鼎湖山季风常绿阔叶林大气降雨、穿透雨和树干流的养分特征研究

对鼎湖山季风常绿阔叶林大气降雨、穿透雨和树干茎流中的5种养分元素K、Ca、Mg、N、P进行了测定,结合水量分配规律,研究了森林降雨过程中养分在水相中的含量变化特征和输入规律。结果表明：(1)所有离子浓度均为大气降水<穿透雨<树干流,且增幅较大,而平均浓度以K+和总氮(TN)含量最高;总磷(TP)、磷酸盐(HPO42-)、总有机磷(TOP)含量均最低。(2) 大气降雨中的离子平均浓度中以总有机氮(TON)的变异系数最大,为1.282;最小的是NO3-(0.502);穿透雨中变异系数最大的是TOP(2.357);最小的是TN(0.621)。树干流中各养分元素浓度与树种的相关性不显著(P>0.05)。(3) 季风常绿阔叶林树干流和穿透雨各养分对森林土壤的年输入量为TN>K+>Ca2+>Mg2+>TP,树干流和穿透雨对森林土壤层Ca2+的输入大于凋落物分解输入。因此,大气降雨是养分从林冠层转移到土壤层的重要因素。     

鼎湖山季风常绿阔叶林小气候特征分析

阐述了鼎湖山季风常绿阔叶林小气候特征与空旷地的差异 ,并分析了这些差异产生的原因。结果表明 :季风常绿阔叶林冠层顶部的太阳总辐射量年平均为 3488.8MJ·m- 2 ,由辐射强度和辐射总量计算出的反射率分别为 1 0 .5%、1 1 .4% ,年平均气温为 1 9.9℃ ,此 3项都比空旷地低 ,而年平均相对湿度高于空旷地 ,其值为 87% ;季风常绿阔叶林年蒸散力为987.50 mm,湿润指数为 0 .96;季风常绿阔叶林土壤表层温度日变化不及空旷地显著 ;无论是季风常绿阔叶林 ,还是空旷地 ,土壤温度在春、夏季节自上而下逐步降低 ,在秋、冬季节自上而下逐步升高。     

鼎湖山季风常绿阔叶林死木生物量及其特征

采用永久样地生物多样性长期监测的方法,综合标准木树干解析和回归分析方法,研究了鼎湖山季风常绿阔叶林死木的生物量及其特征;并根据死木特征和样地资料分析了该群落的种群动态。据１ｈｍ＾２面积样地每木调查,２ａ内死木的总株数为１７１株。这些死木隶属于３２种,占样地每木调查植物种数（８５种）的３７．６％,死木中以乔木和乔木幼树占绝大多数,灌木只有８种,这些死木多位于乔木第３亚层和灌木、幼树层。死木生物量年平     

鼎湖山季风常绿阔叶林物种多样性指数空间分布特征

生态学模式和生态学过程都具有尺度效应,研究取样尺度与物种多样性之间的关系,探索物种多样性空间分布的内在机制有助于更好地理解植物群落结构及其组织方式.作者研究了鼎湖山季风常绿阔叶林20 ha样地中Simpson指数、Shannon-Weiner指数和Pielou均匀度指数在空间上的分布特征及其与取样尺度的关系,并采用方差和变异系数描述它们的空间变异特征.结果表明,这3种指数均表现出较强的区域性分布特征,且这种区域性特征与取样尺度有关.它们的方差随尺度的增加都表现出单峰分布的特征,在80 m×100 m尺度上达到最大值;而变异系数则随尺度的增加而减小,其中Shannon-Weiner指数和Pielou均匀度指数在＜20 m×25 m尺度上,其变异系数急剧减小,之后则较为平缓.本研究结果表明在分析鼎湖山季风常绿阔叶林20 ha样地物种多样性时应考虑尺度效应和取样区域.     

