辽东山区次生林生态系统主要林型穿透雨的理化性质

2008年7-9月,测定了辽东山区次生林生态系统5种主要林型（落叶松人工林、花曲柳林、杂木林、红松人工林和蒙古栎林）中穿透雨和林外雨的理化性质.结果表明：与林外雨相比,5种林型穿透雨均出现明显的酸化(P＜0.05),其酸化程度为：红松林＞落叶松林＞杂木林＞蒙古栎林＞花曲柳林;各林型的穿透雨电导率和总溶解固体含量显著升高 (P＜0.05),为蒙古栎林＞花曲柳林＞落叶松林＞杂木林＞红松林;穿透雨的溶解氧浓度显著降低(P＜0.05),为红松林＞杂木林＞花曲柳林＞蒙古栎林＞落叶松林;穿透雨中Cl^-浓度较林外雨明显升高,为落叶松林＞蒙古栎林＞杂木林＞花曲柳林＞红松林;花曲柳林、蒙古栎林和杂木林穿透雨中NO₃^-浓度均高于林外雨,而落叶松林和红松林NO₃^-浓度低于林外雨.     

广西亚热带主要林型的树干茎流

１９８０～１９９１年对广西亚热带主要林型的树干茎流进行定位观测,结果表明：广西亚热带主要林型的年树干茎流量为６．２～６６．７ｍｍ,分别占林外降雨量０．５～３．３％;不同林型的年树干茎流率显示阔叶林或针阔叶混交林（占１．７～３．３％）大于针叶林（占０．５～１．４％）。树干茎流的大小主要受树皮的吸水性能、树木胸径、树干枝角与冠型结构、降雨量及降雨强度的影响。杉木林树干茎流营养元素的年平均浓度为８．７０７～１４．８４８ｐｐｍ,是林外雨年平均浓度（２．４５３～３．７５３ｐｐｍ）的３．０～６．０倍;是林内穿透雨年平均浓度（５．８６１～１０．４５４ｐｐｍ）的１．４～２．０倍。说明树干茎流具有重要的水文生态功能。     

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

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(P0.05)。(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TNK+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。     

茂兰喀斯特地区森林降水分配的水化学特征

于2007年9月—2009年8月对中国西南茂兰喀斯特地区亚热带常绿落叶阔叶混交林大气降水、林冠穿透雨和树干茎流进行观测,分析了各降水分配中的养分离子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+、SO42-、NO3-、Cl-)浓度动态变化规律及年养分元素输入量。结果表明:7—9月,林外雨、林冠穿透雨和树干茎流中各养分离子浓度相对较低,12月—翌年2月,各降水分配中各养分离子浓度相对较高;降水通过林冠或树干后,除了Na+浓度无显著变化外,NH4+浓度表现下降趋势,Ca2+、Mg2+、K+、Cl-、NO3-和SO42-均表现增加趋势;林外雨的养分元素输入量顺序为Ca2+SO42--SNH4+-NCl-K+Na+Mg2+NO3--N。在林冠穿透雨+树干茎流中的养分元素输入量顺序为K+Ca2+Cl-SO42--SMg2+NH4+-NNO3--NNa+。与非喀斯特地区相比,林外雨中的各养分离子浓度较低,林冠穿透雨、树干茎流中的K+、Ca2+、Mg2+增加幅度较大。总体来看,独特的立地特征决定了该地区Ca2+、Mg2+的积极参与生态系统养分循环和K+高效循环的特征。     

大兴安岭北部兴安落叶松林穿透雨延滞效应

以黑龙江漠河生态站兴安落叶松天然林为研究对象,对林外雨、穿透雨和树干茎流进行定位观测,分析大兴安岭北部兴安落叶松林穿透雨延滞效应.结果表明： 穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占同期降雨总量的76.5%、2.6%和20.9%.降雨发生后,穿透雨与林外雨在产生和终止时间上均存在一定延滞性;随降雨量级增大,穿透雨滞后时间表现出逐渐缩短的趋势,变动范围为（67.8±7.8）～（17.2±3.9） min（穿透雨）和（112.0±38.8）～（48.3±10.6） min（树干茎流）;相同降雨量级下,穿透雨滞后时间随降雨强度增大而逐渐降低,且降雨强度>2 mm·h^-1时延滞时间显著缩短,同时随雨前干燥期的增加而增长,而当雨前干燥期≥48 h时,降雨量则是影响滞后时间的主要因素;降雨终止时,降雨量>5.0 mm,穿透雨终止时间也存在延滞性,且随降雨强度增加而增大,但与雨前干燥期关系不明显;树干茎流终止时间先于林外雨终止时间,且主要与降雨量级有关,降雨量级越小,终止时间越早.     

