土壤非保护性有机碳对荒漠草原沙漠化的响应

沙化草地的恢复与重建是干旱半干旱区生态建设的重要内容,分析荒漠草原沙漠化过程中土壤非保护性有机碳分配比例的变异规律对于探讨沙化草地恢复机制具有重要的理论价值。以干旱、半干旱地区荒漠草原不同沙化阶段的土壤为研究对象,分析土壤粗颗粒有机碳、细颗粒有机碳、轻组有机碳含量和分配比例的分布特征、土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率。结果表明:荒漠草原发生逆向演替后,土壤细颗粒有碳含量和分配比例表现为固定沙地荒漠草地半固定沙地流动沙地;粗颗粒有机碳含量表现为荒漠草地半固定沙地流动沙地固定沙地,粗颗粒有机碳分配比例表现为流动沙地半固定沙地荒漠草地固定沙地;轻组有机碳含量和分配比例递减。颗粒有机碳、轻组有机碳、土壤有机碳对草地沙漠化的敏感性不同,颗粒有机碳较轻组有机碳和土壤有机碳敏感性强,其中细颗粒有机碳较粗颗粒有机碳敏感性强。随着草地沙漠化程度的增强土壤非保护性有机碳分配比例呈下降趋势,表明草地沙漠化降低土壤质量。荒漠草地退化至流动沙地土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率整体呈上升趋势。     

格氏栲天然林与人工林根际土壤微生物及其生化特性的研究

通过对格氏栲天然林（约１２０年生）和人工林（２８年生）根际土壤和全土微生物、生化活性、土壤养分的研究,结果表明：格氏栲天然林根际和全土土壤养分、土壤微生物区系、生理类群数量、土壤酶活性和生化作用强度均比相应人工林的大,格氏栲天然林根际土壤速效性养分相对富集,而人工林的则存在亏缺现象。格氏栲人工林的根际效应（Ｒ／Ｓ值）比天然林的明显。     

格氏栲天然林和人工林土壤呼吸对干湿交替的响应

通过室外定位观测前期连续干旱情况下天然降雨及室内模拟不同温度 (10℃、19℃和 2 8℃ )下测定格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤增湿后呼吸动态 ,探讨不同林型土壤呼吸对土壤干湿交替的响应。结果发现室外定位观测和室内模拟试验均出现了增湿后土壤呼吸骤升至最大值及随后逐渐衰减的现象 ,且这种变化可由时间过程模型 (R=ate- bt c)较好地进行拟合。温度升高提升了土壤呼吸对干湿交替的响应值 RV。格氏栲天然林土壤呼吸对干湿交替的响应对温度最为敏感 ,随温度升高其响应指数 RE增加 ;杉木林土壤呼吸对干湿交替的响应指数 RE最高 ,且对土壤水分变化最敏感 ,但随温度升高超过一定限度后其响应指数 RE反而降低     

格氏栲天然林与人工林根系呼吸季节动态及影响因素

通过用挖壕沟 静态碱吸收法对福建三明格氏栲天然林及33年生格氏栲和杉木人工林的根系呼吸进行为期2a定位研究。不同森林根系呼吸速率季节变化均呈单峰曲线,最大值出现在春末或夏初,最小值出现在冬季。1年中格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林根系呼吸速率变化范围分别在157.76~480.40mgCO2/(m2·h)、53.03~339.45mgCO2/(m2·h)和16.66~228.02mgCO2/(m2·h)之间。在近似正常气候状况的2002年,不同森林根系呼吸主要受土壤温度影响(R2=0.52~0.72);而土壤温度和土壤湿度共同则可解释根系呼吸速率季节变化的81%~90%。在极端干旱的2003年,根系呼吸受土壤温度或湿度的影响较小,土壤温度和土壤湿度共同仅能解释根系呼吸变化的24%~60%,这与根系在持续干旱期间长期处于近休眠状态有关。根系呼吸对土壤温度和土壤湿度的敏感性大小顺序均为杉木人工林>格氏栲人工林>格氏栲天然林。格氏栲天然林根系呼吸占土壤呼吸比例(47.6%)均高于格氏栲和杉木人工林的(42.5%和40.2%),不同森林根系呼吸占土壤呼吸比例均以冬季最低,而以5月或6月最高。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林根系呼吸年通量分别为6.537、4.013和1.828tC/(m2·h)。     

