氮添加对三峡库区马尾松-栓皮栎混交林土壤微生物生物量和酶活性的影响

选择三峡库区的马尾松-栓皮栎混交林,分析不同浓度氮添加(0、30、60、90 kg N·hm^-2 ·a^-1)对土壤微生物生物量、酶活性和养分含量的影响,为在大气氮沉降持续增加的背景下预测该地区森林土壤碳动态提供科学依据。结果表明: 各氮添加处理下土壤有机碳、全氮和微生物生物量碳、氮、磷均显著提高,土壤pH值下降,全磷含量无显著变化。氮添加提高了各季节土壤中β-1-4葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、酸性磷酸酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和过氧化物酶的活性,但抑制了多酚氧化酶的活性。土壤氧化酶活性存在显著的季节差异,其中过氧化物酶活性在5月、8月较高,多酚氧化酶活性在8月最高。土壤酶活性与土壤含水量、养分含量及微生物生物量碳、氮、磷存在显著的相关性,酶活性变化是多因子综合作用的结果。冗余分析表明,全氮和微生物生物量碳是驱动土壤酶活性的主要环境因子。氮沉降的持续增加会导致土壤酸化,同时也促进了当地马尾松-栓皮栎混交林土壤有机碳的周转和养分循环。     

三峡库区不同植被类型消落带土壤重金属含量的时空变异

通过测定2009、2015年三峡库区秭归段典型植被(次生灌丛、弃耕地)消落带不同淹水高程(高程145~175 m)和对照高程(175~185 m)土壤重金属含量,揭示其年际时空变异特征,并运用地质累积指数(Igeo)对不同年限不同高程土壤中各类型重金属进行污染评价。结果表明:所测各年限不同高程土壤重金属含量为:铁锰铜(锌)。随水淹年限增加,次生灌丛比弃耕地积累更多的重金属;土壤重金属在低海拔地区的积累过程更加明显,且各水淹高程倾向于积累更多的铜、铁;而对照高程中倾向于积累更多的锌、锰。各植被类型土壤重金属存在迁移:随水位涨落周年增加,次生灌丛消落带各水淹高程的重金属铜、锌含量增加,增幅较2009年分别达41.1%、23.1%、50%、9.3%和28.6%、50.0%、38.6%、56.8%;而弃耕地重金属铜、锌含量减少,下降范围分别达28.3%~48.5%和15.5%~29.9%。通过污染评价可得:在经历7次水位涨落周年后,次生灌丛土壤主要受重金属铜、锌、铁、锰综合性污染;而弃耕地土壤主要受重金属铁、锰复合型污染。     

氮添加对三峡库区马尾松人工林土壤团聚体有机氮组分和氮矿化的影响

以三峡库区马尾松人工林为对象,将土壤筛分为大团聚体(2000～8000μm)、粗砂粒(1000～2000μm)、小团聚体(250～1000μm)和微团聚体(<250μm)4个粒径,研究低、中、高氮添加处理(氮添加量分别为30、60、90 kg N·hm^-2·a^-1)下土壤酸解性有机氮组分和净氮矿化的变化。结果表明：不同处理下,团聚体净硝化速率为0.30～3.42 mg N·kg^-1,占净氮矿化的80%以上。与对照相比,不同处理4个粒径的总氮含量分别提高24.1%～45.5%、6.4%～34.3%、7.9%～42.4%,净氮矿化速率分别提高1.3～7.2、1.4～6.6、1.8～12.9倍,而速效磷含量分别降低9.3%～36.9%、12.2%～56.7%、19.2%～61.9%。可酸解性有机氮组分、有机质含量以及净氨化、净硝化和净氮矿化速率均随着团聚体粒径的减小而增加,但速效磷含量变化呈相反的趋势。酸解性有机氮组分含量大小为：酸解氨基酸态氮>酸解铵态氮>酸解未知态氮>酸解氨基糖态氮。总氮是提高酸解性...     

三峡库区马尾松人工林土壤酶活性和微生物生物量对氮添加的季节性响应

以三峡库区马尾松人工林为对象,分析土壤微生物生物量、酶活性和养分含量对氮添加的初期响应规律,为预测该地区在大气氮沉降持续增加的背景下森林土壤的季节动态提供参考。结果表明：氮添加初期,中氮水平（60 kg hm^-2 a^-1）的氮添加处理使得各季节土壤β-1-4葡萄糖苷酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化物酶活性均增加,高氮（90 kg hm^-2 a^-1）水平的添加处理增加了土壤有机碳、全氮和微生物生物量碳、氮、磷的含量和酸性磷酸酶及多酚氧化酶活性,降低了土壤pH值、全磷含量和β-1-4葡萄糖苷酶及N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性。土壤酶活性和微生物生物量存在明显的季节变化,秋季水解酶活性和微生物生物量碳、磷含量显著高于春夏两季,而氧化酶活性和微生物生物量氮含量则是春夏季较高。土壤酶活性与季节、土壤含水量、养分含量及微生物生物量碳氮磷含量存在显著的相关性,酶活性变化是多因子综合作用的结果,冗余分析表明土壤含水量、微生物生物量碳、氮、磷和全氮是驱动土壤酶活性的主要环境因子。氮沉降的持续增加会加速当地马尾松人工林土壤腐殖质的形成,增加有机碳的积累,导致土壤酸化,并产生磷限制。     

