氮添加对山西太岳山天然油松林主要植物叶片性状的影响

为探讨植物性状对大气氮沉降的响应与适应机制, 该文以中国特有的、在北方温性针叶林中广泛分布的天然油松(Pinus tabuliformis)林为研究对象, 在2009-2013年开展了氮添加对植物叶片性状影响的野外控制试验, 4个氮添加浓度分别为0 kg·hm^-2·a^-1 (CK)、50 kg·hm^-2·a^-1 (低氮)、100 kg·hm^-2·a^-1 (中氮)和150 kg·hm^-2·a^-1 (高氮)。试验过程中分别测定了油松、蒙古栎(Quercus mongolica)、茶条槭(Acer ginnala)、毛榛(Corylus mandshurica)、沙梾(Cornus bretschneideri)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、金银忍冬(Lonicera maackii)、羊须草(Carex callitrichos)、龙常草(Diarrhena mandshurica)、大火草(Anemone tomentosa)和玉竹(Polygonatum odoratum)等11种主要植物的9种叶片性状, 包括叶厚度(LT)、比叶面积(SLA)、干物质含量(LDMC)、叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)等。结果表明: 1)在氮添加影响下, 玉竹等个别物种的LT和SLA、绣线菊等部分物种的叶面积(LA)和LDMC差异显著, 上述所有物种的LNC与大多数物种的叶绿素含量(CC)、LPC显著增加, 油松等9种植物叶片N:P发生显著变化, 不同年龄、不同类型的植物叶片对氮添加的响应不同。2)叶性状之间普遍存在显著相关性, 如SLA与LNC和LPC极显著正相关, LT与LNC和LPC极显著负相关, 且相关性随氮添加强度变化。3) 11种植物的叶片特征空间分布规律与叶经济谱的描述一致, 氮添加使植物在特征空间中的位置向叶片薄、生长快、叶寿命短的“快速投资-收益型”一端发生移动; 在垂直方向上, 阔叶乔木、灌木及草本的位置与针叶乔木的移动方向相反。当环境改变时, 植物会改变生存策略, 调整资源分配, 从而保证物种间相对位置和群落整体结构的稳定性。叶经济谱的形成不依赖于环境的变化, 而是植物一种固有的属性。     

火烧对长期封育草地土壤碳固持效应的影响

火烧是内蒙古典型草原的自然现象,对长期封育草地碳固持效应具有潜在的重要影响。基于野外控制火烧实验(未火烧、1a火烧1次、2a火烧1次、4a火烧1次),采用土壤和土壤粒级组分相结合的指标体系,分析了火烧以及火烧频率对长期封育草地土壤碳贮量的影响。结果表明:火烧会降低长期封育草地0—30 cm土壤碳贮量;其中,频繁火烧将显著降低草地土壤碳贮量,而4a 1次的火烧对土壤碳贮量影响较小。火烧对0—10 cm土壤碳贮量影响明显,而对10—30 cm土层影响较小。此外,火烧对长期封育草地土壤砂粒和粉粒碳氮贮量影响较大、对粘粒碳氮贮量影响较小。火烧后表层土壤砂粒和粉粒C∶N比下降,表层土壤有机质的稳定性有所提高。与自由放牧草地相比,连续遭受火烧处理的长期封育草地仍具有较高的碳贮量。总之,火烧会一定程度降低长期封育草地的碳贮量,但并不会彻底改变其显著的碳固持效应。     

青藏高原高寒草甸不同海拔土壤酶化学计量特征

土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,研究土壤酶活性对于探讨生态系统功能有着重要意义.采用Biolog微平板技术,研究不同海拔(4300～5100 m)土壤酶活性和酶计量比的变化特征及影响机制.结果表明:与C循环密切相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与N循环密切相关的β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)以及与P循环密切相关的酸性磷酸酶(AP)活性均随海拔升高呈现先上升后下降的单峰变化趋势,整体表现出4800 m>4950 m>4400 m>4650 m>5100 m>4300 m;土壤N∶P酶活性比呈现与土壤酶活性相同的先上升后下降单峰变化趋势,在4950 m处达到最高值;而土壤C∶N和C∶P酶活性比表现出沿海拔升高逐渐增加的趋势.有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、土壤含水量与4种酶活性均呈显著正相关;年均温度与NAG、AP呈显著正相关;年降水量与NAG、AP呈显著负相关;土壤C∶P酶活性比、土壤N∶P酶活性比与年均温度、年降水量、植被Shannon多样性指数、植被丰富度指数、植被盖度和TN呈显著正相关.年均温、年降水量、植被丰富度、植被覆盖度、土壤全氮和溶解性有机碳显著影响土壤C∶N酶活性比.青藏高原草甸不同海拔土壤酶活性和酶计量比呈现显著的海拔差异,且高海拔地区存在一定的N限制.土壤酶活性海拔差异主要受到土壤含水量、TN、SOC、年降水量和年均温度的影响.     

