Soil organic carbon density and influencing factors in tropical virgin forests of Hainan Island,China

Aims
Estimating soil organic carbon (SOC) density and influence factors of tropical virgin forests in Hainan Island provide new insight in basic data for SOC pool estimation and its dynamics study.
Methods
The main distribution areas of tropical virgin forests in Jianfengling (JFL), Bawangling (BWL), Wu- zhishan (WZS), Diaoluoshan (DLS), Yinggeling (YGL) of Hainan Island were selected, and soil samples (0-100 cm) were sampled and analyzed. SOC density was estimated by soil vertical fitting method and soil stratification method to discover the distribution characteristics of soil organic carbon in tropical virgin forests of Hainan Island.
Important findings
Results showed that: (1) The average SOC density using soil vertical fitting method in JFL, BWL, WZS, DLS and YGL was 14.98, 18.46, 16.48, 18.81, 16.66 kg·m^-2, respectively, which was significantly higher (p < 0.05) than the estimated average SOC density using soil stratification method in these areas (14.73, 16.24, 15.50, 16.91, 15.03 kg·m^-2, respectively). It is better to use soil vertical fitting method for SOC density estimation when the soil was natural without disturbance. (2) The proportion of SOC content in the first 0-30 cm depth interval out of SOC in the whole 0-100 cm soil profiles in JFL, BWL, WZS, DLS and YGL was 50.50%, 48.56%, 43.49%, 47.37%, 42.88%, respectively. (3) SOC density was significantly negative correlated with Shannon-Wiener index, Simpson index, species richness, and soil bulk density; and was significantly positive correlated with altitude, soil porosity, and soil nitrogen. However, SOC density was not significantly correlated to slope, biomass, average diameter at breast height, or average height. (4) Our study area Hainan was located in low latitude area with high rainfall and high temperature, which accelerated the decomposition of organic matter and nutrient recycling, resulting in significantly lower SOC densities in this tropical virgin forests of Hainan Island than the average value in China.     

Nutrient induced fluorescence transients (NIFTs) provide a rapid measure of P and C (co-)limitation in a green alga

Nutrient Induced Fluorescence Transients (NIFTs) have been shown to be a possible way of testing for the limiting nutrient in algal populations. In this study we tested the hypothesis that NIFTs can be used to detect a (co-)limitation for inorganic phosphorus (Pi) and CO₂ in the green alga Chlamydomonas acidophila and that the magnitude of the NIFTs can be related to cellular P:C ratios. We show a co-limitation response for Pi and CO₂ via traditional nutrient enrichment experiments in natural phytoplankton populations dominated by C. acidophila. We measured NIFT responses after a Pi- or a CO₂-spike in C. acidophila batch cultures at various stages of Pi and inorganic C limitation. Significant NIFTs were observed in response to spikes in both nutrients. The NIFT response to a Pi-spike showed a strong negative correlation with cellular P:C ratio that was pronounced below 3 mmol P: mol C (equivalent to 0.2 pg P cell^–1). Both cellular P and C content influenced the extent of the Pi-NIFT response. The NIFT response to a CO₂-spike correlated to low CO₂ culturing conditions and also had a negative correlation with cellular P content. A secondary response within the Pi-NIFT response was related to the CO₂ concentration and potentially reflected co-limitation. In conclusion, NIFTs provided a quick and reliable method to detect the growth-limiting nutrient in an extremophile green alga, under Pi-, CO_2- and Pi/CO₂ (co-)limited growth conditions.     

环境筛选和扩散限制在地表和地下螨群落物种共存中的调控作用

识别扩散限制和环境筛选在群落物种共存中的相对作用,是土壤动物群落物种共存机制研究的重要内容,然而少有针对地表和地下土壤动物群落的探讨。在三江平原农田生态系统,设置一个50 m×50 m的空间尺度,探讨环境筛选和扩散限制对地表和地下土壤螨群落物种共存的调控作用。基于Moran特征向量图(MEMs)和变差分解的方法来区分环境筛选和扩散限制的调控作用;采用偏Mantel检验进一步分析环境距离和空间距离的相对贡献;使用RDA分析环境因子对螨群落物种组成的解释能力。变差分解结果表明,空间变量对地表、地下和地表-地下土壤螨群落具有较大的显著方差解释量,而环境变量和空间环境结构的解释量相对较小且不显著;偏Mantel检验没有发现环境距离或空间距离的显著贡献;RDA分析表明土壤p H值、大豆株高和土壤含水量对土壤螨群落具有显著的解释能力,说明环境变量对螨群落物种组成的重要作用。研究表明,在三江平原农田生态系统,地表和地下土壤螨群落物种共存主要受到扩散限制的调控作用,同时环境筛选的调控作用也不容忽视。     

