全球变化对森林土壤甲烷吸收的影响及其机制研究进展

大气CO₂浓度升高、降水格局改变、全球氮沉降增加和土地覆盖变化等全球变化不仅改变了森林土壤理化性质,而且影响了植物的生长和微生物活性,导致森林土壤碳、氮循环发生改变,进而影响土壤CH₄的吸收.本研究综述了森林土壤CH₄吸收的重要性,森林土壤CH₄吸收对大气CO₂浓度升高、降水格局改变、全球氮沉降增加和土地覆盖变化等全球变化的响应差异及驱动机制.大气CO₂浓度升高抑制土壤CH₄吸收;降水减少倾向于促进土壤CH₄吸收;外源氮输入抑制富氮森林土壤CH₄吸收,而对贫氮森林土壤CH₄吸收则表现为促进或不影响;森林转化为草地、农田或人工林会减少土壤CH₄的吸收量,而植树造林则会增加土壤CH₄的吸收量.今后的研究重点是探讨全球变化对森林土壤CH₄吸收产生长期影响和综合效应,并借助分子生物学方法进一步探究土壤CH₄吸收的微生物学机制.     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

苏北海滨湿地互花米草种子特征及实生苗生长

摘　要　在江苏盐城新洋港滩涂由海向陆建立样地：零星互花米草(Spartina alterniflora)斑块(SAP)?稳定互花米草滩下边缘(SAFI)?2003年互花米草定居处(SAF03)?1989年互花米草定居处(SAF89),对互花米草的种子特征及幼苗生长进行了研究。结果表明：(1) 各样地种子产量有极显著差异(p< 0.01),大小顺序为SAP > SAF03 > SAFI > SAF89,种子产量与植株结实率、穗长、单穗种子数成正比。(2) 4月份SAP、SAFI、SAF03和SAF89互花米草短暂土壤种子库分别为673.7 /m2、2328.7 /m2、5948.8 /m2和3990.4 /m2,种子保存率分别为0.5%、3.9%、6.9%和15.8%,且在各样地差异极显著(p< 0.01)。(3) 7月份SAP、SAFI、SAF03和SAF89实生苗数分别为72 /m2、5 /m2、0和0。SAP与SAFI种子萌发率显著高于SAF03与SAF89(p< 0.01)。(4)表层土壤水分含量和种群内部光照衰减是影响实生苗生长的关键因素。在表层土壤水分含量高和低光照衰减的生境中种子繁殖对互花米草种群延续和扩张贡献较大。     

尕海湖滨湿地种子库初探

在青藏高原湖泊尕海湖滨湿地的高寒草甸中,选取4个样地22个样点研究种子库基本组成及其与地表植被的关系。结果表明,尕海湖滨湿地种子库由13科34属37种湿生植物组成,平均为7400 seeds/m2,种类以一年生草本植物为主;地表植被由17科29属31种湿生植物构成,以多年生草本植物为主,种子库与地表植被组成的差异较为明显,符合高寒草甸的特征。总体而言,种子库垂直分布的各深度间种子密度有明显的相关性,土壤表层的种子库密度显著高于深层,在物种水平上,仅露蕊乌头Aconitum gymnandrum有这一趋势。种子库物种与水位变化研究表明,种子库中物种的生活型随着水位变化而发生变化：随着水位的升高,种子库中的优势种逐渐由以露蕊乌头为指示种的中生植物向以水毛茛Batrachium bungei为指示种的沉水植物过渡。本研究表明,尕海湖滨湿地种子库具有对受损湿地进行修复的潜在可能,同时水位对其分布有一定影响;如果是针对目标植物的选择性修复则要注意该物种是否存在于种子库中。     

