桂西北喀斯特区原生林与次生林凋落叶降解和养分释放

凋落叶降解及养分释放研究对喀斯特生态脆弱区森林生态系统的恢复与重建具有重要指导意义。本文选取桂西北喀斯特区3种原生林与3种次生林进行比较,研究其凋落叶降解与降解过程中的营养元素释放规律以及降解速率的影响因子。结果表明,原生林凋落叶的降解速率略大于次生林。C、N、K元素在前180天释放速率较快,随后趋于稳定。次生林凋落叶总P含量在降解初始阶段呈净积累,随后净释放,而原生林的凋落叶在降解360天后仍呈现P素净积累。相关分析表明,凋落叶降解速率与凋落叶初始总N、木质素含量及木质素:N比值呈负相关,与C:N比呈正相关。综合比较发现,次生林圆叶乌桕(Sapium rotundifolium Hemsl)凋落叶的降解速率与养分释放速率较快,是喀斯特退化土地及植被恢复过程中潜在的优势种和建群种。     

桂西北喀斯特区原生林与次生林凋落物量及其降解

凋落物量及其降解速率在养分循环尤其碳循环中起着至关重要的作用。本文比较了桂西北喀斯特区3种原生林(圆果化香、大叶蚊母树和青檀)与3种次生林(圆叶乌桕、八角枫和黄荆)凋落物量及其降解特征。结果发现,在所有原生林与次生林中,叶凋落量占总凋落物量的80%左右,且与降雨量呈负相关,降雨量最少的旱期凋落物量最大。除大叶蚊母树外,次生林的总凋落物量及养分归还量大于原生林。凋落物降解90d后,大叶蚊母树的质量损失最小,有87.6%未分解。经过1年的降解,质量损失最大的为圆果化香,仅剩余49.5%未降解。圆叶乌桕凋落物含N量最高,降解最快;大叶蚊母树凋落物量最高,降解最慢;而圆叶乌桕凋落物养分含量高,降解速率快。因此,圆叶乌桕是喀斯特区退化土地植被重建与土壤养分修复较好的选择。     

桂西北喀斯特森林植物-凋落物-土壤生态化学计量特征

探明我国西南喀斯特生态脆弱区植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征有助于深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制。该文选取桂西北典型喀斯特地区域3个原生林群落和3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P化学计量学特征及其内在关联。结果表明: 1)圆果化香树(Platycarya longipes)、伞花木(Eurycorymbus cavaleriei)和青檀(Pteroceltis tatarinowii)以及圆叶乌桕(Sapium rotundifolium)、八角枫(Alangium chinense)和黄荆(Vitex negundo) 6种植物的C、N、P平均含量分别为427.5、21.2、1.2 mg·g^-1; 凋落物C、N、P平均含量分别为396.2、12.7、0.9 mg·g^-1, 而表层土壤(0-10 cm) C、N、P平均含量分别为92.0、6.35和1.5 mg·g^-1。2)原生林N再吸收率(平均值为42.7%)高于次生林(平均值为36.5%), P再吸收率(20.4%)显著低于次生林(32.3%) (p < 0.05); 6个森林群落N的再吸收率均大于P的再吸收率。3)不同群落凋落物的C:N值差异不显著, 原生林植物的C:N值小于次生林、土壤C:N显著大于次生林; 原生林土壤C:P与次生林无显著差异, 植物与凋落物C:P小于次生林; 原生林凋落物与土壤N:P值小于次生林, 植物N:P比平均值均为17.4。4)研究区典型森林群落植物中N和P含量呈显著的正相关关系, 植物C:N与N:P、C:P与N:P比值均无明显相关关系; 经过对数变换后的土壤C:N与N:P呈显著负相关关系, 凋落物的C:P与N:P值呈极显著正相关关系。研究结果可为我国西南典型喀斯特脆弱生态区的生态功能恢复与植被重建提供科学依据。     

