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。     

亚热带杉木和米老排人工林土壤呼吸对凋落物去除和交换的响应

在我国亚热带地区米老排(Mytilaria laosensis)和杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林中设置去除凋落物、交换凋落物和对照3种处理,利用LI-8100对不同处理土壤呼吸速率进行为期14个月的连续观测。结果表明:与对照相比,去除和交换凋落物导致米老排人工林CO2年排放量显著减少29.8%和14.2%,杉木人工林则分别减少6.1%和增加37.8%。两种林分交换凋落物处理产生了不同程度的激发效应,米老排凋落物相对于杉木凋落物具有更大的激发效应。不同处理土壤呼吸速率均与土壤温度呈显著指数关系,与土壤含水量呈负相关,土壤温度和含水量的回归模型可以分别解释米老排人工林中去除、交换和对照处理土壤呼吸速率的68.9%、77.0%和69.6%,杉木人工林的53.0%、36.2%和63.8%。两种林分不同处理土壤呼吸速率与土壤可溶性有机碳含量、微生物生物量碳含量以及主要微生物种群生物量显著相关。米老排人工林去除和交换凋落物处理均降低了土壤呼吸的温度敏感性Q10值,而杉木林中仅去除凋落物降低了Q10值。研究表明,土壤呼吸对凋落物输入方式改变的响应因树种而异,这种差异与凋落物输入的数量和质量及其对土壤易变性有机碳含量和微生物生物量的影响有关。     

杉木采伐迹地造林树种转变对土壤可溶性有机质的影响

以二代杉木林采伐迹地上营造的19年生米老排与杉木人工林为对象,采用冷水、热水和2 mol·L^-1 KCl溶液提取0～5、5～10和10～20 cm层土壤中的可溶性有机碳(DOC)和有机氮(DON),研究造林树种转变对土壤可溶性有机质的影响.结果表明: 造林树种转变对林地土壤DOC和DON库有显著影响.米老排人工林土壤中用冷水、热水和KCl溶液浸提的DOC含量均显著高于杉木人工林,0～5和5～10 cm层土壤中用冷水和热水浸提的DON含量显著高于杉木林.不同方法浸提的DOC和DON含量大小顺序均为KCl>热水>冷水.在0～5 cm土层,米老排人工林土壤微生物生物量碳(MBC)含量比杉木林高76.3%.相关分析结果显示,热水浸提的DOC和DON与土壤MBC之间均呈显著正相关.不同树种人工林间土壤可溶性有机质的差异主要与凋落物输入的数量和质量有关.在杉木采伐迹地上营造米老排,能够明显改善土壤肥力.     

三倍体毛白杨-黑麦草复合生态系统林木细根与草根的分解及养分动态

在天全县的退耕还林地中,对三倍体毛白杨细根与黑麦草草根的分解及其N、P、K、Ca和Mg养分动态进行了研究.结果表明,细根直径0～1、1～2和0～2 mm及草根的分解速率与时间呈负指数关系,第1年干重损失率分别为76.17%、69.80%、73.44%和79.3%,分解0%所需的时间分别为217、266、24和172 d.细根分解过程中,N和Ca浓度增加,而P、K、Mg浓度下降;草根分解过程中,其养分元素的浓度变化整体上没有规律.细根分解过程中P、K和Mg的养分残留率与其干重残留率的变化趋势相似,分解前期下降较快,随后下降比较平缓,N和Ca的养分残留率下降则比较平缓,并且养分的分解速率均以P最快,其次是K和Mg,而N和Ca最慢;草根分解过程中N、P、K、Ca和Mg的养分残留率初期下降比较快,随后趋于平缓,并且元素分解速率呈不规则变化,其中Ca分解速率最慢,其它元素的分解速率相近.     

马尾松和杉木人工林细根碳氮磷化学计量特征随土层深度的变化

为探究马尾松和杉木人工林细根碳(C)、氮(N)、磷(P)浓度及其化学计量比随土层深度变化的特征,于2011年4月在福建省三明市金丝湾森林公园陈大林业采育场内测定马尾松和杉木人工林五个土层深度(0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm)细根的C、N、P浓度、比根长(SRL)及其土壤养分浓度,结果表明：林分类型显著影响细根C浓度,但对细根N、P浓度无显著影响,马尾松人工林细根C浓度显著大于杉木人工林。土层深度显著影响马尾松和杉木人工林细根N、P浓度,对C浓度无影响,细根N、P浓度随土壤深度的增加呈指数下降。马尾松和杉木人工林细根N、P浓度与土壤全氮(TN)、全磷(TP)浓度以及SRL均呈正相关。拟合直线表明马尾松人工林和杉木人工林细根N养分获取能力的不同,马尾松对N养分的获取能力更强,而杉木通过SRL获取养分的能力比马尾松更强,可能体现了两种人工林细根N获取策略的差异。马尾松和杉木人工林在不同土层细根N∶P比值(33.5±2.81、30.18±2.10)均大于16,表明两者均受P限制,但细根N∶P不受土壤N∶P和SRL的影响。马尾松和杉木人工林...     

