亚热带人工林乔灌草根际土壤氮矿化特征

为了探讨人工林内优势乔木和林下灌草根际土壤氮矿化特征, 明确乔灌草根际土壤氮转化差异, 该研究以江西泰和千烟洲站区典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林为对象, 在植被生长季初期(4月)和旺盛期(7月)分析3种人工林内乔木、优势灌木(檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata))和草本(狗脊蕨(Woodwardia japonica)、暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata))根际土壤的净氮矿化速率、土壤化学性质及土壤微生物特征。结果发现: 1)物种、林型和取样季节显著影响了根际土壤净氮矿化速率(N_min)、净铵化速率(N_amm)和净硝化速率(N_nit)。马尾松和湿地松林内林下灌草根际土壤净氮矿化的季节敏感性高于乔木: 4月乔木根际土壤N_min和N_amm显著高于大多数林下灌草, 而7月林下灌草根际土壤N_min和N_amm显著提高, 与乔木不再具有显著差异, 与主成分综合得分方差分析的结果一致。一般情况下, 杉木林N_min和N_nit显著高于马尾松林和湿地松林。7月净氮矿化显著高于4月。2)土壤铵态氮、硝态氮、全氮及土壤微生物量氮含量是影响根际土壤净氮矿化的主要因素。土壤化学性质对人工林根际土壤净氮矿化变异的贡献率为29.2%, 显著高于土壤微生物的解释率。充分考虑不同季节林下植被根际土壤的净氮矿化及其关键影响因素可为准确评估人工林生态系统养分循环状况提供重要支撑。     

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

通量观测是定量描述土壤-植被-大气间物质循环和能量交换过程的基础。涡度相关技术作为直接测量植被冠层与大气间能量与物质交换通量的技术手段, 已经逐步发展成为国际通用的通量观测标准方法。随着涡度相关技术在全球碳水循环研究中的广泛应用, 长期连续的通量观测正在为准确评价生态系统碳固持能力、水分和能量平衡状况、生态系统对全球气候变化的反馈作用、区域和全球尺度模型的优化与验证、极端事件对生态系统结构与功能影响等方面的研究提供重要数据支撑和机制理解途径。通过站点尺度通量长期动态观测, 明确了不同气候区和植被类型生态系统碳水通量强度基线及其季节与年际变异特征。通过多站点联网观测, 在区域和全球尺度研究生态系统碳通量空间变异特征, 揭示了区域尺度上温度和降水对生态系统碳通量空间格局的生物地理学控制机制。该文概括地介绍了涡度相关技术的基本原理、假设与系统构成, 总结了涡度通量长期联网观测在陆地生态系统碳水通量研究中的主要应用, 并对通量研究发展前景进行了展望。     

生态系统水分利用效率研究进展

水分利用效率(WUE)是反映生态系统水碳循环相互关系的重要指标,开展生态系统水平WUE的时空变异性的研究有助于预测气候变化对生态系统水碳过程的影响.目前不同研究常常基于不同的算法估算生态系统WUE,一方面不同算法因包含了不同复杂程度的水过程而有着不同的内涵,另一方面各种算法又因包含了相同的核心过程而有着密切的联系.长期以来人们通过传统的生物量动态调查和生态系统水文过程的测定来估算生态系统的WUE,但该方法大大限制了在短时间尺度上对生态系统WUE进行分析,近年来发展起来的以涡度相关为代表的新技术的应用使得研究生态系统WUE在多个时空尺度上的变异特征取得了突破性的进展.生态系统WUE的主要影响因子与叶片尺度相似,主要有空气饱和水气压差(VPD)、土壤水分、大气CO2浓度、Ci/Ca等,另外,生态系统水分平衡特征也有着重要影响.比较分析表明,森林与草地生态系统WUE的日变化和季节变化存在显著的差异,同时森林和农田生态系统的WUE整体高于草地、荒漠和冻原.当前生态系统WUE的研究尚处于初始阶段,许多工作仍需深入开展,其中,多时间尺度以及生态系统间WUE的时空变异特征及机理的对比研究可能是未来工作的热点.     

