湘潭锰矿栾树叶片和土壤N、P化学计量特征

湘潭锰矿区废弃地是一个典型的退化生态系统,针对矿区废弃地植被恢复中3个不同林龄的栾树林(3年生、5年生和9年生),测定了林木叶片以及相应土壤的N、P含量,综合分析了不同林龄土壤和林木叶片的化学计量特征。结果表明,随着年龄的增长土壤中N含量呈递增趋势,而P含量为递减趋势,在3个林龄中均表现出显著性差异;3个林龄叶片的N、P含量以及N∶P比值差异显著,N、P含量在年龄增长梯度上表现为降低,而N∶P比值却表现为升高;3个林龄叶片中N含量与N∶P比值之间表现出显著正相关,而P含量与N∶P比值之间却为显著负相关关系;土壤中N、P含量与叶片N∶P比值之间分别存在显著正相关和负相关关系。通过对3个林龄叶片和土壤N、P含量及化学计量特征研究,发现P很有可能成为湘潭锰矿退化生态系统植被恢复过程中植物生长的限制性因子。研究结果可为矿区废弃地植被恢复和经营管理以及森林可持续发展提供科学依据。     

改变凋落物输入对杉木人工林土壤呼吸的短期影响

从2007年1月至12月, 在长沙天际岭国家森林公园, 通过改变杉木林凋落物输入, 研究杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林群落去除凋落物、加倍凋落物土壤呼吸速率及5 cm土壤温、湿度的季节变化。结果表明: 去除和加倍凋落物对土壤温度和湿度产生的差异不显著(p>0.05), 对土壤呼吸全年产生的差异接近显著(Marginal significant)(p=0.058)。按植物生长期分别分析, 去除和加倍凋落物对土壤呼吸产生的差异, 在生长旺盛期差异显著(p=0.003), 在生长非旺盛期差异性不显著(p=0.098)。去除凋落物年均土壤呼吸速率为159.2 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理土壤呼吸速率(180.9 mg CO₂·m^-2·h^-1)低15.0%, 加倍凋落物的土壤呼吸为216.8 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理高17.0%。去除和加倍凋落物土壤呼吸季节动态趋势与5 cm深度土壤温度相似, 它们之间呈显著指数相关, 模拟方程分别为: y=27.33e^{0.087 2t}(R²=0.853, p＜0.001), y=37.25e^{0.088 8t}(R²=0.896, p＜0.001)。去除和加倍凋落物的Q₁₀值分别为2.39和2.43, 均比对照2.26大。去除和加倍凋落物土壤呼吸与土壤湿度之间关系不显著(p>0.05)。这一结果使我们能够在较短时间内观察到改变凋落物输入对土壤呼吸的影响, 证明凋落物是影响土壤CO₂通量的重要因子之一。     

闽楠叶片功能性状及表型可塑性对其与杉木混交的响应

慢生（闽楠）与速生（杉木）树种混交后,植物是如何改变功能性状来适应环境,在资源获取与分配权衡中来实现共存？是人工林精准提质改造过程中的关键问题,研究了闽楠（Phoebe bournei）与杉木（Cunninghamia lanceolate）混交后,其叶厚（LT）、叶面积（LA）、比叶面积（SLA）、碳含量（LC）、氮含量（LN）、磷含量（LP）和氮磷比（N：P）7项性状指标的差异,探讨其各性状间的变异大小及其相关关系。结果表明：（1）与闽楠纯林相比,混交林闽楠叶片叶面积、比叶面积、叶碳含量、叶氮含量和氮磷比分别增加了16.78%、8.50%、3.12%、21.38%和17.61%,而叶厚与叶磷含量减少了8.80%和25.87%,除叶碳含量差异不显著,其他6项功能性状差异性均达到显著（P<0.05）。（2）混交使闽楠叶LC、LN、LP含量与LT、LA、SLA相关性均发生明显的变化,对其叶厚、叶面积、比叶面积及其交互作用对叶片C：N、C：P、N：P产生一定的影响,表明混交闽楠叶功能性状间的相关关系发生了适应性调整;（3）闽楠主要叶片功能性状的表型可塑性指数分布在0.04-0.33之间,叶厚、叶面积、比叶面积和氮磷比的可塑性变化不敏感（PPI<0.20）,叶氮含量、磷含量的可塑性变化较敏感（PPI>0.20）,其大小排序为LP > LN > N：P > LA > SLA > LT > LC。以上结果表明了闽楠杉木混交造林模式对闽楠叶形态性状可塑性变化影响较小,没有受到生长空间和光资源的限制,混交是一种较好的造林模式。但闽楠叶氮、磷含量可塑性变化在混交模式中十分敏感,表明生长过程中可能会受到N、P的限制,在培育过程中应注意N肥和P肥的及时补充。这一研究结果,将为今后速生树种与珍贵树种混交造林模式研究提供理论与数据支撑。     

