不同干湿交替频率对土壤速效养分、水溶性有机碳的影响

为了探究不同干湿交替频率对速效养分、DOC的影响机理,选择北京褐土(表层0—10cm土壤)为研究对象,采用室内模拟控制实验法,控制其他变量,设计一系列不同频率的干湿交替实验,在58d内设置了10d土壤培育期和48d试验期,其中48d试验期设置0、1、2、3、4次干湿交替,试验结束(第58天)进行速效养分、水溶性有机碳(DOC,Dissolved organic carbon)等主要土壤速效养分指标测定。采用单因素方差分析与LSD多重比较法进行数据分析,研究结果显示:恒湿组的速效钾、硝态氮含量比干湿交替组高;低频率的干湿交替使得土壤速效钾含量减少,高频率可能在后期出现释钾现象,速效钾含量随着干湿交替频率增加可能会有所增加,趋近恒湿组速效钾水平,4次干湿交替频率是出现速效钾回升的临界次数;硝态氮含量随着频率增加也有增加趋势,低频率的1次干湿交替(DW1,1 drying-rewetting cycle)硝态氮含量最低,高频率的4次干湿交替(DW4,4 dryingrewetting cycles)最高,干湿交替频率增加更频繁的打破平衡,促进矿化,干湿交替组也趋近恒湿组的硝态氮水平。经过干湿交替,土壤中速效钾、铵态氮、DOC的含量下降,硝态氮含量增加,速效磷、pH的变化不明显。在固定时间内(48d),随着干湿交替的频率增加(从1次到2、3、4次),周期变短(从48d到24、16、12d),干燥与湿润的持续时间变短(从24d到12、8、6d),干湿交替组的速效钾、硝态氮含量分别趋于恒湿组的速效钾、硝态氮水平。     

2004-2013年山东省森林碳储量及其碳汇经济价值

森林作为陆地生态系统的主体,其林分碳储量及其碳汇经济价值的估算是全球碳循环研究的热点和重要内容。基于2004-2008年和2009-2013年山东省森林资源清查数据以及实测样地数据改进的生物量蓄积量转换参数,利用生物量转换因子连续函数法,估算2004-2013年山东省森林碳储量及其碳汇经济价值动态。研究结果表明,2004-2013年山东省森林面积、碳储量和碳密度分别从2004-2008年的156.12×10⁴hm²、34.75Tg C和22.26Mg C/hm²增加到2009-2013年161.44×10⁴hm²、43.98Tg C和27.24Mg C/hm²。人工林是森林面积、碳储量和碳密度增加的主要贡献者,人工林和天然林对森林生物量碳汇的贡献分别为97.3%和2.7%。两次森林清查期间,杨树和硬阔软阔类森林的碳储量之和分别占全省总量的70.2%和69.6%,杨树的碳储量和碳密度增加最为显著。各龄组森林碳储量由大到小依次为：幼龄林 > 中龄林 > 成熟林 > 近熟林 > 过熟林。森林碳汇经济价值从2004-2008年的243.37亿元增长到2009-2013年的253.42亿元,年均增长2.01亿元,杨树的碳汇经济价值占全省所有森林类型的60%,赤松单位面积碳汇经济价值最强为2.08万元/ha。     