黄土高原子午岭林区两种天然次生林植物叶片-凋落叶-土壤生态化学计量特征

了解我国黄土高原子午岭林区两种天然林下植物叶片-凋落叶-土壤生态化学计量特征,有助于人们更深入地认识黄土高原子午岭天然次生林生态系统养分循环规律和系统稳定机制。结果表明:(1)辽东栎和白桦两种植物叶片碳、氮、磷平均含量为468.6、17.1、2.1 g/kg;凋落叶碳、氮、磷平均含量为457.3、12.5、1.6 g/kg;土壤碳、氮、磷平均含量分别为17.6、1.4、0.5 g/kg。(2)白桦叶片N、P含量之间II类线性回归斜率大于1(P=0.07),表明白桦叶片建成过程中存在N、P元素按比例投入的依赖。白桦凋落叶N、P含量之间的II类线性回归斜率显著小于1(P0.05),两种天然次生林凋落叶整体N、P含量之间的II类线性回归斜率也显著小于1(P0.05),反映了凋落叶中单位P含量与单位N含量间不存在等速损耗关系。(3)黄土高原子午岭两种天然次生林凋落叶氮含量与土壤氮含量具有显著相关性(P0.01),表明凋落叶分解对土壤氮库有增加作用。相比于凋落叶,植物叶片磷含量与土壤磷含量具有较紧密的关系,表现为高的土壤P含量则植物叶片也具有较高的P含量。黄土高原子午岭林区两种天然次生林下土壤有机质具有较快的矿化作用。(4)辽东栎作为植被演替到顶极群落的优势物种,其凋落叶C∶N值为26.7远低于白桦凋落叶C∶N值44.9(P0.05),有利于微生物对凋落叶的分解。两种天然次生林的植物叶片N∶P均值为7.9714,低于全国和全球尺度的其他研究结果,表明这两种天然次生林主要受N限制。     

黄土高原不同人工林叶片-凋落叶-土壤生态化学计量特征

为探究“退耕还林(牧)”工程对陕西省子午岭林区的影响,分析3种典型的人工林(刺槐林、油松林和侧柏林)叶片-凋落叶-土壤的C、N、P含量及其生态化学计量特征.结果表明: 3种人工林不同组分中C、N、P含量大小均为叶片>凋落叶>土壤,刺槐林叶片N、P含量显著高于油松林和侧柏林.刺槐林、油松林和侧柏林叶片N∶P分别为12.2、5.4和6.1,油松和侧柏较刺槐林存在N亏损,C∶N和C∶P大小均为凋落叶>叶片>土壤,N∶P为叶片>凋落叶>土壤.油松林叶片C∶N与凋落叶C∶N间存在显著正相关关系.刺槐叶片在生长周期内吸收利用的N和P存在比例关系,且其凋落叶在元素再吸收后N和P的残留量也存在比例关系.与油松和侧柏相比,刺槐是黄土高原南部森林带最适宜的造林树种.     

桂西北喀斯特区原生林与次生林凋落物储量及持水特性

对桂西北典型喀斯特区3种原生林--青檀(Pteroceltis tatarinowii)林、白花檵木(Loropetalum chinensis)林和枫香(Liquidambarformosana)林与3种次生林--圆叶乌桕(Sapium rotundifolium)、八角枫(Alangium chinense)和黄荆(Vitex negundo)的凋落物储量、持水量、持水率及凋落物吸水速率进行了比较.结果表明,八角枫林的凋落物储量(3.3t·hm-2)最大,其次为圆叶乌桕和枫香林(3.2和2.9 t·hm-2),青檀林最小(1.8 t·hm-2)o不同林型的凋落物持水量大小依次为八角枫＞白花檵木＞黄荆＞圆叶乌桕＞枫香＞青檀.青檀、白花檵木、枫香、圆叶乌桕、八角枫和黄荆林的凋落物最大持水率分别为301%、342%、224%、253%、288%和328%.凋落物的持水量及持水率随浸泡时间的增加呈对数增长.6种林型中,白花檵木林凋落物的吸水速率最大,黄荆、青檀和八角枫次之,而圆叶乌桕和枫香较小,凋落物的吸水速率随浸泡时间的增长而降低.综合比较得出,研究区次生林凋落物的持水量大于原生林,但原生林凋落物的持水率与吸水速率大于次生林,可见原生林凋落物的累积更具生态水文意义.     

