土壤易氧化有机碳对西双版纳热带森林群落演替的响应

土壤易氧化有机碳（Readily oxidizable carbon,ROC）作为土壤中易被氧化且活性较高的有机碳,能够敏感反映群落植被环境与土壤环境的早期变化。为探明土壤ROC时空变化对热带森林次生演替的响应,以西双版纳热带森林不同次生演替阶段（白背桐群落、野芭蕉群落与崖豆藤群落）为研究对象,采用高锰酸钾氧化法测定并分析土壤ROC时空动态特征,探究这些变化与土壤微生物量碳及理化性质之间的相互关系。结果表明：（1）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量存在显著差异,其大小顺序为：野芭蕉群落（11.38 mg/g） > 崖豆藤群落（10.5 mg/g） > 白背桐群落（9.72 mg/g）;（2）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量的月份变化趋势基本一致,均表现为6月显著高于12月,且各月份间差异显著;（3）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量随着土层深度增加而递减,且不同土层间差异显著;（4）土壤有机碳、微生物量碳、全氮、水解氮和铵态氮显著影响土壤ROC含量的时空变化,而pH值与土壤ROC显著负相关。因此,土壤ROC对西双版纳热带森林群落演替具有敏感的响应,土壤总有机碳、微生物量碳、全氮、水解氮、铵态氮及pH是土壤ROC时空变化的主控因素。     

土壤碳库积累与分配对热带森林恢复的响应

为探明土壤有机碳沉积对热带森林恢复的响应过程与机理,选取西双版纳处于不同恢复阶段的热带森林类型(前期的白背桐群落、中期的崖豆藤群落、后期的高檐蒲桃群落)为研究对象,探讨土壤有机碳库各组分积累与分配(微生物量碳储量/总有机碳储量、易氧化有机碳储量/总有机碳储量、惰性有机碳储量/总有机碳储量)的时空变化规律,分析乔木与林下物种的丰富度和多样性、土壤温湿度、容重、pH及氮库(全氮、水解氮、铵氮、硝氮)对土壤有机碳库组分积累与分配的影响。结果表明:(1)热带森林恢复显著促进土壤碳库各组分的蓄积(P<0.05),相较于恢复前期,恢复中后期土壤总有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳储量增幅达9.25%-50.84%;恢复促进了土壤微生物量碳和易氧化有机碳的分配(8.98%-25.36%)(P<0.05),但对惰性有机碳分配无显著影响;(2)不同恢复阶段热带森林土壤碳组分积累与分配的时空变化存在一定的差异。其中上述4种碳组分积累最大值均出现在6月、垂直变化均沿土层递减;土壤易氧化有机碳和微生物量碳分配最大值出现在6月、惰性有机碳分配则在12月最大,易氧化有机碳和微生物量碳分配沿土层递减、惰性有机碳分配无显著垂直变化;(3)土壤微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳的储量在土壤碳库储量的分配占比分别维持在2.40%-5.00%、18.22%-39.34%、18.50%-26.55%,土壤有机碳组分对总有机碳储量变化的解释率表现为:微生物量碳(83.71%)>惰性有机碳(82.17%)>易氧化有机碳(78.54%);(4)相较于恢复初期,恢复后期乔木与林下物种丰富度和Shannon多样性提升了42.78%-490.82%,氮库(全氮、水解氮、铵氮、硝氮)含量仅提升了12.73%-25.51%;(5)冗余分析表明,林下物种丰富度、温湿度、水解氮是影响土壤有机碳组分积累的主要驱动因子,而乔木香农多样性、湿度、容重则是影响土壤有机碳库组分分配的主控因子。因此,西双版纳热带森林恢复进程显著促进了土壤有机碳库组分积累与分配,影响程度取决于样地林下物种丰富度、乔木香农多样性、土壤温湿度、容重与水解氮的状况。     

