不同改良剂对珊瑚砂理化性质和氮素固持的影响

高碱环境和土壤养分的匮乏严重限制了我国热带珊瑚岛土壤环境下植物的生长适应能力，因此，珊瑚砂改良对促进珊瑚岛植被恢复，维持珊瑚岛生态环境可持续健康发展具有重要意义。该研究通过室内土柱模拟试验，对比了同一梯度下4种常用土壤改良材料(蛭石、珍珠岩、生物炭和钙基膨润土)对珊瑚砂理化性质、氮素淋溶以及总氮含量的影响。结果表明, 与对照(CK)相比，施用生物炭使珊瑚砂pH显著降低1.4%，钙基膨润土、生物炭和蛭石能够显著提高珊瑚砂的阳离子交换量至CK的24.21、10.43和9.43倍。同时，施用生物炭、钙基膨润土和蛭石并不能降低以硝态氮形式为主的氮素淋失, 但是能显著减少其他途径的氮素损失，从而达到促进珊瑚砂氮素固持的效果，3种改良剂施用下的珊瑚砂总氮损失相较于CK分别降低了40.92%、27.32%和25.09%。因此，施用生物炭、钙基膨润土和蛭石均能有效提高珊瑚砂土壤质量，对改良珊瑚砂和热带珊瑚岛植被恢复具有重要意义，其中生物炭的改良效果最为显著，是改良珊瑚砂的理想材料。     

植物残茬对土壤酸度的影响及其作用机理

土壤强酸性是作物生长的最主要限制因子之一,某些植物残茬可以有效地提高土壤pH,降低活性铝含量,提高作物产量。植物残茬改良土壤酸度的效能因种而异,最高土壤pH升幅可达4.53个单位,多种豆科植物材料可使土壤pH提高2个单位以上,当pH>5时,土壤溶液活性铝降至极低水平,从而消除铝害。植物残茬改良土壤酸度的效能受植物残茬自身特性与土壤特性的影响,而且pH的上升通常在几个月后消失,但这种效能对当季作物有效。植物体内有机酸根的去羧化作用被认为是pH上升的主要机理之一,去羧化机理存在的主要证据是,随着土壤pH升高,植物材料内的可溶性有机成分下降,CO2排放与pH上升高度相关,以及杀菌条件下土壤pH上升速度显著减慢。超量碱机理是植物残茬导致pH上升的又一可能的重要机理,亦即有机盐的作用,有机盐分解转化为碳酸盐,其作用与石灰完全相似,有机盐水解也可导致土壤溶液的碱性反应。铵化作用与硝化作用是高氮植物材料影响土壤酸度的重要机理,有机氮的铵化直接消耗质子,铵的硝化则产生质子,pH的变化与这些氮过程高度相关。含硫植物材料及有机物质分解过程产生的氧化还原条件的变化,也可对土壤pH产生影响,但它们的作用较小。综合来看,去羧化作用机理基于间接证据,没有得到严格验证,超量碱机理可能是土壤pH上升的主要原因,超量碱只能转移,不能制造,含超量碱高的外源性有机材料施入耕地,将是改良土壤酸度,提高作物产量的一种有效途径。     

华南重要人工林及地带性森林凋落物酸碱缓冲能力

植物残体可以修正土壤酸度,但其作用机理还有很大争议,本研究评估森林凋落物作为酸碱缓冲体系的能力,它可能是调节土壤酸度的重要机理之一.凋落物材料取自华南重要的人工林类型及一个地带性顶极森林群落,将材料用不同pH酸溶液提取,并用酸碱进行滴定.结果表明,凋落物本身是一个极强的酸碱缓冲体系,它使浸提液酸度保持不变,并对添加的酸碱起显著的缓冲作用.首次发现两个豆科树种凋落物马占相思(Acacia mangiumWilld)与大叶相思(Acacia auriculaiformis A.Cunn)具有很高的pH值(约pH6.0),约高于土壤酸度2个pH单位,每年凋落于地表的枯落物层通过缓冲机理可以提高雨水0.1至0.4pH单位.其它人工林凋落物酸度约为pH4.0,与它们生长的土壤酸度相似.溶液中无机离子组成上的差异不能完全解释凋落物pH格局,但高钠低硝态氮可能是两个豆科树种高pH的一个重要原因.地带性顶极群落12个树种加权酸度为pH3.90,明显低于土壤酸度(pH4.19),因而,凋落物是林下土壤进一步变酸的驱动因素;发现一个种凋落物(山竹子(Garcinia oblongifolia))酸度极低(pH 3.19)并且缓冲力极强,该种植物生长的土壤将难于通过施用石灰等措施对酸度进行调节,它影响下的土壤环境将影响其它植物的入侵.观光木(Tsoongiodendron odorum Chun)凋落物酸度碱向最远离土壤酸度,这种凋落物酸度与环境酸度间的不一致可能对植物形成某种长期生态压力,并成为该种致濒危的一个因素.因而,植物残体是一个极强的酸碱缓冲体系,它以化学缓冲机理可以影响环境酸度,但可能只有少数种通过这一机理使土壤致酸或致碱,因为多数植物残体与土壤酸度基本相似.     