宁夏黄河流域景观破碎化时空变化特征

基于RS和GIS技术,以土地利用数据为基础,采用有效粒度尺寸对宁夏黄河流域1985年和2010年的景观破碎化进行时空变化分析。结果显示:流域整体的有效粒度尺寸(meff)从1985年的6326.62 km2下降到2010年的2974.32 km2,破碎化程度呈显著加剧变化;从流域内部来看,景观破碎化程度最大的是黄左区间,破碎化程度最小的是苦水河和红柳沟;除引黄区间外,其余分区景观破碎化程度在25年间均有所加剧。特征尺度分析结果显示研究区景观破碎化空间变异分析的合适尺度为4500 m;景观破碎化指数的空间变异结果表明破碎化程度较大的区域面积明显多于破碎化程度弱的区域,景观破碎化空间异质性在25年间表现出明显的上升趋势。在海拔背景条件下,2400 m以下区域的景观破碎化程度较高,2400m以上区域破碎化程度较低,且随海拔的升高有降低的趋势;流域景观破碎化受人为干扰影响强烈,在人为干扰较强的1000—1500 m区段的景观破碎化程度最大;景观破碎化在时间上的变化受人为干扰影响产生的变化最为显著,由自然条件改变产生的影响有限。研究结果可为西北地区景观格局及景观破碎化的研究提供参考,并为区域景观格局优化和土地的有效管理提供依据。     

干旱胁迫条件下AMF促进小马鞍羊蹄甲幼苗生长的机理研究

采用温室水分控制试验,在干旱胁迫条件下,定量化研究优势丛枝菌根真菌(AMF)影响优势乡土植物小马鞍羊蹄甲(Bauhinia faberi var.microphylla)幼苗生长的机理,主要通过研究干旱胁迫条件下摩西球囊霉菌(Funneliformis mosseae)与小马鞍羊蹄甲的共生关系,阐明AMF在植物生长初期的作用。结果表明,干旱胁迫条件下,摩西球囊霉菌能够很好地侵染幼苗,侵染率高达89%—97%,并且不受水分条件影响。接种的幼苗最大光合速率、水分利用效率随着干旱胁迫程度从重度到轻度(水分从低到高)逐渐增大,相反地,叶片脯氨酸含量逐渐减小。接种显著地促进幼苗株高、叶片数、叶面积、根长、根面积等生长指标,提高幼苗各部分生物量、地上地下磷(P)含量。当含水量为60%田间持水量时,AMF促进小马鞍羊蹄甲幼苗吸收P的效果最好。接种还显著影响幼苗的生物量分配,在重度干旱胁迫时影响P分配,水分条件也显著影响幼苗的生物量分配。此外,接种和水分的交互作用对叶生物量、总生物量、生长指标以及地上部氮(N)总量影响显著。结果表明干旱胁迫条件下菌根效应显著,并在干旱条件下显著促进了小马鞍羊蹄甲幼苗的生长,这为进一步干旱河谷植被恢复提供了理论依据。     

祁连山排露沟流域典型植被类型的水源涵养功能差异

土壤水分是"绿水"重要的储存,连接植被与水文系统的纽带。水源涵养功能是山地生态系统重要的生态系统服务,这种功能主要体现是生态系统将水分保持在系统内的过程和能力,并受多种因素的影响(如植被类型、土壤类型和地形)。通过对祁连山排露沟流域的土壤属性、土壤温湿度和降雨2个生长季的野外调查与观测,以及计算水源涵养功能指标来评估3种典型植被类型土壤水分涵养能力的差异。研究结果:(1)灌丛和青海云杉林下有机质、粉粒和砂粒含量、田间持水量、饱和持水量和孔隙度等土壤属性值高于草地,而土壤容重和粘粒含量低于草地;(2)青海云杉林的根区土壤累计入渗量高于灌丛和草地,草地土壤水分损失较灌丛和青海云杉林更快;(3)整个生长季内青海云杉林和灌丛土壤湿度明显高于草地湿度,青海云杉林的水源涵养功能指标值多大于1。这些结果表明青海云杉林较灌丛和草地具有更强的水源涵养能力。因此,研究结果能为国内干旱区山地生态系统的流域生态系统管理与可持续发展提供科学参考。     