鼎湖山季风常绿阔叶林木本植物个体死亡动态

采用永久样地生物多样性长期监测的方法,在对1hm^2永久样地DBH≥1cm的植物进行4次测定的基础上,研究了鼎湖山季风常绿阔叶林植物个体死亡的动态及其成因,并对不同物种和不同径级植物死亡率的格局差异进行了分析。结果表明,从1992年到2004年,12a内该样地DBH≥1cm的植物共死亡2411株,为该样地现有活立木的69．34％。共有92种木本植物发生了个体死亡,占样地108种木本植物的85．19％,其中乔木70种,灌木22种;年平均死亡株数呈直线上升;死亡涉及木本植物种数也呈上升趋势;样地内种群数量最多的云南银柴（Aporosa yunnanensis）和柏拉木（Blastus cochinchinensis）死亡株数也最多（分别为445株和440株）,分别占所有死亡株数的18．46％、18．25％;优势树种黄果厚壳桂由于受虫害的影响,种群死亡率达90．83％;小径级树木死亡较多,其中DBH≤5cm死亡株数占样地死亡总株数的79．22％。自疏作用、灾害性天气、虫害和人为干扰直接影响到样地内植物个体的死亡动态。     

鼎湖山季风常绿阔叶林凋落物层化学性质的研究

研究了鼎湖山自然保护区内季风常绿阔叶林林下凋落物层现存量及其化学性质,研究结果表明：１）林下凋落物现存量与年凋落物总量相当,分别为８．７４和８．８４（７～１１）ｔｈｍ－２,系统养分循环速率参数为０．９９,循环强度强烈,说明枯枝落叶分解快,养分周转快;２）营养元素在凋落物层中的含量分布格局为：Ｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ元素未分解层（Ｌ层）＞半分解层（Ｆ层）＞已分解层（Ｙ层）,Ｐ、Ｋ、Ｆｅ则是Ｙ层＞Ｆ层＞Ｌ层;３）元素贮量（ｋｇｈｍ－２）,Ｎ１０２．０８,Ｐ４．３３,Ｋ４８．９４,Ｃａ１７．３８,Ｍｇ１０．４３,Ｆｅ５４．８７,Ｍｎ１．８０,在各亚层中的分布有Ｌ层＞Ｆ层＞Ｙ层（Ｎ、Ｐ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ）,Ｙ层＞Ｆ层＞Ｌ层（Ｋ、Ｆｅ）;４）有机物质含量和贮量均为Ｌ层＞Ｆ层＞Ｙ层;５）林下凋落物的分解过程是一个养分释放过程,这一过程和营养元素及有机物质在各亚层的分布格局对林木生长极为有利。体现了作为顶极群落的季风常绿阔叶林生态系统本身在养分循环和利用效率的优越性。     

鼎湖山季风常绿阔叶林黄果厚壳桂群落植物元素含量特征

研究鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林黄果厚壳桂群落元素含量特征 ,分析了其中 9个种不同器官的 6种元素含量 ,结果表明 :1 )群落中植物不同器官的元素含量大小为 ,N:叶 >皮 >根 >枝 >茎 ,P:叶 >枝、皮 >根 >茎 ,K:叶 >皮 >枝 >根 >茎 ,Ca:皮 >叶 >枝 >根 >,Mg:叶 >皮 >根 >枝 >茎。 2 )椎栗、黄果厚壳桂、鼎湖钓樟和双盖蕨是群落中含 N量较高的种 ;椎栗、云南银柴和双盖蕨含 P量较高 ;各个种的含 K量相似。 3)养分含量表现出一定的层次性差异 ,上层种叶子含 P量高于下层种 ,但含 K量区别不显著。上层种茎 N、P、K含量显著低于下层种。黄果厚壳桂种群 ,其不同层次个体养分含量没有统计上的显著差异 ,但下层个体茎养分高 ,上层个体茎养分低。 4)群落不同元素间具有许多显著相关的元素对 ,其中 N与其它元素的相关性最大 ,其次是 Mg、P,再次是 K,而 Na不与其它任何元素相关 ,Ca相关性很少。从器官角度看 ,茎所含相关元素对最多 ,而枝、皮最少。     