森林凋落物分解重要影响因子及其研究进展

当前 ,森林凋落物分解被放在陆地生态系统碳平衡背景下进行研究 ,认识凋落物分解过程的影响因素和影响机理对理解地表碳平衡具有重要意义。凋落物在分解过程中 ,伴随有养分含量的变化 ,低品质凋落物在分解前期 (可达 2～ 3年 )会从环境中固定养分 ,特别是氮磷养分 ,而在后期则会释放出养分。凋落物本身的养分含量是影响分解速率的重要因素 ,高养分含量的凋落物分解快些 ,阔叶凋落物比针叶凋落物分解快些。有资料显示 ,在总分解率为2 9 4 %的构成中 ,理化因素、微生物因素与土壤动物因素对凋落物分解的贡献率分别为 7 2 %、8 0 %和 14 2 %。不同类型凋落物在分解过程中的土壤动物类群也不同 ,它也是造成凋落物分解速率不同的关键因素 ,通常阔叶树种凋落物分解过程中 ,会有更多的微节肢动物出现。CO2浓度升高将造成植物有机质含碳量与其它养分的比值升高 ,形成低品质的凋落物 ,从而间接影响凋落物分解速率 ,一般认为 ,全球CO2 浓度升高会加强土壤作为碳汇的功能。     

植物对重金属耐性的分子生态机理

 植物适应重金属元素胁迫的机制包括阻止和控制重金属的吸收、体内螯合解毒、体内区室化分隔以及代谢平衡等。近年来,随着分子生物学技术在生态学研究中的深入应用,控制这些过程的分子生态机理逐渐被揭示出来。菌根、根系分泌物以及细胞膜是控制重金属进入植物根系细胞的主要生理单元。外生菌根能显著提高寄主植物的重金属耐性,根系分泌物通过改变根际pH、改变金属物质的氧化还原状态和形成络合物等机理减少植物对重金属的吸收。目前,控制菌根和根系分泌物重金属抗性的分子生态机理还不清楚。但细胞膜跨膜转运器已得到深入研究,相关金属离子转运器被鉴定和分离,一些控制基因如铁锌控制运转相关蛋白(ZIP)类、自然抵抗相关巨噬细胞蛋白(Nramp)类、P1B_type ATPase类基因已被发现和克隆。金属硫蛋白（MTs）、植物螯合素(PCs)、有机酸及氨基酸等是植物体内主要的螯合物质,它们 通过螯合作用固定金属离子,降低其生物毒性或改变其移动性。与MTs合成相关的MT_like基因已经被克隆,PCs合成必需的植物螯合素合酶(PCS), 即γ-Glu-Cys二肽转肽酶 (γ-ECS) 的编码基因已经被克隆,控制麦根酸合成的氨基酸尼克烟酰胺(NA)在重金属耐性中的作用和分子机理也被揭示出来。ATP结合转运器(ABC)和阳离子扩散促进器(CDF)是植物体内两种主要膜转运器,通过它们和其它跨膜方式,重金属被分隔贮藏于液泡内。控制这些蛋白转运器合成的基因也已经被克隆,在植物中的表达证实其与重金属的体内运输和平衡有关。热休克蛋白(HSP)等蛋白类物质的产生是一种重要的体内平衡机制,其分子机理有待进一步研究。重金属耐性植物在这些环节产生了相关响应基因或功能蛋白质,分子克隆和转基因技术又使它们在污染治理上得到了初步的应用。     