西双版纳热带森林的土壤种子库储量及优势成分

作为西双版纳热带森林土壤种子库生态学系统研究的首次报道,本文采用野外样带取样与萌发实验相结合的方法,探讨了当地１类季节雨林（番龙眼、千果榄仁林）和３类次生森林（山黄麻林、中平树林、半人工林）的土壤种子库储量及其优势成分。结果发现,中平树林和山黄麻林的土壤中蕴藏着十分丰富的种子,在厚度为１０ｃｍ的表层土壤中,它们的种子密度分别高达２９９４５±２２６７粒／ｍ２和２４７４０±２２７５粒／ｍ２。而季节雨林和半人工林土壤种子库中的种子密度仅为５９０５±２０２粒／ｍ２和３３４５±４３８粒／ｍ２。草本植物无论是在种类还是个体数量上都是这几类森林土壤种子库的优势成分,但随着森林演替年龄的增加,其所占比例有所减少。     

热带森林植被生态恢复研究进展

热带森林是地球上生物多样性最高和生态功能最为强大的植被类型之一,在维护全球生态平衡中起着至关重要的作用,同时也为人类社会提供着多种多样的物质资源和生态系统服务。然而热带森林是目前生物多样性消失最快和生态功能退化最为严重的生态系统之一,如何有效地保护现存的热带森林不再进一步退化,以及如何使已经退化的生态系统尽快得到恢复是生态学工作者面临的重要议题。不同方式、规模和强度的干扰对热带林的破坏程度及其以后的恢复过程产生的影响不同。除少数大型自然干扰事件外,采伐、刀耕火种、农业开发用地等人为干扰是造成当前热带森林植被大面积退化的主要原因。多种干扰交互作用、杂草与外来物种入侵、退化植被和土壤状况、残存植被组分及土壤种子库、退化植被周围的景观格局以及全球气候变化等因素都能够影响热带森林植被恢复的速度和方向。基于功能群的研究思想将可能为物种丰富的热带森林植被恢复的研究提供一个全新途径。     

蚂蚁筑巢对高檐蒲桃热带森林群落土壤呼吸的影响

蚂蚁筑巢能够改变热带森林土壤微生物与土壤理化性质的状况,从而对土壤呼吸时间动态产生重要影响。本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为研究对象,采用Li-6400-09便携式土壤呼吸测定仪对蚂蚁筑巢地与非筑巢地土壤呼吸进行测定。研究结果表明:(1)高檐蒲桃群落土壤呼吸呈明显的单峰型季节变化趋势,且土壤呼吸速率蚂蚁筑巢地(4.96μmol CO_2m~(-2)s~(-1))高于非筑巢地(4.42μmol CO_2m~(-2)s~(-1))。(2)土壤温度和土壤水分显著影响土壤呼吸的时间动态(P0.01);蚂蚁筑巢显著改变巢内温度与水分(P0.05),进而影响土壤呼吸动态。土壤温度对土壤呼吸动态的贡献:蚁巢(83.8%—91.8%)大于非巢地(81.2%—83.1%),但由于筑巢地土壤湿度低于非巢地,土壤水分对土壤呼吸动态的贡献率表现为蚁巢低于非筑巢地。(3)蚂蚁筑巢显著增加土壤微生物生物量(P0.05),从而对土壤呼吸速率产生极显著的影响(P0.01)。蚂蚁筑巢引起微生物生物量碳的增加能够解释76.9%—71.1%的土壤呼吸变化。(4)蚂蚁筑巢引起土壤理化性质变化对土壤呼吸产生一定的影响。土壤容重与土壤呼吸速率呈显著负相关;土壤呼吸速率与土壤微生物量碳、有机质、易氧化有机碳、全氮、硝氮和铵氮显著正相关(P0.05或P0.01)。因此,蚂蚁筑巢显著改变土壤微生物(如微生物生物量碳)、土壤物理性质(如土壤温度与水分)、土壤化学性质(如碳和氮养分),进而对热带森林土壤呼吸产生重要影响。     