鼎湖山季风常绿阔叶林粗死木质残体的研究

在3次样地调查的基础上对鼎湖山季风常绿阔叶林内粗死木质残体的贮量、输入量进行了研究,并通过比较林窗范围内土壤养分含量,初步评述了粗死木质残体在森林生态系统养分循环中的作用。研究结果表明:1)季风常绿阔叶林粗死木质残体的贮量为25.278t·hm~(-2),立木、倒木、大枝所占的比例分别为32.02％、49.62％和18.36％;2)1994～1999年间群落的死亡率为24％·a~(-1),死亡个体以胸径小于5cm的为主,粗死木质残体的平均输入量为4.128t·hm~(-2)·a~(-1);3)倒木主体所在的样方土壤有机质和速效钾的含量较高。     

鼎湖山季风常绿阔叶林土壤有机碳和全氮的空间分布

运用地统计学分析方法,研究了2010年鼎湖山季风常绿阔叶林中土壤有机碳和全氮含量的空间分布特征.结果表明:在鼎湖山季风常绿阔叶林,土壤有机碳和全氮含量存在着较显著的空间自相关性,其空间异质性分别占总空间异质性的93.6%和53.7%,且土壤有机碳与土壤全氮空间分布特征的异质性一致.林地土壤碳、氮存在传统统计学上的线性相关,同时也具有景观层次上的空间自相关性.指数模型拟合结果表明,在17.4 m小尺度范围内,土壤有机碳存在空间自相关性.     

亚热带常绿阔叶林和杉木人工林茎流与穿透雨的养分特征

亚热带常绿阔叶林和杉木人工林树干茎流和穿透雨养分含量均表现季节动态变化。养分含量中,K^ 、Ca^2 、NO3%-浓度高,Na^ 、Mg^2 居中,HPO4^2-含量低,相对于林外雨,养分均出现富集化,但树干茎流养分富集化高于穿透雨。树干茎流出现强烈的酸化,而穿透雨酸化现象不明显。树种之间的茎流养分特征表现不一样,樟树和枫香总的养分浓度较高,其次为刨花楠,最后为青冈和红栲。     

1992-2015年鼎湖山季风常绿阔叶林群落结构动态

季风常绿阔叶林是中国南亚热带地区的地带性植被, 其群落结构及其动态变化直接影响着该森林能为该地区提供的生态系统服务功能质量。该文利用1992-2015年共24年的长期定点监测数据, 从群落种类组成、生物量、径级、密度等数量特征方面研究了鼎湖山季风常绿阔叶林群落结构的动态变化。结果表明: 1)到2015年该森林群落林分个体密度增加了42.7%, 总生物量减少了5.1%; 24年间基于生物量的β多样性指数群落差异为37.4%, 基于个体数的差异则高达65.6%; 2)灌木和小乔木的个体数剧增, 生物量增大, 中乔木和大乔木的个体数变化虽不显著, 但生物量显著降低; 3)小径级(胸径<15 cm)个体数呈显著增加趋势, 其他径级个体数也有显著变化, 但各径级生物量变化基本不显著; 4)香楠(Aidia canthioides)、鼎湖血桐(Macaranga sampsonii)、柏拉木(Blastus cochinchinensis)等物种个体数急剧增加, 锥(Castanopsis chinensis)、木荷(Schima superba)、黄果厚壳桂(Cryptocarya concinna)等树种生物量大量减少, 白颜树(Gironniera subaequalis)、窄叶半枫荷(Pterospermum lanceifolium)等树种生物量增加, 这些物种是群落结构变化的主要贡献者。鼎湖山季风常绿阔叶林群落结构在1992-2015年发生了巨大变化, 与演替、虫害和气候变化等影响有关。     

鼎湖山季风常绿阔叶林凋落叶分解与土壤动物群落动态和多样性

2001年12月~2002年12月,采用不同孔径分解凋落叶样袋法,对鼎湖山季风常绿阔叶林3类凋落叶的分解进行了研究,并对落叶分解过程中凋落叶袋内和袋下土样中的土壤动物群落和多样性进行了调查。结果表明,3种孔径袋内凋落叶的分解速率为大孔>中孔>微孔;混合凋落叶的分解速率大于单种凋落叶;蜱螨目在凋落叶分解的整个过程中相对数量都较高,弹尾目在凋落叶的分解过程中在凋落叶袋和土壤间移动,数量变化较大。凋落叶袋内大、中型土壤动物的个体数量在分解前期较多,中、小型土壤动物在分解的中期数量剧增;凋落叶袋内土壤动物的个体数量、密度以及多样性指数都随着落叶的分解而增加,9月最高;土壤样内则在分解的前期较高,以后逐渐降低。凋落叶的分解和土壤动物群落动态及多样性受凋落叶基质质量以及样地温度、降雨量等综合因素的影响。     

