赣中亚热带森林转换对土壤氮素矿化及有效性的影响

采用原位培养法和时空替代法,对江西中部亚热带常绿阔叶林、天然马尾松林、人工杉木林、人工马褂木林的土壤氮素矿化速率及其有效性进行了比较研究,以探讨森林转换对土壤氮素矿化作用的影响。结果表明：转换前后各森林土壤无机氮库（NH4 -N、NO3--N）及氮素矿化速率(氨化速率、硝化速率)均呈现明显的季节动态,NH4 -N库冬春较大,NO3--N库夏秋较大,氨化速率与硝化速率均以夏秋强烈。森林转换改变了土壤氮素矿化格局,常绿阔叶林转变成马尾松林、杉木林、马褂木林后,土壤年均氨化速率分别降低了110.67%、100.76%、96.20%,而硝化速率提高了54.92%、24.19%、 24.46%;马尾松林年均总净矿化速率与常绿阔叶林相近,杉木林、马褂木林分别降低了24.68%、26.01%;另外,除常绿阔叶林外,马尾松林、杉木林、马褂木林的土壤氮素矿化量都小于植被吸收量。这些研究结果说明亚热带地区常绿阔叶林转换成其它次生林会增加氮素流失的危险性,氮素缺乏会成为这些森林生长的限制因子。     

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。     

间伐和林下植被剔除对毛竹林土壤氮矿化速率及其温度敏感性的影响

选择中亚热带毛竹人工林为研究对象,利用野外原位和室内培养相结合的方法,探讨不同间伐强度(25%间伐、50%间伐)和林下植被剔除对土壤氮矿化速率及其温度敏感性的影响。结果表明,25%间伐显著增加土壤氨化速率(P0.01),但降低硝化速率(P0.01);50%间伐显著增加土壤硝化速率(P0.01),而林下植被剔除显著降低土壤硝化速率(P0.01)。相关分析的结果表明,土壤氨化速率与有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量呈显著负相关关系;硝化速率与SOC、含水量(SWC)呈显著正相关关系,与铵态氮(NH~+_4-N)含量呈显著负相关关系。随着温度的升高,不同处理下的氨化速率均显著增加(P0.01),而硝化速率显著降低(P0.01)。25%间伐显著降低土壤净氮矿化和氨化过程的Q_(10)值,对硝化过程的Q_(10)值影响不显著;50%间伐对氨化和硝化过程的Q_(10)值影响均不显著;林下植被剔除对氨化过程的Q_(10)值影响不显著,但显著增加硝化过程的Q_(10)值。不同处理下的土壤氮矿化过程的Q_(10)值介于1.17—1.36之间。25%间伐和林下植被保留有利于毛竹林土壤氮素的供给。     

毛竹种植对土壤细菌和真菌群落结构及多样性的影响

为揭示天然林改为毛竹林过程中土壤微生物变化规律,在浙江省湖州市安吉县和长兴县两地选择不同种植历史的粗放经营毛竹林,分层采集0～20和20～40 cm的混合土壤样品,应用PCR-DGGE技术分析土壤细菌和真菌群落结构及多样性变化.结果表明: 在马尾松林改种毛竹林或毛竹林入侵杂灌阔叶林形成毛竹纯林过程中,土壤细菌和真菌的群落结构均发生明显变化,且细菌结构对毛竹种植的响应更敏感;随着毛竹生长时间的延长,表层土壤细菌群落表现出抵抗干扰、最后向改种毛竹之前状态恢复的趋势.毛竹种植时间、样地和土层均对土壤细菌和真菌多样性产生显著影响,其中样地和土层的影响明显大于种植时间.土壤性质和细菌、真菌结构的冗余分析结果表明,不同地点、不同土层驱动土壤微生物结构随时间变化的主要因子没有一致规律,且第1、2轴对样地变化的解释率大多低于65.0%,说明除本研究分析的5个土壤化学指标外,可能还有其他土壤理化性质共同驱动微生物结构的变化.     

