南亚热带乡土树种人工纯林及混交林土壤微生物群落结构

以我国南亚热带格木、马尾松人工纯林及二者混交林林地土壤为对象,运用磷脂脂肪酸(PLFAs)法研究了3种人工林土壤微生物生物量和群落结构特征.结果表明: 旱季土壤微生物的PLFAs总量及各菌群的PLFAs量显著高于雨季.旱季土壤微生物的PLFAs总量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、放线菌PLFAs量均为马尾松人工林最高,混交林次之,格木林最低;而雨季格木人工林土壤微生物的PLFAs总量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、丛枝菌根真菌PLFAs量高于混交林,并显著高于马尾松人工林.主成分分析表明,土壤微生物群落结构组成受林分类型和季节的双重影响.冗余分析表明,土壤温湿度、pH值、全氮及铵态氮含量与特征磷脂脂肪酸之间呈显著相关关系.在全年水平上,混交林土壤真菌/细菌比值始终高于格木林和马尾松林,表明格木与马尾松混交更有利于提高土壤生态系统的稳定性.     

松材线虫入侵后不同伐倒干扰强度对马尾松林植物多样性的影响

以松材线虫入侵马尾松林后经过不同伐倒干扰强度经营形成的不同群落类型作为研究对象,对9个群落类型的物种多样性进行了研究.结果表明,乔木层物种多样性指数大小排列顺序为: 马尾松纯林受害皆伐后形成的阔叶林(富阳)＞轻度受害的马尾松 木荷混交林(富阳)＞对照＞轻度受害的马尾松 纯林(富阳)＞马尾松 栓皮栎混交林受害择伐后形成的栓皮栎林(舟山)＞马尾松纯林受害皆伐后形成的马尾松幼龄林(富阳)＞马尾松纯林受害择伐后形成的枫香林(舟山)＞受害的黑松 马尾松混交林(舟山)＞受害的马尾松纯林(舟山).灌木层舟山马尾松纯林的3种多样性指数均最低,其余各地相差不大.草本层马尾松幼树纯林、栓皮栎林和枫香林的3个指数较高.不同地理位置和不同受害程度的马尾松林植物多样性差异显著;不同干扰程度、不同恢复方式下马尾松林内的植物多样性差异也显著.建立了伐倒干扰强度指数,发现物种多样性指数随伐倒干扰强度指数的变化规律符合“中间高度膨胀”理论.协方差分析结果表明,所建的指数能有效地反映松材线虫入侵及病木伐除后马尾松林植物多样性的变化.     

重庆酸雨区不同林型对土壤酸化和真菌群落的影响

不同林型土壤的酸化缓冲能力不同，真菌在土壤系统中扮演着重要的角色，而对土壤真菌群落结构和组成与土壤酸化的关系缺乏深入研究。以重庆铁山坪林场的马尾松纯林（Pi）和经马尾松纯林改造后的香樟纯林（Ci）、木荷纯林（Sc）、马尾松-香樟混交林（Pi_Ci）以及马尾松-木荷混交林（Pi_Sc）为研究对象，每个林型分别设置4个20 m×20 m的样地，分别采集腐殖质层（O层）和淋溶层（A层）土壤进行土壤性质及真菌群落分析，以探讨酸雨区森林土壤真菌群落与缓解土壤酸化的关系。研究表明：（1）与Pi相比，Ci土壤酸化明显缓解（高pH低NH₄ ： NO₃），且能有效提高土壤全磷（TP）含量；而Sc虽然土壤pH值与Pi没有显著差异，但显著（P<0.05）提高了NH₄ ： NO₃，且显著降低土壤TP和全钾（TK）含量（P<0.05）；（2）不同林型土壤真菌群落多样性以Ci最为丰富，且表征土壤酸化的指标pH值、阳离子交换量（CEC）与真菌多样性显著正相关（P<0.05），NH₄ ： NO₃与多样性显著负相关（P<0.05）；（3）林型和土层都对真菌群落结构有显著影响（P<0.001），且林型的影响大于土层的影响；而土壤酸化程度将五个林型的土壤真菌群落区分成两个大类：Ci和Pi_Ci；Pi，Sc以及Pi_Sc。（4） Ci中有益菌（如Mortierella）更多，Pi以外生菌根真菌占优势（Russulaceae、Russula、Tomentella以及Sebacina）；Sc以及Pi_Sc则含有更多的植物病原菌（Cladophialophora，Paecilomyces，Venturiales）、嗜酸菌及产酸菌（Paecilomyces，Penicillium）。在酸雨区受损马尾松林地种植香樟促进土壤真菌多样性提高，且产酸真菌、嗜酸菌丰度降低，而有益真菌丰度增加，可有效缓解土壤酸化；而种植木荷后土壤中的病原菌、嗜酸菌和产酸菌相对丰度增加，导致土壤进一步酸化。因此，通过将受酸雨损害严重的马尾松纯林改造成香樟纯林或马尾松-香樟混交林，有助于缓解土壤的酸化，实现酸雨区森林生态系统的可持续发展。     