福建省马尾松和杉木针叶中7种营养元素含量特征

为了解福建省马尾松和杉木人工林养分需求特征,选取25个马尾松(Pinus massoniana)林和31个杉木(Cunninghamia lanceolata)林,测定了针叶中7种主要营养元素(C、N、P、S、K、Ca、Mg)含量。结果表明,马尾松针叶K、Ca、Mg含量显著低于杉木,分别是杉木的68%、14%、50%,表明杉木对矿质养分尤其Ca的需求远高于马尾松,提示马尾松比杉木更能适应矿质养分尤其Ca较贫瘠的立地。两树种针叶C、N、P、S含量及其化学计量比均表现出相似的内稳态特征,而Ca、Mg、K含量及其化学计量比的变异大,表明这3种矿质元素受立地条件的影响较大。两树种对N、P、K需求表现为协同正相关关系,N与Ca含量则为负相关关系,暗示持续N沉降或营林实践中长期施N肥可能抑制Ca的吸收。     

亚热带树种转换对林地土壤微生物群落结构和功能的影响

通过分析杉木采伐迹地营造阔叶树种尾巨桉和固氮树种黑木相思人工林后土壤微生物群落组成和酶活性,探讨造林树种转换对于改善杉木林地土壤微生物特性的影响.结果表明: 树种转换对土壤微生物群落组成和酶活性的影响主要局限于0～10 cm土壤层.杉木转换为固氮树种黑木相思后,显著提高了0～10 cm土壤层总脂肪酸含量、真菌、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和放线菌生物量.主成分分析表明,黑木相思人工林土壤微生物群落组成与杉木和尾巨桉人工林具有显著差异,土壤中革兰氏阳性细菌、阴性细菌和放线菌丰度显著提高.在0～10 cm土壤层,黑木相思人工林土壤纤维素水解酶、乙酰氨基-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性均显著高于杉木和尾巨桉人工林.研究表明,杉木转变为固氮树种黑木相思后会显著提高微生物生物量和酶活性,有助于土壤有机质的恢复,加快养分循环过程.     

杉木采伐迹地营造阔叶树种对土壤微生物生态化学计量特征的影响

研究土壤微生物生物量及其生态化学计量特征对造林树种转换的响应,对深入了解森林生态系统土壤养分循环和有效性具有重要意义。本研究以1993年春在二代杉木采伐迹地上营造的26年生米老排和杉木人工林为对象,采用氯仿熏蒸法测定了0～40 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的变化。结果表明: 与杉木人工林相比,米老排人工林0～10 cm土层MBC和0～20 cm土层MBN和MBP均显著提高, 0～20 cm土层MBC/MBP和10～20 cm土层MBN/MBP显著降低。两种人工林所有土层MBC/MBN均无差异。相关分析显示,土壤含水率、总有机碳、总氮、全磷、有效磷与MBC、MBN和MBP呈显著正相关,而与MBC/MBP和MBN/MBP呈显著负相关。逐步线性回归分析表明,MBN和MBP主要受土壤总氮和有效磷的影响,而MBC/MBP和MBN/MBP主要受有机碳和有效磷的驱动。研究表明,造林树种从杉木转换成米老排能够增加表层土壤微生物生物量,加速氮磷养分周转,增加土壤氮磷养分供应能力。米老排人工林土壤MBP的增加可能在一定程度上缓解了树木生长的磷限制。     