改变碳输入对亚热带人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响

通过在亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)和米老排(Mytilaria laosensis)人工林中设置互换凋落物、去除凋落物、去除凋落物+去除根系和对照处理来分析改变地上、地下碳输入对人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响。结果显示,改变地上、地下碳输入对土壤微生物生物量碳、氮的影响因树种而异。在米老排林中,土壤微生物生物量不受碳源的限制。而在杉木林中,加入米老排凋落物、去除凋落物和去除凋落物+去除根系3种处理中土壤微生物生物量碳、氮具有明显增加的趋势。磷脂脂肪酸分析结果显示,杉木林中,添加高质量的米老排凋落物后,革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了24%、24%、53%、25%、28%,革兰氏阴性细菌和丛枝菌根真菌的相对丰度均有显著增加。与对照相比,杉木林中去除凋落物后革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了22%、29%、44%、25%、52%,真菌与细菌比值显著增加了21%。但是,去除凋落物+去除根系处理对两个树种人工林土壤微生物群落组成均无显著影响。米老排和杉木林土壤微生物生物量碳、氮的季节变化格局不同,土壤养分有效性可能是驱动土壤微生物生物量季节变化的主要因子。未来研究需要关注凋落物和根系在不同树种人工林中对土壤微生物群落的相对贡献。     

毛竹入侵阔叶林对土壤真菌群落的影响

为揭示天目山毛竹入侵原始阔叶林后土壤真菌群落特征的变化,采用T-RFLP以及荧光定量PCR技术,分析毛竹纯林、竹阔混交林及原始阔叶林土壤真菌群落结构和数量特征.结果表明： 土壤真菌群落结构差异在毛竹纯林和阔叶林之间最为明显,其次为竹阔混交林和阔叶林;竹阔混交林土壤具有最高的真菌Shannon指数、均匀度指数及最低的Simpson指数.硝态氮含量和pH显著影响了真菌群落结构的变异,毛竹林土壤真菌群落结构受pH和铵态氮影响较大,而阔叶林主要受硝态氮影响.阔叶林土壤真菌数量显著高于毛竹纯林和竹阔混交林,真菌数量分别与土壤pH和硝态氮呈现显著负相关和正相关.表明真菌在阔叶林土壤中介导了异养硝化作用,毛竹入侵可能对此过程产生了显著影响.     

温度、水分和森林演替对中亚热带丘陵红壤氮素矿化影响的模拟实验

研究了温度、水分和演替阶段及其交互作用对中亚热带丘陵红壤区森林土壤氮素矿化过程及其矿化速率的影响.结果表明：温度和演替阶段对土壤氨化速率影响显著,其中12 ℃<24℃<36 ℃,灌丛林和马尾松(Pinus massoniana)林低于常绿阔叶林(P＜0.05);而水分的影响不显著.水分和演替阶段对土壤硝化速率有显著影响,土壤半饱和含水量高于自然含水量及饱和含水量,且马尾松林高于灌丛林(P＜0.05);而温度的影响不显著.温度、水分和演替阶段对土壤氮净矿化速率的影响均显著,其中12 ℃<24 ℃<36 ℃,土壤半饱和含水量高于自然含水量和饱和含水量,灌丛林<马尾松林<常绿阔叶林(P＜0.05).温度升高有利于提高土壤氨化速率和净矿化速率,温度过高则抑制土壤硝化速率;土壤含水量适中有利于土壤氮素矿化过程;顺行演替将提高土壤供氮能力,且抑制过强的硝化作用.     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤氮转化的海拔效应

采用树脂芯法将哀牢山中山湿性常绿阔叶林内土壤分别移植到中海拔的次生林和低海拔的人工林下培养,并以原地培养为对照,对土壤氮素转化的海拔效应进行了研究.土壤氮素的净矿化速率、净硝化速率和淋溶速率受季节和海拔的影响极为显著(P＜0.01).海拔的影响在雨季前期最显著,高海拔土壤的净矿化和净硝化速率分别为-5.81和-4.18mg N·kg-1·60d-1,移植到中、低海拔培养后,净矿化速率分别为20.92和44.15 mgN·kg-1· 60 d-1,净硝化速率分别为17.07和20.38 mgN· kg-1 ·60d-1,淋溶量也分别增加了0.37倍和2.77倍.由于雨季中后期反硝化作用增加导致净矿化和净硝化速率降低,导致高、中海拔培养的土壤净氮矿化速率在雨季中期达到最高值,雨季后期降低.由此可推断,未来的气候变暖很可能会加快哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤氮素的转化速率和气态损失量.     

