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。     

贵州中部喀斯特山地不同植被生态系统细根生态特征及养分储量

为了解喀斯特生态系统退化过程中树木细根生物量和土壤养分的变化,选择贵州中部喀斯特山地乔木林、灌木林和灌草丛3种植被生态系统,比较分析不同深度(0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm)土壤细根数量及其养分情况.结果表明:树木细根主要分布在0～10 cm土层,并随土层加深而减少.在0～10 cm土层中,乔木林、灌木林和灌草丛的活细根生物量分别占0～15 cm总细根生物量的42.78%、56.75%和53.38%,总活细根生物量的83.36%、86.91%和93.79%.不同植被下优势种植物细根生物量存在差异.0～5 cm土层乔木林活细根氮素和磷素储量均显著高于灌草丛和灌木林(P0.05),但灌木林和灌草丛间没有差异;5～10 cm土层乔木林活细根氮和磷储量显著高于灌草丛和灌木林(P0.05),灌木林下又显著高于灌草丛下(P0.05).0～10 cm土层的活细根生物量与植株地上部分生物量呈正相关,植物叶片氮、磷养分含量与细根比根长呈显著的负相关,说明细根的养分储量对地上生物量的建成和生态系统功能的发挥具有重要作用.     

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。     

喀斯特峰丛洼地植被演替对土壤微生物生物量碳、氮及酶活性的影响

采用经典统计分析与通径分析,研究了桂西北喀斯特峰丛洼地4种植被演替阶段(草丛、灌木林、次生林、原生林)表层(0—15 cm)土壤微生物生物量和土壤酶活性的变化特征,探讨了其与土壤理化性质之间的关系。结果表明:土壤微生物生物量和土壤酶活性随植被正向演替的变化规律并不完全一致。土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和碱性磷酸酶活性整体表现为随植被正向演替而增加。而土壤蔗糖酶活性表现为:次生林草丛≈灌木林原生林,脲酶活性表现为:草丛≈次生林≈灌木林原生林。通径分析结果表明,土壤微生物生物量的直接影响因素和主要影响因素为土壤有机碳;蔗糖酶活性的直接影响因素为土壤有机碳和土壤微生物生物量碳,而从总效应来看,各因素对蔗糖酶活性的影响均较小;脲酶和碱性磷酸酶活性的直接影响因素和主要影响因素均为全氮,但全氮对脲酶活性表现为强烈的负效应,而对碱性磷酸酶活性表现为强烈的正效应。此外,土壤微生物生物量碳、氮及蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的剩余通径系数均较大,说明存在其它未被考虑因素对其具有影响。     

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.     

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。     

桂西北喀斯特峰丛洼地土壤物理性质的时空分异及成因

运用经典统计方法,以桂西北喀斯特峰丛洼地4个植被演替阶段(草地、灌木林、次生林、原生林)土壤表层(0～15 cm)和剖面为研究对象,采用冗余分析(RDA)方法分析土壤物理性质的时空分异成因.结果表明： 灌木林和原生林表土的粘粒(＜0.002 mm)和粉粒(0.002～0.05 mm)含量分别与其他3个演替阶段有显著差异;草地与次生林之间各粒级颗粒含量差异不显著;各演替阶段土壤砂粒(0.05～2.0 mm)含量均无显著差异;草地的容重与其他3个演替阶段差异极显著.草地粘粒含量随坡位升高而增加,其他植被类型为中坡位粘粒含量最高,且同一植被类型下不同坡位之间差异不显著.原生林0～30 cm土壤各层次间的粘粒含量变化幅度(14.55%)大于草地(7.12%)、灌木林(11.24%)和次生林(13.77%),人类干扰对表层土壤颗粒组成有很大影响.土壤物理性质主要受土壤有机碳和各演替阶段植被类型的影响,其中砂粒含量受裸岩率的影响较大.     

喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段优势种根系构型特征

以喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段灌丛、次生林、原生林为研究对象,采用全挖法分析了各阶段4个优势种的根系构型参数,探讨该特殊生境条件下植物根系构型的差异性、相似性以及资源合理高效的利用方式。结果表明:(1)各个植被恢复阶段优势种拓扑指数TI均趋向于0.5,呈叉状分支结构,并表现为次生林(0.57)原生林(0.49)灌丛(0.46),有利于根系在贫瘠且浅薄的土壤环境中拓展生存空间。(2)3种植被恢复阶段优势种的根系平均连接长度在34.29cm以上,平均为37.01cm,增加连接长度对植物在养分贫瘠的喀斯特土壤环境的生存有利。(3)次生林根系分支率低于灌丛和原生林,这是不同植被恢复阶段优势种对环境所采取的不同适应策略。(4)3种植被恢复阶段优势种根系的横截面积比均符合Leonardo da Vinci法则,且不随直径的变化而变化。(5)3种植被恢复阶段优势种在土壤养分、水分获取及土壤空间拓展方面没有显著差异性。研究认为,在喀斯特峰丛洼地异质性很强的生境下,3种植被恢复阶段优势种的根系均为叉状分支结构,且均以较长的连接长度和较低的分支率策略适应其特殊的生态环境。     

黄土丘陵区退耕地先锋群落演替过程中细根特征的变化

采用空间序列取代时间序列的方法,对退耕时间分别为2、4、6和8年的退耕地群落细根特征进行了分析,以探讨退耕地植被演替过程中细根特征在土壤剖面上的变化及其在演替过程中的作用.结果表明:(1)群落细根根长密度和根面积密度随植被演替显著增加;比根长、比根面积和地下/地上生物量也有增加趋势;细根平均直径随植被演替波动,但有减少趋势;(2)在土壤剖面上根长密度、根面积密度和根系生物量均随土壤深度的增加而降低.其中超过63%的根长、61%的根面积和72%的生物量分布在0～20 cm的表层土壤中;(3)根径级统计表明,多数细根直径在0～0.5和0.5～1.0 mm之间,这两级细根长度占细根总长度的80%以上;(4)逐步回归分析表明,植被演替过程中细根特征的变化主要与土壤有效氮(第2年)、有效磷(第2～8年)和土壤水分(第8年)的含量有关,且随着植被演替,2～6年退耕地中细根特征与土壤资源正相关,而第8年中二者呈负相关.这可能与植物生长对资源的需求与土壤提供资源的能力之间的平衡有关.研究表明,退耕地植被演替过程对土壤资源有一定影响,尤其是土壤水分含量显著减少;而土壤水分等土壤资源的变化又对群落产生影响,导致茵陈蒿先锋群落向地带性长芒草群落演替.     

武夷山不同海拔高度植被细根生物量及形态特征

以福建武夷山不同海拔高度4种植物群落为对象,采用挖掘法获取土壤细根样品,用WinRHIZO根系分析仪分析细根形态,分别测定了不同海拔高度不同土层(0-10、10-25 cm)土壤细根现存生物量及各形态指标的变化特征.结果表明:0～10 cm土壤活细根生物量、活细根根长密度、活细根表面积密度、活细根体积密度均是常绿阔叶林<矮林<针叶林<高山草甸,各群落间呈现极显著差异(P<0.01);不同海拔高度植被,活细根和死细根的生物量、根长密度、细根表面积密度、细根体积密度均指标均是0～10>10～25 cm;4种植被在0～10、10～25 cm土层中≤2.0 mm径级的活细根、死细根对细根总长度、总表面积的贡献最大;土壤细根生物量及细根的主要形态指标总体趋势是高海拔显著大于低海拔;同时表明了土壤含水率是影响活细根各指标垂直变化的主要因子.     

