳及0～20 cm土层土壤颗粒有机碳含量均出现先增后降的趋势, 且在海拔1000 m达到峰值,而土壤水溶性有机碳及20～40 cm土层土壤颗粒有机碳含量无明显变化。在0～10 cm土层,土壤惰性有机碳占总有机碳的比例在海拔800和1200 m显著高于海拔400和1000 m,而土壤活性有机碳占总有机碳的比例在海拔400 m最高;土壤惰性有机碳和活性有机碳占总有机碳的比例在10～40 cm土层随海拔的增加均呈先增加后降低的趋势,峰值分别在1000和600 m处。各组分有机碳与土壤湿度、微生物生物量氮、可溶性有机氮均呈显著正相关,而且活性有机碳与铵态氮呈显著正相关。海拔显著影响常绿阔叶林土壤有机碳组分的分布,惰性有机碳、易氧化有机碳和微生物生物量碳对海拔变化的响应更敏感。高海拔土壤惰性有机碳和活性有机碳在水分和氮素充足条件下易发生分解与转化,降低土壤碳库的稳定性。在全球气温持续升高背景下,要加强高海拔地区森林土壤有机碳的动态变化研究。     

天山中段北坡森林土壤有机碳库稳定性组分沿海拔的分异规律

在高纬度高海拔区域气温增幅更大的背景下,高山亚高山森林土壤有机碳稳定性组分分配比关系以及由于此差异导致对增温的反馈效应均有待深入阐释。天山森林是以雪岭云杉(Picea Schrenkiana)为单优树种的温带针叶林,在天山北坡中山带(海拔约1760—2800 m)呈垂直落差超过1000 m的带状斑块分布,便于排除混交树种的影响,而量化土壤有机碳库稳定性组分分配比关系沿海拔的分异规律,及其对气候变化的响应情况。沿海拔梯度设置森林样地并分层采集土样,研究各土层土壤总有机碳库(C_SOC)、活性碳库(C_a)、缓效性碳库(C_s)、惰性碳库(C_p)、微生物量碳(MBC)在海拔梯度上的变化特征,通过碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)、土壤碳密度(SOCD),探讨天山森林土壤有机碳稳定性组分沿海拔的分异特征。结果表明：(1)随着海拔的升高,天山中段北坡云杉森林土壤C_a占比逐步升高,C_s和C_p占比逐步降低,这意味着天山中段北坡云杉...     

武夷山低海拔和高海拔森林土壤有机碳的矿化特征

研究不同海拔土壤有机碳矿化对深入认识不同海拔森林土壤有机碳动态变化具有重要意义.本文以武夷山低海拔和高海拔森林土壤为研究对象,通过室内模拟其在各自年平均气温(17、9℃)条件下的矿化培养试验,探讨土壤有机碳矿化特征的差异.结果表明:培养126 d后,尽管高海拔森林土壤的有机碳含量显著高于低海拔森林土壤,但低海拔和高海拔森林土壤在各自环境温度背景下的有机碳累积矿化量并无显著差异.一级动力学方程均能较好地模拟高低海拔森林土壤有机碳矿化特征,高海拔和低海拔森林土壤有机碳潜在矿化量(CP)和矿化速率常数均无显著差异,但低海拔土壤C_P/SOC值和矿化率显著高于高海拔土壤,表明在环境温度背景下,低海拔土壤固碳能力低于高海拔土壤.随着培养时间增加,高海拔土壤微生物生物量碳和微生物熵显著高于低海拔土壤,表明高海拔土壤微生物的碳同化量高于低海拔土壤微生物,有利于有机碳的积累.高海拔森林土壤中的β-葡萄糖甘酶和纤维素水解酶高于低海拔森林土壤,说明高海拔土壤微生物可能更多地分解活性碳.未来气候变暖可能暗示着会降低高海拔土壤有机碳固碳能力和微生物碳利用效率,从而导致土壤有机碳储量下降.     