中国温带典型森林植物比叶面积的空间格局及其影响因素

比叶面积(SLA)能够反映植物自身生长对策、对光能的捕获能力、对外界环境变化的适应和对可利用资源的分配策略,对植物的生境适应状况和群落的自然演替程度也起到重要的指示作用。为了深入了解温带森林植物SLA随空间变化的变异特征及其影响因素,跨越1200 km选取中国东北部12个典型温带森林(寒温带兴安落叶松林、温带红松针阔混交林和暖温带落叶阔叶栎林),通过对样地内物种进行系统性的调查,分析了植物SLA在空间上的变化规律及环境因素的影响效应。结果显示：中国温带森林植物SLA范围为2.02—99.65 m~2/kg(均值为34.18 m~2/kg),其中乔木SLA范围为2.02—58.74 m~2/kg(均值为21.32 m~2/kg),灌木SLA范围为2.88—99.65 m~2/kg(均值为31.60 m~2/kg),草本SLA范围为4.66—98.53 m~2/kg(均值为38.75 m~2/kg)。SLA在不同森林类型之间差异显著,具体表现为：温带红松针阔混交林>暖温带落叶阔叶栎林>寒温带兴安落叶松林。SLA受到气候因素和土壤因素的影响,其中随着年均降水、土壤碳氮含量的增加显...     

植物性状研究的机遇与挑战:从器官到群落

植物性状(Plant trait)或植物功能性状(Plant functional trait)通常是指植物对外界环境长期适应与进化后所表现出的可量度、且与生产力优化或环境适应等密切相关的属性。近几十年来,植物性状研究在性状-生产力、性状-养分、性状间相互关系、性状-群落结构维持等方面取得了卓越成就。然而,由于大多数性状调查都是以植物群落内优势种或亚优势种为对象,使其在探讨群落尺度的性状-功能关系、性状数据如何用于改进或优化模型、性状数据如何与遥感连接等问题时,存在空间尺度和量纲不匹配的极大挑战。为了破解上述难题,亟需发展新的、基于单位土地面积的群落性状(Community trait)概念体系、数据源和计算方法等,推动植物性状数据与快速发展的宏观生态学新技术(遥感、模型和通量观测等)相结合,既拓展了植物性状研究范畴,又可推动其更好地服务于区域生态环境问题的解决。所定义的群落性状(如叶片氮含量、磷含量、比叶面积、气孔密度、叶绿素含量等),是在充分考虑群落内所有物种的性状实测数据,再结合比叶面积、生物量异速生长方程和群落结构数据等,推导而成的基于单位土地面积的群落性状。受测试方法的影响,传统的直接算术平均法或相对生物量加权平均法所获得的群落水平的植物性状(如叶片氮含量g/kg或%),虽然可以有效地探讨群落结构维持机制,由于无法实现对群落性状在量纲上向单位土地面积转换,使它很难与模型和遥感数据相匹配。基于单位土地面积的群落性状,可在空间尺度匹配(或量纲匹配)的前提下实现个体水平测定的植物性状数据与生态模型和遥感观测相联系,更好地探讨区域尺度下自然生态系统结构和功能的关系及其对全球变化的响应与适应。同时,它也可更好地建立群落水平的性状-功能的定量关系(非物种水平),为更好地探讨自然群落结构维持机制和生产力优化机制提供了新思路。     