中亚热带杉木人工林细根生物量空间变异与取样数量估算

林木细根生物量具有一定的空间异质性,因此采用合理的细根取样策略对精确估算细根生物量十分重要。通过在福建省三明杉木人工林林内采用土钻法随机选取100个取样点,分析不同细根类型(杉木、林下植被、总细根)生物量的空间变异特征,并对细根生物量所需的取样数量进行估计。结果表明:不同细根类型单位面积生物量随径级(0—1、1—2 mm)及土层深度的增加变异增大,所需的取样数量也相应增加。Shapiro-Wilk检验表明,仅0—2 mm杉木细根和总细根单位面积生物量符合正态分布,其余各个细根类型不同径级不同土层单位面积生物量均不符合正态分布,均呈明显的右偏分布。蒙特卡罗统计模拟分析表明:在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0—1 mm、1—2 mm和0—2 mm的细根,杉木采集95、96、32个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,林下植被分别采集98、98、63个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,而总细根分别采集93、93、18个样品可以满足测定单位面积生物量的需要。     

基于土芯法的亚热带常绿阔叶林细根空间变异与取样数量估计

树木细根具有高度空间异质性,确定合理的细根取样策略是林木细根研究的前提。通过在福建省三明米槠天然常绿阔叶林内随机钻取96个土芯,分析细根生物量和形态特征的空间变异特征,并估计各指标所需的取样数量。结果表明:(1)随着径级增加,细根各指标变异系数增大,相应的取样数量增加;(2)随着土壤深度增加,单位面积细根生物量变异程度和相应的取样数量均增加。在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0-1 mm和1-2 mm的细根,分别采集16和42个样品可以满足测定单位面积细根生物量,采集17和31个样品可以满足测定单位面积细根长度,采集25和33个样品可以满足测定单位面积细根表面积。Shapiro-Wilk检验表明,除表层土壤0-1 mm细根单位面积生物量符合正态分布外,其余细根生物量和形态指标数据均不符合正态分布。研究结果为亚热带常绿阔叶林细根的合理取样提供了科学依据。     

黄土高原4种植被类型的细根生物量和年生产量

细根(≤2 mm)在陆地生态系统净初级生产力的分配中占有重要地位,在碳循环和水土保持方面具有重要意义. 本文采用土钻法和内生长法,以黄土高原刺槐人工林、落叶灌木、退耕草地和沙蒿群落4种主要植被类型为对象,研究0～40 cm土层细根生物量、垂直分布和细根年生产量. 结果表明： 细根生物量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根生物量的大小顺序为落叶灌木(220 g·m^-2)>刺槐人工林(163 g·m^-2)≈退耕草地(162 g·m^-2)>沙蒿群落(79 g·m^-2). 退耕草地直径≤1 mm细根生物量占直径≤2 mm总细根生物量的74.1%,在4种植被类型中最高;4种植被类型细根生物量随着土层深度的增加而减少,最大值均出现在0～10 cm土层. 退耕草地0～10 cm土层细根生物量占0～40 cm土层总细根生物量的44.1%,显著高于其他3种植被类型;细根年生产量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根年生产量大小顺序为退耕草地(315 g·m^-2·a^-1)>落叶灌木(249 g·m^-2·a^-1)>刺槐人工林(219 g·m^-2·a^-1)>沙蒿群落(115 g·m^-2·a^-1),其中退耕草地显著高于其他3种植被类型. 退耕草地0～10 cm土层细根生产量占0～40 cm土层总细根生产量的40.4%,在4种植被类型中最高. 退耕草地细根周转时间为0.51 a,低于其他3种植被类型.     

