马尾松和苦槠林根际土壤矿化和根系分解CO2释放的温度敏感性

以中亚热带马尾松林和苦槠林为对象,原位收集根际和非根际土壤、树木不同生态功能的根系,开展15℃、25℃、35℃和45℃恒温培养模拟试验,采用密闭气室碱液吸收法测定53 d内CO2释放的动态变化.结果表明:两种森林类型不同温度下土壤矿化CO2释放速率的根际效应介于1.12 ～3.09,且培养前期高于培养后期;15℃下马尾松林和苦槠林差异不显著,25℃和35℃下前者低于后者,45℃下则相反.不同培养温度下两树种吸收根分解的CO2释放速率均高于过渡根和贮存根,且马尾松均低于苦槠.两种森林类型CO2释放的Q10值均为土壤(1.21 ～1.83)显著高于根系(0.96 ～1.36).两种森林类型土壤矿化CO2释放的Q10值差异不显著,而马尾松根系分解CO2释放的Q10值高于苦槠.推断全球变暖导致的土壤矿化CO2释放的增量将远远高于根系分解,且马尾松林高于苦槠林;地带性顶极群落应对气候变化的抵抗力强于先锋树种群落.     

基于通量和光谱观测的中亚热带人工针叶林光能利用效率的反演

利用光谱反射率测量的光化学植被指数（PRI）估算植被光合作用的光能利用效率（LUE）,能够更好地为生态系统总初级生产力的估算及尺度扩展提供重要的技术支撑.本研究以中国通量网（ChinaFLUX）千烟洲通量观测站为研究区域,2013年9月和12月在通量塔上测量了中亚热带人工针叶林的植被反射光谱,并获取了通量塔上同步观测的气象数据和涡度相关通量数据,对两者进行回归分析.结果表明： PRI-LUE相关关系（R²=0.20,P<0.001）优于NDVI LUE.在整个观测期内,土壤水分含量（SWC）与PRI组合的二元回归模型能够提高LUE的估算精度（日间观测R²=0.29,P<0.001;正午观测R²=0.30,P<0.01）,而在秋季,饱和水汽压差（VPD）与PRI组合的二元回归模型能较好地估算正午LUE（R²=0.448, P<0.001）,表明环境因子SWC和VPD是影响PRI-LUE关系的重要因素,不同季节的二元回归模型所选择的最佳环境变量有所不同.     

古田山常绿阔叶林凋落量时间动态及冰雪灾害的影响

2006年10月至2009年12月期间,我们通过对古田山24 ha常绿阔叶林动态样地169个种子雨收集器的凋落物进行烘干、分类、称量和数据分析,研究了凋落量的组成特征和时间动态,以及受2008年2月特大冰雪灾害的影响.2007年和2009年凋落量分别为532.05 g/m2和375.17 g/m2,年际变化显著,这与2008年的冰雪灾害有关.2007年古田山常绿阔叶林各组分在凋落量中所占比例依次为:叶(78.99%)>枝(14.69%)>皮(3-33%)>其他(2.99%);叶凋落量中各组分所占比例依次为:常绿阔叶树种叶(78.70%)>落叶阔叶树种叶(12.37%)>针叶树种叶(8.92%),其中甜槠(Castanopsis eyrei)、木荷(Schima superba)、马尾松(Pinus massoniana)和短柄袍(Quercus serrata vat.brevipetiolata)4个优势种年凋落量合计占叶凋落总量的71.36%,它们的动态直接影响着凋落总量的变化格局.凋落量高峰发生在春季(4月)和秋冬季(10月末至12月初),其中总凋落量、叶凋落量动态呈双峰型,枝条凋落量和树皮凋落量动态为不规则峰型,其他凋落量动态为单峰型.冰雪灾害后总凋落量、叶凋落量、枝条凋落量显著减少(P<0.05),其中甜槠、杨梅叶蚊母树(Distylium myricoides)叶凋落最显著减少(P<0.05)、木荷叶凋落量减少达到边缘显著水平(P<0.1),这也反映了冰亏灾害期间森林群落的受损情况.其他凋落量(主要成分为虫粪)在4B份增加极其显著(P<0.01),说明灾后植物的枝叶出现了补偿性生长.     

中国东部气候带凋落物分解特征——气候和基质质量的综合影响

凋落物分解是陆地生态系统物质循环和能量转换的主要途径.凋落物分解主要受到基质质量和气候因素多因子的综合影响.目前国内尚缺乏关于凋落物分解同气候因子和基质质量关系的多元统计和综合分析.应用分解袋法,对亚热带8个主要树种的凋落叶沿中国东部气候带5个地点历时2a的分解试验研究表明,年均降水量是影响中国东部凋落叶分解速率的首要气候因子,其次是实际蒸散和年均温度.凋落叶的初始N含量是决定分解快慢的首要基质因子,其次是P含量和Lignin:N比和C:N比.     