格氏栲天然林与人工林细根生物量、季节动态及净生产力

通过对福建三明格氏栲天然林及在其采伐迹地上营造的33年生格氏栲人工林和杉木人工林细根分布、季节动态与净生产力进行的为期3a(1999～2001)的研究,结果表明,格氏栲天然林、格氏栲和杉木人工林活细根生物量分别为4.944t/hm2、3.198t/hm2和1.485t/hm2,死细根生物量分别为3.563t/hm2、2.749t/hm2和1.287t/hm2;死细根生物量占总细根生物量的比例分别为41.9%、46.2%和46.4%;<0.5mm细根生物量占总细根生物量的比例分别为31.2%、29.4%和69.9%。3种林分活细根生物量和死细根生物量季节间差异显著(P<0.05),但年份间差异则不显著(P>0.05);活细根生物量最大值均出现在3月份,最小值一般出现在5～7月份或11～翌年1月份间。0～10cm表土层格氏栲天然林活细根生物量高达295.65g/m2,分别是格氏栲人工林和杉木人工林的2.4倍和8.1倍;该层格氏栲天然林活细根生物量占全部活细根生物量的59.8%,均高于格氏栲人工林(39.07%)和杉木人工林(24.51%)。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林细根分解1a后的干重损失率分别为68.34%～80.13%、63.51%～77.95%和47.69%～60.78%;年均分解量分别为8.747、5.143和2.503t/hm2;死亡量分别为8.632、5.148和2.492t/hm2;年均净生产量分别为8.797、5.425和2.513t/hm2,年周转速率分别为1.78、1     

红壤侵蚀地马尾松人工林恢复过程中土壤非保护性有机碳的变化

选择红壤侵蚀区本底条件相似而恢复年限不同的马尾松林为对象,以侵蚀裸地和次生林为对照,结合时空代换法对侵蚀地植被恢复过程中表层土壤非保护性有机碳(轻组有机碳和颗粒有机碳)含量、分配比例及其向保护性有机碳转化过程进行研究.结果表明:在植被恢复过程中(0~30年)土壤有机碳含量及其储量随恢复年限极显著增加.植被恢复7~11年,土壤非保护性有机碳含量显著增加,其分配比例也明显升高,而恢复至27年和30年后分配比例保持在较稳定水平,说明植被恢复初始过程主要以非保护性有机碳的形式积累,而长期恢复后土壤有机碳呈相对稳定状态;0~10 cm和10~20 cm土壤非保护性有机碳向保护性有机碳的转化速率常数(k)与恢复年限分别呈极显著相关和显著相关,说明植被恢复过程中土壤非保护性有机碳逐渐向保护性有机碳转化.     

黄土高原子午岭天然林与刺槐人工林地土壤干化状况对比

详细调查和对比分析了子午岭(富县)天然林地和人工林地土壤水分状况和植被状况,发现天然林地水分亏缺不严重,只在浅层形成了轻度亏缺,并在雨季后能得到及时的恢复;同时这种亏缺并没有影响到天然植被的发育与演替。人工林地土壤水分则亏缺明显,深层亏缺尤为严重,土壤含水量最低平均达到5.90%,已接近凋萎湿度,且这种水分亏缺严重影响了人工林的生存和发展,部分林地已出现了明显的衰退迹象。在此基础上,说明了天然林地土壤水分状况明显优于人工林地的原因是天然林在林分结构上形成了典型的“乔-灌-草”复层稳定的空间层片结构,具有很强的自我调节能力,使天然林在物种的组成成分上逐渐向喜干物种方向发展,以适应气候旱化的总趋势;而人工林则因其结构简单,物种单一,自我调节能力差,在连续干旱的条件下因植被对土壤水分的过度消耗,形成了严重程度不一的土壤干化层。同时,从天然植被的自然水分状况入手,提出了“林地稳定土壤持水量”的概念,来界定土壤干化现象:依据土壤水分的亏缺现状初步将干化程度分为轻度干层(8%～10%)、中度干层(6%～8%)和严重干层(<6%)3个等级;依据土壤水分的补偿深度又将其划分为临时性干层和持续性干层。研究认为,当前人工林地的土壤水分出现严重亏缺而形成土壤干化层是人为不合理经营造成人工林群落林分结构不完善的结果,如果人为干预适当,能创造出类似于天然植被的生存条件,人工植被完全有可能得到正常的生存和发展。     

