米槠人促更新林与杉木人工林叶片及凋落物溶解性有机物的数量和光谱学特征

选取中亚热带米槠人促更新林(CCF)和杉木人工林(CLP)内的鲜叶、未分解层(L层)和半分解层(F层)凋落物为研究对象进行室内淋溶,对其淋溶液中的溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)和溶解性有机磷(DOP)含量,紫外吸收值(SUVA),腐殖化指标(HIX)和红外光谱(FTIR)等进行了比较分析,以揭示其淋溶液中溶解性有机物(DOM)的数量和光谱学特征。结果表明:随着淋溶时间的增加,不同样品的DOM含量呈现先上升后下降,或者有波动的上升的趋势,这是因为DOM的释放和反吸附共同控制着DOM的含量。两林分中,F层凋落物DOM的SUVA值显著高于鲜叶和L层凋落物(P0.05);从鲜叶到L层到F层凋落物,其HIX逐渐变大并且三者荧光强度最大值对应的波长由短波向长波移动,这是腐殖化程度越来越高、电子共轭体系逐渐增大的体现。两个林分6种样品的红外光谱显示了5个相似的吸收谱带,但不同样品各吸收带的相对比例不同,强度最大的吸收来自于H键键合的—OH的伸缩振动;同一林分内3种样品之间红外吸收的差异证明了鲜叶到L层再到F层凋落物,其DOM的芳香类物质含量逐渐升高,化学键力常数变小。总体上,与杉木人工林相比,米槠人促更新林的DOM养分含量更高,结构更复杂,因而更有利于有机质的积累。     

土壤增温降低亚热带森林土壤可溶性有机碳数量和质量

土壤可溶性有机碳(DOC)是森林土壤碳库中最活跃的部分,其对气候变暖的响应将深刻影响森林生态系统碳循环。本研究基于亚热带常绿阔叶林野外增温实验平台,原位收集土壤溶液,结合紫外可见光谱、红外光谱和三维荧光光谱分析,探究土壤剖面DOC通量及组成对增温(+4℃,1年)的响应。结果表明：土壤DOC通量在土层之间没有显著差异。土壤DOC主要由2个类腐殖酸组分和1个微生物代谢产物组分组成。与对照相比,增温显著降低了土壤DOC通量,降低了土壤溶液芳香化指数和疏水组分比例,增加了小分子碳水化合物的含量。此外,增温还提高了表层土壤(0～10 cm)类腐殖酸组分的相对贡献,增加了深层土壤(30～40 cm)微生物代谢产物组分的相对贡献,这在一定程度上表明变暖加速了深层土壤微生物周转。总体来说,土壤增温降低了亚热带常绿阔叶林土壤DOC数量,使DOC结构趋于简单。     

陆生植物自身能否排放甲烷?

一般认为自然来源的甲烷是在厌氧环境下形成的,而最近研究却发现在有氧环境下植物自身也能释放甲烷,这将对全球甲烷收支产生重大影响。但这一发现目前还存在很大争议,一些研究证实植物在有氧环境下能排放甲烷,果胶、聚半乳糖醛酸等含甲氧基官能团的组分是植物产生甲烷的主要来源物质,甚至纤维素、木质素等植物结构组分也能排放甲烷;而另一些研究却发现植物并不能排放甲烷或者排放速率极小,而观测到的植物甲烷排放可能来自于土壤中,即溶解有甲烷的土壤水分被被植物吸收并通过蒸腾或蒸发作用而排放到大气中。有氧环境下植物排放甲烷的机制仍不清楚,光照、温度、紫外辐射、机械损伤等环境胁迫可能是导致植物排放甲烷的重要原因,但这些因素的影响作用仍存在很大的不确定性。即使如此,一些研究仍对全球或区域植物甲烷排放的通量进行了估算,估计全球植物甲烷排放通量为10-236Tg.a-1。未来研究应在更多地区针对不同生境的各种植物是否排放甲烷进行独立检验,并在此基础上探讨植物排放甲烷的机制。     