水分状况与不同形态氮添加对亚热带森林土壤氮素净转化速率及N2O排放的影响

通过室内模拟试验,研究40%、70%和110%土壤饱和持水量(WHC)下,不同形态氮(硝态氮和铵态氮)添加对亚热带森林红壤氮素转化的影响.结果表明:70%WHC下土壤净矿化和氨化速率最高,40%WHC下最低;与对照相比,70%WHC下添加硝态氮使土壤净矿化和氨化速率分别降低56.1%和43.0%,110%WHC下分别降低68.2%和19.0%,但提高了氨化速率占矿化速率的比例,表明添加硝态氮抑制了硝化.110%WHC下,添加硝态氮后,土壤净硝化速率最低,但氧化亚氮(N2O)浓度最高,最大值出现在第3~7天,表明N2O产生自反硝化途径,硝态氮也在同时段降低;而40%WHC和70%WHC下,N2O浓度在培养初期最大,即使在铵态氮和硝态氮添加处理下,试验后期N2O浓度也没有显著变化,表明自氧硝化是试验前期N2O产生的主要途径.40%WHC下,土壤可溶性有机碳含量增加最多,且在铵态氮添加处理下增加最多,可见添加铵态氮促进土壤有机质矿化,增加可溶性有机碳,但是土壤水分含量增多不利于有机质矿化.在40%WHC和110%WHC下,铵态氮添加处理土壤可溶性有机氮(SON)变化速率分别显著高于对照73.6%和176.6%,而在硝态氮添加处理下,只有40%WHC下显著高于对照78.7%,表明高水分条件和添加铵态氮有利于SON的形成.     

毛竹扩张对常绿阔叶林土壤氮素矿化及有效性的影响

采用时空替代法和PVC顶盖原位培养法,分析了江西大岗山毛竹扩张形成的竹-阔混交林与邻近常绿阔叶林土壤中的无机氮含量、氮矿化速率和吸收速率等指标.结果表明:两种林分土壤总无机氮含量时空变化趋势相同;竹-阔混交林年均矿化速率低于常绿阔叶林,前者以氨化作用为主,后者氨化作用与硝化作用相当,但生长季硝化作用明显占优势.两林分全年都以吸收NH4+-N为主,但生长季常绿阔叶林对NO3--N的吸收明显占优势.说明毛竹向常绿阔叶林扩张会增强土壤氮素氨化作用、减弱硝化作用和总矿化作用,同时也会增加对NH4+-N的吸收,减少对NO3--N和总无机氮的吸收.     

亚热带不同林分土壤矿质氮库及氮矿化速率的季节动态

以亚热带地区天然林、格氏栲人工林和杉木人工林为对象,采取PVC管原位培养连续取样法,对不同林分土壤净氨化速率、净硝化速率及净氮矿化速率进行为期一年(2014年9月—2015年8月)的研究,分析林分类型和季节动态对土壤矿质氮库和净氮矿化速率的影响.结果表明: 硝态氮是该地区土壤矿质氮库的主要存在形式,天然林和杉木人工林土壤硝态氮含量分别占总土壤矿质氮库的55.1%～87.5%和56.1%～79.1%,林分间土壤铵态氮含量差异不显著,硝态氮含量差异显著,其中格氏栲人工林土壤硝态氮含量显著低于天然林和杉木人工林.土壤硝态氮库和矿质氮库在不同月份间差异显著,在植物非生长季节(10月至次年2月)较大,在植物生长季节(3—9月)较小.各林分全年土壤净硝化速率均较低,净氨化速率是净氮矿化速率的主要存在形式,林分类型对土壤净氨化速率有显著影响,其中杉木人工林显著低于天然林和格氏栲人工林.月份对土壤净氨化速率有显著影响,各林分土壤净氨化速率变化规律不一致,但均在11月和2月达到一年中的最低值.重复测量方差分析显示,林分类型和季节动态对土壤矿质氮库及氮矿化速率均有显著影响.温度和水分是影响土壤矿质库及氮矿化速率的重要因素,凋落物对土壤氮矿化速率的影响主要是通过质量控制而非数量控制.     