氮添加对马尾松人工林土壤团聚体氮矿化及土壤酶活性的影响

土壤氮库是生态系统氮素重要的源和汇。以三峡库区马尾松（Pinus massoniana）人工林为研究对象,从团聚体视角出发分析土壤养分和酶活性对氮添加的响应规律,以及相应的变化对氮矿化的影响,为预测该地区在大气氮沉降持续增加的背景下土壤氮动态提供参考。设置4种量的氮添加处理（N₀：0 kg N hm^-2 a^-1;N₃₀：30 kg N hm^-2 a^-1;N₆₀：60 kg N hm^-2 a^-1;N₉₀：90 kg N hm^-2 a^-1）,将土壤按粒径分为>2000 μm （大团聚体）、250-2000 μm （小团聚体）和<250 μm （微团聚体）3个组分的团聚体,观察团聚体氮矿化特征。结果表明：（1）与对照相比,N₃₀和N₆₀处理提高了有机质（SOM）含量,但土壤SOM和全氮（TN）含量在N₉₀下开始出现下降;氮添加降低了土壤速效磷（aP）含量,在小团聚体中表现最为显著。除微团聚体中的POD和NAG以外,其余3种酶的活性均在N₃₀和N₆₀处理之下被提高。（2）土壤平均净硝化速率整体高于土壤平均净氨化速率;大团聚体和小团聚体中净氨化速率在氮添加处理后显著降低,大团聚体净硝化速率低于其他两个粒径;土壤净氮转化速率在N₉₀处理下最高。（3）土壤养分和无机氮含量与土壤酸性磷酸酶（AP）、N-乙酰-β-D-葡糖苷酶（NAG）、过氧化物酶（POD）、硝酸还原酶（NR）和脲酶（UE）的活性呈显著相关,酶活性变化是多因子综合作用的结果;RDA分析显示,UE与土壤净氨化速率存在显著正相关,NAG和POD是与净氮转化速率分别存在显著正相关和显著负相关的关键土壤酶。综上所述,硝化作用是土壤净氮转化的主要贡献者,微团聚体在土壤氮矿化中发挥主要作用,NAG和POD是改变土壤净氮转化的主要生物酶。此外,氮添加会引起土壤氮素的流失,引起土壤的磷限制,并对土壤养分循环产生显著影响。     

三峡库区马尾松细根生产和周转及其影响因子

采用连续根钻法、分解袋法、分室通量模型法计算三峡库区马尾松细根的年生产量和周转率,分析细根生产量和周转率与各影响因子的关系.结果表明: 马尾松<0.5、0.5～1和1～2 mm细根年均生物量分别为0.29、0.59、0.76 t·hm^-2,细根年生产量分别为0.13、0.49、0.37 t·hm^-2,细根年周转率分别为1.49、1.01、0.40 a^-1.各影响因子对不同径级细根生产与周转的影响不同.土壤温度、土壤钙含量显著影响<0.5 mm细根生产量与细根周转,且土壤温度解释生产量和周转率32.8%和25.0%的变异,土壤钙含量解释65.6%和73.1%的变异;细根生物量与细根生产量呈显著正相关,细根生物量分别解释<0.5、0.5～1和1～2 mm细根生产量41.0%、41.1%和54.5%的变异;细根P、K含量与<0.5 mm细根生产量具有显著相关性,分别解释<0.5 mm细根生产量32.2%、39.2%的变异.<0.5 mm细根与各影响因子的关系最为密切,土壤温度、土壤钙含量是细根生物量的主要影响因子.     

三峡水库消落带现存植物自然分布特征与群落物种多样性研究

水文节律是河岸带植物群落演替的主要驱动因子,三峡库区"冬蓄夏泄"的水位调度方式不利于原河岸带陆地植物群落的生存。为揭示三峡库区消落带植被在经历长期水位变动后的物种多样性特征及其分布的时空格局,研究以2008年消落带典型区域固定样地野外调查资料为依托,于2016年9月对经历长期水位涨落周年后的消落带植被的自然分布特征与群落物种多样性等进行复位调查研究,运用重要值、多样性指数、LSD检验等统计计算方法针对物种组成、群落多样性及生活型进行了深入探讨。结果表明:区域植被类型以一年生和多年生的草本植物为主,共发现和确认草本植被群落共有22科40属49种,其中禾本科(Gramineae)6种6属、菊科(Compositae)9种9属、蓼科(Polygonaceae)3种1属、大戟科(Euphorbiaceae)6种5属,为主要优势科,单种、属现象明显;消落带植被的物种多样性随海拔变化呈现"单峰"分布格局,中等海拔(155—165 m)的植物物种多样性最高;且海拔与物种多样性指数(Shannon-weiner指数、Pelou指数、Simpson指数和Richness指数)之间的趋势模拟均呈幂指数关系,其拟合系数r值分别为0.834、0.824、0.817和0.808;受环境资源结构决定,不同海拔消落带物种均呈现出特定的R生存对策。此区段消落带共发现9种生活型,且随海拔的增加,一年生草本植物均占据极大的优势地位,但是库区植物的生活型更加多样化,其他生活型,如藤本、灌木以及落叶乔木的物种出现且数量表现为逐渐增多。这些研究结果对未来消落带物种多样性提高及地域性特色的消落带植被维护具有重要的参考价值。     

