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。     

模拟增温对杉木幼树生长和光合特性的影响

为阐明杉木生长特征及光合能力对未来全球变暖的响应方式,通过在福建省三明市森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点内开展的土壤增温(电缆加热,+4℃)实验,研究了增温条件下杉木幼树生长(树高、地径)特征及光合作用参数的变化,并对土壤有效氮(N)、叶片N含量、叶绿素含量(Chl)及非结构性碳水化合物(NSC)指标进行了测定。结果表明:1)在增温条件下,杉木幼树净光合速率(P_n)和水分利用效率(WUE)显著增加,分别增加了71.4%、51.3%,增温后杉木叶片能维持较高的气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和胞间二氧化碳浓度(C_i)。2)增温促进土壤有机氮矿化作用,使土壤中可供植物吸收利用的有效N含量显著增加,从而引起杉木叶片N含量显著提高。而N作为叶绿素的重要组成物质,增温后,叶片N含量显著提高,最终导致杉木幼树叶片Chl a、Chl b及Chl总量显著增加,增加比例分别为76.3%、55.8%、68.7%,Chl a/b值亦呈增加趋势。3)增温对杉木幼树生长及叶片NSC含量并无显著影响。综上所述,增温通过改变杉木叶片气孔导度敏感性以及促进杉木叶片Chl含量合成,增加叶片对CO_2的吸收以及光能捕获能力,进而提高光合效率。同时,增温引起的根系高温可能大幅度提高杉木呼吸强度,加剧对杉木叶片碳水化合物的消耗过程,使其NSC含量无显著变化,从而导致杉木幼树生长无显著差异。     

米槠和杉木人工林土壤呼吸及其组分分析

区分森林土壤呼吸组分是了解生态系统碳循环的重要环节。该文以福建省三明市格氏栲自然保护区米槠(Castanopsis carlesii)人工林和邻近的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,于2012年8月至2013年7月,采用LI-8100开路式土壤碳通量系统,通过挖壕沟方法,测定了土壤呼吸及异养呼吸的速率,同时测定了5 cm深处的土壤温度和0–12 cm深处的土壤含水量。利用指数模型和双因素模型,分析土壤呼吸及其组分与土壤温度和土壤含水量的关系,同时计算了土壤呼吸各组分在土壤呼吸中所占的比例,并分析了不同森林类型对土壤呼吸及其组分的影响。结果表明:米槠人工林和杉木人工林土壤呼吸及其组分的季节变化显著,均呈单峰型曲线,与5 cm深处的土壤温度呈极显著正相关关系。土壤温度可以分别解释米槠人工林土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的70.3%、73.4%和58.2%,可以解释杉木人工林土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的77.9%、65.7%和79.2%。土壤呼吸及其组分与土壤含水量没有相关关系。米槠和杉木人工林自养呼吸的年通量分别为4.00和2.18 t C·hm–2·a–1,占土壤呼吸年通量的32.5%和24.1%;异养呼吸年通量分别为8.32和6.88 t C·hm–2·a–1,分别占土壤呼吸年通量的67.5%和75.9%,米槠人工林土壤呼吸及其组分的年通量都大于杉木人工林。     

降雨隔离和温度增加对杉木幼林土壤可溶性碳氮的影响

土壤可溶性碳氮在森林土壤碳循环和养分循环中起到重要作用,因其对气候变化高度敏感且可被微生物直接利用.本研究通过在2年生杉木人工林内设置隔离50%降雨处理(P)、增温5 ℃+隔离50%降雨处理(WP),利用张力测渗计野外原位收集土壤溶液,研究降雨和温度变化对不同深度土壤可溶性碳氮浓度的影响.结果表明: 降雨和温度变化没有改变土壤可溶性有机碳(DOC)浓度的季节变化,土壤溶液DOC浓度在10月最高.降雨和温度变化增加了不同土层土壤溶液DOC浓度,60 cm处增加量最大,与对照相比,P和WP处理土壤溶液DOC浓度的增加幅度分别为30.4%～88.7%和32.8%～137.6%,10 月的差异值最大,对照土壤溶液DOC浓度随土壤深度增加而降低,但降雨和温度变化后各土层间土壤溶液DOC浓度没有显著差异.WP处理土壤溶液NO₃^--N浓度大幅增加,增加幅度为221.1%～931.0%.在未来全球变化背景下,亚热带地区降雨减少将增加土壤通透性和细根向深层土壤的生长,促进土壤微生物活性和有机质分解,可能增加本地区土壤有机碳氮淋溶流失,而温度增高将加剧碳氮流失风险.     

