高寒森林溪流微生物群落结构的季节性变化

高寒森林溪流不仅是区域河流的源头,而且是联系陆地与水域的生态纽带。微生物活动可能成为控制溪流生态系统过程的关键因子,但其结构与动态过程缺乏必要关注。因此,结合同步温度动态监测,采用实时荧光定量PCR和DGGE技术,在2014年到2015年冻融季节和生长季节关键时期对比研究了川西高寒森林溪流和森林林下土壤中微生物群落的动态特征。研究结果发现,高寒森林溪流具有较低的真菌和细菌群落丰度;与森林土壤相同,溪流在冻融季节表现出相对生长季节更高的真菌/细菌比,而且从冻融季节到生长季节,溪流微生物丰度动态也表现出明显的季节性变化特征。与森林土壤不同的是,溪流中细菌和真菌的丰度及其Shannon-Wiener多样性指数的最高值均出现在生长季节而不是冬季冻融季节,并且溪流中细菌丰度在季节性变化的不同时期具有显著差异(P0.05)。此外,森林土壤细菌类群以芽孢杆菌属(Bacillus sp.)比例相对较高,真菌类群则以格孢菌属(Pleosporales sp.)、曲霉属(Aspergillus sp.)和其他一些子囊菌门(Ascomycota)的类群为优势;而溪流细菌类群以红球菌属(Rhodococcus sp.)为主,真菌类群则以曲霉属和空团菌属(Cenococcum sp.)为主。同时,季节性变化中温度、p H、水溶性有机碳和溶解氧等环境因子可显著影响溪流微生物群落结构及其组成,这些环境因子在高寒森林溪流微生物群落的季节性变化过程中具有重要的作用。     

高寒森林溪流对凋落叶分解过程中木质素降解的影响

溪流广泛分布于高寒森林地表, 凋落于其中的林木凋落物的分解是整个森林生态系统物质循环的重要环节, 水体流动过程中的冲刷和淋洗作用及其他独特的环境条件可能显著影响凋落物中木质素的降解。该研究采用凋落袋法对比研究了岷江上游高寒森林4种典型且初始质量差异显著的凋落叶, 即康定柳(Salix paraplesia)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)、方枝柏(Sabina saltuaria)和四川红杉(Larix mastersiana), 在不同生境(林下、溪流和河岸带)下分解过程中木质素残留质量和浓度(质量百分率)的动态变化特征。经过两年的分解, 发现溪流显著促进了凋落叶中木质素的降解; 同一物种凋落叶在不同生境下木质素残留质量差异显著(p < 0.05), 整体表现为溪流<河岸带<林下; 在凋落叶分解的初期木质素有明显的降解, 其浓度表现为先降低后升高, 但不同物种之间存在显著(p < 0.05)的差异; 在整个分解过程中, 木质素残留质量总体呈现出了降低的趋势。此外, 生境类型、分解时期和区域性环境因子(温度、pH值和营养元素的有效性)能显著影响木质素的降解率。这些结果表明, 传统上认为木质素在凋落叶分解初期相对稳定的观点可能并不准确, 其浓度很可能是先下降后升高, 这也与有关木质素动态的最新研究结果相一致。另一方面, 在不同分解时期和不同生境下, 凋落叶木质素降解率表现出了显著差异, 表明区域性环境因子在凋落叶分解和木质素降解过程中具有重要的作用。     

三个亚热带森林优势种凋落物非结构性碳水化合物含量的季节动态

非结构性碳水化合物(NSC)是凋落物中的易分解组分,在凋落物分解早期快速释放进入土壤并被微生物利用,参与森林土壤生物地球化学循环,因此新鲜凋落物中NSC变化规律是认识森林土壤碳和养分循环的关键之一。选取亚热带常绿阔叶林优势树种米槠(Castanopsis carlesii)和主要造林树种杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)为研究对象,分析其新鲜凋落叶和凋落枝中NSC(可溶性糖和淀粉)含量的动态变化规律。结果表明：凋落物中NSC含量在不同月份表现出明显的时间动态,米槠、杉木和马尾松凋落叶和凋落枝中NSC含量总体上在11—12月呈上升趋势,而在2—6月呈缓慢下降趋势。不同类型的凋落物NSC含量存在显著差异,米槠、杉木和马尾松凋落叶中NSC含量分别为3.03%—3.56%、2.18%—4.37%、3.38%—4.89%,凋落枝中NSC含量分别为1.87%—4.22%、2.88%—4.28%、2.75%—5.27%,米槠和马尾松凋落叶中NSC含量高于凋落枝,而杉木凋落枝中NSC含量高于凋落叶。不同树种凋落物NSC含量差异显著,米槠和...     