不同森林恢复类型对土壤微生物群落的影响

为了评价不同森林恢复类型与方式对南方红壤丘陵区退化生态系统土壤微生物群落的影响,借助氯仿熏蒸法、平板涂抹法和BIOLOG检测法,比较研究了4种森林恢复类型土壤微生物的群落特征．结果表明,4种森林恢复类型土壤微生物生物量碳、细菌数量差异显著,2项指标均以天然次生林土壤最高,人工林次之,荒地最差;碳源平均颜色变化率(AWCD法)和微生物代谢多样性指数(丰富度和多样性)在5种植被类型的土壤中也有明显差异,其趋势与微生物量碳、细菌数量基本相同;天然次生林土壤微生物群落利用碳源的整体能力和功能多样性比人工林和荒地强．相关分析表明,0～20和20～40cm土壤微生物的代谢多样性与根系生物量紧密相关(r=0．933,P<0．05;r=0．925,P<0．05)．自然恢复更有利于改善土壤微生物的结构和功能．     

黄土丘陵区草地土壤微生物C、N及呼吸熵对植被恢复的响应

以野外样地调查和室内分析法研究了黄土丘陵区不同植被恢复年限下草地土壤微生物C、N及土壤呼吸熵的变化.结果表明,土壤微生物量碳明显地随着植被恢复年限的增加而增加.在恢复前23a, 土壤微生物量碳在0～20 cm土层年增加率为24.1%;20～40 cm为104.4%.植被恢复23a后,0～20 cm土层增长率为0.83%,20～40 cm为0.19%.土壤微生物量N表现为在植被恢复的初期略有下降,3a后,开始出现明显增加.0～20 cm土层年增长率为20.14%,20～40 cm为15.11%.在植被恢复23a后,0～20 cm土层的年增长率为0.14%,20～40 cm变化不大.土壤微生物呼吸强度随着恢复年限的增加逐渐加强;土壤呼吸熵随植被封育时间的增加而呈对数降低趋势.土壤呼吸熵(qCO2)在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受植物生长状况影响较小.相关分析表明,土壤微生物量和土壤微生物活性与土壤有机质、碱解氮和粘粒含量显著正相关;与土壤粉粒含量明显负相关;表层土壤pH值对其也有明显影响.草地植被自然恢复过程可增加土壤微生物活性,有利于土壤质量的提高.     

武夷山不同海拔土壤呼吸对变暖和变冷的响应

由于人类活动,我国亚热带地区正面临剧烈的气候变化,这可能对土壤呼吸有潜在影响.本研究选择武夷山国家公园内针叶林(1442 m)和常绿阔叶林(645 m)为对象,通过土柱置换试验模拟变暖(针叶林置换到常绿阔叶林)和变冷(常绿阔叶林置换到针叶林),探讨模拟变暖和变冷对土壤碳过程的影响,测定两个海拔样地的原位和置换处理的微气...     

西双版纳热带森林土壤种子库与地上植被的关系

通过实验研究探讨了西双版纳几类热带森林的土壤种子库与地上植被的关系．结果表明,在森林演替的初期,土壤种子库与地上植被共有的种类和种子储量较多,随着林龄的增大,外来种子的比例逐渐增加,到季节雨林阶段,土壤种子库中的种子大部分为来自群落外的先锋种类．这些种子在郁闭的林冠下很难萌发,一旦森林受到干扰出现林窗或空旷地,这些潜在的种源将迅速萌发,参与植被的恢复或演替     

