易分解有机碳输入量对武夷山不同林型土壤激发效应的影响

土壤有机碳库是陆地生态系统中最大的碳储量库,其微小的变化也能使大气中CO₂浓度发生巨大的改变,植物来源碳的输入能通过激发效应促进或抑制土壤有机碳（SOC）的分解,对SOC的动态平衡产生影响。以武夷山三个林型（阔叶林、马尾松林、针阔混交林）土壤为研究对象,通过向土壤中添加不同量的¹³C标记葡萄糖（0、100、200、400 mg C/kg）研究易分解有机碳输入量对不同林型土壤激发效应的影响,并在此基础上探讨易分解有机碳输入量对土壤激发效应影响的作用机理。结果表明,葡萄糖输入对土壤激发效应的影响与葡萄糖输入量和林型有关。葡萄糖的输入均抑制了三个林型SOC的分解（即,呈现负的激发效应）。阔叶林土壤和针阔混交林土壤激效应强度随着葡萄糖输入量的增加而增加,而马尾松林土壤的激发效应强度对葡萄糖输入量的响应并不明显。然而在马尾松林土壤中由葡萄糖所引起的激发效应强度显著高于其他两种林型土壤。研究结果表明,易分解有机碳的输入可以抑制SOC的矿化,形成负激发效应,阔叶林土壤的激发效应强度与土壤可利用氮、葡萄糖添加量与微生物碳量比值有关,而针阔混交林与马尾松林土壤的激发效应强度分别与土壤中的放线菌和真菌有关。     

亚热带典型森林地上和地下凋落物输入对土壤新老有机碳动态平衡的影响

凋落物是森林土壤有机碳(SOC)形成、稳定和周转的重要影响因子。目前针对亚热带不同类型森林地上和地下凋落物对新SOC累积和老SOC输出动态平衡的影响仍不清楚。本研究以中亚热带常绿阔叶天然林、马尾松人工林和杉木人工林为对象,基于C3/C4植物-土壤置换试验,利用稳定同位素¹³C示踪方法开展3年野外定位试验,分析了森林地上、地下凋落物输入对SOC周转的影响。结果表明: 森林类型、凋落物处理和时间均能显著影响SOC含量、土壤δ¹³C值、新SOC和老SOC含量,且存在显著的森林类型×凋落物处理交互效应。地上和地下凋落物输入均能显著提高SOC含量和净增量,与杉木人工林相比,天然林SOC对凋落物输入的响应更敏感。凋落物输入显著降低了土壤δ¹³C值,且天然林、马尾松人工林土壤δ¹³C显著低于杉木人工林。在马尾松人工林,地下凋落物处理的新SOC含量显著高于地上凋落物;在天然林和马尾松人工林,地下凋落物输入处理的老SOC含量显著低于地上凋落物处理。此外,地上凋落物归还量和地下根生物量与SOC含量和净增量呈显著正相关,而地下根凋落物量和C/N与新SOC含量呈显著正相关。森林地下凋落物比地上凋落物输入对SOC周转的影响更重要,且不同森林凋落物输入对SOC的影响存在差异性。本研究可为揭示亚热带典型森林土壤有机碳库的形成和可持续管理提供依据。     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

管理措施对人工林土壤质量的影响

可持续性生产力是人工林发展的一个关键问题。然而,人工林培育过程中常出现土壤质量退化和人工林生产力下降等问题。管理措施是人工林发展过程中土壤质量变化的一个重要因素,正确的管理措施能够维护和提高林地的土壤质量。管理措施主要包括整地、施肥、林地收获与凋落物管理和营造混交林等。不同的整地方式、整地强度、整地时间等能改变土壤物理、化学和生物学性状,进而对其土壤质量产生一定的影响;施肥措施能改善土壤质量、提高人工林生产力,而过量施肥能够导致林地养分的流失和地下水质的恶化;木材收获和林地凋落物焚烧导致人工林系统养分的大量流失,加强对人工林系统有机物质的保护有利于林地土壤质量的改善;营造混交林在一定程度上有利于土壤质量维护,由于物种间存在复杂的相互关系,其对混交树种、混交方式和立地条件的选择等管理措施均能影响土壤质量。最后,文章对今后人工林管理措施对土壤质量影响的重点研究方向作了展望。     

