喀斯特峰丛洼地植被恢复过程中土壤微生物特性

以喀斯特峰丛洼地草丛、灌丛、次生林和原生林生态系统为对象,研究了植被恢复过程中土壤微生物生物量、土壤微生物碳熵、土壤呼吸及其呼吸熵等微生物特性。结果表明:土壤微生物生物量与土壤微生物碳熵随着植被恢复呈增加趋势(P0.05),土壤呼吸熵变化规律与之相反,土壤呼吸变化不显著,说明随着植被的恢复土壤质量不断提高,顺序为乔木(原生林、次生林)灌丛草丛;同一生态系统中土壤微生物生物量氮、土壤呼吸及其呼吸熵均表现为冬季夏季(P0.05),土壤微生物碳熵为冬季夏季(草丛例外)(P0.05),而土壤微生物生物量碳却未呈现显著性季节变化;土壤微生物生物量氮与微生物碳熵不仅对地上植被及季节变化响应敏感,且与土壤有机质及其他微生物指标相关性较好(P0.05),可以灵敏表征喀斯特峰丛洼地不同植被恢复土壤质量变化。     

桂北喀斯特峰丛洼地植物群落特征及其与土壤的耦合关系

基于喀斯特峰丛洼地草丛、灌丛、次生林、原生林4个生态系统24个样地(20 m × 20 m)的系统取样调查, 研究了喀斯特峰丛洼地不同生态系统群落的结构组成与生物多样性特征, 选取代表植物群落和土壤性质的35个指标, 对不同生态系统及整个喀斯特脆弱生态系统植物群落与土壤主要养分、土壤矿质养分和土壤微生物间的相互关系进行了主成分分析与典范相关分析。结果表明: 沿草丛、灌丛、次生林、原生林的顺向演替发展, 重要值(importance value, IV)>10.00的科、属、种及物种多样性最大值出现在次生林, 群落结构最佳值出现在顶级群落原生林; 喀斯特峰丛洼地景观异质性高, 各生态系统影响因子不同, 土壤微生物在喀斯特脆弱生态系统处于主导地位, 其次为灌丛; 不同集团因子的典范相关分析表明, 植物多样性指标与土壤氮素、Al₂O₃、Fe₂O₃、土壤微生物生物量碳(C_mic)、真菌和细菌关系密切。因此, 在喀斯特脆弱生态系统恢复与重建过程中, 应针对不同生态系统制定相应的培育管理措施。     

喀斯特峰丛洼地不同生态系统的土壤肥力变化特征

基于喀斯特峰丛洼地坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林6种典型生态系统的土壤主要养分、矿质养分和微生物这3组变量共计20个指标的调查、取样和分析,运用多重比较分析、主成分分析和典范相关分析探讨了其土壤肥力变化特征、主要影响因子及两两之间的相互关系。结果表明,喀斯特峰丛洼地土壤pH值为6.60—7.75,土壤主要养分、微生物种群数量和微生物生物量明显高于同纬度地区地带性红壤,矿质养分含量相对较低,其中SiO2、Al2O3、Fe2O3占矿质全量的90%以上。土壤肥力的总体趋势为原生林>次生林>灌丛>草丛>坡耕地>人工林。喀斯特石漠化地区实行林草结合的退耕还林还草模式更有利于土壤生态系统的环境改善,坡耕地应多施有机肥和氮肥,人工林应多施氮肥。原生林植物与养分之间达到了良好的平衡状态,主要应加强森林抚育管理,改善森林环境,保障植物、土壤养分及微生物之间的良好协调关系。确保土壤资源的合理利用,促进喀斯特峰丛洼地乃至整个西南喀斯特区域植被的迅速恢复和生态重建。     

典型喀斯特峰丛洼地不同植被恢复对土壤养分含量和微生物多样性的影响

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地植被恢复过程中草丛、灌丛、次生林、原生林4个植被恢复阶段为研究对象,通过测定优势种的根际与非根际的土壤p H、养分含量及微生物多样性,探讨不同恢复阶段根际土壤养分的富集效应及土壤微生物多样性的变化特征。研究结果表明:(1)4个恢复阶段的根际与非根际土壤养分均呈现显著差异;土壤有效态养分较全量养分对植物根际微小的变化响应更为灵敏;大多数养分表现出明显的富集效应,AP和AK在原生林的富集率明显高于其他恢复阶段;(2)4个恢复阶段细菌Shannon-Wiener指数(H)、丰富度指数(S)均高于真菌,根际土壤细菌与真菌Shannon-Wiener指数(H)、丰富度指数(S)与Pielou均匀度(EH)都高于非根际土壤;(3)4个恢复阶段土壤TN分别与p H、SOC、AN呈极显著正相关(P0.01),磷素、钾素与土壤微生物多样性呈显著相关(P0.05)。可研究结果为西南喀斯特脆弱区土壤生态功能恢复与植被恢复重建提供科学依据。     