云南中山湿性常绿阔叶林中降雨对养分淋溶的影响

 作者在云南哀牢山生态站对中山湿性常绿阔叶林进行了定位研究,根据1990～1992年所取得的观测资料,对林外大气降雨,林内雨及树干茎流的养分浓度,养分季节变化及养分贡献进行了分析和讨论,探讨了大气降雨对养分淋溶的影响。结果表明：N、P、K、Ca、Mg浓度在林外降雨、林内降雨及树干流中有很大的差异。其养分浓度和养分输入均为雨季>干季,且养分浓度除林外降雨中N浓度外,均表现树干茎流>林内雨>林外降雨。此外,对降雨和淋溶作用对林地养分物质输入的贡献也进行了分析和讨论。     

冻融期去根处理对小兴安岭6种林型土壤微生物量的影响

春季冻融期,在小兴安岭的阔叶红松(Pinus koraiensis)林、谷地云冷杉(Picea koraiensis-Abies nephrolepis)林、阔叶红松择伐林、白桦(Betula platyphylla)次生林、红松人工林、兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林的去根处理样地和对照样地进行野外取土实验,分析了根去除对上述林型土壤微生物量的影响以及与土壤环境因子的关系。结果表明:冻融循环期间对照样地和去根处理样地的林型、土壤层次、取样时间均显著地影响土壤微生物量碳(MBC)(P0.05),对照样地中各林型的土壤微生物量氮(MBN)差异显著,而去根处理样地中各林型的MBN没有显著差异(P0.05);冻融循环期间去根处理显著地减少了大部分林型及土层(谷地云冷杉林0—10 cm及择伐林外)的MBC,而去根处理对大部分林型及土层(阔叶红松林0—10 cm,谷地云冷杉林和择伐林的10—20 cm除外)的MBN没有显著影响。说明在小兴安岭春季冻融期根系对土壤微生物量的影响不可忽视。     

南亚热带三种主要森林降雨及其再分配过程中的养分差异规律

马尾松林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林是南亚热带鼎湖山地区由演替初期到成熟森林过程的典型代表,对3种林地的降雨量及其再分配过程进行观测,并测定该过程中养分(N、P、K、Ca、Mg)浓度。结果表明,大气降雨经过冠层再分配后,除Ca外,各养分浓度在穿透雨和树干流中都有所增加,树干流增加的幅度更大。穿透雨中Ca元素浓度低于大气降水,这一现象在3种林型均有表现。穿透雨和树干流中养分浓度在演替系列上没有显示出一致的规律,但比较不同演替阶段的输入量可以看出,树干流养分输入量随演替进行呈增加趋势。经过冠层作用后,雨水带来的养分输入量大于凋落物分解输入量,这种现象在马尾松林和混交林尤为明显。表明大气降雨不仅促使养分元素从冠层向地表迁移,而且提供了演替初期植物生长所需的重要养分。     

林冠截持降雨模型的初步研究

通过对林冠截持过程的研究,将单场降雨划分成很多个小的时段,顺序计算各小时段内降雨在林冠内的分配,建立了一个林冠降雨截持模型.模型考虑了冠层和树干干燥度对冠层雨期蒸发的影响,并在计算雨期蒸发时引入冠层叶面积指数、单位林地面积上树干表面积.运用模型对华北落叶松林的降雨截持进行模拟,结果表明,模拟穿透雨与实测穿透雨基本吻合,误差在±1 mm范围内,但在小降雨(＜6 mm)时模拟值偏低;树干茎流量模拟值偏低,茎流模拟相对误差随着降雨量增大而减小.同时模拟了穿透降雨的过程,结果与林内自动气象站实测穿透降雨的过程基本吻合,模拟效果较好.     