佛山城市典型森林群落土壤重金属分布、流通及枯落物富集特征

富集重金属的枯落物分解可能提高重金属暴露率,增加人体接触健康风险。为了解南方城市土壤重金属在森林生态系统中的分布及流转情况,通过调查研究了佛山市8个典型森林群落土壤及枯落物重金属含量,分析了各森林群落枯落物对不同重金属的富集效应及重金属随枯落物回归土壤流通量。结果表明：1）城市森林各土壤重金属含量在不同典型群落间差异显著（P<0.05）,差异最大为Pb、Cr、Zn,As、Cu、Ni次之,Hg、Cd最小;土层深度（0-20,20-40,40-60 cm）对重金属含量影响显著（P<0.05）,差异最大为Cd、Hg,其次为As、Cu,最小为Zn、Ni、Pb、Cr。整体上,Cd、Hg、As、Pb、Zn在0-20 cm最高,表层富集特征明显,Cr和Ni在40-60 cm最高。2）8个森林群落中阴香-白楸-醉香含笑群落（CMMC）枯落物对8种重金属的综合富集系数（TBCF,66.76）最高,其中以Cd的富集效果最突出,富集系数为44.45,且对Pb、Cu、Zn也相对富集;最低的为黧蒴锥-香椿-樟树群落（CTCC）,综合富集系数（TBCF）为8.09,仅对Cd、Cr、Cu相对富集,对其余重金属富集效应不明显。3）相关分析显示,群落重金属枯落物流通量与0-60 cm土壤重金属平均含量（Cr和Ni除外）无显著相关性。本研究对城市森林建设管理及筛选重金属富集植物及群落具有较强理论及实践意义。     

冻融交替对长白山不同林型土壤两种温室气体排放的影响

以长白山5种林型土壤(硬阔叶林、红松阔叶林、次生白桦林、长白松林和蒙古栎林)为对象,利用原位培养连续取样法研究了冻融过程中5种林型土壤CO₂和N₂O排放特征及相关机理。结果表明:冻融期5种林型土壤是CO₂和N₂O的源。次生白桦林和红松阔叶林土壤CO₂和N₂O的平均通量显著高于其他3种林型。除硬阔叶林外,各林型土壤CO₂通量与土壤含水量间存在显著负相关,但不同林型的土壤CO₂排放对水分敏感性差异较大;除硬阔叶林外,各林型土壤N₂O通量与土壤含水量间存在显著正相关,但水分敏感性因林型而异。5种林型土壤CO₂和N₂O排放通量均与土壤表层温度呈二次函数关系。     

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。     

天然东北红豆杉土壤种子库研究

在黑龙江省穆棱东北红豆杉自然保护区内,对10株天然东北红豆杉结实母树冠下的土壤种子库进行了调查分析.结果表明:东北红豆杉土壤种子库中的种子数量在垂直方向和水平方向上都表现出明显的规律性.在不同深度土层中的种子数量差异显著(p＜0.05).枯枝落叶层及0～5cm土层集中了最大量的种子,占总量的84%,随土层深度的增加,种子数量逐渐减少,15cm以下极少有种子出现.土壤种子库中具有活力的种子数量极少,不到总量的1%.种子丧失活力的首要原因是被昆虫和啮齿类动物啃食,占损失量的52%,其次是腐烂,占29%.在水平方向上,东北红豆杉种子具有近母株分布的特点,且在不同方向上种子数量差异极显著(p＜0.01).当年下落到地面的东北红豆杉种子,按远离母株的顺序,种子数量逐渐减少;在围绕母株的八个方向上,东向的种子数量最多,其次是东北、北和东南方向,西面的种子数量最少.当年下落的3%的完好种子补充到土壤种子库中.自然条件下,东北红豆杉以种子繁殖,土壤种子库是其自然更新及种群恢复的重要基础,本研究结果对于东北红豆杉濒危机制的探索及种群恢复具有重要的理论意义.     