湖南会同连作杉木林凋落物量20年动态特征

在湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站试验基地的第Ⅲ集水区,对连作杉木林的凋落物量进行连续20a的定位观测,研究凋落物的组成特征、季节和长期动态变化格局.结果表明:连作杉木林从第8年起开始收集到凋落物,第8～20年间,凋落物量总体呈上升趋势,年平均生物量为(1109.86±117.27)kg·hm-2.凋落物中针叶、小枝、落果和碎屑所占比例分别为63.75%,25.87%,5.11%和2.19%.会同杉木人工林有明显的季节性凋落节律,1月至6月份,凋落物量总体上呈现上升趋势,从6月份至12月份总体上呈下降趋势,凋落物量的峰值出现在6月份,11月份则全年最低.凋落物与林龄呈显著的二次曲线相关,模拟凋落物量与林龄的关系,得到二次曲线方程关系:y=-10.06x2+361.1x-1747,R2=0.920, p<0.001.凋落物中的小枝、针叶、落果与林龄呈显著二次曲线方程关系(p<0.05),而碎屑与林龄的相关性不显著.     

亚热带樟树-马尾松混交林凋落物量及养分动态特征

选取亚热带典型的针阔混交林作为研究对象,从2009年至2011年每月进行凋落物的测定。结果表明：混交林年凋落物总量为（4634.723±337.1427） kg/hm²,且凋落叶（71.78%） > 凋落枝（26.24%） > 凋落碎屑（8.46%） > 凋落果（3.23%）。凋落总量的月变化趋势明显,在11月份达到了最大值1025.6 kg/hm²,而最小值出现在2月份138.606 kg/hm²。混交林凋落物中大量元素、微量元素含量差异显著。大量元素含量大小顺序：C > N > Ca > K > S > Mg > P,微量元素的含量大小顺序：Mn > Fe > Zn > Pb > Cd > Cu > Ni > Co。C/N的特征是：枝（66.96） > 果（63.48） > 叶（40.62）。森林凋落物养分的含量直接决定了其养分的归还量。樟树-马尾松混交林凋落物养分归还总量为80.936 kg/hm²。混交林凋落物各元素养分归还量大小顺序特征是：N > Ca > K > S > Mg > P > Mn > Fe > Zn > Pb > Cd > Cu > Ni > Co。各组分养分归还特征是：叶（67.469 kg/hm²） > 枝（14.928 kg/hm²） > 果（2.361 kg/hm²）。混交林中N的年归还量为40.964 kg/hm²,其中凋落叶的N归还量较大为34.877 kg/hm²。     