格氏栲天然林与人工林凋落叶分解过程中养分动态

通过对中亚热带格氏栲天然林 (natural forest of Castanopsis kawakamii, 约150a)、格氏栲和杉木人工林 (monoculture plantations of C. Kawakamii and Cunninghamia lanceolata,33年生) 凋落叶分解过程中养分动态的研究表明,各凋落叶分解过程中N初始浓度均发生不同程度的增加后下降;除格氏栲天然林中其它树种叶和杉木叶P浓度先增加后下降外,其它均随分解过程而下降;除杉木叶外,其它类型凋落叶的Ca和Mg浓度呈上升趋势;凋落叶K浓度均随分解过程不断下降.养分残留率与分解时间之间存在着指数函数关系xt=x0e-kt.凋落叶分解过程中各养分释放常数分别为N(kN) 0.678～4.088;P (kP) 0.621～4.308;K(kK) 1.408～4.421;Ca (kCa) 0.799～3.756;Mg (kMg) 0.837 ～ 3.894.除杉木叶外,其它凋落叶分解过程中均呈kK>kP>kN>kMg>kCa的顺序变化.各林分凋落叶的年养分释放量分别为N 10.73～48.19kg/(hm2·a),P 0.61～3.70kg/(hm2·a),K 6.66～39.61kg/(hm2·a),Ca 17.90～20.91kg/(hm2·a),Mg 3.21～9.85kg/(hm2·a).与针叶树人工林相比,天然阔叶林凋落叶分解过程中较快的养分释放和较高的养分释放量有利于促进养分再循环,这对地力维持有重要作用.     

杉楠混交与人工杉木林自养机制的恢复

自养机制的形成是人工林可持续经营的目标之一.本研究通过混交模拟杉木人工林不同恢复阶段林分,观察比较发现从退化的杉木林阶段到地带性树种比例较低的混交林、地带性树种比例较高的混交林和地带性树种纯林阶段凋落量、N、P、K、Ca和Mg5种元素的归还量逐渐增加,特别是5种养分元素的循环速率也不断增大,其中N、Mg的循环速率由杉木纯林的0.1左右增大到火力楠纯林的0.5以上,与此同时林分土壤有机质含量和养分含量也不断增加,表明退化杉木人工林在恢复过程中随着林内地带性火力楠树种混交比例的增加,林分的自养机制逐渐获得重建.从杉木人工林可持续经营角度来看,杉阔混交比例的确定应以林分自养机制的形成和土壤养分状况的改善为标准.     

杉木采伐迹地营造阔叶树对不同层次土壤磷组分和有效性的影响

磷限制是亚热带人工林经营面临的主要问题之一,研究阔叶树代替针叶树造林对不同土壤层次磷组分和有效性的影响对维持亚热带地区森林生态系统的可持续发展具有重要意义。以1993 年春天在二代杉木林采伐迹地上同时营造的阔叶树米老排人工林和针叶树杉木人工林为对象,研究0～100 cm不同土层土壤理化性质、磷组分及其有效性的变化。结果表明: 两种林分下土壤有机磷含量均随土层加深而显著下降;与杉木林相比,米老排林0～10 和10～20 cm土层有效磷含量显著增加,分别增加35.7%和86.2%,易分解态磷和中等易分解态磷均随土层加深而显著降低,表层(0～20 cm)土壤易分解态磷和中等易分解态磷含量显著增加,80～100 cm土层难分解态磷含量显著降低,下降13.6%,20～80 cm土层游离态铁含量显著降低。冗余分析表明,可溶性有机碳和游离态铁是土壤磷组分变化的关键影响因子。在杉木采伐迹地上营造阔叶树改变了磷在土壤剖面上的分布格局,有利于提高磷的有效性。     

杉木林分类型对表层土壤团聚体有机碳及养分变化的影响

探讨不同杉木林分表层土壤有机碳及养分在团聚体尺度下的微观表征,可为促进杉木人工林土壤资源可持续利用奠定理论基础,从而保障和提升土壤健康及肥力。本研究以杉木-火力楠混交林(Ⅰ)、杉木-米老排混交林(Ⅱ)和杉木纯林(Ⅲ)的土壤为对象,在0～10和10～20 cm土层采集土样,通过干筛法将土样分为>2、0.25～2和<0.25 mm粒径团聚体,测定各粒径团聚体的有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等养分的含量。结果表明: 不同林分表层土壤团聚体的有机碳和养分含量均随粒径减小而增加,不同粒径团聚体对有机碳和养分储量的贡献率在0～10 cm土层表现为: (>2 mm粒径)>(0.25～2 mm粒径)>(<0.25 mm粒径),在10～20 cm土层为(>2 mm粒径)>(<0.25 mm粒径)>(0.25～2 mm粒径)。不同林分类型表层土壤团聚体稳定性指标的平均重量直径,有机碳、全氮、碱解氮和有效磷含量及储量均为林型Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ(10～20 cm土层的有效磷除外),而速效钾含量和储量的排序为林型Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ。相较于杉木纯林,杉木与火力楠、米老排混交林的表层土壤具有更稳定的团聚体结构,而未受到人为因素干扰的杉木-火力楠混交林的表层土壤具有更多的大团聚体(>0.25 mm),土壤结构优于受到人为干扰的杉木-米老排混交林。杉木-火力楠混交林能够有效促进土壤团聚体的形成和稳定,缓解人工林土壤有机质分解及养分流失。     

