大兴安岭重度火烧迹地天然次生林土壤温室气体通量及其影响因子

为研究大兴安岭重度火烧迹地自然恢复后的林分土壤温室气体源汇强度及其影响因素,采用静态箱/气相色谱法,对生长季(6—9月)天然次生林土壤温室气体CO₂、CH₄、N₂O通量进行原位观测.结果表明: 1)生长季内天然次生林土壤为大气CO₂、N₂O的源,CH₄的汇,平均通量分别为575.81 mg·m^-2·h^-1、17.81 μg·m^-2·h^-1和-68.69 μg·m^-2·h^-1;CO₂与CH₄通量在生长季内表现出明显的双峰变化规律,N₂O通量则呈单峰变化,且均在8月达到观测期的最大值.2)土壤温度是影响该区天然次生林土壤温室气体通量的主控因子,土壤湿度和大气湿度在昼夜与季节尺度上与土壤温室气体通量的相关性不同.3)该区天然次生林9:00—12:00时段观测获得的土壤气体通量值经矫正后可代表当日气体通量.研究补充了大兴安岭火烧迹地森林生态系统温室气体通量数据,为该区土壤温室气体源汇的相关研究提供了依据.     

大兴安岭火烧迹地不同恢复方式碳储量差异

为了探讨不同恢复方式对大兴安岭重度火烧迹地碳储量的影响,以人工恢复(兴安落叶松、樟子松)和天然恢复的林分为研究对象,采用干烧法对乔木层、灌木层、草本层和枯枝落叶层含碳率进行测定.采用全收获法和平均标准木法获得林分各组分生物量估算森林植被的碳储量,分析不同恢复方式下林分各组分碳储量的分配特征.结果表明： 人工恢复和天然恢复的林分灌木层平均含碳率高于乔木层和草本层.兴安落叶松人工林灌木层平均含碳率为45.8%、枯枝落叶层为45.3%、乔木层为44.4%、草本层为33.6%.樟子松人工林灌木层和乔木层平均含碳率高于50%.天然次生林乔木层、灌木层和枯枝落叶层平均含碳率在42%左右.森林植被层中,生物量贡献率从大到小依次为乔木层、灌木层和草本层.兴安落叶松人工林森林植被层和枯枝落叶层生物量总和为123.90 t·hm^-2,远高于樟子松人工林和天然次生林.火烧后人工恢复23年的兴安落叶松人工林森林植被碳储量为50.97 t·hm^-2,其中,乔木层碳储量为49.87 t·hm^-2,占森林植被层总碳储量的97.8%,草本层所占比重仅为0.02%.人工恢复的林分植被层总碳储量高于天然恢复的林分,火烧迹地在这一时段内采用人工恢复的方式较天然恢复碳汇能力更强.     

大兴安岭火烧迹地恢复初期土壤微生物群落特征

对大兴安岭兴安落叶松2003年重度和中度火烧迹地以及未过火样地的土壤微生物群落进行了考察,旨在揭示火烧迹地恢复初期土壤微生物群落变化特征。研究结果表明火烧迹地土壤养分(全氮、全碳、土壤有机质、有效氮)和土壤水分与未过火对照样地存在显著差异;火烧迹地土壤微生物量碳氮、微生物代谢活性以及碳源利用能力均显著高于对照样地;但火烧迹地与对照样地土壤微生物群落结构指标土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)以及多样性指数没有显著差异。相关分析结果表明:土壤微生物量、代谢活性和碳源利用能力与土壤养分指标(全碳、全氮、速效氮、有机质)和土壤水分含量有显著相关性。主成分分析的结果表明火烧与否是火烧样地与对照样地土壤微生物对碳源利用能力差异的原因。所有样地土壤微生物群落真菌比例较高,可能与该地区土壤酸碱度有关(pH=4.12—4.68)。经过6a的恢复,重度和中度火烧迹地的土壤养分和水分、土壤微生物群落的生长、代谢、以及群落多样性仍存在差异,但均不显著,表明此时火烧程度对土壤微生物群落的影响已很微弱。     