亚热带6种天然林树种细根呼吸异质性

以福建省建瓯市万木林自然保护区6个优势树种为研究对象,使用Li-6400便携式光合测定仪离体测定6个树种1—5级细根呼吸速率。单因素和双因素方差分析表明:树种、序级及其交互作用对6种树种细根比根呼吸均有极显著影响(P<0.01);6种树种细根比根呼吸均随序级的升高呈极显著下降(P<0.01),这种变化可分别用二次函数,三次函数,指数函数或幂函数来拟合。相关性分析表明比根长和氮浓度可以很好地表征同一树种不同序级细根的比根呼吸,但两者不能有效表征不同树种同一序级的比根呼吸。协方差分析表明:细根比根呼吸与比根长的相关性在不同树种间具有显著差异,但在不同序级间则表现一致;细根比根呼吸与氮浓度的相关性则在不同树种和序级间均表现不一致。结果表明细根内部存在明显的功能异质性,而比根长可反映特定树种细根的这种功能异质性。     

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。     

杉木人工林细根寿命的影响因素

利用微根管技术探讨细根径级、序级、出生季节、土层和林龄对福建南平18年生和90年生杉木人工林细根寿命的影响。杉木林细根中值寿命随径级增大而延长,18年生杉木人工林直径d≤0.3 mm、0.3<d≤0.6 mm、0.6<d≤1.0 mm和d>1.0 mm的细根中值寿命分别为(125±47) d、(158±16) d、(248±18) d和(272±53)d;90年生杉木人工林直径d≤0.3 mm和0.3<d≤0.6 mm的中值寿命分别为(95±20) d和(200±17) d,而0.6<d≤1.0 mm和d>1.0 mm的细根在观测期结束时,其累积存活率仍高于50%。18年生和90年生杉木高序级细根累积存活率都显著高于一级根,一级细根中值寿命分别为(180±13) d和(200±18) d,而高级根在观测期结束时,其累积存活率仍大于50%。18年生杉木秋季出生的细根累积存活率显著高于夏季,90年生杉木冬季和秋季出生的细根累积存活率均极显著高于春季和夏季。18年生杉木冬季、秋季、春季、夏季出生细根的中值寿命分别为(216±16) d、(248±12) d、(172±6) d和125 d;90年生杉木秋季、春季、夏季出生细根中值寿命分别为383 d、(127±23) d和(106±19) d,而冬季出生的细根在观测期结束时累积存活率仍在50%以上。90年生杉木细根累积存活率随土壤深度增加而显著增加,土层深度0< D≤20 cm和20<D≤40 cm细根中值寿命分别为(156±14) d和(241±24) d,而40<D≤60 cm土层细根寿命在观测期结束时累积存活率仍在50%以上;18年生不同土层细根累积存活率则均无显著差异,中值寿命分别为(187±19) d、(216±28) d和(120±47) d。不同林龄相同径级或序级细根的存活曲线均无显著差异;除了夏季外,不同季节出生的同生根群存活率曲线在不同林龄之间均具有显著差异;0<D≤20cm、20<D≤40cm土层细根存活曲线在不同林龄间无显著差异,但40<D≤60cm土层的细根存活曲线在不同林龄间则存在显著差异。     

细柄阿丁枫和米槠细根寿命影响因素

采用微根管技术对福建建瓯万木林自然保护区细柄阿丁枫(ALG)和米槠(CAC)细根进行了连续2 a的观测。估计细根寿命采用Kaplan-Meier方法,用对数秩检验(log-rank test)比较单一因素(细根直径、序级、出生年份、出生季节、土层以及邻近细根数量)对细根寿命的影响。同时采用Cox比例风险回归分析方法,分析上述因素对细根存活的影响程度。结果表明:细柄阿丁枫细根平均寿命和中值寿命分别为(286±8)d和(184±9)d,而米槠的则分别为(261±10)d和(212±8)d。仅考虑单一因素时,出生季节、径级、序级以及邻近细根数量对细柄阿丁枫和米槠细根寿命皆有极显著影响(P<0.01);出生年份对米槠细根寿命有极显著影响(P<0.01),但对细柄阿丁枫细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05);土层深度对细柄阿丁枫细根寿命有极显著影响(P<0.01),而对米槠细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05)。Cox比例风险回归分析则表明出生年份对二者细根寿命的影响皆无统计学意义(P>0.05),影响因素按照影响程度大小排列均依次是序级、出生季节、细根直径、邻近细根数量,而土层对细柄阿丁枫细根寿命的影响最弱,对米槠细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05)。     