凋落叶多样性对杉木幼苗生长及吸收15N标记硫铵的影响

利用¹⁵N硫铵研究了凋落叶多样性对杉木幼苗生长及养分吸收的影响.结果表明,凋落叶多样性的增加有利于盆栽杉木幼苗的生长.杉木、火力楠、红栲和刺楸4种凋落叶混合处理后,杉木幼苗的生长量最大;杉木、火力楠、刺楸3种凋落叶混合处理后的杉木幼苗生长量次之,其它依次为杉木、火力楠、红栲3种凋落叶混合处理>杉木和刺楸凋落叶处理>杉木和红栲凋落叶处理>对照>杉木和火力楠2种凋落叶混合处理>杉木凋落叶处理.就杉木幼苗对硫铵氮的吸收率而言,不作任何处理的杉木幼苗吸收率最高,其次为杉木、火力楠、红栲和刺楸4种凋落叶混合处理,其它依次为杉木、火力楠、刺楸3种凋落叶混合处理和杉木、火力楠、红栲3种凋落叶混合处理>杉木和刺楸凋落叶处理>杉木和红栲凋落叶处理>杉木和火力楠2种凋落叶混合处理>杉木凋落叶处理.另外,用凋落叶处理后,土壤中硫铵氮的残留量比不作凋落叶处理的土壤多,硫铵氮的总回收量也比不作凋落叶处理的土壤大幅增加,而且凋落叶多样性的增加也会增加硫铵氮的残留量.     

不同养分环境下邻株竞争对木荷和杉木生长、细根形态及分布的影响

以木荷和杉木为试验材料,模拟异质和同质两种森林土壤养分环境,设计单植、两株纯植和两株混植3种栽植方式,开展盆栽试验研究木荷与杉木混交造林增产及木荷生长竞争优势形成的原因.结果表明: 与同质养分环境相比,异质养分环境中木荷与杉木混植时两树种均具有较高的苗高和干物质积累量,且木荷竞争优势明显,这与其根系可塑性强有关.混植的木荷各径级细根大量增生,其根系总长度、表面积和体积比杉木高80%～180%.木荷细根在垂直方向上采用了补偿性的生长策略,即除占据富养表层外,还在低养分斑块中大量增殖以获得更大的竞争优势.木荷与杉木的细根在土壤中的拓殖深度不同,生态位分化,缓解了两树种根系对养分的强烈竞争,提高了混植产量.纯植的木荷由于根系自我识别作用,抑制了根系的生长,使得纯植产量较低.细根在空间上错开和均匀分布可能是木荷纯林结构稳定的原因之一.建议在生产中采用块状整地和表层施肥等措施,改善土壤养分分布状况,营建混交林促进木荷和杉木生长,而对已营造的木荷人工纯林,可以及时调控林分密度促进林木生长.     

南亚热带人工林种植对赤红壤团聚体分布及稳定性的影响

本文选取南亚热带地区桉树、杉木、马尾松、米老排和红锥5种典型人工林为研究对象,采用Elliott湿筛法和Le Bissonnais(LB)法研究了人工林对土壤团聚体稳定性的影响。结果表明: 5种人工林土壤经湿筛法处理后,水稳性团聚体(WR_>0.25)均在62.2%以上,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别介于1.58～3.71和0.57～2.02 mm,表现为杉木林最大,桉树林最小。各林分土壤团聚体结构破坏率(PAD)介于4.6%～31.5%之间;采用转移矩阵法评价5种人工林土壤团聚体,得出土壤团聚体稳定性指数(ASI)为杉木林>红锥林>米老排林>马尾松林>桉树林。在LB法3种处理下,快速湿润处理(FW)对土壤团聚体的破坏程度最大,说明消散作用是研究区团粒崩解的主要机制;预湿润振荡处理(WS)的破坏程度最小;慢速湿润处理(SW)介于两者之间,MWD和GMD值变化一致,均表现为WS>SW>FW,且随土层的加深,呈现逐渐降低的趋势。5种人工林土壤在LB法FW处理下团聚体GMD值与湿筛法ASI、MWD、GMD均达到显著正相关,表明湿筛法与LB法的FW处理具有很好的相关性,可用于表征南亚热带赤红壤地区土壤团聚体的稳定性。综合MWD、GMD、PAD和ASI等团聚体稳定性指标,杉木人工林比其他4种人工林更有助于土壤团聚水平的提高,其土壤结构相对较为稳定。     