黄河三角洲刺槐白蜡混交对土壤细菌群落结构及多样性的影响

为探讨黄河三角洲刺槐白蜡混交对土壤细菌群落结构及多样性的影响,通过高通量测序技术分析比较了刺槐白蜡混交林及刺槐纯林、白蜡纯林土壤细菌群落结构及多样性。结果表明:(1)混交林与两种纯林土壤细菌群落共36门。酸杆菌门、变形菌门、放线菌门(相对丰度大于10%)为刺槐白蜡混交林与两种纯林土壤中共有的优势菌群;硝化螺旋菌门为刺槐纯林土壤中的优势菌群。不同人工林土壤中各门细菌相对丰度差异显著。(2)混交改变了土壤细菌群落结构,提高了细菌多样性。刺槐白蜡混交林土壤细菌物种数、Chao1指数、Shannon指数分别为1934.5、2629.1、9.1,显著高于两种纯林。(3)相关性分析表明,土壤含水量与放线菌门细菌呈显著正相关;pH与芽单胞菌门细菌呈极显著正相关,与酸杆菌门细菌呈显著负相关。细菌多样性与土壤含水量呈显著正相关,与速效钾、有机质含量呈显著负相关。研究表明,刺槐白蜡混交林土壤细菌群落结构与两种纯林之间有一定差异,多样性差异显著,刺槐白蜡混交改变细菌群落结构,提高细菌多样性。     

亚热带常见造林树种对土壤细菌及微生物功能群的影响

为揭示亚热带人工林常见造林树种对森林土壤微生物群落的影响,本研究选取马尾松、米老排、枫香、冬青、火力楠、麻栎和光皮桦7个树种为研究对象,采用16S rRNA高通量测序和实时荧光定量PCR技术,探究不同树种土壤细菌的多样性、群落构成以及微生物功能群基因丰度。结果表明: 变形菌门、酸杆菌门和放线菌门是亚热带造林树种的优势细菌门,不同树种细菌多样性和丰富度指数无显著差异。冗余分析表明,土壤容重、土壤C/N、凋落物氮和凋落物C/N是影响土壤细菌组成的主要环境因子。不同造林树种土壤中氨氧化古菌、氨氧化细菌和完全氨氧化菌amoA基因丰度均具有显著差异。完全氨氧化菌在数量上占据优势地位,但只有氨氧化古菌amoA基因丰度与土壤硝态氮呈显著正相关关系,表明氨氧化古菌在亚热带酸性森林土壤自养硝化作用中可能发挥主要作用。相关分析表明,凋落物氮是不同树种影响氨氧化微生物丰度变化的关键驱动因子。本研究表明,土壤微生物功能群对树种的响应比细菌群落结构更加敏感,未来应从微生物功能群角度深入探究不同造林树种对森林生态系统功能的影响机制。     