黄土旱塬区冬小麦不同施肥处理的土壤呼吸及土壤碳动态

依据黄土旱塬区黑垆土上中国科学院长武站长期定位试验 (始于1984年),于2008年3月到6月,测定了冬小麦连作系统中返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期土壤呼吸日变化、生育期变化以及土壤可溶性有机碳(Dissolved organic C, DOC)和微生物量碳(Soil microbial biomass C, MBC),研究了施肥措施对土壤呼吸、DOC和MBC的影响以及土壤呼吸与碳组分之间的关系.研究涉及6个处理:休闲地(F)、不施肥(CK)、有机肥(M)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)和氮磷有机肥(NPM).结果表明,冬小麦连作系统中土壤呼吸的日变化格局呈单峰曲线,最高值出现在12:00左右(拔节期)和14:30左右(成熟期),最小值出现在0:00～3:00之间或6:00左右;冬小麦土壤呼吸速率拔节期最高,其次是灌浆后期,抽穗期最低;不同施肥条件下,各生育期土壤呼吸速率大小顺序:NPM＞M＞NP＞N＞CK＞F.土壤水分亏缺是导致抽穗期和灌浆期土壤呼吸速率降低的重要原因.各施肥处理DOC含量高低顺序为灌浆期＞抽穗期＞成熟期＞返青期＞拔节期;除M,NPM处理MBC含量拔节期＞灌浆期外,各施肥处理MBC含量高低顺序为成熟期＞抽穗期＞灌浆期＞拔节期＞返青期.同一处理不同生育期土壤呼吸速率与DOC,MBC的相关性较低,但同生育期不同施肥处理土壤呼吸与土壤有机碳组分间存在显著的相关性.以F处理土壤呼吸为基础,估算CK、N和NP处理生育期根系对土壤呼吸的平均贡献率依次为36%、45%和54%.     

西双版纳热带次生林中的丛枝菌根调查

对西双版纳热带次生林中13个科的26种植物根系的丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fongii,AMF）侵染情况进行了研究,并从这些植物的根围土壤中分离鉴定了隶属于球囊霉属（Clomus）、巨孢囊霉属（Gigaspora）、盾巨孢囊霉属（Scutellospora）和无梗囊霉属（Acaulospora）的11种丛枝菌根真菌。该地次生林中AMF的孢子密度为13—29个／100g土壤,平均为19个;种的丰富度在4．9之间（平均为6）;平均频度为53．8％;相对多度为3．2％-26．5％;物种多样性指数和均匀度指数分别为0．94和0．93。丛枝菌根的侵染率达到44．8％．57．2％（平均为50．9％）;球囊霉属（Glomus）和无梗囊霉属（Acattlospora）是热带次生林根围土壤中菌根真菌的优势类群。     

川西亚高山森林土壤呼吸和微生物生物量碳氮对施氮的响应

随着全球大气氮沉降的明显增加,将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统。土壤微生物是生态系统的重要组成部分,是土壤物质循环和能量流动的重要参与者。由于生态系统类型、土壤养分、氮沉降背景值等的差异,土壤呼吸和土壤生物量碳氮对施氮的响应存在许多不确定性。而施氮会不会促进亚高山森林生态系统中土壤呼吸和微生物对土壤碳氮的固定?基于此假设,选择了川西60年生的四川红杉(Larix mastersiana)亚高山针叶林为研究对象,通过4个水平的土壤施氮控制试验(CK:0 g m~(-2) a~(-1)、N1:2 g m~(-2)a~(-1)、N2:5 g m~(-2) a~(-1)、N3:10 g m~(-2)a~(-1)),监测了土壤呼吸及土壤微生物生物量碳氮在一个生长季的动态情况。结果表明:施氮对土壤呼吸各指标和土壤微生物碳氮都有极显著的影响,施氮能促进土壤全呼吸、自养呼吸、异养呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增长,施氮使土壤呼吸通量提高了11%—15%,土壤微生物量碳提高了5%—9%,土壤微生物量氮提高了23%—34%。在中氮水平下(5 g m~(-2) a~(-1))对土壤呼吸的促进最显著。相关分析发现,土壤呼吸与微生物生物量碳氮和微生物代谢商极呈显著正相关,微生物量碳氮与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度呈极显著负相关。通过一般线性回归拟合土壤呼吸速率与土壤10 cm温湿度的关系,发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度极显著负相关(P0.001),中氮水平下土壤温度敏感性系数Q_(10)值(7.10)明显高于对照(4.26)。     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林土壤呼吸的季节变化