黄土高原子午岭油松林的种子雨和土壤种子库动态

对黄土高原区子午岭不同林龄(18a、29a、40a、54a)油松(Pinus tabulaeformis carr.)人工林及天然林(约75a)的种子雨和土壤种子库进行了研究.结果表明,该区油松种子雨一般从每年9月初开始,一直到11月底结束,种子雨降落历程与林龄大小有关,种子雨发生时间和降落高峰期有所不同.不同林龄的油松种子雨强度不同,种子雨总量大小顺序为:40a人工林((489 9±8.64)粒· m-2)＞29a人工林((346.8±7.45)粒· m-2)＞54a人工林((327.1±8.13)粒· m-2)＞天然林((146.9±5.25)粒· m-2)＞18a人工林((78.1±2.72)粒· m-2).种子雨总量随林龄的增加而增加,约40a时达到高峰,种子雨活力也以40a时最高.不同林龄油松林土壤种子库存在显著差异,其中18a人工林种子库最小,40a人工林种子库最大.从种子雨降落到次年4月,5种林分土壤种子库总量下降了42.34%～53.59%,空粒种子增加了26.72%～48.69%;从4月到8月份种子腐烂率由10.28%～13 62%增加到57.25%～63.28%.动物的搬运、取食和种子腐烂死亡是种子库损耗的主要因素.土壤种子库中的油松种子主要集中在枯枝落叶层,其次为0～2cm层,2～10cm层种子最少.到8月中旬,土壤中98.26%的油松种子都已丧失活性.不同林分下油松幼苗的密度差异较大,40a人工林下幼苗最多,其余依次为29a人工林、54a人工林和天然林,18a人工林下的实生苗极少,幼苗死亡率极高.在一定龄级范围内,人工林结实能力和更新潜力随林龄增加而增加,40a时更新潜力最大.虽然有大量种子下落,但由于种子大量损耗和幼苗死亡,通过环境筛作用而最终可以成熟的个体数量十分有限.     

人为干扰对黄土高原子午岭油松人工林土壤物理性质的影响

研究了放牧、收集枯落物及清灌等人为干扰活动对黄土高原于午岭油松林土壤结构及抗蚀性的影响。结果表明,随人为干扰强度的增加,0～50cm土壤中砂粒含量比无干扰时分别增加了11.83％、37．80％和51．60％;粉粒下降了8．16％、11．83％和15．55％;粘粒下降了8．10％、20．84％和30．72％,土壤表现出粗骨化趋势;〉0.25mm水稳性团聚体含量比无干扰林地分别下降了16．59％、43.12％和61．13％。〉1．0mm的团聚体含量仅为无干扰林地土壤的27．78％和24．34％,1．0—0．25mmm的团聚体下降幅度较小;〉0．05mm微团聚体的比例分别下降了19．39％、32．62％和33．47％。而〈0．05mm微团聚体所占比例随干扰程度的增加而大幅度上升。土壤容重增加了0．11-0．41g／cm^3。土壤总孔隙度分别降低了13．64％、25．47％和39．14％,毛管孔隙下降了7．79％、11．54％和29．32％,非毛管孔隙下降了28．47％、60．79％和64．08％。说明表层土壤非毛管孔隙对人为干扰更为敏感。最大持水量分别下降23．42％、37．15％和52．92％;毛管持水量下降33．79％、43．01％和52．22％;自然含水量下降31．03％、39．34％和46．28％。饱和持水量下降16．14％、28．80％和49．68％;田间持水量下降了12．39％、33．92％和47．47％;土壤有效水含量下降了9．55％、20．55％和58．91％。土壤前3min初渗率下降了38．74％、51．45％和63．23％;稳渗速率下降了54．06％、71．63％和84．10％,相应地受人为干扰林地前30min累计人渗量也较未受人为干扰林地土壤分别低48．15％、65．93％和73．35％。饱和导水率较对照下降了8．73％、33．33％和51．00％。土壤的结构系数。由79．12％下降到27．32％。团聚度由59．48％下降到11．11％,分散率上升了l倍多,分散系数上升了4倍多。土壤枯落物层及有机质的减少是引起土壤物理性质恶化的主要原因,其次是放牧和踏实等活动。