亚热带六种天然林树种细根养分异质性

以福建省建瓯市万木林自然保护区常绿阔叶林6种优势树种为研究对象,分析其1—5级细根养分特征及其与细根形态特征和叶片养分的关系。结果发现:除沉水樟细根C含量表现为随序级升高而增加外,其余5种树种均没有明显变化规律;6种树种N、P含量基本表现为随序级升高而降低,C/N随序级升高而增加;但N/P随序级升高均没有明显变化规律。单因素方差分析发现:树种对C、N、P含量和C/N、N/P具有极显著影响(P<0.01),序级对6种树种N、P含量和C/N有极显著或显著影响(P<0.01,P<0.05),对C含量和N/P影响并不显著(P>0.05);双因素方差分析发现:树种和序级的交互作用对C、N、P含量和C/N有极显著或显著的影响(P<0.01,P<0.05),对N/P影响不显著(P>0.05)。相关性分析表明:在较高级根中C、N含量之间呈现相关性,在较低级根中N、P含量呈现相关性,同时C/N、N/P的变化均主要由N含量变化决定;6种树种细根比根长和N、P含量、C/N有极显著相关性(P<0.01),而与C含量和N/P相关性并不明显。一级根的N、P含量和N/P相比于整个细根更接近于叶片,但一级根与叶片N、P、N/P之间并没有显著的相关性(P>0.05)。     

中亚热带细柄阿丁枫和米槠群落细根的生产和死亡动态

采用微根管技术与挖掘法相结合的方式对福建省万木林自然保护区细柄阿丁枫和米槠天然林细根生产和死亡动态进行了为期两年多的观测,分析细根生产和死亡的季节变化、垂直分布及径级和序级分配,并估计细根的年生产量和年死亡量.结果表明:细柄阿丁枫细根年生产量和年死亡量分别为(230.1±162.8) g·m-2·a-1和(188.8±75.5)g·m-2· a-1,均略大于米槠的(214.5±185.8) g·m-2·a-1和(178.8±26.5) g·m-2·a-1,但两种森林群落的细根年生产量和年死亡量均无显著差异(P＞0.05).两森林群落细根生产均在春季达到高峰,其中米槠细根生产与月降水量呈极显著相关(P＜0.01,r=0.566);细根死亡则呈现季节性地波动,米槠细根死亡峰值主要发生于夏季和秋季,而细柄阿丁枫则出现在秋季.两森林群落细根生产和死亡皆主要集中于土壤表层0-40 cm中,而且不同径级细根生产和死亡集中于0-1 mm细根中,其中0.3-0.6 mm细根的生产和死亡在两森林群落中均最大.两森林群落一级根的生产和死亡均大于高级根.     

中亚热带常绿阔叶林不同演替阶段土壤呼吸及其温度敏感性的变化

为探明中亚热带地区常绿阔叶林演替序列土壤呼吸(R_s)的变化趋势及其影响机制, 在福建省建瓯市万木林自然保护区选取演替时间分别为15年(演替初期)、47年(演替中期)和110年(演替后期)三个不同演替阶段, 进行了为期1年的野外原位观测。结果发现: 演替初期、中期和后期的R_s分别为2.38、3.32和3.91 µmol·m ^-2·s ^-1, 温度敏感性(Q₁₀值)分别为2.64、1.97和1.79; 与演替初期相比, 演替后期的R_s显著增加64.29%, Q₁₀值显著降低32.30%; 不同演替阶段R_s的季节变化模式相似, 温度和含水量可分别解释季节变化的69.5% (初期)、81.9% (中期)和61.3% (后期); 回归分析发现, R_s与凋落物年归还量、细根生物量和土壤全氮和土壤有机质碳含量显著正相关。表明本研究区内植被演替促进了土壤碳排放, 降低了土壤呼吸的温度敏感性; 土壤碳输入增加、养分含量的提高和细根生物量增大是中亚热带常绿阔叶林R_s随演替进程逐渐增大的主要原因。