戴云山黄山松林土壤碳组分的海拔变化特征及影响因素

海拔梯度可能通过多种环境因子影响土壤有机质,土壤有机碳库是土壤有机质的重要组成部分,其微小变化将会产生极其重要的影响。因此海拔差异可能导致海拔间土壤碳库差异。土壤有机碳是反映土壤肥力的重要指标,可能受土壤理化性质和微生物等多种因素的影响。黄山松是高山地绿化和用材的优良树种,近年来戴云山自然保护区内高海拔地区的黄山松群落呈现衰退趋势。研究戴云山黄山松林土壤有机碳组分沿海拔梯度的变化情况,不仅可以为该区域碳库估算提供科学依据,而且有助于揭示影响黄山松生长变化的机理。因此,选取戴云山不同海拔[1300 m (L)、1450 m (M)和1600 m (H)]梯度的黄山松林,对其土壤基本理化性质、有机碳组分及微生物特征进行测定和分析。研究发现,海拔梯度下土壤养分含量呈先升高后降低的变化趋势,土壤碳组分含量与其变化一致,且微生物生物量碳和微生物生物量氮均在M海拔处最高,海拔梯度对碳水解酶没有显著影响。冗余分析表明,总氮是影响土壤有机碳变化的最主要因素,其次是碳氮比。因此在海拔跨度不大的情况下,土壤有机碳动态可能主要受氮素而非温度的影响。高海拔地区土壤惰性碳占比高,未来可能会持续加剧该地区黄山松的生长困境,使该区域碳库受到影响。     

海拔梯度变化对武夷山黄山松林土壤磷组分和有效性的影响

土壤磷（P）是植物生长必需的养分元素,也是亚热带森林生产力的主要限制元素。目前,关于不同海拔土壤P组分和P有效性的变化规律尚无统一定论,其原因主要是忽略了植被类型变化导致的P组分和P有效性对海拔的响应更为复杂。因此,以武夷山不同海拔黄山松林为研究对象,通过测定土壤环境因素、理化性质、微生物生物量（SMB）、酸性磷酸单酯酶（ACP）和磷酸双酯酶（PD）活性以及土壤P组分,探究土壤P组分和P有效性的变化及其影响因素。结果表明,随海拔降低,速效P含量显著增加,而易分解P、中等易分解P、难利用P和总磷含量显著减少。冗余分析结果表明,微生物生物量磷和微生物生物量氮是影响土壤P组分和P有效性变化的关键因素。研究表明,随海拔降低,黄山松林土壤微生物通过提高ACP、PD活性和降低SMB含量的能量分配策略,促进更多较难分解P组分的矿化,从而提高速效P含量,以满足微生物对P的需求。因此,在低海拔地区,微生物通过能量分配策略获取更多有效P,可能有利于提高武夷山黄山松林土壤速效P的供应,但从长期来看,可能使P矿化速率提高和P损耗增加,导致P库的储备不足,不利于土壤P素养分的可持续供应。     

黄山松土壤可溶性有机质对氮添加的响应及其与细菌群落的关联

为探究黄山松土壤可溶性有机质(DOM)数量和质量对短期氮(N)添加的响应及其与细菌群落的关联,在福建戴云山自然保护区设置不同N添加水平(0、40和80 kg N·hm^-2·a^-1)试验,采用三维荧光与平行因子联用法,并结合高通量测序手段分别对土壤DOM和细菌群落进行分析。结果表明: 与对照相比,N添加整体降低了0～10和10～20 cm土层可溶性有机碳(DOC)含量和DOM腐殖化指数(HIX),其中,高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)添加下均显著降低。平行因子分析法进一步表明N添加下DOM中类腐殖质组分(C1、C2)的相对含量降低。此外,N添加减少了富营养细菌(变形菌门、酸微菌纲)的相对丰度,而增加了贫营养细菌(斯巴达杆菌纲)的相对丰度。富营养细菌的相对丰度与HIX、C1、C2呈显著正相关,与相对易分解的类富里酸组分(C3)呈显著负相关;而贫营养细菌的情况则相反。说明N添加下不同生活策略的细菌类群对DOM中难分解和易分解组分存在明显的偏好性。我们推测N沉降加剧背景下土壤微生物生活策略的转变可能有助于DOM组分的塑造。     