天山林区土壤总氮矿化过程对季节性冻融的响应

森林土壤总氮矿化对冻融过程的响应机制尚不明确,氮矿化速率和转化情况尚缺乏定量刻画。通过土壤原位法与室内培养分析相结合,利用~(15)N同位素稀释技术,研究冻融期间天山林区乔木林地、灌丛、草地3种群落类型土壤总氮矿化及转化累积量的动态,分析土壤总氮矿化速率与土壤温度、含水率及微生物量氮(MBN)的相互关系。结果表明:(1)冻融过程及群落类型对总氮矿化速率和MBN含量有极显著的影响(P0.01),秋、春季冻融期的总氮矿化速率相比冻结期更高;(2)季节性冻融期间,乔木林地土壤总氨化累积量在3种群落类型中最高(163.9 kg N hm~(-2) a~(-1)),秋、春冻融期占整个时期的比值约为66%;而总硝化累积量在3种群落类型中相差较小,秋、春冻融期占比均约为77.4%;(3)土壤温度和含水率显著影响总氮矿化速率、净氮矿化速率和MBN速率,随土壤温度增加,总氨化速率(林地和灌丛)显著升高(P0.05);随土壤含水率增加,净氨化速率(灌丛)和净硝化速率(灌丛)显著降低(P0.05)。通过揭示天山林区土壤总氮矿化速率(总氨化速率和总硝化速率)及转化累积量对冻融过程的响应情况,本研究为天山森林土壤中氮的生物地球化学过程提供了有价值的基础数据。     

哀牢山木果柯林及退化植被下土壤氮素矿化和硝化作用

采用封顶埋管法,我们于11月21日至次年4月15日,分3个培养期共165天(包括干季初期、中期和末期),对哀牢山原生木果柯林(Lithocarpusxylocarpusforest)、栎类次生林(secondary oakforest)和人工茶叶地(teaplantation)三种群落类型的土壤氮素矿化和硝化作用进行了研究.结果表明:在3个培养期中,不同群落下土壤的氮素矿化和硝化作用都具有明显差异;而且它们均具有明显的干季动态,但变化趋势不尽相同.净氨化速率远高于净硝化速率,后者约为前者的0.5%～10%.结果表明,培养期、群落类型和样方诸因子对净氮矿化速率和净硝化速率的影响均存在不同程度的交互作用.人为干扰能导致氮素矿化和硝化速率等生态系统过程的变化,我们的研究结果为此提供了证据支持.与木果柯原始林相比,茶地和次生林的氮素转化过程更多地受物理因素的控制(如温度和水分).这意味着哀牢山地区的木果柯原始林的保护应该受到重视.     

哀牢山木果柯林及退化植被下土壤氮素矿化和硝化作用(英文)

采用封顶埋管法,我们于11月对21至次年4月15日,分3个培养期共165天(包括干季初期、中期和末期),对哀牢山原生本果柯林(Lithocarpus xylocarpus forest)、栎类次生林(sccondary oak forest)和人工茶叶地(tea planation)三种群落类型的土壤氮素矿化和硝化作用进行了研究。结果表明:在3个培养期中,不同群落下土壤的氮素矿化和硝化作用都具有明显差异;而且它们均具有明显的干季动态,但变化趋势不尽相同。净氨化速率远高于净硝化速率,后者约为前者的0.5％～10％。结果表明,培养期、群落类型和样方诸因子对净氮矿化速率和净硝化速率的影响均存在不同程度的交互作用。人为干扰能导致氮素矿化和硝化速率等生态系统过程的变化,我们的研究结果为此提供了证据支持。与木果柯原始林相比,茶地和次生林的氮素转化过程更多地受物理因素的控制(如温度和水分)。这意味着哀牢山地区的木果柯原始林的保护应该受到重视。     