桂西北喀斯特地区退化群落灌草不同器官N、P生态化学计量内稳性特征

植物的生态化学计量内稳性特征是长期适应环境的结果,与其生态适应性策略有关。探明喀斯特退化群落灌草不同器官N、P元素的化学计量特征及其内稳性特征,为喀斯特地区植被群落退化过程中植物的适应策略研究提供依据,基于桂西北喀斯特地区５种退化程度植被群落的调查取样,测定不同退化群落灌木(叶、茎和根)和草本(地上部分和地下部分)N、P 含量,分析其化学计量特征、不同器官间的相互关系及其与土壤理化性质的相关性以及内稳性特征。结果表明:(1)灌木不同器官P含量表现为叶>茎>根,N含量和N ∶ P表现为叶>根>茎,草本P、N含量及N ∶ P均为地上部分> 地下部分;随退化程度加剧,灌木各器官和草本地下部分的N、P含量及灌木根N ∶ P均呈降低变化趋势,草本地上部分的N、P含量在前四个退化阶段为降低趋势,在Ⅴ阶段有所升高,草本地下部分N ∶ P则呈现先升高后降低趋势,其他N ∶ P无显著性变化;灌草叶片N ∶ P均小于14;(2)N和P含量在各器官中均呈显著正相关关系;灌草的不同器官之间的同一营养元素及元素比,以及灌木和草本之间的各器官的同一营养元素及元素比均呈正相关关系;(3)灌草各器官N、P含量、N ∶ P与土壤TN、TP、N ∶ P存在显著的正相关关系,灌草各器官P含量与土壤C ∶ P显著负相关;(4)灌木各器官H_N、H_p和H_{N ∶ P}均表现为叶>茎>根,草本地上部分的H_N大于地下部分,H_p和H_{N ∶ P}则反之;灌草同种器官不同元素之间则表现为N>P>N ∶ P。喀斯特地区退化群落中灌木较草本具有更高的内稳性,灌草生长主要受N限制,且N元素表现较高的内稳性;灌草各器官在植被群落退化过程中对N、P含量变化的响应具有一致性和协同性。     

广西澄江喀斯特湿地沉水植物碳、氮、磷化学计量特征

沉水植物是水生生态系统中重要的初级生产者。当前有关沉水植物生态化学计量特征的研究主要集中在非喀斯特区,而在喀斯特区的相关研究较为缺乏。因此,以广西澄江喀斯特典型湿地中的7种沉水植物为研究对象,分析沉水植物地上部分及底泥的碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量特征。结果显示,（1）7种沉水植物地上部分总碳、总氮和总磷平均含量最大值均出现在小茨藻（Najas minor）分别为（325.4±5.01） g/kg、（33.07±1.59） g/kg和（3.79±0.16） g/kg;C ： N、C ： P、N ： P平均值分别为10.14±0.18、96.23±3.56和9.47±0.32,C ： N最大值（11.89±0.54）出现在苦草（Vallisneria natans）,C ： P和N ： P最大值（113.27±18.14和11.13±1.63）均出现在穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）。（2）底泥有机碳、总氮、总磷、碱解氮和速效磷含量平均值分别为（15.05±0.56） g/kg、（2.06±0.08） g/kg、（0.58±0.01） g/kg、（162.53±9.16） mg/kg和（21.73±0.86） mg/kg,有机碳、总氮、总磷、碱解氮和速效磷的平均含量最大值均出现在小茨藻（N.minor）分别为（18.54±1.04） g/kg、（2.55±0.25） g/kg、（0.66±0.03） g/kg、（214.82±32.05） mg/kg和（26.37±3.31） mg/kg;底泥的C ： N、C ： P和N ： P平均值分别是7.33±0.14、25.7±0.72和3.53±0.09,C ： N、C ： P和N ： P最大值分别出现在金鱼藻（Ceratophyllum demersum）（7.45±0.32）、小茨藻（N. minor）（28.29±1.29）和黑藻（Hydrilla verticillata）（3.89±0.25）。（3）沉水植物的地上部分总碳与底泥的有机碳和总氮均呈显著负相关性;沉水植物的地上部分总氮与底泥有机碳、碱解氮、C ： P均呈显著正相关性;沉水植物地上部分C ： N、C ： P均与底泥有机碳、总氮、总磷、碱解氮、C ： P、N ： P呈显著负相关,表明不同喀斯特湿地沉水植物和底泥之间的养分耦联性不同。本研究为喀斯特湿地生态系统生态化学计量学研究提供理论依据。     