基于空间生态集合覆盖模型的自学习禁忌搜索算法在保护区空间选址中的应用——以戴云山为例

自然保护区规划是保护生物多样性的有效方式.传统保护区规划方法只能识别物种保护的重点区域,无法科学确定保护区的适宜面积.地块选择方法基于数学模型,从规划区域中选择部分地块组成自然保护区,保护特定物种或生态系统,是缓解生态保护与开发利用矛盾的重要手段.现有地块选择法未考虑各单元生态差异,且最优化算法存在计算效率的瓶颈.本文首先构建适用于森林生态系统的生态值赋分评价体系,据此计算戴云山生态值并绘制其分布图;然后,结合生态值建立生态集合覆盖模型(ESCP),并基于ESCP嵌入空间紧凑性提出空间生态集合覆盖模型(SSCP);最后,利用寻优性能良好的自学习禁忌搜索算法(STS)搜索各保护目标下的近似最优选址方案,给出福建省戴云山现有建成区优化方案.结果表明: 戴云山生态值计算结果在空间分布上存在明显差异;ESCP比原集合覆盖模型(SCP)能产生生态值更高的选址方案;SSCP在ESCP基础上对生态值较高区域有聚集作用,且周长权重越大,聚集效果越明显;建议现保护区可向外拓展136 km²,并将西北向分布长苞铁杉的地块纳入保护区范围.研究结果为实现戴云山保护区可持续发展及土地资源优化配置提供了优化方案,也可为我国森林生态系统类型的自然保护区设计提供新思路.     

戴云山罗浮栲群落维管植物组成及其地理成分研究

戴云山自然保护区罗浮栲（Castanopsis fabri）群落有维管植物39科61属104种,其中蕨类植物有4科4属4种,裸子植物有2科3属3种,被子植物有33科54属97种。群落植物组成上,包含物种多的科和属数量少,而包含物种少的科和属数量多。该群落维管植物在科、属级上以热带成分为主;此外,该群落维管植物是华东植物区系的组成部分,在地理成分上与华南、华中地区联系紧密。可见,戴云山罗浮栲群落具有典型的中亚热带常绿阔叶林群落特征。     

氮沉降下不同碳添加模式对亚热带毛竹林土壤激发效应的影响

激发效应(PE)在调控陆地土壤碳(C)循环中发挥着重要作用,但在氮(N)沉降日益严重的亚热带森林生态系统中,不同C添加模式对PE的影响尚不清楚。本研究通过添加¹³C标记的葡萄糖,进行90 d的室内培养试验,探究不同施N水平下(0、20、80 kg N·hm^-2·a^-1)C添加模式(单次C添加、重复C添加)对土壤PE的影响。结果表明: 不同模式葡萄糖添加均显著增加了土壤有机C(SOC)矿化,产生了正PE,且单次的葡萄糖添加比重复添加引起的PE更大;随着施N水平的增加,PE显著减弱,表明N沉降抑制了毛竹林土壤激发。相关分析显示,累积PE与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(PEO)活性呈显著负相关,与微生物生物量磷(MBP)、酸碱度(pH)呈显著正相关。综上,施N和C添加共同作用于土壤时,可以通过刺激亚热带森林中原生土壤有机质矿化而对土壤C储量产生强烈影响。本研究证明,单次C添加模式可能高估了外源易分解有机C对PE的影响,而忽略了N沉降对PE的影响,进而高估了森林SOC的矿化损失。     

氮添加对毛竹林土壤酸性磷酸单酯酶动力学参数的影响

土壤磷酸酶在有机磷矿化和磷循环过程中发挥着重要作用,然而,土壤磷酸酶响应氮(N)沉降的动力学机制仍不清楚。本研究在亚热带毛竹林中设置对照(0)、20(低氮)、40(中氮)和80 g N·hm^-2·a^-1(高氮)4种不同氮添加处理,在氮添加满3年、5年和7年时采集0～15 cm土层土壤样本,测定了土壤化学性质、微生物生物量,并分析了酸性磷酸单酯酶(ACP)的最大反应速率(V_m)、半饱和常数(K_m)和催化效率(K_a)。结果表明: 氮添加显著降低了土壤可溶性有机碳、有效磷和有机磷含量,显著增加了土壤铵态氮、硝态氮含量和V_m,且V_m与有效磷、有机磷和可溶性有机碳含量存在显著相关关系;总体上,氮添加显著提高了K_a;除了在氮添加满5年时高氮处理下K_m显著高于对照外,氮添加对K_m无显著影响,且K_m与有效磷和有机磷含量有显著负相关关系。中、高氮处理对ACP动力学参数的影响大于低氮处理。方差分解分析表明,土壤化学性质的变化而非微生物学性质的变化主导了V_m(47%)和K_m(33%)的变化。总之,氮添加显著影响了毛竹林土壤的基质有效性,通过调控ACP动力学参数(尤其是V_m)进而影响了土壤磷循环。本研究有助于了解氮素富集下土壤微生物调节土壤磷循环的潜在机制,并为全球变化下土壤磷循环模型优化提供重要参数。     