半干旱区沙质退化草地造林对土壤质量的影响

采用野外调查与室内培养相结合的方法,研究了我国北方半干旱区科尔沁沙地退化草地营造樟子松人工林32年后0～10 cm表层土壤理化性状、土壤碳氮矿化量、土壤微生物量以及土壤酶活性等的变化. 结果表明32年生樟子松人工林土壤有机碳、全氮和全磷等养分含量分别下降了21%、42%和45%;5月和11月樟子松人工林土壤NH4 -N显著高于草地(P=0.001;P=0.019),而5、8和11月草地土壤NO3--N含量显著高于樟子松人工林(P＜0.001;P=0.048;P=0.031);5、8和11月樟子松人工林土壤有机碳日矿化释放的CO2-C量均大于草地,而二者土壤氮矿化率差异不显著(P＞0.05);5和8月樟子松人工林土壤微生物量碳含量与草地相比差异不显著,11月则显著高于草地;土壤养分和水分含量是影响土壤微生物量碳含量的重要因素;与草地相比,樟子松人工林土壤脲酶和蔗糖酶活性降低,而土壤过氧化氢酶活性升高. 上述结果说明半干旱区沙质退化草地营造樟子松人工林32年后土壤质量出现一定程度的下降;由于植被的改变,樟子松人工林土壤理化性状和生物学性状等表现出与草地不同的季节动态特征.造林作为我国北方半干旱区沙地退化生态系统的一种恢复手段具有一定的局限性.     

红壤和风沙土添加不同化学结构有机碳对外源碳去向及累积贡献的影响

植物凋落物碳输入显著影响陆地生态系统土壤CO₂排放和有机碳(SOC)形成,然而,针对不同质地土壤添加不同化学结构外源碳去向依然不清楚。本研究将¹³C标记的葡萄糖、淀粉和纤维素添加至红壤和风沙土,比较2种质地土壤添加不同化学结构外源碳在土壤释放的CO₂、SOC、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)库的净累积量、回收率及贡献比例上的差异。结果表明: 添加外源有机碳显著提高了CO₂、SOC、DOC和MBC的δ¹³C值,且随着外源有机碳化学结构复杂性的增加,CO₂的δ¹³C峰值依次延迟出现;外源有机碳种类、土壤类型和培养时间均显著改变外源碳去向及其在各碳库的贡献比例;在风沙土中,外源有机碳更多被矿化为CO₂,且CO₂库的外源碳净累积量和回收率大小依次为葡萄糖>淀粉>纤维素;红壤添加外源碳转变为SOC的累积量和回收率显著高于风沙土,且红壤SOC库的外源碳净累积量和回收率大小顺序也为葡萄糖>淀粉>纤维素。可见,外源有机碳化学结构和土壤质地共同调控外源碳去向及累积贡献。     

不同人工林生态系统林地土壤质量评价

利用定位研究方法,综合比较了第2代连栽杉木纯林、杉木与阔叶树混交林以及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量的影响．结果表明,与连栽杉木纯林相比,在杉阔混交和阔叶树轮栽两种经营模式下,土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高．利用土壤质量评价体系在对土壤功能评价的基础上,直观评价了3种经营模式的土壤质量状况．在研究区内,杉木与阔叶树混交以及阔叶树轮栽的水分有效性、养分有效性和根系适宜性以及最终的土壤质量指数均处于中等水平,而连栽杉木林的水分有效性、养分有效性和根系适宜性较差,土壤质量指数处于较低水平．总有机C、阳离子交换量和微生物生物量C与其它土壤理化性质和生物学性质之间明显相关,可将其作为研究区土壤质量的指示指标;土壤微生物生物量C、N、P与土壤总有机C、土壤全N、土壤全P含量之间也存在较好的相关性。     