格氏栲天然林与人工林枯枝落叶层碳库及养分库

通过对福建三明格氏栲天然林及在其采伐迹地上营造的 33年生格氏栲人工林和杉木人工林枯枝落叶层现存量与季节动态、C库及养分库的研究表明 ,格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林枯枝落叶层现存量分别为 8.99t· hm- 2 、7.5 6t· hm- 2 和 4 .81t· hm- 2 ;枯枝落叶层中叶占现存量的比例分别为 6 4 .96 %、6 1.38%和 38.0 5 % ,枝占比例分别为 31.5 9%、37.83%和 4 2 .6 2 %。格氏栲天然林与人工林枯枝落叶层现存量最大值均出现在春季 ,而杉木人工林枯枝落叶层现存量最大值出现在夏季。格氏栲天然林枯枝落叶层 C贮量为 4 .0 2 t· hm- 2 ,分别是格氏栲人工林和杉木人工林的 1.2 2倍和 1.77倍 ;格氏栲天然林和人工林枯枝落叶层 C库与杉木人工林的差异均达到显著水平 (P<0 .0 5 )。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林枯枝落叶层养分贮量分别为 138.4 2 kg· hm- 2 、113.5 6 kg· hm- 2 和 72 .39kg· hm- 2 ;除 Mg外 ,格氏栲天然林枯枝落叶层中各种养分贮量均最高。与人工林相比 ,天然林枯枝落叶层现存量、C和养分贮量均最大。枯枝落叶层对林地长期生产力维持具有重要作用。     

格氏栲天然林与人工林凋落叶分解过程中养分动态

通过对中亚热带格氏栲天然林 (natural forest of Castanopsis kawakamii, 约150a)、格氏栲和杉木人工林 (monoculture plantations of C. Kawakamii and Cunninghamia lanceolata,33年生) 凋落叶分解过程中养分动态的研究表明,各凋落叶分解过程中N初始浓度均发生不同程度的增加后下降;除格氏栲天然林中其它树种叶和杉木叶P浓度先增加后下降外,其它均随分解过程而下降;除杉木叶外,其它类型凋落叶的Ca和Mg浓度呈上升趋势;凋落叶K浓度均随分解过程不断下降.养分残留率与分解时间之间存在着指数函数关系xt=x0e-kt.凋落叶分解过程中各养分释放常数分别为N(kN) 0.678～4.088;P (kP) 0.621～4.308;K(kK) 1.408～4.421;Ca (kCa) 0.799～3.756;Mg (kMg) 0.837 ～ 3.894.除杉木叶外,其它凋落叶分解过程中均呈kK>kP>kN>kMg>kCa的顺序变化.各林分凋落叶的年养分释放量分别为N 10.73～48.19kg/(hm2·a),P 0.61～3.70kg/(hm2·a),K 6.66～39.61kg/(hm2·a),Ca 17.90～20.91kg/(hm2·a),Mg 3.21～9.85kg/(hm2·a).与针叶树人工林相比,天然阔叶林凋落叶分解过程中较快的养分释放和较高的养分释放量有利于促进养分再循环,这对地力维持有重要作用.     

中国不同气候带人工林与天然林的土壤呼吸差异

通过国内外文献检索收集了201 条中国森林土壤呼吸及相关环境因子数据, 比较了不同气候带(热带、亚热带、暖温带、中温带和高原气候区)人工林和天然林的土壤呼吸差异。结果表明: 中国森林土壤呼吸沿着气候梯度由南至北呈递减趋势,平均速率为2.67 μmol·m^–2·s^–1。天然林平均土壤呼吸速率(2.89 μmol·m^–2·s^–1)显著高于人工林(2.40 μmol·m^–2·s^–1)。除了暖温带以外, 其它四个气候区的天然林土壤平均呼吸速率均高于人工林。人工林土壤平均呼吸速率依次为: 暖温带(3.17 μmol·m^–2·s^–1)>热带(2.83 μmol·m^–2·s^–1)>亚热带(2.20 μmol·m^–2·s^–1)>中温带(1.97 μmol·m^–2·s^–1)>高原气候区(1.14 μmol·m^–2·s^–1); 其中高原气候区的土壤平均呼吸速率显著低于暖温带、热带和亚热带。天然林的土壤平均呼吸速率依次为: 热带(4.40 μmol·m^–2·s^–1)>暖温带(2.75 μmol·m^–2·s^–1)>亚热带(2.70 μmol·m^–2·s^–1)>高原气候区(2.63 μmol·m^–2·s^–1)>中温带(2.37 μmol·m^–2·s^–1)。不同气候带森林土壤自养呼吸贡献率平均为33.1%(17.1-65.7%), 天然林土壤自养呼吸比例(34.7%)略高于人工林(32.6%)。中国森林土壤呼吸的Q₁₀值平均为2.56(1.46-3.60), 沿气候梯度由南到北逐渐增加。不同气候带的人工林土壤呼吸温度敏感性Q₁₀(2.38)要低于天然林(2.68)。     