模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响

通过在鼎湖山季风常绿阔叶林(季风林)进行野外模拟酸雨试验,对不同酸雨强度处理下的林地土壤呼吸速率进行原位测定,探讨酸雨对南亚热带森林土壤呼吸的初期影响。结果表明:在两年的测定周期内,4个酸雨水平:CK(pH值4.5左右的天然湖水)、T1(pH值4.0)、T2(pH值3.5)和T3(pH值3.0)处理下的年平均土壤呼吸速率分别为(3.07±0.08)、(3.06±0.17)、(2.78±0.29)和(2.56±0.08)μmol·m~(-2)·s~(-1),其中T3处理显著低于CK和T1处理(P0.05),说明模拟酸雨抑制了季风林土壤呼吸。这种抑制作用大体上随处理时间的延长而逐渐显著,处理间的差异只在测定周期的第二年达到显著水平,且抑制作用的差异显著性只出现在湿季(P0.05)。模拟酸雨对土壤呼吸的抑制作用可能与其胁迫下土壤酸化而导致土壤微生物异养呼吸及凋落物CO_2释放量下降有关。表现为模拟酸雨导致土壤pH值降低,使得土壤酸化加剧;降低了土壤微生物量碳、氮含量,抑制了微生物活性;提高了凋落物质量残留率,抑制了凋落物分解。还与土壤呼吸结果相对应,上述指标对模拟酸雨的响应也大体上随处理时间的延长而逐渐显著。另外,土壤呼吸温度敏感系数Q_(10)值随处理pH值降低有下降的趋势,表明酸雨处理在一定程度上降低了土壤呼吸的温度敏感性。     

鼎湖山季风常绿阔叶林不同生境蕨类植物的叶片功能性状研究

为了解不同生境中蕨类植物的叶片功能,对鼎湖山季风常绿阔叶林中的6种优势蕨类植物的比叶面积、光合速率、元素含量、构建成本和水分利用效率等叶片性状进行了测定,研究了它们对环境的适应性。研究结果表明,两种附生蕨类(江南星蕨和崖姜蕨)的叶片具有较低的比叶面积(SLA)和光合速率(Aarea),较高的构建成本(CCarea)和碳同位素比率(?13C)。而两种林下土生蕨类(扇叶铁线蕨、桫椤)具有较高的Aarea和较低的?13C。生长在岩石基质上的中华里白具有最高的养分利用效率和较高的?13C。生长在溪流边的薄叶卷柏具有最高的SLA,最低的CCarea和?13C。这些揭示了蕨类植物叶片性状与生境之间具有紧密的相关性。由于附生蕨类的叶片具有高的能量投资和低的光合速率,对环境变化的适应能力弱,附生蕨类可能面临较大的生存压力。     

鼎湖山退化马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林土壤全磷和有效磷的比较

土壤全磷和有效磷浓度的变化随林型和季节不同而异,总的来说,其大小顺序为:季风常绿阔叶林> 混交林>马尾松林(林型);夏季>冬季>春季>秋季(季节),有效磷浓度为:秋季>春季>冬季>夏季(季 节)。收割林下层和凋落物这种人为干扰活动对土壤全磷含量的影响不明显,但对土壤有效磷含量具有显著 的影响。在试验开始时(1990年5月),土壤全磷和有效磷浓度在马尾松林保护样地(停止人为干扰)和处理样 地(按当地习惯继续收割林下层和凋落物)间的差异均不显著。经七年多的试验后,土壤全磷浓度在保护样地 和处理样地间仍十分相似,但土壤有效磷浓度在保护样地显著高于处理样地,说明保护样地在停止人为干扰 后相对于继续受干扰的处理样地其林地条件得到了改善,从而使土壤有效磷含量也得到提高。只要停止人为 干扰,鼎湖山退化马尾松林土壤有效磷供应力是可以自然恢复到季风常绿阔叶林的水平。     

