桃江县毛竹林生态系统碳储量及其空间分布

采用标准地调查和生物量实测方法,研究了湖南省桃江县毛竹林生态系统生物量、碳含量、碳储量及空间分布格局。结果表明,不同年龄毛竹林生态系统总生物量分别为:28.147、30.889 t/hm~2和57.763 t/hm~2,其中竹林层生物量为20.254、25.036、55.685 t/hm~2,各器官生物量均以竹竿最高,占器官生物量的63.0%以上。不同年龄毛竹各器官碳平均含量为0.466—0.483 g C/g;灌木层碳含量为0.474—0.489 g C/g;草本层为0.472—0.490 g C/g;死地被物层为0.213—0.276 g C/g;土壤层有机碳含量为14.790—34.503 g C/g。各年龄毛竹林生态系统总碳储量分别为131.273、139.089 t/hm~2和167.817 t/hm~2,其中植被层碳储量为13.627—28.419 t/hm~2,占系统总碳储量的9.935%—16.935%;死地被物为0.307—0.420 t/hm~2,占0.234%—0.265%;土壤层为117.339—138.978 t/hm~2,占82.815%—89.799%。毛竹林生态系统碳储量分布格局为:土壤层植被层死地被物层。研究结果可为深入研究毛竹林的碳平衡提供基础数据。     

红壤退化地森林恢复后土壤有机碳对土壤水库库容的影响

亚热带红壤侵蚀退化地实施生态恢复后生物生产力恢复迅速,但土壤尤其是土壤水库的功能并未获得同步恢复,导致土壤水库对于降水和地表径流的调节能力低下,区域性洪涝灾害和季节性干旱依然突出。采用野外调查和室内分析相结合的方式,研究了南方红壤侵蚀退化地典型植被恢复类型(马尾松与阔叶树复层林、木荷与马尾松混交林、阔叶混交林)0—60cm土层土壤水库各种库容差异,以及土壤总有机碳和活性有机碳密度分布特征,采用典型相关分析方法对土壤水库库容与土壤有机碳密度两组指标进行相关分析。结果表明:随着土层深度的增加,各森林恢复类型死库容呈上升趋势,兴利库容和最大有效库容呈下降趋势,防洪库容变化趋势不明显,木荷与马尾松混交林兴利库容略高。不同森林恢复类型同一土层土壤总有机碳密度均表现为马尾松与阔叶树复层林木荷与马尾松混交林阔叶混交林,而活性有机碳密度则以阔叶混交林最大。典型相关分析表明,土壤有机碳水平对土壤水库库容的增加具有显著的因果影响关系(P=0.01),其中对有机碳水平起到主导性贡献作用的是水溶性有机碳。因此,对于退化红壤地森林恢复初期,可通过适当密植和立体种植,提高林地生物量和土壤碳密度,并在马尾松等先锋树种针叶林分中补植阔叶乔灌木,以增加土壤活性有机碳含量,增大土壤水库容量,从而有利于土壤水库结构和功能以及退化生态系统的快速恢复。     

松嫩平原农田土壤有机碳变化及固碳潜力估算

基于1979—1985年全国第二次土壤普查和2015年实地采样数据,利用土壤类型法计算了近35年来松嫩平原及其各县农田表层土壤有机碳密度和土壤碳库储量;并分析了松嫩平原农田土壤有机碳密度的空间分布及变化特征;利用饱和值法对松嫩平原及其各县市农田土壤有机碳量的变化趋势进行拟合,估算其农田土壤的固碳潜力。结果表明:(1)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳密度平均值为1.61 kg/m~2,近35年来约有81.59%的农田土壤有机碳密度呈下降趋势,集中分布在松嫩平原北部、东部和东南部地区,以富裕县东部、依安县中部、肇东县西部、扶余县西部等地区土壤有机碳密度下降幅度最大;(2)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳库总储量为233.63 Tg,比全国第二次土壤普查减少了32.62 Tg;(3)2015年松嫩平原农田表层土壤总固碳潜力为-32.7 TgC,呈现出"碳源"趋势,农田土壤单位面积固碳潜力平均值为-1.793×10~(-3)Tg/km~2。     

The relationship between the reduction of nonstructural carbohydrate induced by defoliator and the growth and mortality of trees

Large scale herbivorous insect outbreaks can cause death of regional forests, and the events are expected to be exacerbated with climate change. Mortality of forest and woodland plants would cause a series of serious consequences, such as decrease in vegetation production, shifts in ecosystem structure and function, and transformation of forest function from a net carbon sink into a net carbon source. There is thus a need to better understand the impact of insects on trees. Defoliation by insect pests mainly reduces photosynthesis (source decrease) and increases carbon consumption (sink increase), and hence causes reduction of nonstructural carbohydrate (NSC). When the reduction in NSC reaches to a certain level, trees would die of carbon starvation. External environment and internal compensatory mechanisms can also positively or negatively influence the process of tree death. At present, the research of carbon starvation is a hotspot because the increase of tree mortality globally with climate change, and carbon starvation is considered as one of the dominating physiological mechanisms for explaining tree death. In this study, we reviewed the definition of carbon starvation, and the relationships between the reduction of NSC induced by defoliation and the growth and death of trees, and the relationships among insect outbreaks, leaf loss and climate change. We also presented the potential directions of future studies on insect-caused defoliation and tree mortality.     