重庆酸雨区马尾松香樟混交林的土壤化学性质和林木生长特征

为给遭受酸化危害的重庆马尾松(Pinus massoniana)纯林的恢复与管理提供科学依据,在属于酸雨区的重庆市江北区铁山坪林场,调查了马尾松香樟(Cinnamomum camphora)混交林的土壤化学性质和林木生长状况,并与毗邻的马尾松纯林和香樟纯林进行了比较。结果表明,与马尾松纯林相比,混交林腐殖质层和土壤酸度降低,交换性盐基离子Ca2+和Mg2+含量增加,酸性阳离子Al3+和H+含量明显减少(p0.05)。混交林马尾松树冠下腐殖质层和0–60cm土层马尾松细根的干重、长度、表面积、体积和根尖数的总密度都显著低于马尾松纯林(p0.05),比值分别为0.44、0.71、0.59、0.46和0.71,马尾松树高显著低于马尾松纯林(p0.05),其针叶变色率为15%,显著高于马尾松纯林(p0.05),香樟的生长特征与香樟纯林相似。结果说明,尽管混交林的土壤化学性质优于马尾松纯林,但林中马尾松的生长状况表现出了明显的恶化迹象,而香樟依然比较健康,这可能与香樟具有明显的竞争优势有关。因此,在利用香樟营造与马尾松的混交林来改善遭受酸化危害的马尾松纯林的生长状况时,应注意调控香樟的竞争优势。     

Characteristics of fungal community structure during the decomposition of mixed foliage litter from Pinus massoniana and broadleaved tree species in southwestern China

针叶树凋落物相当顽强且养分含量低,而阔叶凋落物通过增加可降解养分和促进微生物代谢来促进针叶凋落物的分解。马尾松(Pinus massoniana)凋落物和三个阔叶凋落物混合可能会增加真菌分解者的多样性和丰富性,并且会随着阔叶树种的数量和比例而有所差异。我们使用高通量测序技术分析了西南地区马尾松与香椿(Toona sinensis),香樟(Cinnamomum camphora)和檫木(Sassafras tzumu)凋落叶混合分解过程中的真菌群落组成和多样性,共设置35种实验处理。研究结果表明,与单一凋落叶相比,除马尾松+香椿,马尾松+檫木+香椿和马尾松+檫木+香樟组合中马尾松凋落叶占70%-80%以及马尾松+檫木+香樟+香椿组合中香椿凋落叶所占比例较小外,其余混合凋落叶均增加了真菌的多样性和丰富性。其中马尾松+香樟+香椿组合中的7:1:2的真菌多样性和丰富性显著高于其他处理。子囊菌门和担子菌门是最主要的优势门,曲霉属是最丰富的真菌群落属。一针一阔(6:4)和一针两阔(阔叶凋落叶占30%-40%)组合的凋落叶在整个分解过程中均表现出较强的协同作用,并且增加了可分解较难分解物质真菌菌群的相对丰度。可见马尾松+香樟+香椿组合中阔叶凋落物占30%-40%比例时增加了真菌的多样性,促进了针叶凋落物中难分解物质的分解。因此,香椿和香樟可能是构建马尾松混交林潜在的候选阔叶伴生树种。     

广西凭祥红锥-马尾松混交林菌根际微生物群落结构

以广西凭祥红锥-马尾松混交林中红锥和马尾松为研究对象,采集林下外生菌根和根际土壤,利用高通量测序分析该混交林下的菌根际微生物群落结构。结果表明,红锥、马尾松菌根际优势真菌为红菇属Russula、被孢霉属Mortierella、乳菇属Lactarius、鹅膏属Amanita、拟锁瑚菌属Clavulinopsis、丝盖伞属Inocybe、锁瑚菌属Clavulina和木霉属Trichoderma,其中,Russula为绝对优势类群,菌根和根际中共生真菌均以外生菌根真菌为主。而优势细菌主要为常见菌根辅助细菌,如伯克霍尔德氏菌属Burkholderia、假单细胞菌属Pseudomonas、慢生根瘤菌属Bradyrhizobium、根瘤菌属Rhizobium和土壤杆菌属Agrobacterium,除芽孢杆菌属Bacillus外,菌根内菌根辅助细菌均高于根际。PICRUST功能分析表明红锥和马尾松菌根中部分膜运输通路（ABC transporters、transporters和secretion system ABC）和信号转导通路（two-component system）的丰度高于根际。α多样性分析表明,菌根和根际微生物多样性存在显著差异,马尾松菌根、根际真菌群落多样性显著高于红锥;β多样性分析表明两树种菌根和根际分别具有相似的微生物群落结构。优势菌群和土壤环境因子的RDA分析表明,土壤pH、全磷和全钾是影响菌根际菌群结构的主要环境因子。     