温度、水分和森林演替对中亚热带丘陵红壤氮素矿化影响的模拟实验

研究了温度、水分和演替阶段及其交互作用对中亚热带丘陵红壤区森林土壤氮素矿化过程及其矿化速率的影响.结果表明：温度和演替阶段对土壤氨化速率影响显著,其中12 ℃<24℃<36 ℃,灌丛林和马尾松(Pinus massoniana)林低于常绿阔叶林(P＜0.05);而水分的影响不显著.水分和演替阶段对土壤硝化速率有显著影响,土壤半饱和含水量高于自然含水量及饱和含水量,且马尾松林高于灌丛林(P＜0.05);而温度的影响不显著.温度、水分和演替阶段对土壤氮净矿化速率的影响均显著,其中12 ℃<24 ℃<36 ℃,土壤半饱和含水量高于自然含水量和饱和含水量,灌丛林<马尾松林<常绿阔叶林(P＜0.05).温度升高有利于提高土壤氨化速率和净矿化速率,温度过高则抑制土壤硝化速率;土壤含水量适中有利于土壤氮素矿化过程;顺行演替将提高土壤供氮能力,且抑制过强的硝化作用.     

中亚热带天然林土壤CH_4吸收速率对模拟N沉降的响应

陆地森林土壤是重要的大气甲烷(CH4)汇,大气氮(N)沉降增加对森林土壤CH4吸收速率影响突出。运用静态箱-气相色谱法对中亚热带天然林土壤CH4吸收速率对模拟N沉降的响应进行连续3a的观测;试验作3种N处理,分别为对照(CK,0 kg N·hm-2·a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,100 kg N·hm-2·a-1),每种处理重复3次,每个月采集气体1次,同时测定0—5 cm土壤温度和0—12 cm土壤含水量;分析不同N沉降水平土壤CH4吸收速率的差异、动态变化以及对土壤含水量和土壤温度响应,并探讨N沉降对土壤理化性质的影响。结果显示:天然林土壤(CK)平均CH4吸收速率为(-62.78±14.39)μg·m-2·h-1,LN和HN土壤平均CH4吸收速率分别下降了30.21%、7.24%,CK、LN和HN处理土壤CH4吸收速率季节变化趋势相似;观测期间土壤CH4吸收速率对LN响应达到显著水平(P0.05),对HN响应则不显著(P0.05);LN、HN处理前两年对土壤CH4吸收速率抑制作用均不显著(P0.05),但在第3年LN极显著降低了土壤CH4吸收速率(P0.01),HN处理对土壤CH4吸收速率的影响则在第3年表现为显著抑制作用(P0.05),表明土壤CH4吸收速率对N沉降的响应随着N沉降时间的持续呈抑制效应加剧的趋势。相关分析表明:CK与HN土壤CH4吸收速率与土壤温度和土壤含水量均有显著相关性(P0.05),但LN土壤CH4吸收速率仅与土壤含水量显著相关(P0.05),表明土壤含水量是控制各N沉降处理土壤CH4吸收速率动态的主要环境因子。此外,LN、HN处理下土壤pH均极显著降低(P0.01),但LN土壤pH极显著低于HN(P0.01);LN处理极显著提高了土壤C/N比(P0.01),HN处理则相反;LN和HN处理对土壤NH+4-N、NO-3-N、可溶性总N(TDN)、可溶性有机碳(DOC)、地面凋落物量、地下0—10 cm细根生物量影响均不显著(P0.05),表明一定时期内N沉降首先引起了土壤pH和土壤C/N比的显著变化。     

短期增温对中亚热带杉木人工幼林土壤氮磷耦合作用的影响

全球变暖引起陆地生态系统和整个生物圈一系列生态问题,未来全球平均气温的持续增加将使这些问题进一步加剧。目前增温、氮沉降和森林更新方式对中亚热带土壤氮磷等养分的影响已有部分研究,但增温对亚热带森林的氮磷耦合作用的影响仍然未知。以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolate)幼苗为研究对象,设置埋设电缆以加热土壤增温实验(增温幅度(5±0.5)℃),研究短期增温对土壤含水量、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)、土壤氮磷养分,以及氮(N)、磷(P)耦合作用的影响。结果表明:短期增温对全氮、全磷无显著影响;增温第1年显著提高了有效氮、铵态氮(NH_4~+)和有效磷的含量,显著降低了MBN含量。增温第2年,土壤中有效磷、NH_4~+和MBP含量显著下降;短期增温虽然对土壤全N/P,有效N/P的影响不显著,但是增温使铵态氮/硝态亚硝态氮(NH_4~+/(NO_3~-+NO_2~-))显著降低;此外,增温显著降低了MBN/MBP,缓解了微生物对磷的限制。相关性分析表明,耦合作用不仅受N和P之间相互作用的影响,也受土壤温度、水分含量等其他因素的影响。研究表明,短期增温并未对中亚热带杉木人工幼林土壤氮磷耦合作用产生显著影响,但增温后降低了有效氮、有效磷的含量。因此,在未来全球变暖背景下,研究结果为中亚热带森林生态系统的的健康发展和科学管理提供重要的理论依据。     