温带针阔混交林叶片性状随树冠垂直高度的变化规律

自然界中,森林植物叶片的生长随树冠高度呈现明显的垂直分布现象;然而,有关叶片性状随着树冠垂直高度增加的变化规律仍不清楚。为了更好地揭示植物叶片对光环境变化的适应策略以及对资源的利用能力,有必要深入探讨叶片性状与冠层高度的定量关系及其内在调控机制。以中国广泛分布的温带针阔混交林为对象,选取8种主要树种为研究对象(白桦、蒙古栎、水曲柳、大青杨、色木槭、千金榆、核桃楸和红松),通过测定这些物种9个冠层高度的叶片比叶面积(SLA)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片氮含量(N)、叶片磷含量(P)、氮磷比(N∶P)和叶绿素含量(Chl)等属性,探讨了针阔混交林叶片性状的差异以及各性状之间的相关关系,进而揭示叶片性状随树冠垂直高度的变化规律。实验结果表明:1)温带针阔混交林内优势树种的部分叶片性状在不同冠层高度之间差异显著。2)随着树冠垂直高度的增加,SLA、LDMC、N、P、N∶P和Chl呈现不同的变化趋势。其中,阔叶树种SLA随着树冠垂直高度的增加而减小;所有树种的LDMC随着树冠垂直高度的增加而增加;不同树种的N、P、N∶P和Chl随着树冠垂直高度的变化规律存在差异。3)对于温带针阔混交林冠层中,SLA与N、P、N∶P均存在显著的正相关关系,高SLA伴随着高的N、P、N∶P,表明植物通过SLA与N、P等性状的协同来提高叶片的光合作用(或对光热资源的利用效率)。本研究通过定量分析探讨温带针阔混交林叶片性状随冠层高度的变化规律,一定程度地揭示了树木对光、热和水资源竞争的适应机制,以及植物叶片的资源利用和分配策略,不仅拓展了传统性状研究的范畴,其相关研究结论也有助于树木生长模型的构建和优化。     

中国东部森林土壤有机碳组分的纬度格局及其影响因子

土壤有机碳是森林碳库的重要组成部分,其活性有机碳组分不仅是土壤碳周转过程的重要环节,还是气候变化最敏感的指标。以中国东部南北森林样带(NSTEC,North-South Transect of Eastern China)为对象,选择了9个典型森林生态系统(尖峰岭、鼎湖山、九连山、神农架、太岳山、东灵山、长白山、凉水和呼中),涵盖了我国热带森林、亚热带森林和温带森林的主要类型,测定其0—10 cm土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、微生物碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量,结合气候、土壤质地、土壤微生物和植被生物量等因素,探讨了森林土壤有机碳组分的纬度格局及其主要影响因素。实验结果表明:SOC、EOC、MBC和DOC含量分别为23.12—77.00 g/kg、4.62—17.24 g/kg、41.92—329.39 mg/kg和212.63—453.43 mg/kg。SOC、EOC和MBC随纬度增加呈指数增长(P0.05),而DOC则随纬度增加呈指数降低(P0.05)。在不同气候带上,SOC和EOC含量表现为热带森林亚热带森林温带森林(P0.05),DOC含量表现为热带森林亚热带森林温带森林(P0.001)。气候、植被生物量、土壤质地和土壤微生物可解释土壤有机碳组分纬度格局的大部分空间变异(SOC 74%;EOC 65%;MBC 51%和DOC 76%)。其中,气候是土壤有机碳组分呈现纬度格局的主要影响因素,土壤质地是SOC和EOC的次要影响因素,而土壤微生物和植被生物量是MBC和DOC的次要影响因素。     

基于地面观测的陆地生态系统碳储量多源数据整合方法

陆地生态系统有机碳储量通常指一定面积的植被、土壤和凋落物的有机碳存储量总和。准确评估陆地生态系统碳储量现状和变化,对于揭示全球变化对陆地生态系统碳库的影响、指导政府决策者制定气候应对策略和评估现有措施的有效性等具有重要意义。地面观测数据是生态系统碳储量及其变化评估的重要数据源之一,但目前除少数生态站开展了长期地面数据观测外,绝大多数地面观测数据呈现出多源化、相互不匹配、时间不连续等特点;因此,迫切需要发展科学、规范化的多源数据整合方法,将这些多源、分散的地面观测数据整编形成长期系统的地面动态观测数据集,提高数据资源价值。从陆地生态系统碳储量组分及其基本算法着手,系统梳理了植被和土壤碳储量估算中植被不同器官生物量和碳含量、土壤碳含量、土壤容重等关键参数的观测现状,并详细介绍了这些关键参数的科学推导方法。此外,也进一步讨论了多源地面观测碳储量数据整合的方法,并展望了该方法体系未来的发展方向,期待能为后续相关研究提供可借鉴的规范性方法。     

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%.