中亚热带森林更新方式对土壤磷素的影响

为了深入了解磷(P)在中亚热带森林生态系统内的有效性,在三明市梅列区陈大采育场黄坑工区,选择天然林采伐后采取不同更新方式的多种森林,以米槠天然林为对照,研究森林不同更新方式对中亚热带森林土壤全磷、有效磷及可溶性有机磷的影响。结果显示:在0—100 cm土层,(1)土壤全磷平均含量大小顺序依次为米槠天然林(NF)(0.49±0.09)g/kg,米槠轻度干扰人促更新林(LAR)(0.35±0.04)g/kg,米槠强度干扰人促更新林(HAR)(0.34±0.03)g/kg,马尾松人工林(PIM)(0.32±0.02)g/kg,杉木人工林(CUL)(0.3±0.03)g/kg,人促更新林比人工林高,NF显著高于其它的林分(P0.05);(2)土壤有效磷(Na HCO3提取)平均含量大小顺序依次为NF(0.41±0.39)mg/kg,LAR(0.26±0.2)mg/kg,HAR(0.23±0.16)mg/kg,PIM(0.17±0.05)mg/kg,CUL(0.13±0.06)mg/kg,NF显著高于其它林分,LAR显著比人工林高(P0.05)。(3)在0—10 cm土层,各林分可溶性有机磷含量在夏季最高,冬季最低,温度和降水量的季节变化是影响其重要因子之一;同一季节,人促更新林比人工林高,NF显著高于人工林(P0.05)。结果表明,全磷、有效磷和可溶性有机磷含量随人为干扰强度的增强呈降低趋势,其与年凋落物量和土壤有机碳储量呈显著正相关,与土壤容重呈显著负相关,全磷和有效磷在土壤剖面呈表聚性特征。相比于人工林经营,采取人促天然更新的方式,更有利于中亚热带森林养分的贮存和转化,有利于森林的长期经营和管理。     

火烧强度对中亚热带人工造林初期土壤呼吸的影响

在热带和亚热带森林中,火烧是一种清理采伐迹地的有效管理措施。尽管许多研究表明,火烧刺激了土壤的碳排放,但对亚热带火强度对土壤呼吸的影响还缺乏了解。在中亚热带米槠常绿阔叶次生林采伐迹地上,设置高火烧强度（HF）、低火烧强度（LF）炼山造林处理,利用LI-8100对造林初期（2012年3月-2012年12月）土壤呼吸进行测定,同时监测观测期土壤温度、含水量以及降雨量等气象因子,分析不同火烧强度对中亚热带造林初期土壤呼吸及排放量的影响,同时探讨影响土壤呼吸变化的主要因素。结果表明：（1）观测期间不同火烧强度对土壤呼吸的影响呈现出明显的时间变化特征：与对照（CT）相比,土壤呼吸在火烧后2个月以内显著增加（P<0.05）,HF和LF分别增加76.3%和55.3%;在火烧后2-5个月内三种处理间没有显著差异（P>0.05）;但之后,火烧处理土壤呼吸显著低于CT （P<0.05）,HF和LF分别降低40%和32.6%;在观测期间火烧处理没有导致土壤CO₂累计排放量的增加。（2）火烧处理下,仅HF处理中土壤呼吸与土壤温度显著相关（P<0.05）,但拟合决定系数较低。（3）单次降水事件会导致火烧处理下土壤呼吸的增加,而对照无明显增加;但连续性降水事件中,降雨早期促进土壤呼吸,而后期呈现出抑制作用。     

应用高频观测探讨不同森林经营方式下矿质土壤呼吸的昼夜动态特征

矿质土壤呼吸是森林生态系统土壤碳库损失的重要途径之一,也是森林生态系统碳(C)平衡估算中的关键因子。了解矿质土壤呼吸在不同时间尺度上的变化,对理解森林生态系统C循环应对全球变化的响应至关重要,而高频观测是探讨矿质土壤呼吸在不同时间尺度变化的重要手段之一。通过高频自动观测系统与Li-8100土壤CO2通量测量系统,对福建省三明市陈大镇国有林场的米槠(Castanopsis carlesii)次生林在不同森林经营方式下(CK对照,RR皆伐,RB火烧)的矿质土壤呼吸与土壤温度和含水量的昼夜动态进行分析,并比较2种采样策略下矿质土壤呼吸的年、日均通量差异。结果表明:1)不同森林经营方式的矿质土壤呼吸与土壤温度和土壤含水量均存在着明显的季节动态,矿质土壤呼吸速率年均值表现为CK(2.18μmol m~(-2)s~(-1))RB(1.93μmol m~(-2)s~(-1))RR(1.89μmol m~(-2)s~(-1))。2)在不同森林经营方式下,采用手动观测的矿质土壤呼吸年平均日通量显著低于高频观测结果,而采用高频观测09:00—11:00时间段内观测数据计算日通量与高频自动观测系统全天(24h)结果无显著差异;3)不同森林经营方式下的林地,土壤水热条件的变化是影响矿质土壤呼吸的重要因素之一。双因子模型拟合结果表明,土壤温度和含水量共同解释了CK、RR和RB矿质土壤呼吸速率的年变化的96.8%,62.8%,95.4%,拟合结果明显优于以温度为单因子的指数模型。因此,未来气候变化背景下,为准确评估和预测不同森林经营方式对土壤与大气间碳通量交换的影响,采用高频自动观测技术观测矿质土壤呼吸,将有利于提高碳通量估算精度。     