不同施氮方式和施氮量对马尾松和木荷幼苗根系土壤细菌群落的影响

作为影响全球变化的主要因子之一,氮沉降对生态系统生物地球化学循环有重要的影响。细菌作为土壤生态系统物质循环的关键参与者,是土壤生态系统变化的敏感指标,在氮沉降对生态系统影响过程中发挥不可忽视的作用。模拟2种施氮方式(SAN:土表施氮,LAN:叶面施氮)和3种施氮量(5.6、15.6、20.6 g N m^-2a^-1),运用PCR-DGGE技术,分析不同施氮方式和施氮量对两种盆栽植物马尾松(Pinus massoniana Lamb.)和木荷(Schima superba Gardn.et Champ.)幼苗土壤细菌多样性和群落组成的影响。结果表明:不同氮添加方式下,土壤细菌多样性和群落组成对氮添加的响应不同,并受到季节的影响。在雨季,LAN处理木荷土壤细菌多样性高于SAN处理;而旱季,LAN处理两种幼苗根系土壤细菌多样性均高于SAN处理。LAN处理条件下,马尾松土壤AcidobacteriaGp1相对丰度在旱季和雨季均显著高于SAN处理(P<0.05)。在雨季,马尾松LAN处理土壤Alphaproteobacteria相对丰度显著低于SAN处理(P<0.05),旱季没有显著差异(P>0.05)。氮添加能够提高木荷土壤细菌多样性,提高马尾松土壤变形菌门的相对丰度。旱季施氮还能够提高马尾松土壤Actinobacteria相对丰度,降低木荷土壤酸杆菌门的相对丰度。土壤细菌群落变化与土壤pH显著相关(P<0.05),木荷土壤细菌群落还受到土壤NH+4-N含量的显著影响(P<0.05)。     

南亚热带马尾松-红椎混交林及其纯林土壤细菌群落结构与功能

营建乡土阔叶树种人工纯林和针阔混交林是我国亚热带地区森林经营的发展趋势,但对人工纯林和针阔混交林土壤细菌群落结构及功能知之甚少。本研究以南亚热带乡土针叶树种马尾松、阔叶树种红椎人工纯林及二者的混交林为对象,运用细菌16S rRNA基因高通量测序技术和PICRUSt基因功能预测,分析了3种人工林不同土层(0～20、20～40和40～60 cm)土壤细菌群落的结构与功能。结果表明: 混交林和马尾松林土壤细菌群落结构相似,但与红椎林差异显著,红椎林土壤细菌群落多样性、生物通路代谢功能和氮循环功能低于马尾松林和混交林;土壤全氮、硝态氮和C/N是导致红椎林与马尾松林和混交林土壤细菌群落结构及功能差异的主要土壤理化因子。就土壤细菌群落结构与功能而言,在该地区营造红椎和马尾松针阔混交林要优于红椎纯林。     