牧草种类与耕作时间对拉萨牧草种植地土壤不同组分有机碳的影响

以中国科学院拉萨高原生态试验站附近天然灌丛草原与站内的牧草种植地为研究对象,分析牧草种类与耕作时间对牧草种植地土壤有机碳的影响。种植地的5种牧草种类为:耕作10a的鸭茅(Dactylis glomerata L.)、耕作4a与10a的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、耕作3a与10a的苜蓿(Medicago sativa Linn.),同时以该区域原生植被天然灌丛草原生长地作为对照。结果表明:与天然灌丛土壤全土有机碳(Total Organic Carbon,TOC)含量相比,耕作10a的鸭茅增加了土层0—5 cm与10—30 cm TOC含量、耕作10a的苜蓿与垂穗披碱草分别显著增加与降低了土层0—5 cm TOC含量。主要因为耕作不同牧草使种植地土壤不同组分有机碳含量发生变化,耕作10a的鸭茅和苜蓿分别使土层0—5 cm与10—30 cm、土层0—5 cm与10—20 cm的砂粒级(50—2000μm)颗粒有机碳(POC)含量降低,粉粒与黏粒级(50μm)矿物结合态有机碳(MOC)含量升高;耕作10a的垂穗披碱草则使土壤表层0—5 cm砂粒级POC含量显著降低,MOC无显著变化。与耕作4a的垂穗披碱草相比,耕作10a显著降低了土层10—20 cm TOC含量,主要体现在粗砂粒(250—2000μm)POC含量与粉粒(2—50μm)MOC含量的降低;与耕作3a的苜蓿相比,耕作10a的苜蓿显著降低了土层5—30 cm TOC含量,主要因为各土层砂粒级POC含量、粉粒与细黏粒MOC含量均有所降低。说明短期耕作更有利于牧草种植地土壤有机碳库的累积。     

土地利用类型对千烟洲森林土壤碳矿化及其温度敏感性的影响

土壤有机质分解是陆地生态系统碳循环的重要环节,它不仅受温度和水分的影响,还对土地利用变化十分敏感.以中国科学院千烟洲生态试验站的柑橘园和湿地松人工林为对象,研究不同土地利用类型、温度(5、10、15、20和25 ℃)和水分(30%、60%和90%饱和含水量)对土壤碳矿化及其温度敏感性的影响.结果表明： 土地利用类型、温度和水分对土壤碳矿化都具有显著影响,且各因素间存在显著的交互效应.柑橘园和湿地松人工林土壤碳矿化速率均与温度呈正相关,60%饱和含水量处理下土壤碳矿化速率最高.在相同的温度和水分处理下,柑橘园土壤碳矿化量显著高于湿地松林.土地利用类型和水分对土壤碳矿化温度敏感性(Q₁₀)具有显著影响.培养7和42 d,土壤碳矿化的温度敏感性随水分升高而上升;柑橘园温度敏感性高于湿地松林,且水分越高差异越明显.包含温度和水分的双因素模型可以很好地模拟土壤碳矿化对温度和水分的响应,温度和水分共同解释土壤碳矿化变异的79.9%～91.9%.     

基于数字相机图像的西藏当雄高寒草地群落物候模拟

物候现象是环境条件季节和年际变化最直观、敏感的综合指示器, 其发生时间不仅反映了陆地生态系统短期的动态特征, 其微小的变化还会对陆地生态系统产生重要的反馈作用。高寒草地是青藏高原分布广泛、极具代表性的植被类型, 准确地获取高寒草地群落的物候特征, 对于理解和预测气候变化对青藏高原生态系统的影响具有重要意义。该文以西藏当雄高寒草地为研究对象, 探讨了近地面数字相机图像在高寒草地群落季相监测中的作用, 结果如下: 1)通过比较不同绿度指数的差别, 确定了准确表征高寒草地植被群落季相变化的绿度指数——绝对绿度指数(2G_RB); 2)结合土壤含水量数据, 通过线性回归分析得知高寒草地植被群落生长过程与表层(≤10 cm)土壤含水量的变化较为一致(R ² > 0.70); 3)通过对比分析, 发现降水在高寒草地群落季相“变绿”过程中具有“触发”作用。研究表明, 数字相机技术可作为物候监测手段, 实现高寒草地植被群落季相的实时、连续获取, 为更好地揭示气候变化影响下景观尺度季相演变特征, 诊断地方、区域和全球尺度上生态系统对气候变化的快速响应提供了有效的手段。     