北亚热带3种典型森林群落对降水中氮、磷、硫的截留及分配特征

森林群落在净化空气、截留沉降污染物、改善地表水质等方面具有重要作用。本研究以北亚热带地区3种典型森林群落（毛竹林、杉木林、青冈阔叶林）为研究对象,通过分析沉降污染物（NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N、TP和SO₄^2-）在大气降水、林内穿透雨、树干茎流、枯透水和地表径流中的浓度和通量变化特征,探讨不同森林群落对氮、磷、硫的截留净化作用和分配特征。结果表明,该区域大气降水中NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N、TP和SO₄^2-年均浓度分别为1.06、0.61、0.04、0.07、1.84 mg/L,其年均pH为5.88;各森林群落林冠层能够调升降雨的pH且全年稳定,对TP和NH₄⁺-N均有吸附作用,截留率分别为79.09%-84.68%和30.88%-69.36%;而枯落物层则是林下氮、磷、硫的主要释放源,对NH₄⁺-N、NO₃^--N、TP和SO₄^2-均具有淋溶作用;此外,由地表径流（输出）与大气降水（输入）的对比分析可知,各林地对沉降污染物中氮、磷、硫的截留率均超过98%;3种森林群落对沉降污染物中氮、磷、硫的截留能力依次为：青冈阔叶林 > 毛竹林 > 杉木林,阔叶林对沉降污染物的净化能力要高于毛竹林及针叶的杉木林。     

天山林区不同类型群落土壤氮素对冻融过程的动态响应

季节性冻融过程对北方温带森林土壤氮素的转化与流失具有重要影响,但不同类型群落对冻融过程响应的差异尚不明确。通过在林地、草地、灌丛上设置系列监测样地,采用原位培养的方法,利用林冠遮挡形成的自然雪被厚度差异,监测分析了冻融期天山林区不同群落表层土壤(0—15 cm)的氮素动态及净氮矿化速率间的差异。结果表明:(1)不同类型群落土壤的铵态氮(NH+4-N)含量、微生物量氮(MBN)含量基本与土壤(5 cm)温度呈正相关,深冻期林地土壤铵态氮含量低于其他群落类型而硝态氮含量高于其他群落类型;(2)硝态氮(NO-3-N)为天山林区季节性冻融期间土壤矿质氮的主体,占比达78.4%。灌丛土壤硝态氮流失风险较大,融化末期较融化初期灌丛土壤硝态氮含量下降了64.6%;(3)冻融时期对整体氮素矿化速率影响显著,群落类型对氨化速率影响显著;(4)天山林区土壤氮素在冻结期主要以氮固持为主。通过揭示不同类型群落土壤氮素对冻融格局的响应,能够助益于对北方林区冬季土壤氮素循环的认识。     

广州大夫山雨季林内外空气TSP和PM2.5浓度及水溶性离子特征

采用平行同步采样法,于2012年雨季,对广州市大夫山森林公园林内外空气的总悬浮颗粒物(TSP)和细颗粒物(PM_2.5)样品进行了24 h收集,测定了TSP和PM_2.5的质量浓度并分析了样品中水溶性无机离子成分。结果表明:林内外PM_2.5的质量浓度平均值分别为(40.18±10.47)和(55.79±13.01) g/cm³;林内外TSP的质量浓度分别为(101.32 ± 33.19)和(116.61±35.36) g/cm³。林内与林外比,PM_2.5和TSP平均质量浓度都显著减少(P < 0.05),表明森林能显著改善空气环境质量。TSP和PM_2.5中SO₄^2-、Na⁺、NH₄⁺和NO₃^-为水溶性无机离子主要成分,占总离子质量的80%以上,林外这些离子的浓度高于林内(NH₄⁺除外)。这4种离子雨季在空气中的主要存在方式为NaCl、Na₂SO₄、NH₄HSO₄和NH₄NO₃。计算表明,采样期间海盐对大夫山空气TSP和PM_2.5的水溶性组分中Na⁺和Cl^-贡献最大,其它元素主要源自陆地源。林内外TSP和PM_2.5的c(NO₃^-)/c(SO₄^2-)比值在0.3以下,表明固定源是大夫山森林公园空气主要污染贡献者,TSP中c(NO₃^-)/c(SO₄^2-)的比值大于PM_2.5的比值,说明移动源对TSP的贡献大于PM_2.5。     