河西走廊中部两种荒漠植物根系构型特征

在河西走廊中部,采用挖掘法挖取红砂和白刺根系,应用拓扑学与分形理论分析了根系构型的特征.结果表明: 2种荒漠植物根系的拓扑指数均较小,根系分支模式均近似为叉状分支结构.红砂和白刺根系具有较好的分形特征,其分形维数分别为(1.18±0.04)和(1.36±0.06);分形维数、分形丰度与根系平均连接长度均呈显著正相关.2种荒漠植物根系的平均连接长度均较大,以扩大植物的有效营养空间,从而适应干旱贫瘠的土壤环境.2种荒漠植物根系分支前的横截面积等于根系分支后的横截面积之和,验证了Leonardo da Vinci法则.对17个根系构型参数进行主成分分析,根系拓扑指数、根系连接数量、逐步分支率和根系直径4个根系构型参数能很好地表示2种荒漠植物根系构型特征.     

喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段细根生物量、形态特征及其影响因素

以喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段的草丛、灌丛、次生林和原生林为研究对象,采用土芯法,分0~10、10~20、20~30 cm等3层获取群落活细根(直径≤2 mm),分析其生物量、形态特征及其与土壤性状的关系.结果表明:各恢复阶段细根生物量为194.63~255.19g·m^-2,集中分布在0~10 cm表层土壤中,占0~30 cm土层总生物量60%以上,不同恢复阶段群落生物量的差异不显著;细根比根长和比表面积在不同恢复阶段差异显著,随着植被由草丛向原生林正向恢复而逐渐降低;超过66%的根长和64%的根面积分布在0~10 cm表层土壤中,多数细根根长和根面积均在0~0.5 mm和0.5~1 mm径级,这两级根长和根面积占其总量的87%和72%以上.冗余分析表明,喀斯特峰丛洼地植物群落细根特征与土壤性状之间存在着不同的相关性,其中土壤有机碳、速效钾和全氮对细根特征影响较大.这是植物长期适应生境条件形成的有效策略.     

塔克拉玛干沙漠南缘三种防护林植物根系构型及其生态适应策略

采用全根挖掘法挖取塔克拉玛干沙漠南缘3种主要防护林植物种——多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和新疆杨(Populus albavar. pyramidalis)成年植株根系, 测定并分析了根系构型及其拓扑结构。结果表明: 1)多枝柽柳和梭梭的根系趋向于鱼尾状分支结构, 新疆杨根系为叉状分支结构, 根系分支结构的差异使其资源获取能力和对环境的适应能力有所差异; 2)三种植物最小的根系平均连接长度为33.67 cm, 多枝柽柳和梭梭的根系连接长度大于新疆杨, 增加连接长度对植物在资源贫瘠的沙质土壤环境的生存有利; 3)新疆杨的根系分支率显著高于多枝柽柳和梭梭, 但其对干旱的适应性不如多枝柽柳和梭梭。4)三种植物根系分支均遵循Leonardo da Vinci法则, 且不受根系直径的约束。三种防护林植物在水、养资源获取与土壤空间拓展方面具有差异性, 表明在相似的极端干旱环境中3种植物采取了不同的生态适应策略。     

不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地土壤微生物群落特征

基于对喀斯特峰丛洼地6种土地利用类型(坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林)的土壤微生物、养分、矿物质和植被4组变量35个指标的调查分析,研究了不同土地利用方式下土壤微生物种群数量、微生物生物量C、N、P及其分形特征,以及土壤微生物与植被、土壤养分、矿物质的关系.结果表明:不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地的土壤微生物种群数量及组成不同.微生物种群数量均以原生林和坡耕地最高,人工林最低;3种森林土壤的细菌比率较大,坡耕地、草丛、灌丛的放线菌比率较大,真菌的比率均很小;土壤微生物生物量C、N、P的含量均很高,其中原生林最高;土壤微生物生物量碳与土壤微生物种群数量具有良好的分形关系,而土壤微生物生物量氮、磷与种群数量不存在分形关系;土壤微生物与植被、土壤养分、土壤矿物质显著相关,其中土壤微生物生物量碳与乔木层的Shannon指数、土壤速效氮、Fe₂O₃、CaO含量显著相关.     