采用挖壕沟法与红外气体分析法,研究了西双版纳热带季节雨林和人工橡胶林内土壤呼吸包括根系呼吸、异养呼吸的干湿季动态变化.结果表明：季节雨林内土壤呼吸和异养呼吸速率均显著大于橡胶林(P＜0.01),但根系呼吸差异不显著;土壤温湿度是呼吸速率变化的主要影响因子,季节雨林和橡胶林内土壤呼吸和异养呼吸速率均为雨季＞干热季＞雾凉季,但季节雨林内根系呼吸为雨季＞雾凉季＞干热季,而橡胶林内为雾凉季＞雨季＞干热季;季节雨林内根系呼吸对土壤呼吸的贡献率(29%)小于橡胶林(42%,P＜0.01),而季节雨林内异养呼吸对土壤呼吸的贡献率为71%、橡胶林为58%;当5 cm土壤温度在12 ℃～32 ℃范围内变化时,季节雨林内土壤呼吸及根系呼吸、异养呼吸的Q₁₀值均大于橡胶林,且异养呼吸的Q₁₀值最大而根系呼吸的Q₁₀值最小.     

西双版纳热带山地雨林生物量研究

观测了西双版纳山地气候,建立了山地雨林生物量回归方程,调查了海拔1 100~1 820 m范围5块样地(面积0.16~0.25 hm2)的热带山地雨林生物量。结果表明,海拔1 105和1 610 m的年平均温度分别为20.1和16.6℃,年降雨量分别为1 659和2 011 mm,旱季(11~4月)降雨量分别为295和283mm,年平均相对湿度分别为81%和84%;5块样地生物量变化为256.4~368.6 t.hm-2,平均为312.6t.hm-2,其中乔木占97.1%、木质藤本占1.2%、幼树和灌木占1.3%、草本和幼苗占0.4%;采用热带季节雨林生物量回归方程估计山地雨林生物量,会使得总生物量以及树干和树根生物量高估38.3%~61.5%,树枝生物量低估7.6%~30.8%。可见,西双版纳山地海拔增加导致雨季降雨量增加,山地雨林生物量较热带季节雨林降低32.6%,季节雨林生物量方程不适用于山地雨林。     

Nitrogen addition reduces soil respiration in a mature tropical forest in southern China

Response of soil respiration (CO₂ emission) to simulated nitrogen (N) deposition in a mature tropical forest in southern China was studied from October 2005 to September 2006. The objective was to test the hypothesis that N addition would reduce soil respiration in N saturated tropical forests. Static chamber and gas chromatography techniques were used to quantify the soil respiration, following four‐levels of N treatments (Control, no N addition; Low‐N, 5 g N m^?2 yr^?1; Medium‐N, 10 g N m^?2 yr^?1; and High‐N, 15 g N m^?2 yr^?1 experimental inputs), which had been applied for 26 months before and continued throughout the respiration measurement period. Results showed that soil respiration exhibited a strong seasonal pattern, with the highest rates found in the warm and wet growing season (April–September) and the lowest rates in the dry dormant season (December–February). Soil respiration rates showed a significant positive exponential relationship with soil temperature, whereas soil moisture only affect soil respiration at dry conditions in the dormant season. Annual accumulative soil respiration was 601±30 g CO₂‐C m^?2 yr^?1 in the Controls. Annual mean soil respiration rate in the Control, Low‐N and Medium‐N treatments (69±3, 72±3 and 63±1 mg CO₂‐C m^?2 h^?1, respectively) did not differ significantly, whereas it was 14% lower in the High‐N treatment (58±3 mg CO₂‐C m^?2 h^?1) compared with the Control treatment, also the temperature sensitivity of respiration, Q₁₀ was reduced from 2.6 in the Control with 2.2 in the High‐N treatment. The decrease in soil respiration occurred in the warm and wet growing season and were correlated with a decrease in soil microbial activities and in fine root biomass in the N‐treated plots. Our results suggest that response of soil respiration to atmospheric N deposition in tropical forests is a decline, but it may vary depending on the rate of N deposition.     