大兴安岭北部天然针叶林土壤氮矿化特征

采用顶盖埋管法对大兴安岭地区天然针叶林(樟子松林、樟子松-兴安落叶松混交林和兴安落叶松林)土壤铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)、净氮矿化速率进行研究,并探索土壤理化性质与氮矿化之间的相关性,为大兴安岭地区森林生态系统土壤养分管理及森林经营提供帮助。结果表明:观测期内(5—10月)3种林型土壤无机氮变化范围为31.51—70.42 mg/kg,以NH~+_4-N形式存在为主,占比达90%以上,且与纯林相比混交林土壤无机氮含量较高。3种林型土壤净氮矿化、净氨化、净硝化速率月变化趋势呈V型,7、8月表现为负值,其他月份为正值。净氮矿化速率变化范围樟子松林为-0.54—1.28 mg kg~(-1) d~(-1)、樟子松-兴安落叶松混交林为-0.13—0.55 mg kg~(-1) d~(-1)、兴安落叶松林为-0.80—1.05 mg kg~(-1) d~(-1)。土壤净氨化过程在土壤氮矿化中占主要地位,占比达60%以上。3种林型土壤净氮矿化、净氨化及净硝化速率垂直差异显著,0—10 cm土层矿化作用明显高于10—20 cm土层(P0.05)。土壤氮矿化速率与土壤含水量、土壤有机碳含量、土壤C/N、枯落物全氮含量和枯落物C/N均存在显著相关性。不同类型的森林土壤及枯落物的质量也存在差异,进而影响土壤氮矿化特征。     

Forest floor-mineral soil interactions in the internal nitrogen cycle of an old-growth forest

Seasonal patterns and annual rates of N inputs, outputs, and internal cycling were determined for an old-growth mixed-conifer forest floor in the Sierra Nevada Mountains of California. Rates of net N mineralization within the forest floor, and plant N-uptake and leaching of inorganic N from the forest floor were 13, 10, and 9 kg-N ha^-1 yr^-1, respectively. The Mediterranean-type climate appeared to have a significant effect on N cycling within this forest, such that all N-process and flow rates showed distrinct seasonal patterns. We estimated the forest floor supplies less than one-third of the total aboveground plant N-uptake in this forest. The rate of net nitrification within the forest floor was always low (1 kg-NO₃ ^--N ha^-1 30d^-1). Mean residence times for organic matter and N in the forest floor were 13 and 34 years, respectively, suggesting that this forest floor layer is a site of net N immobilization within this ecosystem. We examined the influence of the forest floor on mineral soil N dynamics by injecting small amounts of¹⁵N-enriched (NH₄)₂SO₄ solutions into the surface mineral soil with the forest floor present (+FF) or removed (-FF). K₂SO₄-extractable NO₃ ^--N, total inorganic-N, and total-N pool sizes in the mineral soil were initially increased after forest floor removal (after 4 months), but NO₃ ^--N and total inorganic-N were not significantly different thereafter. Microbial biomass-N and K₂SO₄-extractable total-N pool sizes were also found to be larger in mineral soils without a forest floor after 1 and 1.3 years, respectively. Total¹⁵N-recovery was greater in the +FF treatment compared to the -FF treatment after 1-year (about 50% and 35%, respectively) but did not differ after 1.3 years (both about 35%), suggesting that the forest floor delays but does not prevent the N-loss from the surface mineral soil of this forest. We estimated using our¹⁵N data that fungal translocation from the mineral soil to the forest floor may be as large as 9 kg-N ha^-1 yr^-1 (similar in magnitude to other N flows in this forest), and may account for all of the observed absolute increase of N in litter during the early stages of decomposition at this site. Our results suggest that the forest floor acts both as a source and sink for N in the mineral soil.     

川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征

草地沙化是我国最严重的环境问题之一,但关于草地沙化过程中氮素变化特征的研究报道多集中于干旱半干旱地区,而半湿润地区的相关报道还比较缺乏。通过野外调查,研究了川西北半湿润地区高寒沙质草地沙化过程中土壤氮素变化特征。结果表明,草地沙化对0—100cm土层土壤氮素具有显著影响,全氮、碱解氮、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和微生物量氮(MBN)均呈现极显著下降的变化特征,极度沙化阶段较未沙化阶段分别减少了73.95%、77.72%、76.75%、79.77%和84.12%。其中,0—20cm土层变化最显著,全氮、碱解氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和MBN含量分别减少了86.43%、83.52%、82.11%、88.82%和91.77%。随着土层深度增加,不同程度沙化草地土壤氮素含量及其变化量逐渐减少;草地沙化过程中,不同沙化阶段土壤氮素损失数量不尽相同,其中,以轻度沙化阶段氮素损失最严重,全氮、碱解氮、NH_4~+-N、NO-3-N和MBN含量分别降低了41.18%、35.17%、46.74%、43.46%和46.88%。草地沙化过程中,土壤全氮、碱解氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和MBN含量与土壤粉粒、粘粒含量和植被群落盖度均呈极显著正相关特征,与土壤沙粒含量呈极显著负相关特征。研究区土壤氮素损失与风蚀选择性吹蚀土壤粉粒、粘粒及地表植物覆盖状况逐渐变差密切相关,因此该区域治沙的关键是采取措施降低风蚀对地表土壤吹蚀作用,提高沙化草地地表植被覆盖。同时,还应及时对沙化前期阶段及潜在沙化的草地进行生态治理,从而避免草地沙化继续恶化。     