塔克拉玛干沙漠腹地3种植物根系构型及其生境适应策略

 在塔克拉玛干沙漠腹地, 采用挖掘法挖取塔克拉玛干柽柳(Tamarix taklamakanensis)、塔克拉玛干沙拐枣(Calligonum roborovskii)和罗布麻(Apocynum venetum )根系, 对根系的拓扑结构特征进行了测定与分析。结果表明: 1) 3种植物根系均以水平分布占优势, 根系浅层化。2) 3种植物根系结构的适应性不同, 表现为两种不同的根系分支模式, 塔克拉玛干柽柳根系为叉状分支结构(q_a=0.15、q_b=0.09、TI=0.658), 罗布麻(q_a=0.43、q_b=0.35、TI=0. 83)和沙拐枣(q_a=0.52、q_b=0.38、TI=0.86)根系趋向于鱼尾形分支结构。3) 3种植物根系的连接长度都较大, 最小也达1.12 m, 说明在塔克拉玛干沙漠腹地, 3种植物通过增加连接长度来扩大根系在土层中的分布范围, 从而提高根系的有效营养空间, 增加根系连接长度是根系对沙漠腹地贫瘠土壤环境的一个良好适应。4)研究验证了Leonardo da Vinci法则, 即根系分支前的横截面积等于根系分支后的横截面积之和, 3种植物根系分支前后的横截面积符合Leonardo da Vinci法则。研究表明沙漠腹地3种植物根系构型特征既有相似性又有差异性, 在相似的沙漠环境中具有不同的根系适应策略。     

喀斯特峰丛洼地不同类型森林群落的组成与生物多样性特征

不同退化程度石漠化生态重建的关键是恢复植被, 提高土地生产力。本文基于动态监测样地(200 m × 40 m)植被的全面调查, 研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林群落木本植物的组成与生物多样性特征。结果表明, 3类森林的物种组成分别为26科52属65种、33科68属100种和43科91属123种, 常绿物种分别占41.54%、47.00%和52.85%; 科、属、种和生活型组成复杂, 优势科或种明显, TWINSPAN分类第3级水平上可分别划分为8、9和8个群落类型。原生林多样性和结构性指标均高于人工林和次生林, 人工林的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度、冠幅、胸径和树高均高于次生林, 而种类、密度和盖度则低于次生林。不同类型森林群落特征不同, 应采取相应的经营策略。     

Investment in Fine Roots and Arbuscular Mycorrhizal Fungi Decrease During Succession in Three Brazilian Ecosystems

The functional groups of plants that characterize different phases of succession are expected to show differences in root distribution, fine‐root traits and degrees of association with arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. The relationship involving fine‐root traits and AM fungi that regulate the nutrient acquisition potential among different plant functional groups are still not well understood. We assessed fine‐root morphology, AM fungal variables and soil fertility in grassland, secondary forest and mature forest in Atlantic, Araucaria and Pantanal ecosystems in Brazil. Soil cores were collected at 0–10 and 10–20 cm depths. Fine roots were extracted from soil by sieving and root morphological traits and AM colonization were determined. The AM spores were extracted from soil and counted. In all ecosystems, soil fertility, fine‐root mass and root diameter increased with the succession, while root length, specific root length, root‐hair length, root‐hair incidence, AM colonization and AM spore density decreased. These results suggest that plant species from early stages of tropical succession with inherent rapid growth invest in fine roots and maintain a high degree of AM colonization in order to increase the capacity for nutrient acquisition. Conversely, fine root morphological characteristics and low degree of AM colonization exhibited by plants of the later stages of succession lead toward a low nutrient uptake capacity that combine with their typical low growth rates. Abstract in Portuguese is available at http://www.blackwell‐synergy.com/loi/btp .     

川西亚高山次生林恢复过程中乔木层优势种变化及其影响因子

川西亚高山森林在20世纪下半叶遭受长时期连续砍伐,形成了采伐迹地上天然次生林恢复演替序列。该研究采用空间代替时间方法,以立地条件相似的暗针叶林作为对照,分析川西亚高山暗针叶林采伐迹地上次生林自然恢复过程中乔木层优势种组成及其影响因子。结果表明:(1)研究区亚高山天然次生林恢复演替过程中,不同演替阶段土壤各养分差异显著,其中土壤总氮、土壤总磷、土壤有效磷、土壤有效氮均在针阔混交林阶段最高,土壤pH值的变化在5.42～7.39范围波动,土壤有机碳随恢复的进行而增加,土壤C/N主要集中在15左右,只有针叶林达到18.62。(2)研究区次生林以16个乔木树种为主,针叶树种主要有粗枝云杉、岷江冷杉,阔叶树种主要有红桦、青榨槭等,且不同恢复阶段的群落乔木层优势种差异显著(R_(ANOSINM)=0.439,P0.001)。(3)多元回归树分析发现,次生林乔木层优势种组成主要受林龄、土壤有机碳和总氮的影响,其中在次生林恢复演替后期(80a后),乔木层组成可能主要由于种间竞争导致,在次生林恢复演替前、中期(80a前),环境选择可能是影响乔木层组成差异的主导因素。(4)反向选择筛选结果显示,土壤总氮、海拔高度、土壤有效磷和土壤有机碳是影响乔木层优势种差异的主要因子。     