Temporal and spatial variation characteristics of China shrubland net primary production and its response to climate change from 2001 to 2013

Aims Net primary production (NPP) is the input to terrestrial ecosystem carbon pool. Climate and land use change affect NPP significantly. Shrublands occupy more than 20% of the terrestrial area of China, and their NPP is comparable to those of the forests. Our objective was to estimate China shrubland NPP from 2001 to 2013, and to analyze its variation and response to climate change.Methods We used a Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA) model to estimate the NPP of six shrubland types in China from 2001 to 2013. Furthermore, we used Theil-Sen slope combined with Mann-kendall test to analyze its spatial variation and a linear regression of one-variable model to analyze its inter- and intra-annual variation. Finally, a multi-factor linear regression model was used to analyze its response to climate change.Important findings We found the annual mean NPP of China shrubland was 281.82 g•m^-2•a^-1. The subtropical evergreen shrubland has the maximum NPP of 420.47 g•m^-2•a^-1, while the high cold desert shrubland has the minimum NPP of 52.65 g•m^-2•a^-1. The countrywide shrublands NPP increased at the rate of 1.23 g•m^-2•a^-1, the relative change rate was 5.99%. The temperate deciduous shrubland NPP increased the fastest with a speed of 3.05 g•m^-2•a^-1 and subalpine evergreen shrubland had a decreasing trend with a speed of -0.73 g•m^-2•a^-1. Moreover, the other four shrublands NPP had a growing trend, only subalpine deciduous shrubland NPP did not change significantly. The response of NPP to climate change of different seasons varies to different shrubland types. In general, the NPP variation was mainly affected by precipitation, and the spring warming also contributed to it. The increase of countrywide shrubland NPP may promote its contribution to the regional ecosystem function.     

森林转换对地表径流可溶性有机碳输出浓度和通量的影响

米槠次生林转换成米槠人工幼林和米槠人工促进天然更新幼林(以下简称"人促幼林")后,以这三种森林类型为研究对象,连续监测每次降雨后地表径流量及径流水中可溶性有机碳(DOC)的含量及通量,比较不同森林类型观测结果的差异,并分析降雨对实验结果的影响。结果表明:米槠人工幼林单次产流量是米槠次生林的1.5—19.0倍,观测期间总径流量为5.9倍;米槠人促幼林单次径流量和总径流量均与米槠次生林无显著差异(P0.05)。观测期间米槠次生林、人工幼林、人促幼林径流水DOC浓度值范围为5.9—18.4 mg/L,4.3—13.5 mg/L和3.2—9.9 mg/L,米槠次生林径流水浓度均值(12.6 mg/L)分别是米槠人促幼林(7.6 mg/L)和米槠人工幼林(5.3 mg/L)的1.6和2.4倍。回归分析表明,径流水中DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著相关;降雨前土壤含水率20.8%是一个临界值,含水率低于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前含水率呈显著正相关(P0.05);高于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著负相关(P0.05)。米槠人工幼林地表径流DOC输出通量是米槠次生林的0.7—5.4倍,观测期间总输出通量为2.1倍;米槠人促林DOC单次通量和观测期间总通量均与米槠次生林差异不显著(P0.05)。三种森林类型DOC输出通量均与降雨量呈显著相关(P0.05)。可见,米槠次生林转变成米槠人工幼林后DOC输出浓度降低,但径流量显著增加,导致DOC输出通量增加;而转变成米槠人促幼林后DOC输出浓度也降低,但径流量并未增加,因而并未增加DOC输出通量。     