中亚热带杉木人工林细根生物量空间变异与取样数量估算

林木细根生物量具有一定的空间异质性,因此采用合理的细根取样策略对精确估算细根生物量十分重要。通过在福建省三明杉木人工林林内采用土钻法随机选取100个取样点,分析不同细根类型(杉木、林下植被、总细根)生物量的空间变异特征,并对细根生物量所需的取样数量进行估计。结果表明:不同细根类型单位面积生物量随径级(0—1、1—2 mm)及土层深度的增加变异增大,所需的取样数量也相应增加。Shapiro-Wilk检验表明,仅0—2 mm杉木细根和总细根单位面积生物量符合正态分布,其余各个细根类型不同径级不同土层单位面积生物量均不符合正态分布,均呈明显的右偏分布。蒙特卡罗统计模拟分析表明:在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0—1 mm、1—2 mm和0—2 mm的细根,杉木采集95、96、32个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,林下植被分别采集98、98、63个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,而总细根分别采集93、93、18个样品可以满足测定单位面积生物量的需要。     

更新方式对亚热带森林土壤溶液可溶性有机质数量及化学结构的影响

采用负压法对福建省三明市亚热带常绿阔叶林中米槠次生林(BF)、米槠人促更新林(RF)、米槠人工林(CP) 0～15、15～30、30～60 cm土层土壤溶液可溶性有机质(DOM)的浓度及光谱学特征进行研究.结果表明: 土壤溶液可溶性有机碳(DOC)浓度整体趋势为RF>CP>BF,而可溶性有机氮(DON)则为米槠人工林最高;且 DOC 和 DON 在表层(0～15 cm)土壤浓度皆显著高于底层(30～60 cm).芳香化指数大小为RF>CP>BF,且整体为表层较高.米槠人工林表层土壤以荧光强度高的短波峰(320 nm)为特征峰,表明其易分解物质含量高,腐殖化程度较低;而米槠人促更新林表层土壤则以宽平的中长波峰(380 nm)为特征峰,说明其腐殖化程度较高,有助于土壤肥力的储存.此外,30～60 cm深层DOM特性几乎不受森林更新方式的影响.     

生态恢复对红壤侵蚀地土壤有机碳组成及稳定性的影响

为了研究红壤侵蚀区生态恢复过程中土壤有机碳的组成与动态变化,选择红壤侵蚀区生态恢复10 a和30 a的马尾松林为对象,以侵蚀裸地和次生林为对照,应用土壤有机碳物理分组方法,研究了侵蚀地植被恢复过程中表层土壤粗颗粒态有机碳(cPOC)、细颗粒态有机碳(f POC)和矿质结合有机碳(MOC)含量及POC/MOC比值的变化。结果表明:生态恢复显著提高了土壤有机碳含量(P0.05),土壤中不同组分有机碳含量也相应增加。生态恢复10 a,土壤有机碳主要以f POC形式积累,cPOC和MOC没有显著变化,其中0—10 cm土层POC占总土壤有机碳(SOC)比例高达64.1%,但稳定性较差。与恢复10 a相比,生态恢复至30 a时,0—10 cm土壤f POC含量相对不变,cPOC和MOC含量均显著增加(P0.05),10—20 cm土壤f POC和MOC增加量达到显著水平,而cPOC含量仍未显著增加,说明生态恢复过程中土壤固碳模式符合SOC饱和理论。生态恢复过程中土壤POC/MOC比值呈先升高后降低的趋势,且表层土壤大于亚表层土壤,说明随着生态恢复时间的增加,土壤有机碳稳定性逐渐提高,且亚表层土壤高于表层。因此,生态恢复对于侵蚀地碳固定的长期有效性具有重要意义。