桂西北喀斯特峰丛洼地表层土壤养分时空分异特征

本文运用传统统计方法研究了典型喀斯特峰丛洼地4个植被演替阶段(草地、灌木林、次生林、原生林)表层(0—15 cm)土壤养分的空间分异特征,并分析其成因。结果表明：(1)不同植被演替阶段土壤养分（有机碳、全氮、碳氮比、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾）及pH值有明显差异（P<0.05）;除全钾外,其他养分含量均随植被正向演替而增加。(2)地貌部位对养分含量的影响不尽一致：各植被演替阶段的磷、钾及原生林的碳氮均符合养分的“洼积效应”,只有受人为干扰较强的草地、灌木林、次生林的碳氮养分存在随坡位升高而增加的现象。通过本研究得知,植被演替对养分积累具有积极作用;磷素（速效磷3.55—11.41 mg/kg）、钾素（速效钾64.05—105.75 mg/kg）是该区域的养分限制性因子;该区域养分的“倒置现象”并不普遍存在。     

黄土高原植被不同演替阶段优势种的光合生理特性

在黄土高原子午岭林区,按照植被的演咎序列,分别选择植被次生演替不同阶段的优势种-白羊草、铁杆蒿、沙棘、狼牙刺、山杨和辽东栎,对其土壤与叶片氮素含量、叶片气体交换参数、叶绿素含量及叶绿素荧光参数进行了观测．结果表明：随着植被演替,0—20cm土壤全氮含量呈增大趋势,植被优势种叶片氮含量先升高后降低,叶绿素含量变化与优势种叶片氮含量相似．灌木群落优势种（沙棘、狼牙刺）叶片氮含量明显高于其它群落优势种（P〈0．05）,草本群落优势种（白羊草、铁杆蒿）和灌木群落优势种的光合速率（Pn）高于早期森林群落优势种（山杨）和顶级群落优势种（辽东栎）,叶片气孔导度（ga）与Pn变化规律相似．草本群落和灌木群落优势种叶片蒸腾速率（Tr）较高,随着演替的进行t逐步下降,顶级群落优势种辽东栎Tr较低．PSⅡ最大光化学量子效率（Fv／Fm）值呈缓慢增长趋势,辽东栎〉山杨〉沙棘〉狼牙刺〉铁杆蒿〉白羊草,而PSⅡ量子效率（ΦPSⅡ）值呈先增加后降低趋势;光化学淬灭系数（qp）在演替过程中呈整体增加趋势,而非光化学淬灭系数（qNP）呈先增加后降低趋势．这说明植被不同演替阶段优势种的光合生理特征以及对微生境的适应性存在明显差异．     

Changes in arbuscular mycorrhizal associations and fine root traits in sites under different plant successional phases in southern Brazil

Fine root morphological traits and distribution, arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, soil fertility, and nutrient concentration in fine root tissue were compared in sites under different successional phases: grass plants, secondary forest, and mature forest in Londrina county, Paraná state, southern Brazil. Soil cores were collected randomly at the 0-10- and 10-20-cm depths in three quadrants (50 m2) in each site. Plants from the different successional stages displayed high differences in fine root distribution, fine root traits, and mycorrhizal root colonization. There were increases in the concentration of nutrients both in soil and fine roots and decrease of bulk soil density along the succession. The fine root biomass and diameter increased with the succession progress. The total fine root length, specific root length, root hair length, and root hair incidence decreased with the succession advance. Similarly, the mycorrhizal root colonization and the density of AM fungi spores in the soil decreased along the succession. Mycorrhizal root colonization and spore density were positively correlated with fine root length, specific root length, root hair length, root hair incidence, and bulk density and negatively correlated with fine root diameter and concentration of some nutrients both in soil and root tissues. Nutrient concentration in root tissue and in soil was positively correlated with fine root diameter and negatively correlated with specific root length, root hair length, and root hair incidence. These results suggest different adaptation strategies of plant roots for soil exploration and mineral acquisition among the different successional stages. Early successional stages displayed plants with fine root morphology and AM fungi colonization to improve the root functional efficiencies for uptake of nutrients and faster soil resource exploration. Late successional stages displayed plants with fine root morphology and mycorrhizal symbiosis for both a lower rate of soil proliferation and soil exploration capacity to acquire nutrients.     