马尾松林两种林下植被土壤碳氮特征及其与凋落物质量的关系

以飞播马尾松林为研究对象,通过典型样地调查和样品测定,采用配对样本t检验和冗余分析（RDA）方法分析芒萁类和禾草类两种林下植被类型土壤碳、氮特征及其与凋落物质量之间的关系。结果表明：（1）土壤有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳、全氮、速效氮、微生物量氮和可溶性有机氮含量在0-10、10-20 cm土层均表现为禾草类显著高于芒萁类（P < 0.05）,而在20-40、40-80 cm土层两种植被类型碳氮指标的大小未表现出相同的变化规律,且差异不显著（P > 0.05）。（2）两种植被类型凋落物半分解和未分解层的C含量及C/N值均表现为芒萁类显著高于禾草类（P < 0.05）,而N含量则表现为禾草类显著高于芒萁类（P < 0.05）;同一植被类型的未分解层C含量及C/N值均显著大于半分解层,N含量则半分解层显著大于未分解层（P < 0.05）。（3）0-10 cm土层两种类型凋落物C/N值和C含量均与土壤碳氮各指标呈显著负相关（P < 0.05）,N含量与土壤碳氮各指标的相关性不显著（P > 0.05）;10-20 cm土层,芒萁类的半分解层C/N值与土壤碳氮各指标存在显著相关性（P < 0.05）,禾草类的凋落物C含量与土壤碳氮各指标也存在显著相关性（P < 0.01）。林下植被凋落物C/N值越小,其分解速率越快,有利于土壤养分的积累,禾草类凋落物C/N值低于芒萁类是导致其土壤碳氮指标高于芒萁类的重要原因。     

甘肃亚高山云杉人工林生态系统碳、氮储量动态和分配格局

云杉是甘肃亚高山地区重要的造林树种,研究其生态系统碳、氮储量的动态变化和分配格局有利于评价云杉人工造林后的生态恢复效果。以甘南、定西地区不同林龄(包括幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)的云杉人工林为研究对象,共设置16块调查样地。在野外调查、样品采集和分析的基础上,估算了其生态系统的碳、氮储量。结果显示:云杉林乔木不同器官的碳含量相对稳定,氮含量则与器官类型有密切关系;同一土层不同龄级的土壤碳、氮含量无明显差异。从乔木层、灌木层、枯落物层到草本层碳氮含量比值依次减小,土壤层碳氮含量比值最低。该地区云杉人工林生态系统总碳、氮储量分别为257. 75—430.23 t/hm~2和20.50—29.88 t/hm~2。随着林龄的增加,植被层碳、氮储量增加显著,分别从15.5 t/hm~2和0.24 t/hm~2增加到143.51 t/hm~2和1.65 t/hm~2。土壤层(0—100 cm)碳、氮储量分别为242.23—367.79 t/hm~2和20.26—29.58 t/hm~2,在整个生态系统各龄级中所占比例均超过60%和90%。生态系统和土壤层(0—100 cm)碳、氮储量在不同龄级间无显著差异。生态系统中土壤层、乔木层及灌、草、枯落物层的碳储量比例分别为85.72%、13.44%和0.84%,氮储量比例分别为97.60%、2.08%和0.32%。     

基于生物量回归方程估算黔中喀斯特常绿落叶阔叶混交林木本植物的根系生物量

常规根系生物量研究方法在我国西南喀斯特森林地区实施困难,根系挖掘法所得研究结果不确定性高,导致目前根系生物量数据匮乏。选择贵州中部喀斯特常绿落叶阔叶混交林为对象,建立常规的根系生物量回归方程,结合群落调查数据,以期研究该森林木本植物的根系生物量特征及其空间分布格局。利用106株乔木、34株灌木和34株藤本标准木根系数据,构建了5种优势乔木(安顺润楠Machilus cavaleriei、化香树Platycarya strobilacea、云贵鹅耳枥Carpinus pubescens、云南鼠刺Itea yunnanensis和窄叶石栎Lithocarpus confinis)、3种优势灌木(刺异叶花椒Zanthoxylum dimorphophyllum、倒卵叶旌节花Stachyurus obovatus和异叶鼠李Rhamnus heterophylla)和2种优势藤本(藤黄檀Dalbergia hancai Benth和小果蔷薇Rosa cymosa)以及乔木通用、灌木通用和藤本通用共13个根系生物量回归方程。利用这些方程计算得到该喀斯特森林木本植物总根系生物量为22.72Mg/hm2。乔木根系生物量(22.57 Mg/hm2)远高于灌木和藤本,占森林总根系生物量的99.30%。5个优势乔木树种的根系生物量(19.67 Mg/hm2)占森林总根系生物量的86.54%。物种根系发达程度是影响根系生物量空间分布格局的重要因素。研究可为喀斯特地区植被地下生物量与碳储量的全面估算提供一个新途径。     