海拔梯度变化对武夷山黄山松林土壤磷组分和有效性的影响

土壤磷（P）是植物生长必需的养分元素,也是亚热带森林生产力的主要限制元素。目前,关于不同海拔土壤P组分和P有效性的变化规律尚无统一定论,其原因主要是忽略了植被类型变化导致的P组分和P有效性对海拔的响应更为复杂。因此,以武夷山不同海拔黄山松林为研究对象,通过测定土壤环境因素、理化性质、微生物生物量（SMB）、酸性磷酸单酯酶（ACP）和磷酸双酯酶（PD）活性以及土壤P组分,探究土壤P组分和P有效性的变化及其影响因素。结果表明,随海拔降低,速效P含量显著增加,而易分解P、中等易分解P、难利用P和总磷含量显著减少。冗余分析结果表明,微生物生物量磷和微生物生物量氮是影响土壤P组分和P有效性变化的关键因素。研究表明,随海拔降低,黄山松林土壤微生物通过提高ACP、PD活性和降低SMB含量的能量分配策略,促进更多较难分解P组分的矿化,从而提高速效P含量,以满足微生物对P的需求。因此,在低海拔地区,微生物通过能量分配策略获取更多有效P,可能有利于提高武夷山黄山松林土壤速效P的供应,但从长期来看,可能使P矿化速率提高和P损耗增加,导致P库的储备不足,不利于土壤P素养分的可持续供应。     

模拟增温对武夷山不同海拔森林表层土壤碳氮及酶活性的影响

为了解亚热带森林土壤碳氮及酶活性对气候变暖的响应,以武夷山不同海拔的三种典型森林群落土壤为研究对象,采用把高海拔土柱置换到低海拔的方式模拟增温,探究模拟增温对土壤碳、氮、磷循环相关酶活性及土壤理化性质的影响。结果表明:土柱置换后海拔梯度上土壤温度平均增加2℃。土柱置换模拟增温导致高海拔(1400 m)土壤有机碳下降幅度最大;不同海拔土壤铵态氮、硝态氮、微生物生物量碳均呈下降趋势,仅高海拔达到显著水平。土柱置换对各海拔土壤水解酶活性影响较大,而对氧化酶活性没有显著影响。相反,土柱置换增温增加了各海拔土壤归一化酶活性,且高海拔土壤归一化酶活性对增温的响应程度比低海拔更大。冗余分析结果发现,土壤有机碳、可溶性有机碳、土壤温度和含水率是影响土壤酶活性变化最重要的因子。本研究表明模拟增温对高海拔土壤碳氮循环过程影响较大,其机制主要是通过提高微生物活性和分泌酶的能力来影响土壤碳氮循环过程。     

川西高寒山地灌丛草甸不同海拔土壤有机碳矿化的季节动态

为探明高寒山地灌丛草甸不同海拔土壤碳矿化潜力,选取折多山3800 m、4000 m、4200 m 3个海拔梯度的灌丛草甸,采用室内培养法测定不同季节土壤累积矿化量和矿化速率,运用一级动力学方程对土壤碳矿化过程进行拟合,并分析不同海拔土壤活性碳组分季节变化及累积矿化量与土壤环境因子的关系。结果表明:土壤累积矿化量及活性碳组分均呈现出0—20 cm土层显著高于20—40 cm土层,且夏季最高的季节变化,而海拔变化趋势不一致,但大体呈现出3800 m灰化土最大。土壤碳矿化速率随着培养时间的推移逐渐降低慢慢趋于平缓,且前21 d降低幅度显著高于后21 d。各海拔C_0和C_0/SOC均夏季最高,表明高寒灌丛草甸夏季土壤固碳能力最低,且3800 m灰化土固碳能力最低。土壤碳矿化与土壤全氮、有机碳、活性碳显著相关,且微生物量碳更能直接影响土壤碳矿化。土壤碳矿化季节性变化受土壤理化性质和环境因素综合影响,这些因子共同作用使得土壤有机碳库各组分发生复杂变化,所以对于高寒灌丛草甸地区植被多样性的保护及夏季牧场的合理控制至关重要。     