华南两种豆科人工林体内养分转移特性

报道了马占相思与大叶相思两种豆科植物叶内养分的动态及养分转移特征 ,分析测定两种植物的绿叶与黄叶内氮、磷、钾、钠、钙、镁等 6种元素的含量。结果表明 ,两种植物的成熟叶养分含量季节性变化不明显 ,全年养分水平较为稳定。马占相思体内氮、磷、钾、镁养分水平显著高于大叶相思 ,这 4种元素在绿叶与黄叶内的含量也有显著差别。两种植物对 4种元素大量转移再利用 ,但对钙、钠没有表现出转移 ,大叶相思与马占相思平均养分转移率分别为 :氮 49.8% ,39.8% ,磷 75 .5 % ,66.5 % ,钾 61 .8% ,43.3% ,镁 1 9.4% ,1 5 .6%。作为豆科植物具有的固氮能力 ,使转移率格局与非豆科植物不同 ,表现为氮转移率降低 ,而其它元素转移率显著上升。马占相思氮转移量高达 1 1 2 .43kg/( hm2 · a) ,磷 1 2 .74kg/( hm2 ·a) ,钾 45 .78kg/( hm2 · a) ,但镁只有 1 .64kg/( hm2 · a) ,大叶相思养分转移量为 :氮 90 .1 7kg/( hm2 · a) ,磷 7.2 3kg/( hm2·a) ,钾 34.49kg/( hm2·a) ,镁 1 .5 8kg/( hm2·a) ,通过转移获得的养分与植物从环境中吸收的养分量大致相当 ,这两个养分源共同满足了植物生长过程中的养分需求。     

华南重要人工林及地带性森林凋落物酸碱缓冲能力

植物残体可以修止土壤酸度,但其作用机理还有很大争议,本研究评估森林凋落物作为酸碱缓冲体系的能力,它可能是调节土壤酸度的重要机理之一。凋落物材料取自华南重要的人工林类型及一个地带性顶极森林群落,将材料用不同pH酸溶液提取,并用酸碱进行滴定。结果表明,凋落物本身是一个极强的酸碱缓冲体系,它使浸提液酸度保持不变,并对添加的酸碱起显著的缓冲作用。首次发现两个豆科树种凋落物马占相思（Acacia mangium Willd)与大叶相思(Acacia auriculaiformis A.Cunn)具有很高的pH值(约pH6．0),约高于土壤酸度2个pH单位,每年凋落于地表的枯落物层通过缓冲机理可以提高雨水0．1至0．4pH单位。其它人工林凋落物酸度约为pH4．0,与它们生长的土壤酸度相似。溶液中无机离子组成上的差异不能完全解释凋落物pH格局,但高钠低硝态氮可能是两个豆科树种高pH的一个重要原因。地带性顶极群落12个树种加权酸度为pH3．90,明显低于土壤酸度(pH4．19),因而,凋落物是林下土壤进一步变酸的驱动因素;发现一个种凋落物(山竹子(Garcinia oblongifolia))酸度极低(pH3．19)并且缓冲力极强,该种植物生长的土壤将难于通过施用石灰等措施对酸度进行调节,它影响下的土壤环境将影响其它植物的入侵。观光木(Tsoongiodendron odorum Chun)凋落物酸度碱向最远离土壤酸度,这种凋落物酸度与环境酸度间的不一致可能对植物形成某种长期生态压力,并成为该种致濒危的一个因素。因而,植物残体是一个极强的酸碱缓冲体系,它以化学缓冲机理可以影响环境酸度,但可能只有少数种通过这一机理使土壤致酸或致碱,因为多数植物残体与土壤酸度基本相似。     

红壤中镉在有机酸作用下的解吸行为

采用平衡批处理法,研究了3种有机酸及其两两混合液在序列pH值梯度下（pH 3.0～7.0）对华南山地红壤Cd解吸行为的影响.结果表明,草酸与苹果酸不利于Cd的解吸,反而促进了吸附,其中草酸只是在较高浓度(20 mmol·L^-1)且土壤溶液pH＞5.0时促进解吸.随着pH值升高,草s酸、苹果酸以及不含有机酸的对照溶液对红壤中Cd的解吸率都快速下降.柠檬酸在pH＜5.0时不利于Cd解吸;在pH＞5.0时显著促进Cd解吸,但两种浓度柠檬酸解吸特征有所不同,在低浓度(2 mmol·L^-1)下对镉的解吸率呈降低-升高-降低变化,在高浓度(20 mmol·L^-1)下呈降低-升高变化.在低pH条件下（pH 3.0、4.0）,苹果酸最有利于Cd的解吸,但3种酸对Cd解吸率差别不大,在较高pH条件下(pH 5.0～7.0),柠檬酸最有利于解吸,且解吸率大大高于草酸与苹果酸.有机酸混合没有明显的交互作用,对Cd的解吸率介于相应单独有机酸之间.     