亚热带常绿阔叶林62种木本植物凋落叶碳氮磷化学计量特征

为揭示亚热带常绿阔叶林凋落叶碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量特征,本研究测定了福建省三明格氏栲自然保护区天然林内62种主要木本植物凋落叶C、N和P含量,分析叶习性(常绿、落叶)、生活型(乔木、小乔木或灌木)以及主要科之间凋落叶化学计量的差异,通过Blomberg’s K衡量系统发育信号,分析了科水平分化时间与凋落叶化学计量之间的相关性。结果表明：62种木本植物凋落物C、N、P含量分别为405.97～512.16、4.45～27.11和0.21～2.53 g·kg^-1,C/N、C/P和N/P分别为18.6～106.2、195.9～2146.8和3.5～68.9。常绿树种凋落叶P含量显著低于落叶树种,C/P和N/P显著高于落叶树种,二者之间的C、N含量和C/N无显著差异;乔木与小乔木或灌木之间的化学计量均无显著性差异。系统发育对凋落叶C、N含量和C/N有显著影响,对P含量、C/P和N/P无显著影响。科水平分化时间与N含量呈显著负相关,与C/N呈显著正相关。壳斗科凋落叶倾向于高C、N含量、C/P和N/P,低P含量和C/N;无患子科则表现出相反的趋势。与全球尺度相比,...     

三峡库区森林凋落叶化学计量学性状变化及与分解速率的关系

凋落物分解是森林生态系统生物元素循环和能量流动的重要环节,其过程是植物与土壤获得养分的主要途径。为了量化凋落叶化学计量学性状变化过程对分解的影响及对凋落物-土壤生物化学连续体的深层理解,用凋落物分解袋法研究了不同林型各自凋落叶化学计量学性状变化及与分解速率关系,结果表明:林下各自凋落叶分解速率是马尾松林栓皮栎林马尾松-栓皮栎混交林,马尾松林、栓皮栎林、马尾松-栓皮栎混交林凋落叶分解50%和95%的时间分别是2.11 a和9.15 a,1.93 a和8.45 a,1.76 a和7.77 a;凋落叶分解过程中,化学计量学性状变化明显,分解450 d后马尾松-栓皮栎混交林碳释放最快,栓皮栎林最慢;3种凋落叶起始N含量是栓皮栎林最高,马尾松林最低,分解450 d后马尾松林、栓皮栎林和马尾松-栓皮栎混交林N含量分别增加了66.67%、44.91%和44.52%,而P含量分别释放了30.80%、38.89%和42.29%。凋落物不同化学计量学性状与分解速率关系不同,3种林型凋落叶分解速率均与N含量呈正相关(P0.01),与C含量(P0.01)、C/N比(P0.01)呈负相关,与N/P比呈负二次函数关系(P0.01),而P含量与3种林型关系不同,与栓皮栎林(P0.01)和马尾松林(P0.05)呈负线性关系,与马尾松-栓皮栎混交林呈负二次函数关系(P0.05)。研究表明,不同林型凋落叶分解中的养分动态趋向利于分解变化,N、P养分动态是生态系统碳平衡和凋落物分解速率的主要因素,混交林中混合凋落物的养分迁移是分解相对较快的原因。     