格氏栲天然林与人工林凋落物数量、养分归还及凋落叶分解(英文

通过对中亚热带格氏栲天然林(natural forest of Castanopsis kawakamii。约150年生)、格氏挎和杉木人工林(monoculture plantations of C．kawakamii and Cunninghamia lanceolata,33年生)凋落物数量与季节动态、养分归还及凋落叶分解与其质量的关系为期3a的研究表明。林分年均凋落量及叶所占比例分别为：格氏栲天然林11．01t／hm^1。59．70t／hm^2;格氏栲人工林9．54％。71．98％;杉木人工林5．47t／hm^2。58．29％。格氏栲天然林与人工林凋落量每年只出现1次峰值(4月份)。而杉木林的则出现3次(4或5月份、8月份和11月份)。除杉木林的Ca和格氏栲人工林的Mg年归还量最大外。N、P、K及养分总归还量均以格氏栲天然林的为最大。杉木人工林的最小。分解la后格氏栲天然林中格氏栲叶的干重损失最大(98．16％)。杉木叶的最小(60．78％)。C／N及木质素／N比值与凋落叶分解速率呈显著负相关。而N、水溶性化合物初始浓度与分解速率呈显著正相关。与针叶树人工林相比,天然林的凋落物数量大、养分归还量高、分解快。具有良好自我培肥地力的能力。因此。保护和扩大常绿阔叶林资源已成为南方林区实现森林可持续经营的重要措施之一。     

降水变率对森林土壤有机碳组分与分布格局的影响

2006年12月-2008年6月,通过加倍降水、自然降水和去除降水3种处理的人工控制试验,研究了降水变率改变对南亚热带不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林土壤有机碳组分与空间分布格局的影响.结果表明：在3种降水强度条件下,相同森林类型的同一层次土壤总有机碳（TOC）含量差异不显著（P>0.05）;去除降水处理下土壤表层（0～10 cm）颗粒有机碳（POC）和轻组有机碳(LFOC)含量有明显的积累趋势,加倍降水和自然降水处理下增加了POC、LFOC向下层土壤（10～20 cm、20～30 cm、30～50 cm）的运输;去除降水处理下,马尾松林土壤易氧化有机碳（ROC）含量显著高于降水处理（P<0.05）;演替早期森林土壤的POC、ROC、LFOC占总有机碳的比例大于演替后期土壤,不利于土壤有机碳的存埋.森林土壤总有机碳含量变化缓慢,而其活性有机碳组分（POC、LFOC、ROC）对降水变率改变的响应更敏感.     

中国北亚热带天然次生林与杉木人工林土壤活性有机碳库的比较

为了了解北亚热带东部地区天然次生林转变成杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林对土壤活性有机碳库的影响, 以浙江省富阳市庙山坞森林生态系统定位研究站杉木人工林和天然次生林为研究对象, 对达到成熟林状态的两种林分类型0-60 cm内各土层土壤活性有机碳含量进行了比较研究。结果表明: 1)天然次生林土壤总有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳和轻组有机质含量均高于杉木人工林, 与人工杉木林相比, 增幅分别为19.0%-32.6%、0.8%-30.3%、3.8%-54.1%和6.3%-38.6%, 且在0-10和10-20 cm土层差异显著(p < 0.05) (水溶性有机碳仅在0-10 cm土层差异显著); 2)杉木人工林土壤水溶性有机碳与易氧化碳占总有机碳的比率均高于天然次生林; 3)两个林分土壤水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与总有机碳含量均呈现极显著相关, 且天然次生林土壤易氧化碳、轻组有机质与总有机碳的相关系数均大于杉木人工林; 4)土壤有机碳、水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、速效磷、速效钾、速效钙和速效镁)的相关性均达到显著(p < 0.05)或极显著(p < 0.01)水平。     

中国成熟天然林土壤有机碳垂直分异特征

以分布在中国不同气候区的131个成熟天然林土壤为研究对象,测定不同土层(0～10、10～20、20～30、30～50和50～100 cm)土壤有机碳(SOC)密度,分析其与气象因子、土壤性质的关系,研究天然林SOC垂直分布特征及其影响机理。结果表明: 温带针叶林、温带落叶阔叶林、亚热带落叶阔叶林和亚热带常绿阔叶林0～30 cm土层SOC密度均随土壤深度增加而降低。在0～100 cm土层,SOC密度地带性分异明显,温带针叶林SOC密度显著高于温带落叶阔叶林,亚热带常绿阔叶林SOC密度显著高于亚热带落叶阔叶林。SOC密度与土壤黏粒、年降水量以及地上净初级生产力呈显著正相关,与土壤pH和年均温呈显著负相关。年降水量与年均温调节天然林SOC输入与输出,土壤pH与黏粒影响天然林SOC积累,对成熟的天然针叶林与常绿阔叶林进行有效保护,有利于增加我国森林土壤碳库。     

