杉木采伐迹地营造阔叶树种对土壤微生物生态化学计量特征的影响

研究土壤微生物生物量及其生态化学计量特征对造林树种转换的响应,对深入了解森林生态系统土壤养分循环和有效性具有重要意义。本研究以1993年春在二代杉木采伐迹地上营造的26年生米老排和杉木人工林为对象,采用氯仿熏蒸法测定了0～40 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的变化。结果表明: 与杉木人工林相比,米老排人工林0～10 cm土层MBC和0～20 cm土层MBN和MBP均显著提高, 0～20 cm土层MBC/MBP和10～20 cm土层MBN/MBP显著降低。两种人工林所有土层MBC/MBN均无差异。相关分析显示,土壤含水率、总有机碳、总氮、全磷、有效磷与MBC、MBN和MBP呈显著正相关,而与MBC/MBP和MBN/MBP呈显著负相关。逐步线性回归分析表明,MBN和MBP主要受土壤总氮和有效磷的影响,而MBC/MBP和MBN/MBP主要受有机碳和有效磷的驱动。研究表明,造林树种从杉木转换成米老排能够增加表层土壤微生物生物量,加速氮磷养分周转,增加土壤氮磷养分供应能力。米老排人工林土壤MBP的增加可能在一定程度上缓解了树木生长的磷限制。     

改变碳输入对亚热带人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响

通过在亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)和米老排(Mytilaria laosensis)人工林中设置互换凋落物、去除凋落物、去除凋落物+去除根系和对照处理来分析改变地上、地下碳输入对人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响。结果显示,改变地上、地下碳输入对土壤微生物生物量碳、氮的影响因树种而异。在米老排林中,土壤微生物生物量不受碳源的限制。而在杉木林中,加入米老排凋落物、去除凋落物和去除凋落物+去除根系3种处理中土壤微生物生物量碳、氮具有明显增加的趋势。磷脂脂肪酸分析结果显示,杉木林中,添加高质量的米老排凋落物后,革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了24%、24%、53%、25%、28%,革兰氏阴性细菌和丛枝菌根真菌的相对丰度均有显著增加。与对照相比,杉木林中去除凋落物后革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了22%、29%、44%、25%、52%,真菌与细菌比值显著增加了21%。但是,去除凋落物+去除根系处理对两个树种人工林土壤微生物群落组成均无显著影响。米老排和杉木林土壤微生物生物量碳、氮的季节变化格局不同,土壤养分有效性可能是驱动土壤微生物生物量季节变化的主要因子。未来研究需要关注凋落物和根系在不同树种人工林中对土壤微生物群落的相对贡献。     

亚热带不同林分土壤矿质氮库及氮矿化速率的季节动态

以亚热带地区天然林、格氏栲人工林和杉木人工林为对象,采取PVC管原位培养连续取样法,对不同林分土壤净氨化速率、净硝化速率及净氮矿化速率进行为期一年(2014年9月—2015年8月)的研究,分析林分类型和季节动态对土壤矿质氮库和净氮矿化速率的影响.结果表明: 硝态氮是该地区土壤矿质氮库的主要存在形式,天然林和杉木人工林土壤硝态氮含量分别占总土壤矿质氮库的55.1%～87.5%和56.1%～79.1%,林分间土壤铵态氮含量差异不显著,硝态氮含量差异显著,其中格氏栲人工林土壤硝态氮含量显著低于天然林和杉木人工林.土壤硝态氮库和矿质氮库在不同月份间差异显著,在植物非生长季节(10月至次年2月)较大,在植物生长季节(3—9月)较小.各林分全年土壤净硝化速率均较低,净氨化速率是净氮矿化速率的主要存在形式,林分类型对土壤净氨化速率有显著影响,其中杉木人工林显著低于天然林和格氏栲人工林.月份对土壤净氨化速率有显著影响,各林分土壤净氨化速率变化规律不一致,但均在11月和2月达到一年中的最低值.重复测量方差分析显示,林分类型和季节动态对土壤矿质氮库及氮矿化速率均有显著影响.温度和水分是影响土壤矿质库及氮矿化速率的重要因素,凋落物对土壤氮矿化速率的影响主要是通过质量控制而非数量控制.     