模拟氮沉降和接种外生菌根真菌对马尾松(Pinus massoniana)幼苗营养元素的影响

量化植物地上部和地下部元素含量对于理解和预测植物养分平衡如何响应大气氮沉降的变化至关重要。通过盆栽试验研究了氮沉降增加背景下外生菌根真菌对马尾松幼苗营养元素的影响。对马尾松幼苗进行了接种两种外生菌根真菌：（彩色豆马勃（Pisolithus tinctorius，Pt）与厚环乳牛肝菌（Suillus grevillei，Sg））以及4种氮素浓度添加：0 kg N hm^-2a^-1（N0）、正常氮沉降30 kg N hm^-2a^-1（N30）、中度氮沉降60 kg N hm^-2a^-1（N60）、重度氮沉降90 kg N hm^-2a^-1（N90），共12个处理，测定了马尾松地上部和地下部大量元素和微量元素的含量。结果表明：施氮改变了营养元素在马尾松幼苗地上部和地下部的含量，马尾松幼苗磷（P）、钙（Ca）、铁（Fe）、锰（Mn）等元素均在N60时达到临界值，而当输入的量超过了马尾松对氮的需求时，氮沉降会使马尾松营养元素含量较最适浓度时降低，地上部碳（C）随施氮浓度的升高先升高后降低，N随施氮浓度的升高而升高，根系和叶片钾（K）、Ca、镁（Mg）均随施氮浓度的升高而降低，施氮也降低了根系C及微量元素的含量。但在同一施氮浓度下，接种外生菌根真菌（EMF）后能够提高大多数元素的含量，N90时接种厚环乳牛肝菌（Sg）和彩色豆马勃（Pt）的叶片N含量与对照相比分别提高112.6%和138.6%，根系N含量分别提高73.1%、71.6%；N60时接种Sg和Pt的植株叶片P含量比不施氮未接种对照分别提高了166.3%、132.9%，根系P含量分别提高了40.8%、38.5%。EMF能够维持植物养分平衡，从而降低高施氮量对植物的影响效果。这为未来气候变化情景中氮沉降增加下接种EMF可以调节植物元素含量，从而达到更适应环境的元素平衡来促进生长提供理论依据。     

三峡库区消落带现存草本植物组成与生态位

为揭示经历长期水位变动后,三峡水库消落带优势植物对可利用资源的分享状况、不同资源环境下植物种群生态位特征以及植物种间竞争和共存机制,对三峡库区秭归段典型消落带现存优势草本物种的种群空间格局及生态位特征进行研究.结果表明: 该区共有草本植物39种,隶属18科32属,以禾本科、菊科、蓼科和大戟科植物为主;狗牙根、狗尾草、狼把草和毛马唐具有较大的重要值和生态位宽度,为主要优势种;海拔145～155 m段植物生态位宽度前3位依次为狗牙根＞酸模叶蓼＞狗尾草;海拔155～165 m段植物生态位宽度前3位依次为狗尾草＞毛马唐＞狗牙根;海拔165～175 m段植物生态位宽度前3位依次为狗尾草＞狼把草＞红蓼;不同海拔物种间生态位重叠均保持较高状态,生态位宽度较小物种也可与生态位宽度较大物种有较大的生态位重叠值,仅凭生态位宽度不能判定生态位重叠值.消落带经历7次水位涨落周年后,大多数优势物种为一年生草本植物,生态位分化程度较低,在资源匮乏且不稳定的生境中种间竞争强烈,消落带植被仍处于群落演替的初级阶段.     

三峡库区马尾松不同直径细根分解动态及其影响因素

在三峡库区秭归县九岭头林场马尾松人工林进行一年的细根分解试验,研究马尾松直径<0.5、0.5～1和1～2 mm细根的分解动态及其影响因素.结果表明: 细根分解速率随直径增大而减小,直径<0.5、0.5～1和1～2 mm细根年分解率分别为34.0%、28.0% 和25.7%.直径<1 mm细根分解速率随时间增加而逐渐减小,直径1～2 mm细根分解速率随时间增加先逐渐增加再减小.在细根分解过程中,N、P和Ca浓度随时间增加而增加,K浓度呈先降低后上升再下降的趋势.细根分解速率与细根初始N、P、K和Ca浓度,以及C/N、C/P均显著相关,细根Ca浓度和土壤温度是影响细根分解的主导因子.