易分解有机碳输入量对武夷山不同林型土壤激发效应的影响

土壤有机碳库是陆地生态系统中最大的碳储量库,其微小的变化也能使大气中CO₂浓度发生巨大的改变,植物来源碳的输入能通过激发效应促进或抑制土壤有机碳（SOC）的分解,对SOC的动态平衡产生影响。以武夷山三个林型（阔叶林、马尾松林、针阔混交林）土壤为研究对象,通过向土壤中添加不同量的¹³C标记葡萄糖（0、100、200、400 mg C/kg）研究易分解有机碳输入量对不同林型土壤激发效应的影响,并在此基础上探讨易分解有机碳输入量对土壤激发效应影响的作用机理。结果表明,葡萄糖输入对土壤激发效应的影响与葡萄糖输入量和林型有关。葡萄糖的输入均抑制了三个林型SOC的分解（即,呈现负的激发效应）。阔叶林土壤和针阔混交林土壤激效应强度随着葡萄糖输入量的增加而增加,而马尾松林土壤的激发效应强度对葡萄糖输入量的响应并不明显。然而在马尾松林土壤中由葡萄糖所引起的激发效应强度显著高于其他两种林型土壤。研究结果表明,易分解有机碳的输入可以抑制SOC的矿化,形成负激发效应,阔叶林土壤的激发效应强度与土壤可利用氮、葡萄糖添加量与微生物碳量比值有关,而针阔混交林与马尾松林土壤的激发效应强度分别与土壤中的放线菌和真菌有关。     

易分解有机碳对不同恢复年限森林土壤激发效应的影响

土壤有机碳库作为陆地生态系统最大的碳库,其微小的改变都将引起大气CO_2浓度的急剧改变。易分解有机碳的输入可以通过正/负激发效应加快/减缓土壤有机碳(SOC)的矿化,并最终影响土壤碳平衡。以长汀县不同恢复年限森林(裸地、5年、15年、30年马尾松林以及天然林)土壤为研究对象,通过室内培养向土壤中添加~(13)C标记葡萄糖研究易分解有机碳输入对不同恢复阶段森林土壤激发效应的影响。研究结果表明,易分解有机碳输入引起的土壤激发效应的方向和强度因不同恢复阶段而异。易分解有机碳输入的初期对各恢复阶段森林土壤均产生正的激发效应,然而随着时间的推移,15年、30年马尾松林以及天然林相继出现负的激发效应。从整个培养期(59 d)来看,易分解有机碳的输入促进了裸地与5年生马尾松林土壤有机碳的矿化,有机碳的矿化量分别提高了131%±27%与25%±5%;但是减缓了15年生马尾松林土壤有机碳的矿化,使其矿化量减少了10%±1%;然而,易分解有机碳输入对30年生马尾松林及天然林土壤有机碳的矿化则无明显影响。土壤累积激发碳量与葡萄糖添加前后土壤氮素的改变百分比呈显著正相关关系(R~2=0.44,P0.05),表明易分解有机碳输入诱导的土壤激发效应受土壤氮素可利用性的调控,土壤微生物需要通过分解原有土壤有机碳释放的氮素来满足自身的需求。     

秦岭典型林分土壤有机碳储量及碳氮垂直分布

以秦岭典型林分锐齿栎(马头滩林区)、油松、华山松、松栎混交林、云杉、锐齿栎(辛家山林区)为对象,研究了不同林分土壤剖面上有机碳、全氮、有机碳储量的分布规律。结果表明:在秦岭地区,随着土壤剖面深度增加,不同林分的土壤有机碳、全氮含量均逐渐降低;不同林分的土壤有机碳、氮素的积累和分解存在一定差异。其中,云杉和松栎混交林的土壤有机碳、全氮含量较高,锐齿栎(辛家山林区)含量较低,不同林分土壤剖面有机碳、全氮含量平均值分别为13.46—26.41 g/kg、4.47—9.51 g/kg,大小顺序均为云杉松栎混交林锐齿栎(马头滩林区)油松华山松锐齿栎(辛家山林区);各个林分的土壤C/N在5.93—15.47之间,C/N平均值大小为松栎混交林﹥华山松﹥油松﹥云杉﹥锐齿栎(辛家山林区)﹥锐齿栎(马头滩林区);各个林分0—60 cm土层的土壤有机碳储量大小为云杉锐齿栎(马头滩林区)松栎混交林华山松锐齿栎(辛家山林区)油松,分别为150.94、135.28、124.93、109.24、102.15、96.62 t/hm2;各个林分土壤有机碳含量与土壤全氮含量存在极显著正相关,土壤有机碳、全氮与C/N则没有明显相关性。     