亚热带米老排和杉木细根分解过程中养分与微生物群落组成的变化

对福建南平峡阳林场19年生米老排和杉木人工林的细根进行为期12个月的分解试验,研究不同树种分解过程中养分和微生物群落组成的动态变化,为理解亚热带不同人工林树种地下养分循环过程提供科学依据.结果表明: 米老排细根养分磷(P)、钾(K)初始含量显著高于杉木.分解过程中,两个树种细根P、K含量均显著降低,而细根氮(N)含量显著增加,且杉木细根N含量变化滞后于米老排.在分解过程中,杉木细根镁(Mg)含量无显著变化;米老排细根Mg含量变化显著,且在分解8个月时显著小于杉木.在分解过程中,真菌与细菌比值均显著表现为先升高后降低,且分解12个月时米老排细根真菌/细菌显著高于杉木.冗余分析表明,N(解释37.2%)、K(解释14.5%)含量和C/N(解释14.8%)是影响杉木细根分解过程中微生物群落组成变化的主要养分因子,而Mg(解释35.9%)和K(解释17.6%)含量则是米老排细根分解时影响微生物群落组成的主要养分因子.研究表明,在不同树种中,除了N之外,Mg等其他养分元素也可能是影响根系分解的重要因子.     

亚热带杉木和米老排人工林土壤呼吸对凋落物去除和交换的响应

在我国亚热带地区米老排(Mytilaria laosensis)和杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林中设置去除凋落物、交换凋落物和对照3种处理,利用LI-8100对不同处理土壤呼吸速率进行为期14个月的连续观测。结果表明:与对照相比,去除和交换凋落物导致米老排人工林CO2年排放量显著减少29.8%和14.2%,杉木人工林则分别减少6.1%和增加37.8%。两种林分交换凋落物处理产生了不同程度的激发效应,米老排凋落物相对于杉木凋落物具有更大的激发效应。不同处理土壤呼吸速率均与土壤温度呈显著指数关系,与土壤含水量呈负相关,土壤温度和含水量的回归模型可以分别解释米老排人工林中去除、交换和对照处理土壤呼吸速率的68.9%、77.0%和69.6%,杉木人工林的53.0%、36.2%和63.8%。两种林分不同处理土壤呼吸速率与土壤可溶性有机碳含量、微生物生物量碳含量以及主要微生物种群生物量显著相关。米老排人工林去除和交换凋落物处理均降低了土壤呼吸的温度敏感性Q10值,而杉木林中仅去除凋落物降低了Q10值。研究表明,土壤呼吸对凋落物输入方式改变的响应因树种而异,这种差异与凋落物输入的数量和质量及其对土壤易变性有机碳含量和微生物生物量的影响有关。     

采伐剩余物管理措施对二代杉木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应

根据福建省南平市峡阳国有林场二代杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.) Hook)人工林5种采伐剩余物管理措施(收获采伐剩余物和地被层、全树收获、仅收获树干和树皮以及加倍采伐剩余物、炼山)下0-40 cm深度土壤全碳、全氮含量15a的监测数据,研究了采伐剩余物管理措施对杉木林土壤碳氮含量的影响.结果显示,加倍采伐剩余物处理样地5次取样年份(造林第3年、第6年、第9年、第12年和第15年)0-10 cm土层土壤全碳、全氮含量均高于其他处理样地,但单因素方差分析显示,采伐剩余物管理措施在5次取样年份对0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm土层全碳、全氮含量均没有显著影响(P＞0.05).重复测量方差分析显示,杉木造林15a期间土壤全碳、全氮含量随年份显著变化(P＜0.01),但处理措施以及处理措施与取样年份的交互作用对3个土层土壤全碳、全氮含量影响不显著(P＞0.05).杉木林15年生时,不同处理样地3个土层碳储量差异不显著(P＞0.05),0-40 cm土层平均值为88.71 Mg/hm2.表明采伐剩余物管理措施对亚热带杉木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应并不显著.     