氮输入和水淹对短叶茳芏生长、养分及固碳的影响

外源氮输入显著改变河口湿地植物生长和固碳能力,进而影响河口湿地生态系统碳、氮循环过程。以闽江口湿地土著种短叶茳芏(Cyperus malaccensis)为研究对象,通过15个月的中型生态系实验,分析不同氮输入水平(CK,0 g N m~(-2)a~(-1);N8,8 g N m~(-2)a~(-1);N16,16 g N m~(-2)a~(-1))和2种水淹(T1,每天水淹时长2—3 h;T2,每天水淹时长11—12 h)处理对短叶茳芏生长、养分和固碳的影响,探讨短叶茳芏在环境变化下的生长、固碳特征。结果表明:T2处理株高极显著高于T1处理,N8、N16处理的植物株高显著高于CK处理,植物成熟季节的株高也极显著最高(P0.001)。水淹状况和植物生长期对短叶茳芏的密度有显著影响:T1处理密度极显著高于T2处理,植物成熟季节的密度也极显著最高(P0.001),但是氮输入没有显著提高植物密度。植物碳含量较为稳定,T2处理地上碳含量显著高于T1处理(P0.05),但是氮输入和植物生长期对地上碳含量影响不显著。氮输入水平、水淹状况和植物生长期则对植物地上氮含量都有显著影响(P0.05)。N8处理的植物地上生物量和固碳量极显著最高,CK处理极显著最低,植物成熟期的地上生物量和固碳量也极显著最大(P0.001),但是不同水淹处理植物生物量和固碳量无显著差异。闽江口湿地短叶茳芏具有较强的环境适应能力,在持续氮输入环境下,闽江口湿地的短叶茳芏可能向高潮滩拓展。     

生态恢复对红壤侵蚀地土壤有机碳组成及稳定性的影响

为了研究红壤侵蚀区生态恢复过程中土壤有机碳的组成与动态变化,选择红壤侵蚀区生态恢复10 a和30 a的马尾松林为对象,以侵蚀裸地和次生林为对照,应用土壤有机碳物理分组方法,研究了侵蚀地植被恢复过程中表层土壤粗颗粒态有机碳(cPOC)、细颗粒态有机碳(f POC)和矿质结合有机碳(MOC)含量及POC/MOC比值的变化。结果表明:生态恢复显著提高了土壤有机碳含量(P0.05),土壤中不同组分有机碳含量也相应增加。生态恢复10 a,土壤有机碳主要以f POC形式积累,cPOC和MOC没有显著变化,其中0—10 cm土层POC占总土壤有机碳(SOC)比例高达64.1%,但稳定性较差。与恢复10 a相比,生态恢复至30 a时,0—10 cm土壤f POC含量相对不变,cPOC和MOC含量均显著增加(P0.05),10—20 cm土壤f POC和MOC增加量达到显著水平,而cPOC含量仍未显著增加,说明生态恢复过程中土壤固碳模式符合SOC饱和理论。生态恢复过程中土壤POC/MOC比值呈先升高后降低的趋势,且表层土壤大于亚表层土壤,说明随着生态恢复时间的增加,土壤有机碳稳定性逐渐提高,且亚表层土壤高于表层。因此,生态恢复对于侵蚀地碳固定的长期有效性具有重要意义。     