植物与土壤微生物在调控生态系统养分循环中的作用

陆地生态系统的地上、地下是相互联系的。植物与土壤微生物作为陆地生态系统中的重要组成部分, 它们之间的相互作用是生态系统地上、地下结合的重要纽带。该文首先介绍了植物在养分循环中对营养元素的吸收、积累和归还等作用, 阐述了土壤微生物对养分有效性及土壤质量具有重要的作用。其次, 重点综述了植物与土壤微生物之间相互依存、相互竞争的关系。植物通过其凋落物与分泌物为土壤微生物提供营养, 土壤微生物作为分解者提供植物可吸收的营养元素, 比如共生体菌根真菌即可使植物根与土壤真菌达到互惠。然而, 植物的养分吸收与微生物的养分固持同时存在, 因而两者之间存在对养分的竞争。通过植物多样性对土壤微生物多样性的影响分析, 以及土壤微生物直接或间接作用于植物多样性和生产力的分析, 探讨了植物物种多样性与土壤微生物多样性之间的内在联系。针对当前植物与土壤微生物对养分循环的调控机制的争论, 提出植物凋落物是调节植物与土壤微生物养分循环的良好媒介, 植物与土壤微生物的共同作用对维持整个生态系统的稳定性具有重要意义。也指出了目前在陆地生态系统地上、地下研究中存在的不足和亟待解决的问题。     

氮磷供应量及比例对灰绿藜种子性状的影响

全球氮沉降不仅改变土壤氮和磷的有效性, 同时也改变氮磷比例。氮磷供应量、比例及其交互作用可能会影响植物种子性状。该研究在内蒙古草原基于沙培盆栽实验种植灰绿藜(Chenopodium glaucum), 设置3个氮磷供应量水平和3个氮磷比例的正交实验来探究氮磷供应量、比例及其交互作用对灰绿藜种子性状的影响。结果发现氮磷供应量对种子氮浓度、磷浓度和萌发率影响的相对贡献(15%-24%)大于氮磷比例(3%-7%), 而种子大小只受氮磷比例的影响。同时氮磷供应量和比例之间的交互作用显著影响种子氮浓度和磷浓度。同等氮磷比例情况下, 低量养分供应提高种子氮浓度、磷浓度和萌发率。氮磷比例只有在养分匮乏的环境中才会对种子大小和萌发率产生显著影响。总之, 灰绿藜种子不同性状对氮或磷限制的敏感性不同, 同时种子性状也对养分限制表现出适应性和被动响应。     

不同生境条件下蕨类和被子植物的气孔形态特征及其对光强变化的响应

气孔是植物与大气环境进行气体交换的重要通道, 在调控植物碳水平衡方面发挥着重要作用。为探讨生境和植物类型对气孔形态特征的影响以及气孔对光强变化的响应格局在不同植物间和不同生境条件下的变异, 选取开阔生境和林下生境的5种蕨类植物和4种被子植物, 测定了它们的气孔形态特征和气孔导度对光强变化的响应。此外, 还收集了8篇文献中开阔和林下生境的45种蕨类植物和70种被子植物的气孔密度和气孔长度数据, 以增大样本量从而更好地探讨不同生境条件下蕨类和被子植物气孔密度及长度的变异格局, 并通过分析生境和植物类型对气孔形态特征的影响来推测生境和植物类型对气孔响应行为的可能影响。实验结果表明, 与林下植物相比, 开阔环境下的植物气孔密度更大, 气孔长度更小, 气孔对光强降低的响应更敏感; 但植物类型对气孔形态特征的影响以及对气孔响应光强的敏感程度的影响均不显著。对文献数据的分析表明, 生境和植物类型对气孔形态特征均有显著影响。考虑到气孔响应快慢与气孔形态特征密切相关, 与蕨类植物相比, 被子植物小而密的气孔可能为其更快地响应环境变化提供了基础。研究表明生境和植物类型对气孔响应行为均有显著影响。     

2012年春季千烟洲地区散射辐射的对比观测

利用CMP11(含遮光环)、SPN1和RSR3 3种辐射测定仪器,于2012年3-6月在中国科学院千烟洲红壤丘陵试验站开展总辐射和散射辐射的平行对比观测.结果表明: 不同辐射仪测定的总辐射和散射辐射都有很好的线性相关关系;相对于CMP11而言,SPN1和RSR3测定的总辐射分别低3.0%和20.5%;对于测定的散射辐射,SPN1和RSR3较CMP11的观测结果分别低5.5%和7.9%;在晴朗、多云、阴天3种天气条件下,各仪器测量的散射辐射日变化一致,并且在不同太阳高度角下观测的散射辐射结果相似.不同仪器测量的日尺度散射辐射随时间的累积存在一定差异,3、4、5月的月尺度散射分数分别为0.56、0.59和0.70.在我国南方中亚热带地区,散射辐射在太阳总辐射中占据了较大比例,并且随时间变化存在明显的变化特征.有必要对其开展长期连续测定,以准确把握其长期的动态变化特征.