3种功能型林木幼苗叶片与细根碳氮磷化学计量特征及其异速关系

为了比较不同功能型林木叶片与细根碳氮磷化学计量特征及其异速关系的差异,本研究以刨花楠(常绿阔叶)、福建山樱花(落叶阔叶)和福建柏(常绿针叶)的幼苗为对象,对其叶片和细根的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其计量比关系进行分析。结果表明: 3种树木幼苗的叶片与细根的C、N、P含量及其计量比存在显著差异,其中,叶片与细根的C含量及C/N、C/P均以刨花楠最高,N含量和N/P以福建山樱花最高,P含量以福建柏最高;3种幼苗叶片的C、N、P含量和C/P、N/P均高于细根。叶片的C、N、P含量及其计量比之间的异速关系与细根不同,且受功能型差异的影响;3种幼苗叶片的C/P与N/P之间存在着指数明显不同的异速关系,但其细根的N、P含量均为等速关系。3种幼苗叶片和细根的C、N、P含量及其计量比关系也存在差异;刨花楠叶片和细根的关系主要显示为叶片C含量与细根P含量的异速关系,福建山樱花则主要显示在叶片C、N含量及C/N、N/P与细根C/N、N/P间的异速或等速关系,而福建柏主要是叶片C含量与细根C、N、P含量间的异速关系,福建山樱花叶片与细根的养分分配更具协调性。3种幼苗叶片和细根对P的投资策略具有相似性。研究结果为实施林木苗期精准养分管理与高效培育技术等提供了科学依据。     

中亚热带4种林分类型土壤微生物生物量碳氮特征及季节变化

以中亚热带常绿阔叶林及由其改造而来的闽楠、毛竹及杉木人工林为研究对象,采用氯仿熏蒸浸提法测定了4种林分类型表层(0～10 cm)和深层(40～60 cm)土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN),并分析了其季节变化及与土壤理化性质之间的关系.结果表明: 4种林分类型表层土壤MBC和MBN均以常绿阔叶林最高,其次为闽楠人工林、毛竹人工林和杉木人工林,且前三者显著高于后者;各林分深层土壤MBC和MBN无显著差异.4种林分类型的表层土壤MBC和MBN均显著高于深层土壤,且各土层MBC和MBN均具有明显的季节变化,总体呈现出“夏高冬低”单峰曲线变化模式.相关分析表明,4种林分类型土壤MBC和MBN与土壤有机碳、全氮及土壤温度呈显著正相关关系,与土壤容重呈显著负相关关系.表明常绿阔叶林改造成人工林30多年后,表层土壤MBC和MBN呈下降趋势,其中杉木人工林下降幅度最大(分别下降39.0%和49.8%),而对深层土壤MBC和MBN的影响较小.凋落物数量和质量、土壤有机碳和总氮含量及土壤温度是导致各林分类型土壤微生物生物量碳氮差异和季节变化的主要因素.     

隔离降水对杉木幼苗细根生物量和功能特征的影响

在福建三明陈大国有采育场杉木幼苗小区,采用土钻法和内生长环法,以非隔离降水为对照,对隔离降水50%处理一年的杉木幼苗细根生物量和形态、化学计量学、比根呼吸、非结构性碳水化合物等功能特征进行研究.结果表明: 与对照相比,隔离降水处理0～1 mm细根生物量显著降低,1～2 mm细根生物量差异不显著;隔离降水导致细根在形态上发生了适应性变化,0～1 mm和1～2 mm细根比根长分别增加21.1%和30.5%,0～1 mm细根组织密度显著降低,而比表面积显著增加.隔离降水导致细根氮的富集,但限制了对磷的吸收,氮磷比升高,导致营养失衡;隔离降水没有显著改变细根比根呼吸和非结构性碳水化合物含量,但导致1～2 mm细根可溶性糖、糖淀比显著降低,淀粉含量增加33.3%,表明其通过增加非结构性碳水化合物贮存比例以应对降水减少.