植被退化对温带典型草原根系-土壤系统碳氮分配的影响

以3种不同退化程度的温带典型草原(大针茅轻度退化、中度退化和重度退化)为研究对象,研究植被退化对温带典型草原土壤及根系碳氮含量及储量的影响。结果显示:(1)植被退化对地下根系碳含量影响不显著(P0.05),而对地下根系氮含量的影响显著(P0.05),中度退化样地根系氮含量显著高于轻度退化和重度退化样地(P0.05)。(2)植被退化对根系碳氮储量影响显著(P0.05),根系碳氮储量随着土层深度增加而减少,总根系碳氮储量随退化程度加剧而降低。(3)土壤有机碳、总碳和总氮含量及储量均受退化程度和采样深度的影响显著(P0.05),其含量随着土壤深度的增加而显著减少,随退化程度加剧而显著降低(P0.05)。(4)土壤是根系-土壤系统碳氮储存的最主要场所,储量占比90%以上。虽然土壤碳氮储量均存在表层聚集现象,但表层储量所占比例在各样地间差异显著(P0.05)。     

湿地植物供碳功能与优化

尾水湿地氮的反硝化去除往往受限于碳缺乏。综述了湿地植物供碳促反硝化的主要途径与影响因素,构建了华东地区典型冷、暖季型湿地植物供碳的一般性季节动态模式,以期为发挥湿地植物稳定高效供碳功能、缓解尾水湿地碳缺乏问题提供解决思路。湿地植物的主要供碳途径包括根系分泌、地下有机质分解和地上有机质分解(淋溶)等,湿地植物的供碳动态是物种和环境因子综合影响的结果,存在极大的时空异质性。湿地植物具有很强的供碳促反硝化潜力,地上最大生物量为5 kg/m~2的芦苇全年脱氮潜力可高达0.57 kg N/m~2。在构建的湿地植物生物质积累量和供碳量的一般性模式中,冷、暖季型湿地植物无论是生物质积累量(总生物量)和还是供碳量(分解部分+根系分泌物)均存在显著的季节性差异,以及季节间的互补特征。因此,冷、暖季型湿地植物间进行合理的配置,是发挥湿地植物供碳功能且避免生物质分解引起二次污染的可行性措施。今后在湿地植物供碳定量化研究方法、多种供碳途径的定量化监测、供碳功能调控策略,以及稳定高效供碳促反硝化人工湿地构建等方向需做进一步研究。     

干旱区绿洲农田不同种植模式和秸秆管理下土壤质量评价

研究干旱区绿洲农田不同种植模式和秸秆管理下土壤有机碳及其酶活性的变化,揭示农业管理措施对土壤质量的影响,以期为干旱区农业资源高效利用及可持续发展提供理论依据.在作物种植规划区,选择新疆主要农作物棉花、小麦、玉米,设计长期连作及轮作试验.结果表明:轮作处理土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳、热水溶性有机碳含量较连作处理分别提高了3.6%~9.9%、41.8%~98.9%、3.3%~17.0%、11.1%~32.4%、4.6%~27.5%;秸秆还田处理较秸秆不还田处理分别提高了12%~35.9%、22.4%~49.7%、30.7%~51.0%、10.6%~31.9%、41.0%~96.4%.轮作处理土壤过氧化氢酶、脱氢酶、β-葡萄糖核苷酶、蔗糖酶、纤维素酶活性较连作处理分别提高了6.4%~10.9%、6.6%~18.8%、5.9%~15.3%、10.0%~27.4%、28.1%~37.5%;秸秆还田处理较-秸秆不还田处理分别提高了31.4%~47.5%、19.9%~46.6%、13.8%~20.7%、19.8%~55.6%、54.1%~70.9%.相关性分析表明,SOC及其活性组分与土壤酶活性之间有极显著的正相关关系,利用土壤活性有机碳组分和酶活性变化可有效表征农田SOC和土壤质量变化.通过因子分析综合评价得知,在干旱区农业生产中,短期连作棉花兼实施秸秆还田可提高SOC及其活性组分含量和酶活性,合理轮作可有效缓解连作障碍,使土壤质量得到进一步改善,有利于农田土壤的可持续利用.