华南热带人工林土壤有机碳含量及其稳定性特征

研究华南热带多雨地区小良人工森林生态系统定位站不同人工林的碳固持特征,测定了林地表土有机碳含量、有机碳随土层深度的变化以及有机碳在不同粒级团聚体上的分布。结果表明：无植被覆盖的光裸地储存了极低水平的有机碳,在光裸地上种植桉树林后,如果地表枯落物长期人为取走,则土壤有机碳积累大大低于未受干扰桉林。当桉林进一步改造为阔叶混交林后,30-40a林龄混交林土壤有机碳含量均高于16.5gkg^-1,但仍只有邻近天然林土壤有机碳水平的76%,因而,这些人工混交林土壤具有进一步积累碳的潜力。光裸地在1m剖面上的含碳量均极低,并无显著的深度变化,约2-3gkg^-1,未保护的桉林含量水平在4-5gkg^-1,同样表土与心土层没有明显差别,通过地表输入的凋落物对土壤有机碳的影响主要集中在表层0.5m范围内。以豹皮樟Litsea rotundifolia,阴香Cinnamomum burmanni,潺槁木姜子Litsea glutinosa,陈氏钓樟Lindera chuni等为优势种的混交林,深层土壤含碳量显著高于其它混交林,并与村边林相似。土壤有机碳储量与土壤团聚体发育有一定的相关性,非水稳性团聚体以最小粒径（〈0.25mm）的含碳浓度最高,其它粒级的有机碳浓度相似,未成熟人工林,小团聚体的碳浓度较高,成熟林则在不同粒级中较均匀地分配有机碳,但实际碳储量于最大粒级的非水稳性团聚体中最多。成熟森林土壤水稳性团聚体含碳浓度大大高于非水稳性团聚体,水稳性团聚体在0.25-0.5mm及0.5-1.0mm两个粒级上有最大的碳积累量。结果表明,建立特定类型的混交林是增加林地碳汇功能的一个有效途径,非水稳性的大团聚体与水稳性的小团聚体的有效发育可能是成熟森林高固碳量的重要机理。     

南亚热带4种人工林凋落物动态特征

森林凋落物是森林生态系统能量与物质过程的重要环节。研究了南亚热带4种常见人工林凋落物特征,材料取自中国科学院鹤山丘陵综合试验站,人工林栽植于1984年,从2002年至2003年进行了每月凋落物测定,同时测定了地表凋落物量。人工林凋落物总量大小依次为马占相思(10.433 t/(hm2.a))>大叶相思(7.538 t/(hm2.a))>湿地松(6.445 t/(hm2.a))>荷木(5.541t/(hm2.a)),凋落物量年度间无显著变化,凋落叶量占总凋落物量的83.2%(马占相思)至93.7%(湿地松)。上半年凋落物量通常较平稳,下半年7~9月份多有一个峰值凋落期,主要原因是台风雨及叶子进入成熟期。除台风等因素引起激烈变化的月份外,二年度对应月份凋落物量极为相似。除大叶相思外,其它林型从14a林龄开始凋落物量有所下降。4种林型中,只有马占相思与湿地松的凋落物量与气温或降雨有显著的相关,特别是马占相思的总凋落物量与这些气候因素相关性最高。地表凋落物蓄积量大小为湿地松(13.81 t/hm2)>马占相思(13.53 t/hm2)>大叶相思(6.46 t/hm2)>荷木(5.02 t/hm2),马占相思的高蓄积量源于大凋落物量及较慢的分解速率,湿地松的高蓄积量源于针叶的难分解性。与世界其它类型的比较显示,低气温高纬度地区,地表凋落物蓄积量大大高于凋落物量,高温高湿的低纬度地区,地表凋落物蓄积量通常低于年凋落物量,但松林在不同纬度区,地表凋落物量均高于年凋落物量。