我国西南山地喀斯特植被的根系生物量初探

在贵州茂兰喀斯特森林国家自然保护区内,选取2种立地条件上(岩石和土壤分别占优势)的5个植被恢复阶段(草本群落、灌草群落、灌木群落、次顶极常绿落叶阔叶林和顶极常绿落叶阔叶林)共10个样地,利用平均标准木机械布点法对根系进行采集,分析了其生物量总量、不同根系径级的分配格局和地下空间的分布规律。结果表明:1)喀斯特植物群落的正向植被恢复进程极显著地增加了地下生物量(p0.001),从草本群落的2.63Mg·hm–2增加到顶极森林群落的58.15Mg·hm-2;同一恢复阶段的石生和土壤立地上根系生物量的差异不显著(p0.05),在顶极和次顶极常绿落叶阔叶林阶段,石生立地的根系生物量高于土壤立地,而灌木、灌草和草本群落阶段则相反。2)同一恢复阶段的石生立地的粗根生物量均高于土壤立地,但差异不显著(p0.05),而细根和小根生物量则从石生到土壤立地显著增加(p0.05);随着喀斯特植被的恢复,石生和土壤立地上粗根占总根系生物量的比例均逐渐增加。3)石生立地根系的分布以水平扩散和穿梭为主,无垂直层次分布;而土壤立地各恢复阶段的根系生物量主要集中在地面到地下10cm的垂直空间内;在不同的土层深度,粗根占所有根径级生物量的80%,且随土层加深,其比例降低。该研究不仅填补了喀斯特植被根系生物量观测的空白,为估算我国西南喀斯特地区植被的总生物量和生产力提供了本底数据,也为进一步研究喀斯特森林稳定性维持机制和喀斯特石漠化防治与植被适应性修复奠定了基础。     

秦岭天然林凋落物去除对土壤团聚体稳定性及细根分布的影响

研究凋落物去除对秦岭天然林土壤团聚体稳定性及细根分布特征的影响机制,为森林生态治理提供理论依据。结果表明:(1)凋落物去除导致云杉林10-40 cm土层土壤中粒径大于0.25 mm水稳性团聚体含量(WR_0.25)较对照显著降低(P<0.05);混交林10-40 cm土层的大于0.25 mm机械稳定性团聚体含量(DR_0.25)显著降低(P<0.05);红桦林表层0-10 cm土壤团聚体的平均质量直径(MWD)显著降低(P<0.05);(2)凋落物去除导致三种天然林0-20 cm土层的细根生物量密度(FRBD)较对照显著降低44.18%-57.24%,细根体积(FRV)显著降低24.64%-60.41%;三种天然林中红桦林0-40 cm各土层的FRV最高;(3)凋落物去除导致云杉林0-40 cm土层的土壤容重较对照显著增加5.24%-13.04%,三种天然林0-40 cm土层的土壤有机碳含量显著降低7.92%-25.21%,全氮含量显著降低10.17%-18.10%;(4)相关分析表明,云杉林土壤的团聚体破坏率(PAD)和土壤不稳定团粒指数(E_LT)与FRBD、细根根长密度(FRLD)和FRV均呈极显著负相关,混交林土壤的PAD与FRBD呈极显著负相关关系(r=-0.814),红桦林土壤团聚体MWD与FRBD、FRLD和细根比根长(FSRL)均呈显著负相关关系(r=-0.777、-0.771和-0.786)。综上,凋落物去除在总体上降低了天然林土壤团聚体的稳定性及有机碳和全氮含量,并且不利于林木细根的生长。     

中亚热带森林植物多样性增加导致细根生物量“超产”

细根在森林生态系统C分配和养分循环过程中发挥着重要作用, 但对地下细根与植物多样性之间关系的研究相对较少。该研究选择中亚热带从单一树种的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林到多树种的常绿阔叶林(青冈(Cyclobalanopsis glauca)-石栎(Lithocarpus glaber)林)的不同植物多样性梯度, 用根钻法采集细根并测定其生物量, 用Win-RHIZO 2005C根系分析系统测定细根形态参数, 以验证以下3个假设: 1)植物种类丰富度高的林分其细根生产存在“地下超产”现象; 2)根系空间生态位的分离水平是否随着植物多样性增多而增大? 3)细根是否通过形态可塑性对林木竞争做出响应?结果显示: 从单一树种的杉木人工林到植物种类较复杂的青冈-石栎常绿阔叶林, 0-30 cm土层的林分细根总生物量和活细根生物量均呈增加的趋势, 即细根总生物量为杉木林(305.20 g·m^-2) <马尾松(Pinus massoniana)林(374.25 g·m^-2) <南酸枣(Choerospondias axillaris)林(537.42 g·m^-2) <青冈林(579.33 g·m^-2), 活细根生物量为杉木林(268.74 g·m^-2) <马尾松林(299.15 g·m^-2) <南酸枣林(457.32 g·m^-2) <青冈林(508.47 g·m^-2), 各森林类型之间的细根总生物量差异显著(p < 0.05), 但活细根生物量差异不显著。土壤垂直剖面上, 除杉木林细根生物量随土层变化不显著外, 其他森林类型的活细根生物量和总细根生物量均随土层变化显著, 表层细根生物量随树种多样性的升高呈减小趋势, 据此推测树种间的生态位分离水平逐渐增大。植物多样性的不同对林分的细根形态及空间分布格局影响不显著, 细根形态可塑性对生物量变化响应不明显。     