干湿交替对科尔沁沙地人工林叶凋落物分解和养分释放的影响

在干旱/半干旱地区,土壤干湿交替现象非常明显.在全球气候变化背景下,预测未来科尔沁沙地的土壤干湿交替变化强度将进一步加剧.本研究采用室内原位土柱培养方法,模拟干湿交替对科尔沁沙地小叶杨和樟子松叶凋落物分解速率及养分释放的影响.试验设置3个处理:恒湿处理(CM)、轻度干湿交替处理(DW₁,10 d干燥+20 d湿润)和重度干湿交替处理(DW₂,20 d干燥+10 d湿润).整个培养试验共处理180 d,其中进行4次干湿交替循环处理,并在干湿交替处理结束后,将各处理置于相同土壤水分条件(60%田间持水量)延时培养60 d.结果表明: 小叶杨和樟子松叶凋落物分解及养分释放对干湿交替的响应一致.在干湿交替期间,DW₂处理显著抑制叶凋落物分解及叶凋落物C、木质素和总酚释放;与CM相比,DW₂处理叶凋落物质量、C、木质素和总酚残留率分别增加17.4%、23.8%、35.2%和32.7%,而干湿交替对叶凋落物N和P养分释放无显著影响.干湿交替处理结束和延时培养结束时,不同干湿处理叶凋落物分解及养分残留率的变化具有一致性.而延时培养期间DW₂处理凋落物分解速率、叶凋落物C和木质素释放加快,表明干湿交替对叶凋落物分解及养分释放具有短期延时效应.     

科尔沁沙地草地营造樟子松人工林对土壤化学和生物学性状的影响

以科尔沁沙地东南缘沙质草地和不同年龄樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)人工林(15、24和30年生)为对象,研究草地造林对土壤pH,土壤C、N、P含量,无机N(铵态氮、硝态氮)含量,C、N矿化速率,微生物生物量C含量以及土壤酶(脲酶、转化酶和过氧化氢酶)活性的影响.结果表明:草地造林初期,林地土壤C、N、P含量逐渐降低,随着林龄增加而逐渐恢复;与草地相比,24年生樟子松人工林土壤C、N、P含量最低,分别下降29%、34%和33%,而30年生樟子松人工林土壤C和N含量与草地差异不显著.草地造林能够影响土壤无机N存在形式,使土壤铵态氮含量逐渐增加,硝态氮含量下降.草地造林对土壤潜在N矿化速率和硝化速率影响不显著,但能够改变土壤C矿化速率,不同林龄樟子松人工林土壤C矿化速率依次为:24年生30年生草地15年生.草地造林初期,土壤微生物生物量C含量和土壤转化酶活性明显降低,随着林龄的增加又逐渐增加;草地造林对土壤脲酶活性影响不显著,而使土壤过氧化氢酶活性逐渐增加.科尔沁沙地草地造林能够显著改变土壤化学和生物学性状,且随着林龄的变化而有所差异.     

半干旱区土地利用方式变化对生态系统碳储量的影响

土地利用方式变化对生态系统碳储量具有重要影响,评价不同土地利用方式下陆地生态系统的碳获取能力有助于制定生态系统管理策略,对适应和减缓全球气候变化具有重要的意义.本文以科尔沁地区沙质草地、樟子松-山杏疏林草地、杨树防护林带为对象,量化了不同土地利用方式变化对生态系统碳储量及其分配的影响.结果表明,沙质草地转变为樟子松-山杏疏林草地和杨树防护林带后地上部分碳储量分别为以平均0.17和4.45 t·hm~(-2)·a~(-1)的速率增加;沙质草地、樟子松一山杏疏林草地和杨树防护林带的根系碳储量依次为1.382、1.706和18.541 t·hm~(-2),土壤碳储量依次为26.11、25.20和41.36 t·hm~(-2);沙质草地转变为杨树防护林带后根系碳储量和土壤碳储量增加,平均速率分别为1.07和0.95 t·hm~(-2)·a~(-1);3种土地利用方式的有机碳含量/储量在不同层次土壤之间变异程度不同,相对而言疏林草地变异程度最小.总体来看,3种土地利用方式总碳储量依次为杨树防护林带(131.9 t·hm~(-2))、樟子松-山杏疏林草地(30.0 t·hm~(-2))、沙质草地(28.3 t·hm~(-2)).