西藏东南部色季拉山主要类型森林叶片和枯落物养分含量特征

为阐明不同生长年限森林叶片和不同分解程度枯落物养分含量特征,为植物-土壤养分循环研究提供科学依据。以藏东南色季拉山几种典型森林植被(雪山杜鹃(Rhododendron aganniphum)、海拔4000 m和3900 m区域急尖长苞冷杉(Abies georgei var. smithii)、川滇高山栎(Quercus aquifolioides))为研究对象,分析了1年生和2年生植物叶片及不同分解程度枯落物有机碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量。结果表明:色季拉山森林叶片和枯落物OC含量表现为2年生叶片1年生叶片未分解枯落物(ND)半分解枯落物(SD)完全分解枯落物(CD),即老叶片以C积累为主,而枯落物OC含量随分解程度的增加而下降,叶片OC平均含量(68.5%)显著高于中国平均水平(45.5%);叶片N、P、K含量表现为1年生2年生,即新叶以N、P、K等营养物质的吸收积累为主。枯落物TN含量低于中国森林的平均水平(12.03 g/kg),而TP含量显著高于中国森林平均水平(0.74 g/kg),枯落物TN和TP以SD最高,即分解初期表现为净固定,而后期则呈净释放,TK含量随分解程度的增加而增加,表现为K的净固定;叶片C∶N,C∶P和C∶K表现为2年生1年生,枯落物C∶N,C∶P和C∶K随着分解程度的增加而显著降低;叶片N∶P处于较低水平(6.08),显著低于全球平均水平(16.0),表现出明显的N限制营养型;研究结果为科学阐明藏东南森林生态系统植被-土壤养分循环研究提供了数据支撑。     

永利煤矿复垦区植物叶片和枯落物生态化学计量学特征

为了明确煤矿复垦区植被恢复与重建以及不同物种的合理配置,以内蒙古永利露天煤矿复垦区不同植物群落叶片和枯落物为研究对象,通过对其碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量(质量含量)及生态化学计量学特征的研究,探讨煤矿复垦区植物养分状况及限制因子,同时研究叶片和枯落物之间的养分循环状况。结果表明:(1)不同植物类型叶片C含量变化较大,表现为乔木(侧柏537.96 g/kg)最大,草本(沙打旺423.73 g/kg)最小;N、P、K含量变化较小。枯落物中沙棘C含量(417.84 g/kg)显著高于沙打旺、柠条;N、P含量差异显著,氮含量表现为沙打旺(20.30 g/kg)最大,柠条最小,磷含量表现为沙打旺(1.57 g/kg)最大,沙棘最小;沙打旺K含量(6.31 g/kg)显著高于沙棘、柠条。叶片C、N、P、K含量高于枯落物。N、P、K的回收率分别为5.17%—50.16%、4.19%—6.41%、11.27%—23.24%,其中P回流率表现为沙打旺(6.41%)最大,柠条最小;K回流率表现为沙棘(23.24%)最大,柠条最小。(2)灌木、草本植物N/P16,乔木类N/P14,灌木类、草本类生长受制于P,乔木类生长受制于N。结合土壤C、N、P含量,建议在植被恢复初期种植豆科等先锋植物,随着土壤肥力的提高再逐步种植灌木、乔木。     