红壤侵蚀地不同人工恢复林对土壤总有机碳和活性有机碳的影响

土壤有机碳尤其是活性有机碳可快速反映土壤肥力和土壤质量的恢复程度。研究了南方红壤侵蚀地3种典型人工恢复林(马尾松与阔叶复层林(Pinus massoniana-broadleaved multiple layer forest(PB))、木荷与马尾松混交林(Schima superba-Pinus massoniana mixed forest(SP))、阔叶混交林(broad-leaved mixed forest(BF)))土壤(0—60 cm)总有机碳和不同活性有机碳的垂直分布特征及其差异。结果表明:不同恢复林分土壤总有机碳(SOC)含量和有机碳储量均表现为PBSPBF,均随土层深度的增加而逐渐降低;土壤表层有机碳富集系数为0.49—0.55,表明表层土壤具有较高的有机碳恢复水平和保持强度。不同林分土壤易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量变化范围为0.92—9.17 g/kg、535.89—800.46 mg/kg和27.24—261.31 mg/kg,且均随土层深度的增加而降低,土壤活性有机碳含量总体以BF较高。土壤活性有机碳分配比例以ROC/SOC最高,DOC/SOC次之,MBC/SOC最低,且随土层深度的增加,ROC/SOC的值呈逐渐降低趋势,DOC/SOC的值却呈逐渐升高趋势,MBC/SOC(微生物熵)则变化规律不明显;不同林分间土壤活性有机碳分配比例以BF最高,表明阔叶混交林更有利于活性碳的积累。因此,对于红壤侵蚀地森林恢复初期,可适当密植和立体种植,以提高土壤碳储量和土壤肥力,并在马尾松等先锋树种林分中补植阔叶树种,以增加土壤活性有机碳含量,从而有利于退化生态系统土壤速效养分和土壤功能的快速恢复。     

Impacts of nitrogen-fixing and non-nitrogen-fixing tree species on soil respiration and microbial community composition during forest management in subtropical China

Forest management with N-fixing trees can improve soil fertility and tree productivity, but have little information regarding belowground carbon processes and microbial properties. We aimed to evaluate the effects of three forest management regimes, which were Erythrophleum fordii (N-fixing tree), Pinus massoniana (non-N-fixing tree), and their mixed forest, on soil respiration and microbial community composition in subtropical China, using Barometric Process Separation and phospholipid fatty acid profiles, respectively. We found that the inclusions of N-fixing species in forests significantly increased the soil respiration, but have no effects on SOC and ecosystem total C stock. In addition, soil microbial communities were obviously different among the three forest management regimes. For instance, total and bacterial PLFAs were higher in the E. fordii and mixed forest than in the P. massoniana forest. Conversely, fungal PLFAs in the P. massoniana forest were elevated versus the other two forests. Soil total N, nitrate-N and pH were the key determinants shaping the microbial community composition. Our study suggests that variations in soil respiration in the studied forests could be primarily explained by the differences of root biomass and soil microbial biomass, but not soil organic carbon. Although soil fertility and microbial biomass were promoted, N-fixing plantings also brought on increased CO₂ emissions in laboratory assays. The future decision of tree species selection for forest management in subtropical China therefore needs to consider the potential influences of tree species on CO₂ emissions.     

西南喀斯特长期植被修复对土壤有机碳组分的影响

揭示西南喀斯特土壤有机碳分布积累及其组分构成对长期植被修复的响应规律和内在机理,可为喀斯特石漠化科学治理和阐明喀斯特植被修复的土壤碳汇效应提供科学依据。以西南典型喀斯特石漠化植被恢复区实施了28-31年的4种植被修复工程内的7种典型修复措施(人造乔木林:柏木和柚木种植;人造灌木林:花椒和火龙果种植;人造藤林:金银花种植;人工草地:砂仁和皇竹草种植)为研究对象,系统分析了土壤总有机碳、活性有机碳、缓效性有机碳和惰性有机碳分布积累对长期植被修复的响应。结果表明:(1)西南喀斯特长期植被修复显著改变了土壤有机碳及其组分的分布积累。人造乔木和藤本显著提升土壤有机碳及其各组分的分布积累,但人工种草不仅不能提高土壤有机碳的累积,反而在多数情况下降低了土壤总有机碳含量和储量以及土壤有机碳各组分含量。(2)西南喀斯特长期植被修复明显影响着土壤有机碳库组分结构。除人工种草外,植被修复显著提升了土壤有机碳库中缓效性有机碳的占比。人造花椒明显降低了土壤有机碳库中活性有机碳的占比。柏木种植显著增加了土壤有机碳碳库中的惰性有机碳的比例,而火龙果和砂仁种植明显降低了土壤有机碳碳库中的惰性有机碳的比例。(3)土壤总氮、总磷和容重与土壤有机碳及其各组分的分布积累具有极显著正/负相关,是长期植被修复背景下西南喀斯特土壤有机碳及其组分分布积累的主要影响因子。研究结果为西南喀斯特脆弱生态系统科学植被恢复,以及基于植被修复的土壤碳循环调控助力碳中和提供了科学理论依据。     