氮硅添加对青藏高原高寒草甸土壤氮矿化的影响

为了解全球气候变化背景下氮沉降对土壤氮矿化的影响及硅添加对土壤氮矿化的促进作用, 该试验设置不同浓度的氮肥单独添加(0、20、40、60 g·m ^-2, 分别为对照CK、N20、N40、N60)以及与硅肥配施(硅酸4 g·m ^-2, Si4), 测定不同处理下0-20、20-40、40-60 cm土层土壤硝态氮含量、铵态氮含量、净硝化速率、净氨化速率以及净矿化速率。结果显示: (1)单独添加氮肥, 各土层土壤硝态氮和铵态氮含量均随处理浓度的增加而增加, 0-20 cm土层N20、N40、N60处理下土壤硝态氮和铵态氮分别较CK增加63.48%、126.04%、247.03%和80.66%、152.52%、244.56%; 随着土层深度增加, 土壤硝态氮、铵态氮含量均有下降, 20-40、40-60 cm土层较0-20 cm土层硝态氮含量分别平均减少53.90%、76.05%, 铵态氮含量分别平均减少48.62%、68.23%。(2)土壤净硝化速率、净氨化速率及净矿化速率随着氮肥浓度增加均呈上升趋势。相同氮肥添加浓度下, 土壤净硝化速率、净氨化速率和净矿化速率随着土层深度增加逐渐下降(除CK外)。(3)与单独添加氮肥比较, 氮硅肥配施, 土壤氮含量有显著提高, 在0-20 cm土层硝态氮和铵态氮较CK分别增加98.78%、192.62%、330.16%和99.96%、195.82%、306.32%, 20-40、40-60 cm土层也有类似趋势。同时, 氮硅配施促进了土壤氮矿化行为, 在0-20 cm土层, N60Si4处理下的土壤净硝化速率、净氨化速率较单独施氮时分别增加35.88%、27.41%。以上结果表明, 与单独氮肥添加相比, 氮硅配施不但能提高土壤氮含量, 而且能促进土壤氮的矿化作用, 对大气氮沉降有一定的缓解作用。     

滇中常绿阔叶林凋落物养分释放及生态化学计量特征对模拟N沉降的响应

为研究N沉降下凋落物养分释放及生态化学计量特征,以滇中磨盘山常绿阔叶林为研究对象,利用尼龙网袋法布设凋落物(凋落叶、凋落枝)原位分解试验,设置不同施N处理:对照(CK,0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(LN,5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(MN,15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(HN,30 g N·m^-2·a^-1)。结果表明: 模拟N沉降1年后,凋落叶、凋落枝和土壤的C、N含量均表现为随着N沉降量的增加而逐渐升高,增幅分别为0.3%～8.2%、4.9%～69.0%;C/N则表现为随着N沉降量的增加逐渐降低,降幅为0.8%～37.8%;凋落枝P含量、C/P、N/P在各处理下差异均不显著。处理时间与施N水平均显著影响凋落叶、凋落枝及土壤的N、P含量及C/N、C/P、N/P;1年分解过程中,凋落物C、N、P残留率依次呈释放、淋溶-富集-释放、淋溶-富集的模式,外源N显著抑制了凋落物C、N、P释放过程;土壤C、P含量与凋落物N、P含量呈显著正相关,土壤N含量与凋落物C、N含量呈显著正相关。N沉降下常绿阔叶林凋落物与土壤生态化学计量具有显著相关性,研究滇中常绿阔叶林凋落物分解和生态化学计量特征有助于了解森林生态系统凋落物分解过程对N沉降的响应机理。     

Comparisons of soil‐water content between a Moso bamboo (Phyllostachys pubescens) forest and an evergreen broadleaved forest in western Japan

In Japan, forests of Moso bamboo (Phyllostachys pubescens, an exotic invasive giant bamboo) have naturalized and expanded rapidly, replacing surrounding broadleaved and coniferous forests. To evaluate impacts caused by these forest‐type replacements on the hydrological cycle, soil‐water content and its spatial variability in a Moso bamboo forest were compared with those in an adjacent evergreen broadleaved forest, in a case study of a stand in western Japan (northern Kyushu). The volumetric soil‐water content averaged over depths between 0 and 60 cm was consistently higher in the bamboo stand than that in the broadleaved stand. These results contrast with previous studies comparing the soil‐water content in Moso bamboo forests with that in other forest types. The sum of canopy transpiration and soil evaporation (E) in the bamboo stand tended to be larger than that in the broadleaved stand. Small canopy interception loss was reported in the bamboo forest. Therefore, the large amount of E would counterbalance the small canopy interception loss in the bamboo forest. Differences in soil characteristics between the two stands may be the main factor causing differences in soil‐water content. Spatial variation in soil‐water content in the bamboo stand was larger than that in the broadleaved stand, confirming findings in a previous series of our study. This could happen because the well‐developed root‐system in the bamboo forest enhances preferential flow in the soil. To evaluate the effects of aggressive invasion of alien giant bamboo on the ecosystem functions, we recommend further studies measuring various hydrological components in various Moso bamboo forests.