Distinct responses of soil respiration to experimental litter manipulation in temperate woodland and tropical forest

Global change is affecting primary productivity in forests worldwide, and this, in turn, will alter long‐term carbon (C) sequestration in wooded ecosystems. On one hand, increased primary productivity, for example, in response to elevated atmospheric carbon dioxide (CO₂), can result in greater inputs of organic matter to the soil, which could increase C sequestration belowground. On other hand, many of the interactions between plants and microorganisms that determine soil C dynamics are poorly characterized, and additional inputs of plant material, such as leaf litter, can result in the mineralization of soil organic matter, and the release of soil C as CO₂ during so‐called “priming effects”. Until now, very few studies made direct comparison of changes in soil C dynamics in response to altered plant inputs in different wooded ecosystems. We addressed this with a cross‐continental study with litter removal and addition treatments in a temperate woodland (Wytham Woods) and lowland tropical forest (Gigante forest) to compare the consequences of increased litterfall on soil respiration in two distinct wooded ecosystems. Mean soil respiration was almost twice as high at Gigante (5.0 μmol CO₂ m^?2 s^?1) than at Wytham (2.7 μmol CO₂ m^?2 s^?1) but surprisingly, litter manipulation treatments had a greater and more immediate effect on soil respiration at Wytham. We measured a 30% increase in soil respiration in response to litter addition treatments at Wytham, compared to a 10% increase at Gigante. Importantly, despite higher soil respiration rates at Gigante, priming effects were stronger and more consistent at Wytham. Our results suggest that in situ priming effects in wooded ecosystems track seasonality in litterfall and soil respiration but the amount of soil C released by priming is not proportional to rates of soil respiration. Instead, priming effects may be promoted by larger inputs of organic matter combined with slower turnover rates.     

海南岛尖峰岭热带山地雨林土壤和凋落物呼吸研究

采用 CI-30 1 PS红外 CO2 测定系统对海南岛尖峰岭热带山地雨林土壤和凋落物的呼吸进行测定结果表明 ,原始林土壤呼吸速率昼夜变化表现为多峰曲线 ,最高峰在 2 0 :0 0 ,在 1 2 :0 0和 4 :0 0～ 6 :0 0出现 2个次高峰 ,平均呼吸速率为1 0 .6 85 3μmol· m- 2· s- 1;更新林土壤呼吸速率变化大 ,平均为 1 4 .75 36 μmol· m- 2· s- 1,高峰主要在 1 3:0 0和 2 :0 0 ;凋落物分解过程在林地 CO2 排放总量中贡献很少 ,仅占 1 .74 1 %～ 2 .831 % ;原始林凋落物 CO2 排放量明显比更新林大 ,而各层的排放比例不一样 ,原始林是 b层 (半分解凋落物及腐殖质层 ) >a层 (未分解凋落物层 ) ,更新林是 b层相似文献   

Beyond hectares: four principles to guide reforestation in the context of tropical forest and landscape restoration

New climate change agreements emerging from the 21st Conference of the Parties and ambitious international commitments to implement forest and landscape restoration (FLR) are generating unprecedented political awareness and financial mobilization to restore forests at large scales on deforested or degraded land. Restoration interventions aim to increase functionality and resilience of landscapes, conserve biodiversity, store carbon, and mitigate effects of global climate change. We propose four principles to guide tree planting schemes focused on carbon storage and commercial forestry in the tropics in the context of FLR. These principles support activities and land uses that increase tree cover in human‐modified landscapes, while also achieving positive socioecological outcomes at local scales, in an appropriate contextualization: (1) restoration interventions should enhance and diversify local livelihoods; (2) afforestation should not replace native tropical grasslands or savanna ecosystems; (3) reforestation approaches should promote landscape heterogeneity and biological diversity; and (4) residual carbon stocks should be quantitatively and qualitatively distinguished from newly established carbon stocks. The emerging global restoration movement and its growing international support provide strong momentum for increasing tree and forest cover in mosaic landscapes. The proposed principles help to establish a platform for FLR implementation and monitoring based on a broad set of socioenvironmental benefits including, but not solely restricted, to carbon mitigation and wood production.