亚热带毛竹林土壤磷组分和微生物对施氮的响应

磷(P)是植物和微生物生长的重要营养元素,亚热带地区土壤P有效性较低,且长期高氮(N)沉降可能会造成土壤P有效性进一步降低。本试验开展于戴云山毛竹林,分析了施N 3年对土壤的基本理化性质、P组分、微生物生物量和酸性磷酸单酯酶活性的影响。结果表明: 施N显著增加了土壤NO₃^--N含量,提高了土壤N有效性,但显著降低了易分解态有机磷占全磷的比例,且总有机碳与总有机P的比例>200。土壤微生物生物量碳、微生物生物量磷、酸性磷酸单酯酶活性、微生物生物量碳/微生物生物量磷和微生物生物量氮/微生物生物量磷随施N量的增加而增加。此外,易分解态有机磷占总磷比例与微生物生物量磷呈显著负相关关系。因此,施N加剧了土壤P有效性限制,提高了微生物对P的需求。     

旅游干扰对戴云山自然保护区两栖动物多样性的影响

两栖动物是衡量自然保护地生态系统环境质量的指标类群, 其多样性极易受到旅游干扰的影响, 研究旅游干扰短期内对两栖动物多样性的影响, 对实施生态保护和旅游开发具有重要指导意义。于2015—2018年在戴云山自然保护区实验区进行旅游干扰对两栖动物多样性的影响调查研究。结果表明: 1)调查区域共记录有两栖动物26种, 隶属于2目7科20属, 其中中国特有物种12种; 模式产地物种1种, 即小棘蛙Quasipaa exilispinosa; 新记录种4种, 为小竹叶臭蛙Odorrana exiliversabilis、福建掌突蟾Leptobrachella liui、黄岗臭蛙Odorrana huanggangensis、九龙棘蛙Rana jiulongensis。2)2016—2018年旅游重度干扰区两栖物种数量显著大于旅游轻度干扰区; 3)旅游重度干扰区两栖物种多样性指数大于旅游轻度干扰区, 但统计上无显著差别; 4)2017年和2018年旅游重度干扰区两栖物种均匀度指数显著大于旅游轻度干扰区; 5)相关性分析显示旅游干扰程度对两栖物种多样性指数和均匀度指数影响不显著, 对物种数量影响达到显著水平; 6)空气温度和水温是影响两栖多样性的重要因素。研究结果认为目前戴云山保护区实验区生态旅游短期内对两栖动物多样性没有明显负面影响, 环境因子是决定两栖动物多样性的关键因素。     

戴云山罗浮栲林主要乔木树种营养生态位研究

通过生态位空间分割,应用多维生态位宽度和生态位重叠分析戴云山罗浮栲(Castanopsis fabri)群落主要乔木树种在不同资源空间中的营养利用情况。结果表明,各物种在不同资源空间的营养利用情况存在差异。同一物种不同龄级生态位宽度不同,同一龄级不同物种生态位宽度也存在差异。罗浮栲天然林主要种群生态位重叠值介于0.2~0.3的有33对,占27.5%;大于0.3的有51对,占42.5%,群落中优势种种群生态位具有较大程度重叠,对资源的利用能力相似且竞争格局明显。乔木层中,个体多度分布较大的罗浮栲与其它树种生态位重叠在0.042~0.424,罗浮栲与其它物种在资源利用上所受到的竞争相对较弱,在一定程度上决定了该种群在群落中的优势地位。按照经典的分层频度分析,罗浮栲种群属于典型的衰退种,与群落演替的实际情况相一致。