亚热带森林降雨季节源头溪流非木质残体钙和镁储量动态特征

森林源头溪流是联系水陆生境的重要纽带,其非木质残体(凋落叶和<1 cm的小枝)所储存的钙、镁等养分动态直接或间接调控森林生态系统物质循环与迁移等生态过程。本研究以福建三明闽江流域上游集水区森林一条典型源头溪流为对象,于2021年雨季(3—8月)监测了该溪流中非木质残体钙和镁储量的动态特征。结果表明: 降雨季节该溪流单位面积非木质残体钙、镁总储量分别为178.1～890.5 mg·m^-2、13.8～61.6 mg·m^-2。雨季溪流单位面积的非木质残体钙、镁储量呈现出先增加后减少的动态变化,整体上表现为降低趋势,在各河段整体上存在显著差异,特别是溪流源头的储量显著高于其他河段。非木质残体钙、镁储量随降雨量的增加而显著增加,随溪流碱度、温度、溶解氧的增加而显著减少。河岸米槠林与针阔混交林等植被类型变化及有无支流汇入对非木质残体钙、镁储量没有显著影响。降雨季节森林源头溪流非木质残体的钙、镁总储量随时间推移整体上减少,主要受到降雨和溪流特征的共同调控。     

中亚热带不同类型米槠林凋落枝溶解性有机质动态及光谱学特性

以中亚热带不同类型米槠林为对象,研究了米槠天然林、次生林和人工林凋落枝在生产量持续增加阶段、高峰阶段、持续减少3种生产阶段溶解性有机质的动态及光谱学特性。结果表明:凋落枝生产阶段和森林类型显著影响米槠凋落枝溶解性有机质含量及光谱学特征。米槠天然林在凋落枝生产量持续减少阶段溶解性有机碳(DOC)含量较高,溶解性有机质在254、260和280 nm处的特征紫外吸光值(SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀、SUVA₂₈₀)较低,表明该阶段天然林凋落枝质量较高,具有较高的以溶解性有机质为载体的物质循环效率。米槠人工林在凋落枝生产量高峰阶段具有较高的总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性总氮(TDN)和溶解性总磷(TDP)含量以及较低的DOC∶TDP和TDN∶TDP值,但次生林凋落枝溶解性有机质含量及其光谱学特征在各阶段无显著差异。米槠天然林和次生林凋落枝DOC、TDN和TDP与气温和降水量呈负相关,人工林凋落枝TDN、TDP与气温和降水量呈正相关。人工林凋落枝生产量在高峰阶段具有较高的养分含量,可能具有相对快速的物质循环效率,天然林在凋落枝生产量下降阶段以凋落枝溶解性有机质为载体的物质循环效率相对较高。     

亚热带同质园11个树种新老叶非结构性碳水化合物含量比较

叶片中非结构性碳水化合物(NSC)不仅是植物维持代谢活动的重要物质基础, 也随凋落物归还土壤并为土壤微生物提供碳源, 对凋落物分解和土壤有机质形成具有重要意义。该研究比较了同质园中11个亚热带代表性树种新鲜叶与凋落叶NSC (可溶性糖、淀粉)含量。结果表明, 所有树种新鲜叶NSC含量均显著高于凋落叶, 新鲜叶中NSC含量为68.7-126.3 mg∙g^-1, 而凋落叶中NSC含量为31.4-79.5 mg∙g^-1。同时, 可溶性糖含量在新鲜叶和凋落叶中的变化幅度均远大于淀粉: 可溶性糖在新鲜叶中的平均含量是凋落叶的3.3倍; 而淀粉在新鲜叶中的平均含量仅为凋落叶的1.2倍。另外, 对不同功能类群的比较发现, 常绿阔叶树种与落叶阔叶树种NSC含量差异并不显著, 而针叶树种NSC含量明显低于阔叶树种。具体表现为: 在新鲜叶中, 常绿阔叶、落叶阔叶树种NSC含量平均为99.7和96.8 mg∙g^-1, 而常绿针叶树种平均为75.4 mg∙g^-1; 在凋落叶中, 常绿阔叶、落叶阔叶树种NSC含量平均为47.2和50.7 mg∙g^-1, 而常绿针叶树种平均为33.3 mg∙g^-1。这些结果表明, NSC作为林木碳代谢组分, 在叶片衰老前可能向新鲜叶转移, 反映了林木叶片碳存储策略。然而, 不管是新鲜叶还是凋落叶, 杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)等针叶树种叶片NSC含量显著低于阔叶树种, 这可能降低这些针叶树种凋落叶初始基质质量。     