树干径流对梭梭"肥岛"和"盐岛"效应的作用机制

为探明荒漠灌木个体周围土壤养分和盐分的空间分布及其成因,以荒漠灌木梭梭(Haloxylon ammodendron Bge.)为研究对象,对其周围土壤pH值,电导率,有机碳,全氮和有效磷的空间异质性以及树干径流的化学性质进行了研究。结果表明:树干周围出现显著的"肥岛"效应,且土壤有机碳,全氮和有效磷的"肥岛"作用范围发生在距主根大约20—40 cm以内。土壤pH值和电导率在主根周围25 cm以内的值却显著低于外围,而在离主根25 cm处出现了"盐岛",即在梭梭主根中心形成了一种高养分、低盐和低pH值的环境。树干径流和自然降雨化学性质的对比研究表明:除pH值和CO23-外,树干径流中其他化学离子的含量均显著高于自然降雨中的含量,说明这种高养分、低盐分的环境是由树干径流引起的,也就是树干径流带给土壤养分的同时将盐分带走。     

Effects of macro elements and nitrogen source on adventitious root growth and ginsenoside production in ginseng (Panax ginseng C. A. Meyer)

We investigated the effects on ginseng adventitious root growth and ginsenoside production when macro-element concentrations and nitrogen source were manipulated in the culture media. Biomass growth was greatest in the medium supplemented with 0.5-strength NH₄PO₃, whereas ginsenoside accumulation was highest (9.90 mg g^-1 DW) in the absence of NH₄PO₃. At levels of 1.0-strength KNO₃, root growth was maximum, but a 2.0 strength of KNO₃ led to the greatest ginsenoside content (9.85 mg g^-l). High concentrations of MgSO₄ were most favorable for both root growth and ginsenoside accumulation (up to 8.89 mg g^-1 DW). Root growth and ginsenoside content also increased in proportion to the concentration of CaCI₂ in the medium, with the greatest accumulation of ginsenoside (8.91 mg g^-1 DW) occurring at a 2.0 strength. The NH₄/NO₃ ^-- ratio also influenced adventitious root growth and ginsenoside production; both parameters were greater when the NO₃ ^- concentration was higher than that of NH₄ ⁺. Maximum root growth was achieved at an NH₄ ⁺/NO₃ ^- ratio of 7.19/18.50, while ginsenoside production was greatest (83.37 mg L^-1) when NO₃ ^- was used as the sole N source.     

氮素类型和剂量对寒温带针叶林土壤N2O排放的影响

大气氮沉降输入会增加森林生态系统氮素有效性,进而改变土壤N_2O产生与排放,然而有关不同氮素离子(氧化态NO_3~--N与还原态NH_4~+-N)沉降对土壤N_2O排放的影响知之甚少。以大兴安岭寒温带针叶林为研究对象,构建了3种类型(NH_4Cl、KNO_3、NH_4NO_3)和4个施氮水平(0、10、20、40 kg N hm~(-2)a~(-1))的增氮控制试验,利用流动化学分析仪和静态箱-气相色谱法4次/月测定凋落物层和矿质层土壤无机氮含量、土壤-大气界面N_2O净交换通量以及相关环境因子,分析施氮类型和剂量对土壤氮素有效性、土壤N_2O通量的影响探讨氮素富集条件下土壤N_2O通量的环境驱动机制。结果表明:施氮类型和剂量均显著影响土壤无机氮含量,土壤NH_4~+-N的积累效应显著高于NO_3~--N。施氮一致增加寒温带针叶林土壤N_2O排放,NH_4NO_3促进效应最为明显,增幅为442%-677%,高于全球平均水平(134%)。土壤N_2O通量与土壤温度、凋落物层NH_4~+-N含量正相关,且随着施氮水平增加而增加。结果表明大气氮沉降短期内不会导致寒温带针叶林土壤NO_3~--N大量流失,但会显著促进土壤N_2O的排放。此外,外源性NH_4~+和NO_3~-输入对土壤N_2O排放的促进作用具有协同效应,在未来森林生态系统氮循环和氮平衡研究中应该区分对待。