城市土壤封闭对有机碳库影响的时空变化模拟

随着全球城市化的迅速发展,城市生态系统的研究日益受到关注。城市化过程引发的大面积土壤封闭,导致土壤功能退化,进而影响城市生态系统。通过构建城市封闭土壤碳循环模型,考虑土壤温度,水分,有效氮含量以及各项理化性质等影响土壤有机碳在封闭条件下分解的影响因素,模拟南京市1980年至2010年城市封闭土壤有机碳含量与土壤有机碳库的时空变化过程,揭示人工封闭对于城市土壤功能的影响。结果表明:南京市1980年至2010年封闭土壤的有机碳含量显著减少,2010年土壤有机碳含量的均值为6.7 g/kg,比开放土壤低54.7%。土壤有机碳含量较低的区域主要分布在快速城市化的地区。由于封闭土壤阻碍了土壤有机碳的来源,造成封闭土壤有机碳含量持续减少,1980年至2010年间城市土壤有机碳库的总量减少约0.32 Tg。城市封闭对土壤有机碳影响的时空变化模拟可为研究城市化过程中的生态环境效应与城市生态建设提供参考。     

混合电子供体促进非光合微生物菌群固碳效率的分子生态机制

前期研究已从全国各地的表层海水中分离驯化得到了能有效固碳的非光合固碳微生物菌群(Non-photosynthetic microbial community,NPMC),并发现在好氧条件下,混合电子供体(Mixture of Electron Donors,MEDs)(配比为0.46%NaNO_2、0.50%Na_2S_2O_3和1.25%Na_2S)能显著提高其固碳效率。但其与最佳H_2作为电子供体相比促进效果如何,其促进机制是什么,尚未见有报道。本文在比较了NPMC以MED和H_2为电子供体的固碳效率基础上,从NPMC的固碳基因丰度和表达活性角度分析了MED促进NPMC固碳效率的分子生态学机制。结果表明:(1) MED系统的固碳效率可以达到H_2系统的水平,并显著高于传统的NH_4~+系统的固碳效率;(2)卡尔文循环关键基因cbbL和cbbM在MED系统中的较高基因丰度和同时较高的表达可能是MED促进NPMC固碳效率的一个重要原因;(3)由于MED系统含有不同价态的N和S,有利于多种微生物生长,丰富了微生物多样性,为形成不同菌种之间的相互作用促进cbbL和cbbM的同时高表达提供了条件。     

采用稳定碳同位素法分析白羊草在不同干旱胁迫下的水分利用效率

本研究以黄土高原乡土草种白羊草(Bothriochloa ischaemum(L.)Keng.)为研究对象,采用盆栽控制实验,比较白羊草在3个水分处理(CK80%FC、MS60%FC和SS 40%FC)下的生物量积累和分配模式、瞬时水分利用效率(WUE)、不同部位(新叶、老叶、茎、细根、粗根)的稳定碳同位素组成(δ~(13)C)和碳同位素分辨率(Δ~(13)C)及其相互关系,以及干旱胁迫下影响水分利用效率的主导环境因子。结果表明:1)重度干旱胁迫显著降低植物整体生物量,显著增加根冠比和细根生物量比例;2)随着干旱胁迫加剧,白羊草各器官的δ~(13)C均呈上升趋势,Δ~(13)C呈减小趋势,SS处理不同器官δ~(13)C和Δ~(13)C没有显著差异,CK和MS处理的各器官δ~(13)C均值表现分别为细根粗根老叶新叶茎、细根新叶老叶粗根茎,CK和MS处理Δ~(13)C的值总体呈根叶茎。3)新叶的δ~(13)CNL和Δ~(13)CNL与WUE的相关系数均最大,说明利用稳定碳同位素方法测定白羊草水分利用效率具有可行性。4)不同水分处理的WUE的主导影响因子不同,CK、MS、SS水分处理WUE分别受到叶面温度、大气水汽压亏缺和空气温度的影响最大。为采用稳定碳同位素方法指示白羊草水分利用效率可行性及阐明植物的胁迫响应机制提供理论依据。     

放牧对鄂尔多斯高原油蒿草场生物量及植被-土壤碳密度的影响

以围封保护和自由放牧油蒿草场为研究对象,通过野外调查与室内分析,研究了围封和放牧条件下沙地草场生物量和植被-土壤碳密度。结果表明:(1)自由放牧使油蒿群落中植物种类增加,但降低了植物群落盖度。自由放牧不仅导致油蒿草场地上、地下总生物量降低,也使得油蒿地上、地下生物量占群落地上、地下总生物量的比例减小。生长季自由放牧样地凋落物生物量显著大于围封保护样地(P0.05);(2)围封保护样地植被碳密度大于自由放牧样地,土壤碳密度却小于自由放牧样地,但两个样地间差异不显著(P0.05);(3)油蒿草场90%以上的碳储存于土壤中,围封保护样地和自由放牧样地油蒿草场土壤碳密度占植被-土壤系统碳密度的91%、93%;(4)围封保护油蒿草场碳密度为2.29 kg/m2,自由放牧油蒿草场碳密度为2.68 kg/m2,两个样地间差异不显著,自由放牧对油蒿草场碳密度影响不大。