施氮对湿地松(Pinus elliottii)林土壤呼吸和相关因子的影响

人类活动引起陆地生态系统氮输入水平持续升高,对全球碳循环产生影响。为探究氮素对土壤呼吸的影响,2010年6月至2012年1月,采用氮添加试验对亚热带湿地松林的土壤呼吸进行了研究。试验共设置4种氮添加水平:对照CK,0 g m~(-2)a~(-1);低氮LN,5g m~(-2)a~(-1);中氮MN,15 g m~(-2)a~(-1);高氮HN,30 g m~(-2)a~(-1);每月上、下旬采用Li-cor 8100测定土壤呼吸速率。结果表明:(1)氮添加对土壤呼吸有着显著的抑制作用,LN、MN和HN处理的土壤呼吸年累积量较CK处理分别降低了26.6%、23.7%和29.5%,而施氮处理间的土壤呼吸无显著差异;(2)林分生长期间(6-9月),施氮第1年的土壤呼吸所受抑制作用显著高于第2年同期的水平,显示施氮对土壤呼吸的影响随时间的推移而降低;(3)湿地松林土壤呼吸存在明显的季节动态,最大值出现在8月(356.32 mgCO_2 m~(-2)h~(-1)),最小值出现在1月(99.12 mg CO_2 m~(-2)h~(-1)),施氮处理并不改变土壤呼吸的季节性变化规律;(4)CK处理林分中,土壤呼吸与土壤温度间存在极显著的指数关系,而与土壤湿度无显著相关。施氮处理没有改变土壤呼吸与土壤温度之间的相互关系,但抑制了土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10));(5)施氮处理显著减少了林分凋落物量、土壤微生物碳、氮量,并轻微抑制了细根生物量,这些改变导致了土壤呼吸的下降。上述结果表明施氮会显著抑制亚热带湿地松林的土壤呼吸速率,而这种抑制作用将随着时间的推移而降低。     

闽楠叶形态与叶脉网络性状关系对城市生长环境的响应

植物叶形态与叶脉网络功能性状的协同变异与权衡关系,对深入理解植物叶脉网络功能性状对环境变异的生态适应,以及预测植物物种生活习性对城市化过程的响应具有重要意义。闽楠作为珍贵的常绿阔叶树种,正在城市绿化中逐步推广。针对不同生长环境中（行道与植物园混交林）的闽楠,开展了叶形态与叶脉网络功能性状关系对城市生长环境的响应研究。研究结果表明：闽楠叶性状值基本满足正态分布,各性状变异系数保持在10%-20%之间,群体内性状变异较为丰富,单因素方差分析表明两种环境对叶形态性状的影响比叶脉网络系统的影响更明显;两种生长环境下闽楠叶形态性状组与叶脉网络功能性状组都具有极显著相关性,行道和植物园混交林典型性相关系数分别为0.804和0.795,叶形态性状与叶脉直径呈显著正相关,形态性状、叶脉直径与初级脉密度呈显著负相关;闽楠在响应城市生长环境的过程中呈现出相应的经济权衡机制,行道环境中闽楠以较大的初级脉密度和较小叶面积来确保水分获取和光合之间的平衡,植物园闽楠则采用较低初级叶脉密度、较高叶面积和叶脉直径的叶形态和叶脉网络构建模式。在选择闽楠作为城市绿化树种时,可将叶片形态性状组与叶脉网络功能性状组的协同变化和权衡关系作为选种依据,以提高闽楠在城市环境中的成活率和适应性。     

四种绿化树种土壤酶活性对不同浓度多环芳烃的响应

多环芳烃(PAHs)是一类广泛存在于环境中的有机污染物, 由于其致癌性和致突变性而受到广泛关注.采用盆栽实验,在3种多环芳烃污染水平(重度L3 )、(中度L2)、(轻度L1)下,研究了樟树(Cinnamomum camphora)、广玉兰(Magnolia grandiflora)、栾树(Koelreuteria bipinnata)、马褂木(Liriodendron chinense)南方4种绿化树种的土壤酶活性在6个月后的响应差异.结果表明:在不同PAHs污染水平下,磷酸酶活性表现为L2＞L3＞ L1;多酚氧化酶和过氧化氢酶的趋势一致,表现为L3＞L1＞ L2.土壤酶活性在4个树种间有明显差异,在L1污染水平下,各土壤酶活性表现为马褂木＞广玉兰＞樟树＞栾树;在L2污染水平下,各土壤酶活性表现为栾树＞马褂木＞樟树＞广玉兰;而在L3污染水平下,表现为马褂木＞樟树＞广玉兰＞栾树.不同PAHs水平下的多酚氧化酶活性呈极显著差异(P＜0.01),过氧化氢酶活性呈显著差异(P＜0.05),而磷酸酶活性变化率受污染物浓度影响不显著.此外,土壤酶活性与微生物相关性不显著.土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶可以作为土壤污染程度的评价指标.     