集约和粗放经营下毛竹林土壤活性有机碳的变化

以集约和粗放经营的毛竹(Phyllostachys heterocycla ‘Pubescens’)林为研究对象, 探讨了春季毛竹林集约经营后土壤有机碳的变化。结果表明: (1)集约经营后毛竹林0-10和10-20 cm土层土壤总有机碳含量分别下降了7.01%和18.90%, 易氧化碳含量分别下降了31.22%和46.03%, 0-20 cm土层轻组有机质含量下降了19.87%。(2)两种毛竹林的土壤有机碳含量在剖面上整体上均随土层深度的增加而呈下降趋势, 但下降幅度不同。粗放经营的毛竹林土壤易氧化碳的剖面特征与总有机碳相似, 而集约经营的毛竹林存在明显差异。轻组有机质具有表聚性, 主要分布在土壤表层(0-20 cm)。(3)土壤总有机碳、易氧化碳、轻组有机质与土壤养分之间的相关性均达到极显著水平(p < 0.01), 总有机碳与速效磷显著相关(p < 0.05)。(4)集约经营后, 毛竹林0-10 cm土层土壤易氧化碳的碳素有效率和土壤碳库活度分别下降了26.01%和50.52%, 差异显著(p < 0.05); 10-20 cm土层分别下降了35.51%和54.41%。因此, 施加适当配比的有机肥和无机肥, 有利于土壤中各种有机碳的积累, 也可改善土壤的生物化学活性。     

自然风化过程对赤泥团聚体有机碳组分的影响

以华中地区某氧化铝企业赤泥堆场为研究对象,采集不同时间赤泥堆场(1a,10a,20a)0—20 cm样品,采用物理分组方法,研究自然风化过程对赤泥团聚体有机碳组分的影响。结果发现,赤泥轻组有机碳分配比例随堆存时间的延长呈上升趋势。重组有机碳约占赤泥总有机碳的97.24%—99.11%,以粗颗粒有机碳和矿物结合态颗粒有机碳为主。3种堆存时间(1a,10a,20a)赤泥团聚体颗粒有机碳含量变化范围分别为1.21—1.85、2.62—2.95、3.52—4.15 g/kg。颗粒有机碳含量在2—1 mm粒级赤泥团聚体中最高,随赤泥粒级减小而降低,其中矿物结合态颗粒有机碳分配比例最高,游离态颗粒有机碳分配比例最低。这表明自然风化过程增加了赤泥有机碳组分含量,提高了赤泥中有机碳库的稳定性。     

Effects of precipitation on soil organic carbon fractions in three subtropical forests in southern China

Aims The aim of this study was to investigate the effects of precipitation changes on soil organic carbon (SOC) fractions in subtropical forests where the precipitation pattern has been altered for decades.Methods We conducted field manipulations of precipitation, including ambient precipitation as a control (CK), double precipitation (DP) and no precipitation (NP), for 3 years in three forests with different stand ages (broadleaf forest [BF], mixed forest [MF] and pine forest [PF]) in subtropical China. At the end of the experiment, soil samples were collected to assay SOC content, readily oxidizable organic carbon (ROC) and non-readily oxidizable organic carbon (NROC), as well as soil microbial biomass carbon (MBC), pH and total nitrogen content. Samples from the forest floors were also collected to analyze carbon (C) functional groups (i.e. alkyl C, aromatic C, O-alkyl C and carbonyl C). Furthermore, fine root biomass was measured periodically throughout the experiment.Important findings Among the forests, ROC content did not exhibit any notable differences, while NROC content increased significantly with the stand age. This finding implied that the SOC accumulation observed in these forests resulted from the accumulation of NROC in the soil, a mechanism for SOC accumulation in the mature forests of southern China. Moreover, NP treatment led to significant reductions in both ROC and NROC content and therefore reduced the total SOC content in all of the studied forests. Such decreases may be due to the lower plant-derived C inputs (C quantity) and to the changes in SOC components (C quality) indicated by C functional groups analyses under NP treatment. DP treatment in all the forests also tended to decrease the SOC content, although the decreases were not statistically significant with the exception of SOC and ROC content in PF. This finding indicated that soils in MF and in BF may be more resistant to precipitation increases, possibly due to less water limitations under natural conditions in the two forests. Our results therefore highlight the different responses of SOC and its fractions to precipitation changes among the forests and suggest that further studies are needed to improve our understanding of SOC dynamics in such an important C sink region.