杉木成熟林细根形态与功能特征的海拔梯度变异特点

为探究植物对环境变化的适应策略,在安徽省金寨县天马国家自然保护区,以不同海拔高度(750、850、1000、1150 m)杉木(Cunninghamia lanceolata)成熟林为对象,采用土钻法获取土壤细根样品,分别测定了不同海拔不同土层(0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm)土壤细根生物量、形态特征参数和碳氮含量。结果表明:(1)随海拔梯度增加,0—30 cm土层细根生物量、根长密度、比根长、表面积密度、体积密度均呈先减少后增加趋势,在海拔750 m生物量最大,其余指标在海拔1150 m最大;随土层深度增加,同一海拔细根生物量、根长密度、表面积密度、体积密度均呈减少趋势。(2)随海拔梯度增加,0—30 cm土层细根C和N含量呈先增加后减少趋势,C/N比呈先减少后增加再减少趋势;随土层深度增加,同一海拔细根C含量呈先减少后增加趋势,N含量呈降低趋势,C/N比呈上升趋势。(3)细根N含量与生物量、根长密度和体积密度显著正相关,C/N比与生物量、根长密度、表面积密度和体积密度极显著负相关。(4)土壤水分对细根生物量及其形态指标影响显著。     

云南松林的根系生物量及其分布规律的研究

利用平均标准木机械布点法测定了云南省永仁林业局云南松不同龄组林分的根系生物量及其沿土壤剖面深度的分布规律.结果表明,林分根系总生物量随林龄而增加,幼龄林(15～17年)的根系生物量为8.50 t·hm^-2,中龄林(30～32年)为11.70 t·hm^-2,成熟林为(>62年) 18.91 t·hm^-2.在不同龄组林分中,粗根(>10mm)生物量差异最大（1.5～12.3 t·hm^-2）,而中根（5～10 mm）（1.4～1.6 t·hm^-2）及小根（<5 mm）（5.3～6.2 t·hm^-2）的生物量差异最小.根系生物量沿土壤深度迅速减少,约93%的根系生物量集中分布在0～30 cm土层中,深土层(30～115 cm)的根系生物量仅占7%左右.     

宁夏大罗山4种主要植被类型的细根生物量

采用根钻法,分析了宁夏大罗山4种主要植被类型(青海云杉纯林、油松纯林、落叶灌木和荒漠草原)0～40 cm土层的细根生物量、土壤含水量和土壤容重,并对50 a、70 a和100 a 3种树龄的青海云杉纯林细根生物量进行了研究.结果表明: 4种植被类型的细根生物量集中分布在0～20 cm土层,大小顺序为油松纯林>青海云杉纯林>落叶灌木>荒漠草原,其中油松纯林显著高于其他3种植被类型;不同树龄青海云杉纯林细根生物量表现为70 a > 100 a > 50 a,且其活细根和死细根生物量分配比例无显著性差异;4种植被类型下0～40 cm土壤含水量的大小表现为:青海云杉纯林>油松纯林>落叶灌木>荒漠草原;土壤容重则呈相反的规律,并与细根生物量呈极显著负相关.