杉木采伐迹地造林树种转变对土壤可溶性有机质的影响

以二代杉木林采伐迹地上营造的19年生米老排与杉木人工林为对象,采用冷水、热水和2 mol·L^-1 KCl溶液提取0～5、5～10和10～20 cm层土壤中的可溶性有机碳(DOC)和有机氮(DON),研究造林树种转变对土壤可溶性有机质的影响.结果表明: 造林树种转变对林地土壤DOC和DON库有显著影响.米老排人工林土壤中用冷水、热水和KCl溶液浸提的DOC含量均显著高于杉木人工林,0～5和5～10 cm层土壤中用冷水和热水浸提的DON含量显著高于杉木林.不同方法浸提的DOC和DON含量大小顺序均为KCl>热水>冷水.在0～5 cm土层,米老排人工林土壤微生物生物量碳(MBC)含量比杉木林高76.3%.相关分析结果显示,热水浸提的DOC和DON与土壤MBC之间均呈显著正相关.不同树种人工林间土壤可溶性有机质的差异主要与凋落物输入的数量和质量有关.在杉木采伐迹地上营造米老排,能够明显改善土壤肥力.     

武夷山不同海拔植物水分利用效率的变化及其与养分变化的关系

以武夷山不同海拔(600、900、1300、1500、1800、2000和2100 m)的乔木、灌木和草本3种生活型植物为研究对象,观测其水分利用效率和叶片氮、磷养分浓度随海拔的变化趋势,旨在探索海拔梯度间水分、养分变化与植物水分利用效率变化的关系.结果表明: 植物水分利用效率随海拔的增加呈显著上升趋势,乔木叶片δ¹⁸O随海拔变化不显著.总体上看,叶片氮浓度未观测到规律性的变化,高海拔地区的叶片磷浓度显著高于低海拔地区.水分利用效率与叶片磷浓度呈显著正相关,而与叶片氮浓度相关性不显著.不同海拔植物水分利用效率变化主要由光合速率的变化引起,水分状况对植物水分利用效率的影响不显著.海拔梯度间植物叶片磷浓度的差异对光合速率影响显著,进而影响水分利用效率.     

阔叶和杉木人工林对土壤碳氮库的影响比较

通过比较我国亚热带地区19年生阔叶人工林和杉木人工林土壤碳氮储量,探讨树种对土壤碳氮库的影响.结果表明：阔叶人工林0～40 cm土层碳储量平均为99.41 Mg·hm^-2,比杉木人工林增加33.1%;土壤氮储量为6.18 Mg·hm^-2,比杉木人工林增加22.6%.阔叶人工林林地枯枝落叶层现存量、碳和氮储量分别是杉木人工林的1.60、1.49和1.52倍,两个树种的枯落叶生物量、碳和氮储量均有显著差异.枯枝落叶层碳氮比值与土壤碳、氮储量之间呈显著负相关.阔叶人工林细根生物量(0～80 cm)是杉木林的1.28倍,其中0～10 cm土壤层细根生物量占48.2%;阔叶人工林细根碳、氮储量均高于杉木人工林.在0～10 cm土层,细根碳储量与土壤碳储量具有显著正相关关系.阔叶树种比杉木的土壤有机碳储存能力更大.     

亚热带幼林树木功能性状与叶片氮磷重吸收率的关系

本研究以亚热带29种3年生人工纯林为对象,研究了29个树种功能性状与氮磷重吸收效率的关系。结果表明: 29种幼林平均氮、磷重吸收效率分别为50.5%和57.3%。22种丛枝菌根树种的氮重吸收效率平均为52.7%,显著高于7种外生菌根树种(45.1%)。29个树种的细根组织密度与氮重吸收效率呈显著正相关,7种外生菌根树种细根直径与磷重吸收效率呈显著正相关,22种丛枝菌根树种的功能性状对氮重吸收效率和磷重吸收效率无显著影响。在29个树种中,菌根类型、比叶面积、细根组织密度、叶厚度及叶厚度与菌根类型的相互作用共同解释氮重吸收效率变异的27%,比根长、细根碳含量、细根碳氮比、菌根类型、叶片碳含量及叶片碳含量与菌根类型的相互作用共同解释磷重吸收效率变异的35%。因此,亚热带树种根系功能性状能较好地预测了氮、磷养分重吸收效率,综合多个功能性状可以更好地揭示不同生物因子对养分重吸收的相对重要性。