川西卧龙岷江冷杉林土壤有机碳组分与氮素关系随海拔梯度的变化特征

土壤碳氮沿海拔梯度变化及其耦合关系是山地生态系统碳氮循环研究的重要内容。为分析不同土层土壤有机碳,土壤全氮及有机碳活性组分在海拔梯度上的分布规律及相互之间的耦合关系,选取亚高山物种岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林为研究对象,以卧龙邓生野牛沟岷江冷杉原始林2920—3700 m的样地调查数据为基础,分析不同土层土壤碳氮及活性组分沿海拔的变化规律,总结土壤有机碳稳定性沿海拔主要规律,从土壤有机碳活性组分和碳氮关系的角度揭示其对土壤有机碳沿海拔变化的影响。结果表明:1)腐殖质层土壤有机碳(SOC)随海拔升高逐渐增加,与温度显著负相关,轻组有机碳(LFOC)及颗粒态有机碳(POC)随海拔上升均表现先增加后降低的趋势,土壤全氮(TN)随海拔变化不显著,但林线处LOFC、POC和TN均显著增加;0—10 cm土壤有机碳及全氮则表现为双峰特征,峰值分别在3089 m和3260 m处,与年均温度无显著关系。2)LFOC及POC在腐殖质层和0—10 cm土层中所占比例较大,是表征土壤有机碳含量沿海拔变化规律的主要活性组分,腐殖质层LFOC/SOC和POC/SOC随海拔上升逐渐增高,0—10 cm层则逐渐降低,暗示腐殖质层有机碳稳定性沿海拔逐渐降低,0—10 cm有机碳稳定性逐渐升高。3)SOC与TN显著正相关,SOC是影响TN的主要因子,但腐殖质层TN与有机碳活性组分无显著相关关系。4)土壤C/N和微生物量C/N在3177 m大于25:1,是引起土壤有机碳含量显著降低的主要因素。     

海拔梯度变化对中亚热带黄山松土壤微生物生物量和群落结构的影响

全球变暖对陆地生态系统造成一系列生态问题,使这些问题将随着全球平均气温的升高而进一步加剧。海拔梯度变化是研究气候变暖对陆地生态系统影响的一种重要手段。目前为止利用海拔梯度对微生物影响的研究尚未定论,其主要原因是忽略了植被类型的影响。因此,以中亚热带戴云山的3个海拔(1300、1450、1600 m)的黄山松(Pinus taiwanensis)林为研究对象,探究沿海拔梯度的变化,森林土壤微生物生物量和微生物群落结构的响应变化。结果表明:土壤碳氮磷养分(SOC、TN、TP)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)和丛枝菌根真菌(AMF)、革兰氏阴性菌(GN)、真菌(Fungi)、总磷脂脂肪酸(T_(PLFA)),细菌∶真菌(F∶B)均随海拔升高显著下降,而革兰氏阳性菌∶革兰氏阴性菌(GP∶GN)随海拔升高呈相反的趋势。冗余分析(RDA)表明,温度(T)和可溶性有机氮(DON)是影响微生物群落结构的最重要的环境因子。研究表明:与1600 m海拔相比,1300 m海拔温度较高,土壤有机质矿化作用较强,土壤速效养分及微生物生物量随之增加,从而提高(Fungi)、细菌(Bacteria)等。因此,未来气候变暖将通过改变土壤碳氮磷养分来影响本区域微生物群落组成结构。这对进一步深入了解气候变化对山地生态系统土壤养分循环过程具有重要意义。     