川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征

草地沙化是我国最严重的环境问题之一,但关于草地沙化过程中氮素变化特征的研究报道多集中于干旱半干旱地区,而半湿润地区的相关报道还比较缺乏。通过野外调查,研究了川西北半湿润地区高寒沙质草地沙化过程中土壤氮素变化特征。结果表明,草地沙化对0—100cm土层土壤氮素具有显著影响,全氮、碱解氮、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和微生物量氮(MBN)均呈现极显著下降的变化特征,极度沙化阶段较未沙化阶段分别减少了73.95%、77.72%、76.75%、79.77%和84.12%。其中,0—20cm土层变化最显著,全氮、碱解氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和MBN含量分别减少了86.43%、83.52%、82.11%、88.82%和91.77%。随着土层深度增加,不同程度沙化草地土壤氮素含量及其变化量逐渐减少;草地沙化过程中,不同沙化阶段土壤氮素损失数量不尽相同,其中,以轻度沙化阶段氮素损失最严重,全氮、碱解氮、NH_4~+-N、NO-3-N和MBN含量分别降低了41.18%、35.17%、46.74%、43.46%和46.88%。草地沙化过程中,土壤全氮、碱解氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和MBN含量与土壤粉粒、粘粒含量和植被群落盖度均呈极显著正相关特征,与土壤沙粒含量呈极显著负相关特征。研究区土壤氮素损失与风蚀选择性吹蚀土壤粉粒、粘粒及地表植物覆盖状况逐渐变差密切相关,因此该区域治沙的关键是采取措施降低风蚀对地表土壤吹蚀作用,提高沙化草地地表植被覆盖。同时,还应及时对沙化前期阶段及潜在沙化的草地进行生态治理,从而避免草地沙化继续恶化。     

Shrub expansion stimulates soil C and N storage along a coastal soil chronosequence

Expansion of woody vegetation in grasslands is a worldwide phenomenon with implications for C and N cycling at local, regional and global scales. Although woody encroachment is often accompanied by increased annual net primary production (ANPP) and increased inputs of litter, mesic ecosystems may become sources for C after woody encroachment because stimulation of soil CO₂ efflux releases stored soil carbon. Our objective was to determine if young, sandy soils on a barrier island became a sink for C after encroachment of the nitrogen‐fixing shrub Morella cerifera, or if associated stimulation of soil CO₂ efflux mitigated increased litterfall. We monitored variations in litterfall in shrub thickets across a chronosequence of shrub expansion and compared those data to previous measurements of ANPP in adjacent grasslands. In the final year, we quantified standing litter C and N pools in shrub thickets and soil organic matter (SOM), soil organic carbon (SOC), soil total nitrogen (TN) and soil CO₂ efflux in shrub thickets and adjacent grasslands. Heavy litterfall resulted in a dense litter layer storing an average of 809 g C m^?2 and 36 g N m^?2. Although soil CO₂ efflux was stimulated by shrub encroachment in younger soils, soil CO₂ efflux did not vary between shrub thickets and grasslands in the oldest soils and increases in CO₂ efflux in shrub thickets did not offset contributions of increased litterfall to SOC. SOC was 3.6–9.8 times higher beneath shrub thickets than in grassland soils and soil TN was 2.5–7.7 times higher under shrub thickets. Accumulation rates of soil and litter C were highest in the youngest thicket at 101 g m^?2 yr^?1 and declined with increasing thicket age. Expansion of shrubs on barrier islands, which have low levels of soil carbon and high potential for ANPP, has the potential to significantly increase ecosystem C sequestration.     