库布齐沙漠东部不同生物结皮发育阶段土壤温室气体通量

以流动沙地为对照,采用时空替代法分析库布齐沙漠东部固定沙地上不同发育阶段生物结皮藻类结皮和地衣结皮土壤温室气体通量特征及其与环境因子之间的关系,研究生物结皮发育对荒漠土壤温室气体通量的影响.结果表明: 荒漠土壤CO₂排放通量大小为地衣结皮(128.5 mg·m^-2·h^-1)>藻结皮(70.2 mg·m^-2·h^-1)>流动沙地(48.2 mg·m^-2·h^-1),CH₄吸收通量大小为地衣结皮(30.4 μg·m^-2·h^-1)>藻结皮(21.2 μg·m^-2·h^-1)>流动沙地(18.2 μg·m^-2·h^-1),N₂O排放通量大小为地衣结皮(6.6 μg·m^-2·h^-1)>藻结皮(5.4 μg·m^-2·h^-1)>流动沙地(2.5 μg·m^-2·h^-1).CO₂排放具有明显的季节变化,生长季显著大于非生长季;CH₄和N₂O季节变化差异不显著,前者生长季吸收大于非生长季,后者非生长季排放大于生长季.土壤有机碳和全氮含量、土壤微生物数量均是影响温室气体通量的重要因素,环境水热因子是影响土壤CO₂排放的关键因子,但CH₄和N₂O通量对水热因子的变化不敏感.随着植被恢复和生物结皮发育,荒漠土壤温室气体累积通量的不断增大导致其百年尺度的全球增温潜势亦显著提高,依次为地衣结皮(1135.7 g CO₂-e·m^-2·a^-1)>藻结皮(626.5 g CO₂-e·m^-2·a^-1) >流动沙地(422.7 g CO₂-e·m^-2·a^-1).     

广东鹤山火烧迹地植被恢复后土壤养分含量变化

采用对比分析方法,研究了广东鹤山桉林和灌草坡火烧迹地植被恢复后土壤养分含量的变化.结果表明：火烧3年后,桉林土壤有机碳、全氮、速效钾和pH含量明显降低,土壤有效磷、交换性镁、土壤净氮矿化速率和氨化速率降低,但不显著;火烧灌草坡除土壤交换性钙明显增加外,其他土壤养分均无显著变化.火烧桉林氮矿化速率较低的主要原因是其可利用基质的减少和桉树快速生长吸收大量养分所致,火烧灌草坡土壤养分的恢复速度较快.     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.     

马尾松人工林火烧迹地不同恢复阶段中小型土壤节肢动物多样性

为探明喀斯特地区马尾松人工林火烧迹地不同恢复阶段中小型土壤节肢动物多样性,2011年10月(秋季)和2012年2月(冬季)对火烧后恢复1.5个月(RS1)、1.5年(RS2)的马尾松人工林迹地和马尾松人工林(CK)各进行了两次调查.共获得中小型土壤节肢动物15704只,隶属7纲13目89科134类.研究结果表明,马尾松人工林迹地中小型土壤节肢动物类群数、个体密度、多样性和相似性均随恢复时间的增加而增加;类群数和个体密度与全钾显著相关;在季节变化上,RS1个体密度冬季显著高于秋季,RS2和CK类群数、个体密度和多样性冬季显著高于秋季.结果说明,随着恢复时间的增加,喀斯特马尾松人工林火烧迹地中小型土壤节肢动物群落结构发生明显改变,趋于复杂,稳定性提高,季节敏感性增加.     

基于NDVI的不同火烧强度下大兴安岭林火迹地森林景观恢复

利用LANDSAT TM影像,通过分类、提取森林景观类型及NDVI值,在较大尺度上探讨了火烧区火烧强度与森林景观格局、功能恢复的关系。结果表明,火烧区森林总体恢复情况较好。恢复状况与火烧强度具有明显的相关性。火烧强度越高,恢复状况越差。重度火烧区的针叶林景观所占比重低且生长状况较差;沼泽面积高于未火烧对照区,这一现象应引起足够重视,特别是在全球变化气温升高的背景下,应防止寒温带针叶林的退化以及林地沼泽化。在三种主要森林类型(针叶林、阔叶林、针阔叶混交林)中,针阔叶混交林是生长状况最好的,标志着火烧迹地正由演替的初期阶段向中期阶段过渡。     