戴云山黄山松群落与环境的关联

基于戴云山黄山松群落类型31个样地(20 m×20 m)野外调查,筛选4个地形因子和11个土壤环境因子,采用除趋势典范对应分析法(DCCA)探讨黄山松群落分布格局与环境之间的关联,定量分析环境因子间相互关系及其对黄山松群落格局的影响。结果表明:(1)DCCA第一排序轴主要反映黄山松群落的海拔变化,第二轴主要反映坡向变化,即沿第二轴从上到下,坡向越朝向阳坡,黄山松群落分布越明显。(2)DCCA表明第一轴与海拔的相关系数达0.5570,即海拔是黄山松群落分布起着决定性作用的环境因子,呈现海拔越高,黄山松优势种群越显著,在海拔1400-1600 m表现突出。(3)黄山松群落主要物种在DCCA排序图的相对位置,反映坡向、坡位、有机质、人为干扰因素是影响黄山松群落分布的重要因素。(4)DCCA排序图中黄山松群落种类排序轴与环境排序轴的相关系数高于DCA,且消除CCA的 "弓形效应",更能凸显海拔、有机质等环境因子对黄山松群落的影响,即黄山松群落与环境因子之间关联以DCCA排序方法为最佳。     

氮添加对戴云山黄山松林土壤有机氮解聚酶活性的影响及其调控因素

解聚作用是控制土壤有机氮矿化和氮素有效性供应的关键,然而氮沉降对亚热带森林土壤有机氮解聚作用的影响机制尚不明确。以福建戴云山黄山松林为研究对象,设置对照（CT）、低氮（LN）和高氮（HN）3个氮添加水平,进行为期2年的氮沉降模拟试验。通过分析土壤化学性质、微生物生物量和土壤8种有机氮解聚酶活性的变化,探究土壤有机氮解聚作用响应氮沉降的机理过程。结果表明：短期氮添加显著增加0-10 cm和10-20 cm土层矿质氮含量,并显著增加了10-20 cm土层微生物生物量碳（MBC）的含量。同时,0-10 cm土壤锰过氧化物酶活性随氮添加量增加而显著提高,HN处理下土壤漆酶活性显著高于LN和CT;10-20 cm土壤的酸性蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶和漆酶活性均随氮添加量增加而显著提高,但是谷氨酰胺酶活性变化相反。冗余分析表明两个土层有机氮解聚酶活性影响因素不同,土壤硝态氮（NO₃^--N）是0-10 cm土层有机氮解聚酶活性的主要影响因素,而10-20 cm土层有机氮解聚酶活性由NO₃^--N和MBC共同影响。综上所述,亚热带黄山松林土壤不同有机氮解聚酶对氮添加的响应不一致,主要受土壤NO₃^--N和MBC调节。该研究有助于拓宽土壤氮循环对氮沉降的响应机理,同时对维持土壤有效氮含量和提高黄山松生态系统生产力具有重要意义。     

鼎湖山森林土壤活性碳及惰性碳沿海拔梯度的变化

对鼎湖山3个不同海拔高度下的沟谷雨林(LA)、低地常绿阔叶林(MA)和山地常绿阔叶林(UA)的土壤活性碳库和惰性碳库进行了研究。结果表明:(1)土壤总碳库仅在30—45 cm土层中存在显著差异且碳库大小随着海拔的增加而增加。(2)土壤微生物生物量碳(MBC)碳库在0—15 cm是LA和MA显著大于UA,在30—45 cm是MA和UA显著高于LA,在45—60 cm土层中MA最大。水溶性碳(WSOC)和颗粒碳(POC)碳库均不随海拔高度而改变。WSOC碳库占总碳库的百分比仅在30—45cm土层中存在差异且大小顺序为:LAUAMA,POC碳库占总碳库的百分比仅在土层15—30 cm上存在显著差异且MA比值最大。易氧化性碳(ROC)碳库及占总碳库百分比都是在表层土壤(0—15 cm)中产生显著变化,且UA极显著地大于LA和MA。(3)惰性碳(RC)碳库仅在深层土壤中存在显著差异且MA中RC碳库最大,UA次之,LA最小。RC碳库占总碳库比值仅在表层土壤0—15 cm存在显著差异且UA最大。表层土壤中ROC碳库和RC碳库占总碳库百分比的增加是导致中高海拔森林土壤总碳库最大的主要原因。(4)不同海拔高度上森林土壤理化性质与土壤碳库组成存在显著相关,土壤理化性质的改变是引起不同海拔高度森林土壤碳库组成变化的重要原因。