鼎湖山季风常绿阔叶林某些沉积元素转移过程中的浓度分析

对鼎湖山大气降水、季风常绿阔叶林林冠穿透水、土壤水(30cm和80cm深)以及溪水中某些沉积元素进行了系统连续的观测研究,从沉积元素的转移过程阐明了鼎湖山自然保护区和季风常绿阔叶林所承受的环境压力,通过分析沉积元素在这些水文学过程中的浓度变化和相互联系,试图揭示该生态系统相应功能过程变化的规律。得到如下结果：(1)大气降水中的Pb含量远远高于穿透水、土壤水(30cm和80cm深)以及溪水中的含量,随着水分由输入向输出流动,Pb的浓度逐渐降低;(2)在大气降水、林冠穿透水、土壤水(30cm和80cm深)以及溪水中,Al离子的浓度逐步增加;(3)除Pb外,所有其他元素(Al、Mn、sr、Mg、Na、K和Ca)在土壤溶液中的浓度都高于5个水文过程的平均值;(4)Mn、K、Ca的输入和输出的浓度都不高;(5)Na和Mg在土壤水和溪水中的浓度超过5个水文过程的平均值。这表明：(1)鼎湖山的大气具有高浓度的Pb含量,而且Pb在季风常绿阔叶林系统中处于一个持续的积累过程;(2)酸性降水不仅活化了土壤中的Al元素,对各个水文学过程中的离子浓度也有增大的作用;(3)Na和Mg在当前的大气环境下有可能加速地从季风常绿阔叶林生态系统中淋洗出来。总之,由于酸雨和大气污染的影响,鼎湖山森林生态系统将处于不稳定状态。     

鼎湖山季风常绿阔叶林水相沉积元素分布及其相关性研究

2001年2月~ 2002年3月在鼎湖山季风常绿阔叶林对大气降水、穿透水、土壤水 (30和 80cm层 ) 和溪水中的沉积元素进行监测, 拟通过不同水相元素浓度的比较及相关关系分析, 揭示系统的营养循环功能状况以及对区域化学条件变化的响应, 阐明因素在环境中的迁移转化规律。结果表明 :林冠与大气间强烈的相互作用, 极大地提高穿透水中Mn2 + 、Sr2 + 、K+ 、Mg2 + 、Ca2 + 浓度。水与土壤作用后, 极大地提高水相中Al3 + 的浓度。 30cm土壤溶液和溪水中的Al3 + 浓度分别是大气降水 (0.32 9mg·L-1) 的 4.8和 3.7倍。溪水中的Al3 + 主要来源于土壤的淋溶。大气降水平均Pb2 + 浓度为 0.0 6 2mg·L-1, 存在着一定程度的Pb2 + 污染, 其浓度分别是穿透水和溪水的 5倍和 10倍。林冠吸收和土壤过滤吸附是森林生态系统净化Pb2 + 等重金属污染物的主要过程。大气降水、穿透水、土壤水和溪水中Na+的浓度逐步增加, 但增幅不大。元素浓度的变异系数在 5 1.1%~ 2 36.7%之间。水相中的离子浓度与雨量有关, 大气降水、穿透水、土壤水中的沉积元素浓度大部分是干季大于湿季, 而溪水中是干季小于或近等于湿季。元素相关分析发现, 与元素Mg相关的元素最多, 穿透水所含相关元素对最多, 不同水相间元素相关状况差异与其元素的来源和外部环境条件有关系。Pb与金属元素Al、Mn在大气降水中极显著相关, Mn_Al、Mn_Mg、Mg_K在所有水相中显著相关, Al_Sr、Mn_Sr、Ca_K、Ca_Mg在除溪水外的所有水相中显著相关, Na_K、Na_Mg在除大气降水外的所有水相中显著相关, 而Pb_Na、Pb_K在所有水相中都无相关关系。结果说明, 季风常绿阔叶林系统已经遭受一定的外界环境压力, 但是其物质循环功能依然稳定。