丛枝菌根真菌参与下植物-土壤系统的养分交流及调控

近几年随着有机农业的发展,丛枝菌根的作用受到特别关注。丛枝菌根是由植物根系与丛枝菌根真菌(AMF)形成的一种共生体。在植物-AMF-土壤系统中,AMF为植物提供N、P等营养的同时从根系得到所需的C。概述了植物-AMF-土壤系统中C、N、P等营养物质的交流以及AMF与土壤微生物的互作关系。丛枝菌根的形成可显著提高植物对P的吸收,且在高P条件下多余的P可储存于AMF中。AMF对土壤N循环的影响相当复杂,可能参与调控N循环的多个过程,如硝化作用、反硝化作用和氨氧化作用等。在有机质丰富的土壤中AMF菌丝可快速扩增并吸收其中的N,主要供菌丝自身所需,只有一小部分传递给植物。AMF对土壤C库的影响尚存争议,可能存在时间尺度的差异。短期内可活化土壤C,而在长期尺度上可能有利于土壤C的储存。AMF能够通过改变土壤微生物群落结构而影响植物-土壤体系的物质交流。AMF与解磷菌、根瘤菌和放线菌的协同增效作用可促进土壤有机质的降解或增强其固氮能力;AMF对氨氧化菌的抑制作用可降低氨的氧化减少N2O的释放。AMF与外生共生真菌EMF共存时,表现出协同增效作用,但EMF的优先定殖会限制AMF的侵染。AMF不同类群之间则主要表现为竞争和拮抗关系。AMF与土壤微生物之间的互作关系受土壤无机环境的影响,在养分亏缺条件下微生物之间往往表现为竞争关系。因植物、AMF与土壤微生物之间存在复杂的互作关系,为此AMF并不总是表现出其对植物营养的促进作用。目前关于AMF的作用机理仍以假说为主,需要进一步的实验验证。在植物-AMF-土壤系统中N与C的交流和P与C的交流并未表现出一致性,对N、P循环相互关系的进一步探讨有助于深入理解植物-土壤体系中的养分循环。植物、AMF和土壤微生物的养分来源及其对养分的相对需求强度和吸收效率尚未可知,因此无法深入理解AMF在植物-土壤体系中养分交流和转化的作用。在方法上,传统的土壤学方法在养分动态研究中存在局限性,现代分子生物学手段和化学计量学的结合值得尝试。     

黄土丘陵区坡面整地和植被耦合下的土壤水分特征

水分是干旱半干旱地区植被恢复的主要环境制约因子。在黄土高原小流域,合理整地能够有效截留降雨补给土壤水,进而促进植被恢复。选择地处甘肃定西的半干旱黄土小流域为研究区,基于野外实测数据,分析不同植被和整地方式(柠条水平阶、山杏水平沟、侧柏反坡台,油松反坡台)综合影响下的土壤水分特征。采用最优分割法将不同整地方式土壤水分垂直层次划分为活跃层,次活跃层和相对稳定层。结果表明:生长季不同整地方式土壤水分的变化与降水量的变化密切相关,不同月份以及不同深度各整地方式土壤水分之间差异显著(P0.05)。根据土壤水分垂直变化特征,山杏水平沟水分活跃层与次活跃层为0—80cm,其深度范围均大于其他3种整地方式,而柠条水平阶土壤水分均在30 cm以下较为稳定,其深度范围均小于其他3种整地方式。不同整地方式土壤水分含量具体表现为:山杏水平沟侧柏反坡台柠条水平阶油松反坡台。     

生境异质性对鼎湖山常绿阔叶林群落功能多样性的影响

物种共存机制一直以来是群落生态学的研究热点。为了探讨异质生境条件下鼎湖山常绿阔叶林群落功能多样性变化,找到其变化的主要环境驱动因子,该研究利用位于鼎湖山20 hm~2监测样地第2次群落调查数据并选择代表不同生境(海拔和地形)的27个样方(20 m×20 m),于2013年夏季在样地内所选样方中测定所有胸径≥1 cm树种的叶片功能性状。所测性状包括形态学性状(比叶面积、叶片干物质含量、叶面积以及叶片长宽比)和化学计量学性状(叶片碳、氮、磷的含量),结合地形和土壤数据并通过分析功能多样性随环境梯度的变化,探讨了环境过滤和竞争在鼎湖山群落物种共存中的相对重要性。结果表明:功能分歧度和群落权重平均值与环境因素关系密切,尤其是海拔、凹凸度和土壤养分。环境条件较好区域(微尺度高海拔、高凹凸度和土壤养分含量)的植物采取统一的养分有效保存(低SLA,高LDMC)的适应策略(功能分歧度低),环境过滤所起作用更强;植物在相反的环境条件下,采取快速生长策略(高SLA,低LDMC),能够更好地适应环境的变化,且性状变化是多样的(功能分歧度高),在该条件下竞争作用更为显著。叶面积和叶片氮含量的分歧度在环境条件较好的区域增大,这与其他功能性状不一致,说明不同生态位轴(环境因素)影响不同性状的分歧度变化,并且在局域尺度上植物为了更好地适应环境变化采取了多样的适应策略。     

油茶叶片营养元素、叶脉密度及生理指标随树龄变化规律及其与产量的相关性

该研究关注了不同树龄油茶叶片的营养元素含量、叶脉密度及生理指标,旨在了解它们随树龄的变化规律及其对产量的影响。结果表明：(1)不同树龄间金属或稀土元素含量差异显著;大部分元素随树龄的增加表现为先增后减的变化趋势,但不同元素达到最大含量的树龄不尽相同;(2)叶脉呈网络状分布,根据叶脉直径大小分为粗、中、细三个等级;粗、中叶脉密度随树龄的变化不明显,细叶脉密度随树龄呈先增后减变化趋势。(3)叶绿素、MDA、可溶性糖、可溶性蛋白质含量以及POD活性等生理指标均随树龄的变化,表现出各自变化规律。(4)叶绿素含量、POD活性、稀土元素总量以及细叶脉密度与产量表现出明显正相关关系(P<0.05, P<0.01)。该研究结果丰富了油茶的基础资料,可为油茶的栽培与管理提供些许参考,并提示人们可以利用叶片的部分营养、生理、结构指标来跟踪监测植株状态和预测产量。