子午岭典型植被凋落叶-土壤养分与酶活性特征

对黄土高原子午岭任家台林区内刺槐、油松、侧柏等3种人工林以及桦树、辽东栎等两种天然次生林的凋落叶C、N、P含量、林下土壤基本理化性质和碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶3种酶的活性进行分析,并研究凋落叶C、N、P含量与土壤C、N、P含量之间的相关关系,以及土壤基本理化性质与酶活性之间的相关关系,为该区植被恢复效果评价提供科学依据与参考。结果发现:刺槐、辽东栎凋落叶碳氮比值显著低于其他植被,凋落叶分解速率相对较快;辽东栎土壤有机碳、全氮含量最高,分别为19.18、1.60g/kg,刺槐土壤全磷含量最高(0.61g/kg);土壤酶活性主要受土壤有机碳、全氮、容重及p H影响,与土壤全磷相关性不显著;人工林中,侧柏土壤中3种酶活性均高于其他植被,且侧柏凋落叶碳氮比值相对较低,分解速率较快,相比于刺槐作为造林树种更占优势。     

桂西南喀斯特季节性雨林叶凋落量的时空动态

森林凋落物是森林生态系统极其重要的组成部分, 关系着森林生态系统的物质循环和养分平衡。然而, 有关异质性自然森林生态系统中生物与非生物因子对凋落物凋落量的影响机制还存在较大争议。本文以广西弄岗15 ha森林动态监测样地中设置的90个凋落物收集器所收集的凋落叶为研究对象, 选取2013‒2018年连续6年的凋落叶数据探讨了森林叶凋落量的时空动态, 旨在深入了解该地区森林生态系统的物质循环过程及凋落量的影响因子。结果显示: 2013‒2018年的年均叶凋落量为4,099.44 kg/ha, 标准误为232.34, 变异系数为0.15, 这表明不同年际间叶凋落量存在明显差异; 不同年际间叶凋落量的节律性变化为双峰型、三峰型或多峰型, 说明不同年份的叶凋落量存在明显的节律性差异, 但总体而言高峰期主要出现在每年的春季(3‒4月)和秋季(8‒10月); 生态因子对叶凋落量年际动态存在显著影响, 其累计解释率为69.3%, 其中海拔对叶凋落量的影响最强, 解释率为46.5%; 而生物因子如胸径变异系数、单位面积胸高断面积之和和物种丰富度则对叶凋落量的影响较弱。多年的连续监测表明, 喀斯特季节性雨林不同年际间叶片的凋落量和节律性存在显著差异, 而非生物因子, 如海拔是形成叶凋落量空间变异的主要因素。     

广西马山岩溶次生林群落生物量和碳储量

岩溶植被在岩溶生态系统碳循环和全球碳平衡中具有重要的作用。通过对马山县岩溶次生林年龄序列(幼龄林、中龄林和老龄林)3个演替阶段9个样地(20 m×50 m)的系统取样调查,研究了停止人为干扰后岩溶次生林生物量和碳储量的变化。结果表明:沿幼林、中林和老林群落的顺向演替发展,群落生物量显著增加(P0.05),从幼林群落的48.17 t/hm2、到中林群落113.47 t/hm2,再到老林群落242.59 t/hm2。老林生态系统的碳储量较高,平均为236.69 t/hm2,中林和幼林较低且非常相近,分别为225.17 t/hm2和224.76 t/hm2,各次生林生态系统的碳储量差异不显著(P0.05)。土壤碳储量的大小顺序为幼林(198.44 t/hm2)中林(167.39 t/hm2)老林(113.43 t/hm2)。沿群落正向演替,各次生林生态系统中植物碳储量和土壤碳储量的比例发生明显的变化。幼林的土壤碳储量占生态系统碳储量的88.29%,植物碳储量只占11.71%;中林相应为74.34%和25.66%;而老林为47.92%和52.08%。可见,随着岩溶植被的正向演替,土壤碳转变为植物碳的趋势十分明显,这是岩溶森林不同于酸性土森林的一个显著特征。