西南喀斯特石漠化环境适生植物细根构型及其与细根和根际土壤养分计量特征的相关性

以西南喀斯特石漠化环境适生植物构树(Broussonetia papyrifera)、花椒(Zanthoxylum bungeanum)、刺梨(Rosa roxburghii)、火棘(Pyracantha fortuneana)为研究对象,采用挖掘法采集完整的细根根系,分析细根构型特征及其与细根和根际土壤C、N、P养分元素化学计量特征之间的相关性,探讨细根构型特征对石漠化贫瘠土壤生境的响应。结果表明:构树、花椒、刺梨、火棘细根构型均趋向于鱼尾形分支模式,细根拓扑指数分别为0.93、0.95、0.95和0.94。4种适生植物的细根连接长度较长,但细根根系分支率较小。构树、刺梨细根分支前后横截面积比不存在显著差异且分别为1.04、1.03,基本符合Leonardo da Vinci法则。细根构型与细根和根际土壤养分有一定的相关性。主成分分析结果表明,细根N含量及细根、根际土壤中与P相关的计量比均是影响细根构型的主要因子。进一步分析表明,4种适生植物通过减少细根次级分支、根系间的重叠、延长细根连接长度以获得充足的养分来应对环境的变化,提高对养分的吸收效率以及对喀斯特环境的生态适应性。研究结果...     

植被类型与坡位对喀斯特土壤氮转化速率的影响

土壤氮素转化对于植物氮素营养具有重要作用,尤其是对于受氮素限制的喀斯特退化生态系统。选取植被恢复过程中4种典型喀斯特植被类型(草丛、灌丛、次生林、原生林)和3个坡位(上、中、下坡位)表层土壤(0—15cm)为对象,利用室内培养的方法,研究不同植被类型和坡位下土壤氮素养分与氮转化速率(氮净矿化率、净硝化率和净氨化率)的特征及其影响因素。结果表明,植被类型对土壤硝态氮含量、无机氮含量、氮净矿化率、净硝化率和净氨化率均有显著影响(P0.01),即随着植被的正向演替(草丛—灌丛—次生林—原生林),土壤硝态氮含量、无机氮含量、土壤氮净矿化速率和净硝化速率整体上呈增加趋势,而坡位以及坡位与植被类型的交互作用对上述土壤氮素指标无显著影响(P0.05)。冗余分析结果表明凋落物氮含量、凋落物C∶N比和硝态氮含量对土壤氮转化速率有显著影响,其中凋落物氮含量是影响土壤氮转化速率的主要因子(F=35.634,P=0.002)。可见,尽管坡位影响喀斯特水土再分配过程,但植被类型决定的凋落物质量(如凋落物氮含量等)对喀斯特土壤氮素转化速率的作用更为重要。因此,在喀斯特退化生态系统植被恢复初期,应注重植被群落的优化配置(如引入豆科植物)和土壤质量的改善(如降低土壤C∶N),促进土壤氮素转化及氮素的有效供给。     

桂北喀斯特石漠化地区不同植物群落土壤种子库特征及其与土壤养分关系

土壤种子库作为地上植被遗传信息库，对植被自然演替更新以及生态修复建设具有重要作用。为探明桂北喀斯特石漠化地区植被自然恢复潜力和恢复策略，该文选取恭城瑶族自治县喀斯特石漠化地区3种典型植物群落为研究对象，分析不同群落的土壤种子库结构、多样性及其对土壤养分特征的响应，以期为该地区石漠化治理和植被恢复提供理论依据。结果表明：(1)共计监测到幼苗3 648株，隶属于33科51属55种，其中1年生和2年生草本幼苗共20种，多年生草本幼苗21种，藤本幼苗5种、灌木幼苗3种、乔木幼苗6种；不同植物群落土壤种子库平均密度为三华李经济林(22 493 grain·m^-2)>青冈次生林(1 033 grain·m^-2)>金竹灌丛(793 grain·m^-2)。(2)土壤种子库植物生活型方面，三华李经济林主要分布1年生恶性杂草，青冈次生林和金竹灌丛则以多年生草本为主，木本植物占比较少；不同植被类型中土壤种子库物种多样性和相似性总体较低，同时与地上群落物种组成的相似性也较低。(3)研究区域的土壤元素存在高氮低磷的现象，其中磷元素为金...     

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。