千烟洲红壤丘陵区人工针叶林土壤CH4排放通量

 CH₄在温室效应中起着重要作用,为估算中亚热带CH₄的源汇现状,评价森林生态系统对温室效应的影响,采用静态箱-气相色谱法研究了千烟洲红壤丘陵区人工针叶林的土壤CH₄ 排放通量特征及水热因子对其的影响。对2004年9月～2005年12月期间的观测结果分析表明 ：千烟洲人工针叶林土壤总体表现为大气CH₄的吸收汇,原状林地土壤(Forest soil)情况下,CH₄通量的变化为7.67～-67.17μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1,平均为-15.53μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1;无凋落物处理(Litter-free)情况下,CH₄通量的变化是9.31～-90.36 μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1,平均为-16.53μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1。 二者对土壤CH₄的吸收表现出明显的季节变化规律,秋>夏>冬>春,但无凋落物处理CH₄变化幅度较原状林地土壤大,无凋落物处理吸收高峰出现在10月,最低值出现在翌年3月,原状林地土壤则分别在9月和翌年2月,均提前1个月。对土壤CH₄吸收通量与温度和湿度的相关分析表明： 无论是原状林地土壤还是无凋落物处理情况下,土壤CH₄通量都与地下5 cm的温度和湿度相关性最高。偏相关分析反映了不同季节水热配置对土壤吸收CH₄通量的影响：冬季为12月～翌年2月,温度起主要作用;雨季3～6月,温度作用为主,随着温度的升高而升高,水分作用微弱;7～8月,CH₄吸收通量随着湿度的降低而增加,但高温限制了CH₄的吸收;秋季（9～11月）水热配置适宜,CH₄通量达到高峰值。总之,CH₄吸收通量随着温度的升高和 湿度的降低而增大,但温度过高会抑制其吸收。     

热带尖峰岭和亚热带千岛湖六种凋落叶的分解特征

选取亚热带6个树种马尾松(Pinus massoniana)、毛竹(Phyllostachys heterocycla)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、木荷(Schima superba)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)和苏铁(Cycas revoluta)的凋落物,在亚热带的千岛湖和热带的尖峰岭进行凋落物分解实验,研究不同气候带下凋落物的分解特征。两样地的年均气温和降水为主要差异,年均温差达3.0℃。结果表明:两个样地凋落物的分解速率顺序为:毛竹﹥木荷﹥青冈﹥马尾松﹥水杉﹥苏铁,尖峰岭样地6个树种95%分解所需的时间集中在3.22-8.81a,千岛湖样地95%分解所需的时间为4.61-14.27a。6种凋落物叶的分解速率尖峰岭显著大于千岛湖(P0.05)。用尖峰岭的气候条件来模拟千岛湖气候变暖后的状况,凋落物分解的分解速率将提高43.08%-95.65%,凋落物的95%分解时间将缩短30.15%-48.85%。凋落物分解的表观Q10在3.30-9.35之间。在千岛湖样地凋落物的分解速率(k值)与初始氮含量呈显著正相关(P0.05),与木质素含量呈显著负相关(P0.05);在尖峰岭样地,凋落物的分解速率与凋落物基质质量的各因子相关性均不显著。氮含量和木质素含量在中亚热带地区是预测凋落物分解和失重的良好指标,在热带地区气候因子对凋落物分解的控制作用较强于凋落物初始基质质量的控制作用。     

中亚热带森林单木地上生物量的机载激光雷达估测

以雪峰山武冈林场为研究对象,利用遥感数据和地面实测样地数据,研究机载激光雷达（LiDAR）估测中亚热带森林乔木层单木地上生物量的能力.利用条件随机场和最优化方法实现LiDAR点云的单木分割,以单木尺度为对象提取的植被点云空间结构、回波特征以及地形特征等作为遥感变量,采用回归模型估测乔木层地上生物量.结果表明: 针叶林、阔叶林和针阔混交林的单木识别率分别为93%、86%和60%;多元逐步回归模型的调整决定系数分别为0.83、0.81和0.74,均方根误差分别为28.22、29.79和32.31 t·hm^-2;以冠层体积、树高百分位值、坡度和回波强度值构成的模型精度明显高于以树高为因子的传统回归模型精度.以单木为对象从LiDAR点云中提取的遥感变量有助于提高森林生物量估测精度.