典型喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳时空分布格局及其与环境的相关性

选取中国西南3个典型喀斯特石漠化生态系统(贵州毕节鸭池高原山地石漠化区、贵阳红枫湖高原盆地石漠化区和关岭花江高原峡谷石漠化区)为研究区,广泛建立野外样地,开展石漠化生态系统土壤有机碳分布及其与石漠化等级、地形地貌、植被、土壤性质等环境因子的相关性研究。结果表明:1)喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳含量较低,毕节鸭池、贵阳红枫湖和关岭花江3个石漠化生态系统平均值分别为23.42、25.78、26.03 g/kg,且3个不同地貌类型石漠化土壤有机碳含量无明显差异。2)土地覆被变化明显影响了土壤有机碳含量,原生森林土壤有机碳平均含量31.32 g/kg,是所有类型中最高的。随着土地覆被由原生森林至石旮旯地退化不断增加的过程,土壤有机碳含量显示先降低后增加的变化趋势。3)土壤有机碳与土壤特性有明显的相关性,与土壤总氮、水解氮、速效钾、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田间持水量和上层渗透性存在极显著地正相关,与总磷、下层渗透性存在显著地正相关,与容重存在极显著地负相关。4)植物多样性的丰富度指数(R)和多样性指数(H)与土壤有机碳含量有明显的相关性,达到了极显著的水平。5)不同石漠化等级土壤有机碳含量有显著差异,随着石漠化干扰程度的递增,土壤有机碳含量显示了先减小后增加的趋势。研究结果对中国西南喀斯特森林生态保护、石漠化生态系统恢复重建以及应对全球气候变化碳循环的减源增汇具有重要的理论意义和实践指导价值。     

宁夏六盘山4种典型森林伴随降水的无机氮通量变化特征

在宁夏六盘山香水河小流域,选择建立了4种典型森林的样地,测定了2011年生长季(5月24日—10月20日)大气降水(724.3 mm)、穿透水、干流、枯落物渗透水和主根系层(0—30 cm)土壤渗透水的无机氮(NH~+_4-N、NO~-_3-N)浓度及相应通量的变化。结果表明,在林外降水转化林下降水中,各样地林下降水携带的生长季NH~+_4-N通量(kg/hm~2)(华北落叶松人工林2.40、华山松次生林2.37、野李子灌丛2.29、桦木次生林2.09)均明显低于林外降水(3.04),NO~-_3-N通量(kg/hm~2)(华北落叶松人工林2.15、桦木次生林2.14、野李子灌丛2.09、华山松次生林1.92)更显著低于林外降水(4.27)。整体看来,阔叶林林冠的无机氮吸附(吸收)作用稍高于针叶林。在4种森林样地的枯落物层渗透水中,无机氮浓度变化在0.68—0.88 mg/L,稍高于林冠穿透水的无机氮浓度;4个样地的枯落物渗透水的无机氮通量(kg/hm~2)(野李子灌丛4.10、桦木次生林3.24、华山松次生林3.22、华北落叶松人工林2.77)均低于林下降水。在华山松次生林和华北落叶松人工林的主根系层(0—30 cm)土壤渗透水中,无机氮浓度均高于枯落物渗漏水;因土壤淋出作用,华山松次生林和华北落叶松人工林的土壤渗透水的无机氮输出通量分别为16.34 kg/hm~2和18.93 kg/hm~2,均显著高于枯落物渗透水的输入通量。整体来看,林外降水在林地无机氮输入中占有重要地位,在研究年份生长季,林冠层和枯落物层的吸附(吸收)作用使降水输入的无机氮通量明显降低,但主根系层土壤淋出作用显著增大了土壤渗透水携带的无机氮输出通量,表现为土壤层氮素流失。