高山森林溪流冬季不同时期凋落物分解中水溶性氮和磷的动态特征

为了解高山森林溪流凋落物冬季分解过程中水溶性氮和磷的变化过程,采用凋落叶分解袋法,以川西高山森林典型乔木(四川红杉、方枝柏)和灌木(高山杜鹃、康定柳)凋落叶为研究对象,研究冬季不同时期(冻结初期、冻结期、融化期)溪流、河流、河岸带以及林下凋落叶水溶性氮和磷的动态特征.结果表明:经过一个冬季的分解,4种凋落物在不同生境下各时期的水溶性氮含量无显著变化.水溶性磷含量除林下外在其他生境均显著降低,表现出河流＜溪流＜河岸带＜林下的规律.高山森林凋落叶分解过程中水溶性磷含量与平均温度、正积温、负积温和流速呈显著负相关,水溶性氮含量与正积温呈显著正相关,物种显著影响凋落物分解过程中水溶性氮和磷的含量.高山森林凋落物冬季分解过程中水溶性磷更易随河流和溪流等水体的流动而流失,而水溶性氮受冬季水环境的影响相对较小.     

高寒森林不同生境对凋落叶分解灰分动态的影响

灰分是凋落叶的重要组成部分,其浓度直接关系到凋落叶的分解过程及有机组分的动态特征,且可能受生境和分解时期的影响,然而有关凋落叶分解过程中灰分动态的研究鲜有报道。采用凋落袋法,以岷江上游高寒森林4种代表性植物康定柳(Salix paraplesia)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)、方枝柏(Sabina saltuaria)和四川红杉(Larix mastersiana)凋落叶为研究对象,研究了高寒森林凋落叶在3种不同环境条件下(林下、溪流、河岸带)分解过程中灰分的动态特征。结果表明,灰分量随凋落叶的分解整体呈现降低的趋势,且不同环境条件和不同物种之间存在明显的差异。与之相反,经过两年的分解,除溪流中康定柳凋落叶灰分浓度略有下降外(-0.99%),林下和河岸带中康定柳凋落叶及其它物种凋落叶中灰分浓度在所有环境条件下均表现出了增加的趋势(5.86%—72.15%)。凋落叶分解过程中灰分浓度变异量在不同分解时期存在明显或显著的差异,且受物种和环境因子的调控。这些结果表明,传统上认为凋落叶分解过程中灰分浓度比较稳定的观点是不准确的,且以凋落叶分解过程中灰分浓度不变的前提下采用无灰分质量损失(ash free mass loss)而计算凋落叶质量损失的方法存在一定的不准确性。研究为认识凋落叶分解过程中灰分的动态特征及凋落叶质量损失的测定方法提供了一定的参考。     

白蚁活动对中亚热带次生林和人工林的危害差异

中亚热带地区是中国南方重要的木材生产基地, 大量的地带性常绿阔叶林被转换成以杉木(Cunninghamia lanceolata)为代表的人工林。白蚁是森林中最主要的社会性昆虫之一, 其取食行为既对森林类型转换后林中的树木产生危害, 也对林间枯枝落叶的分解具有十分重要的意义, 但对二者缺乏统一的认识。本文以中亚热带典型的米槠(Castanopsis carlesii)次生林、米槠人工林和杉木人工林为研究对象, 调查了不同林分白蚁的活动特点及其范围。结果表明, 米槠次生林与杉木、米槠人工林中均普遍存在白蚁取食现象, 但白蚁对次生林的取食高度和面积均远低于人工林。白蚁对生物多样性较高的米槠次生林树干韧皮部的取食面积仅分别为米槠人工林的1.65%和杉木人工林的0.59‰, 取食高度的11.1%和1.2%。同时, 白蚁对杉木韧皮部的取食显著大于米槠, 对杉木的取食面积和高度分别是米槠的27.7倍和9.2倍。每隔0.5 m为一个统计区间, 白蚁对杉木树干2 m以下韧皮部取食面积比例由低往高为4 : 3 : 2 : 1, 对米槠1 m以下高度部位的取食面积比为99 : 1。此外, 白蚁对次生林地表覆盖的凋落枝和凋落叶的平均取食面积分别为51.7%和46.1%, 而人工林对应均值分别为17.5%和29.4%, 均表现为次生林高于人工林。这些结果表明白蚁对生物多样性较高的次生林危害小于杉木人工林, 且在人工林中可见危害主要体现在白蚁对韧皮部的取食, 在次生林主要体现在白蚁对凋落物残体的分解作用, 这为区域森林经营管理提供理论支撑。