4种绿化树种盆栽土壤微生物对柴油污染响应及对PAHs的修复

采用室内盆栽实验,利用柴油按不同比例混合土壤0 g/kg(CK),2 g/kg(L1),10 g/kg(L2)和50 g/kg(L3)制备了含不同浓度PAHs的污染土样,选择1年生樟树(Cinnamomum camphora)、广玉兰(Magnolia grandiflora)、栾树(Koelreuteria bipinnata)、马褂木(Liriodendron chinense)幼苗为供试植物,进行了土壤微生物对柴油的响应及对PAHs的修复研究。结果表明:(1)4个树种土壤微生物区系组成以细菌占优势,放线菌次之,真菌最少。(2)在各测定时间树种间土壤微生物总数对污染处理响应差异较大。栾树各污染处理组土壤微生物总数均高于对照组;樟树各污染处理土壤微生物在实验前期低于对照;广玉兰为污染处理组在4月份显著低于对照,而在其他月份多高于对照;马褂木在4月份均低于对照,其他月份为L1处理低于对照,L2、L3处理高于对照(1月L2除外)。(3)4个树种对照土壤中微生物总数随时间的变化都是从10月逐渐增加至翌年4月,然后不断减少至10月;污染处理土壤微生物总数呈现峰值提前或滞后现象,主要出现在1月或7月。真菌是控制PAHs降解的重要因素。(4)经过1a实验,各树种L1、L2处理土壤中的PAHs浓度已与对照土壤相当;L3处理各树种土壤中PAHs含量为马褂木>栾树>广玉兰>樟树。     

稻田土壤有机碳矿化及其激发效应对磷添加的响应

采用室内模拟培养和¹³C同位素标记技术相结合的研究方法,探讨了在葡萄糖与无机氮肥共施的条件下,土壤有机碳矿化及其激发效应对外源磷添加的响应,以揭示土壤有机碳矿化的碳磷耦合调控机制.结果表明:外源磷的输入加快了CO_2的释放,但抑制了CH_4的释放;在整个土壤淹水培养期间,磷添加抑制了土壤碳矿化释放CH_4总量的53.1%,其中外源葡萄糖-¹³C矿化成¹³CH_4的总量降低了70.5%;磷添加促使通过微生物转化的葡萄糖-¹³C向易利用态碳库的分配比例增加了3.6%,显著提高土壤有机碳快库矿化速率,缩短土壤碳矿化周期.土壤培养前期,外源有机质的添加表现为短暂的负激发效应;随着葡萄糖不断矿化分解,CO_2累积激发效应(PE_{CO_2})总体上呈现先增加后下降的趋势,而CH_4累积激发效应(PE_{CH_4})稳步增加最终保持基本稳定状态;培养结束时(100 d),在磷添加条件下,PE_{CO_2}增强32.3%,PE_{CH_4}显著降低93.4%.冗余分析和Pearson分析表明,电导率、氧化还原电位和溶解有机碳对稻田土壤碳矿化的影响最为显著;速效磷与¹³CH_4、PE_{CH_4}呈极显著负相关.在外源有机质添加条件下,磷的添加能够抑制CH_4排放及其激发效应,促进土壤有机质的矿化和养分释放,提高土壤原有有机碳的可利用性,促进稻田土壤有机碳循环.