大兴安岭北坡火烧迹地自然与人工干预下的植被恢复模式初探

针对大兴安岭北坡林区森林植被在不同火烧强度、火烧时间的火烧迹地上的恢复状况进行了调查研究。结果表明,轻度火烧区的植被自然更新恢复良好;中度火烧区的森林植被依靠人工促进更新要比自然更新更早达到预期目标;重度火烧区的森林植被如果完全依靠自然更新,恢复到预期目标会非常缓慢,而通过人工更新则可跨越几个演替阶段,较快接近本地的顶极群落。     

太岳山油松林火烧迹地恢复初期植物群落结构特征

为研究山西太岳山油松（Pinus tabuliformis）林过火后恢复初期林下草本植物群落结构,以2019年3月太岳山油松林火烧迹地为研究对象,采用群落相似性指数、多样性指数、稳定性系数、TWINSPAN数量分类和DCA排序等方法对群落组成、多样性、类型及稳定性等进行了研究。结果表明：（1）火烧迹地恢复初期以低矮灌木和多年生草本植物为主,其中又以地面芽植物占比最大。优势植物主要为大披针薹草（Carex lanceolata）和多花胡枝子（Lespedeza floribunda）;（2）火烧迹地恢复初期各样地植物群落相似性系数和多样性指数相对较小,均匀度指数较大,但各样地恢复效果不尽相同,样地6和样地7的植物群落各项指标相对大于其他样地;（3）TWINSPAN数量分类将火烧迹地植物群落划分成：I.大披针薹草+南牡蒿（Artemisia eriopoda）+地榆（Sanguisorba officinalis）群丛、II.多花胡枝子+大披针薹草+二色棘豆（Oxytropis bicolor）群丛、III.多花胡枝子+大披针薹草+米口袋（Gueldenstaedtia verna）群丛、IV.多花胡枝子+大披针薹草+荠苨（Adenophora trachelioides）群丛、V.大披针薹草+白莲蒿（Artemisia stechmanniana）+狗娃花（Aster hispidus）群丛、VI.白莲蒿群丛、VII.大披针薹草+狗娃花+野艾蒿（Artemisia lavandulifolia）群丛;（4）DCA排序结果表明,火烧迹地恢复初期植物群落结构单一,沿样地和坡位变化较小,仅区分出样地7和其他样地两大类植物群落。（5）火烧迹地恢复初期植物群落处于不稳定的状态,但各样地间群落稳定性存在一定差别,其中样地1最大,样地5最小。总之,研究区植物群落处于演替初期,各样地间植物群落稳定性较差,多样性和整体相似性较小,但优势种群相似性较高,植物群落结构仍处于动态变化之中。研究揭示了太岳山火烧迹地恢复初期植物群落结构特征,积累了该区域火烧迹地植物群落生态学数据,同时可为该区域生态恢复提供科学依据。     

太湖地区不同轮作模式对稻田温室气体(CH4和N2O)排放的影响

通过田间试验,研究了太湖地区不同轮作模式下稻季温室气体排放规律.结果表明: 水稻生长季CH₄排放呈先升高后降低趋势,CH₄排放主要集中在水稻生育前期,烤田后至水稻收获期间CH₄排放量较低;N₂O的排放主要集中在3次施肥及烤田期.稻季排放的CH₄对全球增温潜势(GWP)的贡献远高于N₂O,各处理所占比例为94.7%～99.6%,是温室气体减排的主要对象.不同轮作模式下,稻季CH₄排放总量及其GWP存在显著差异,表现为小麦-水稻>紫云英-水稻>休闲-水稻轮作;稻季N₂O排放总量及其GWP没有显著性差异.与不施肥处理相比,紫云英-水稻轮作模式下施加氮肥显著降低了CH₄排放量和GWP,但不同氮肥用量下的CH₄排放量和GWP没有显著性差异,而紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的水稻产量却最高.综合经济效益和环境效益,紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的增产减排综合效果更好,是值得当地推广的耕作制度.     

Greenhouse gas emissions from a Cu-contaminated soil remediated by in situ stabilization and phytomanaged by a mixed stand of poplar,willows, and false indigo-bush

Phytomanagement of trace element-contaminated soils can reduce soil toxicity and restore soil ecological functions, including the soil gas exchange with the atmosphere. We studied the emission rate of the greenhouse gases (GHGs) CO₂, CH₄, and N₂O; the potential CH₄ oxidation; denitrification enzyme activity (DEA), and glucose mineralization of a Cu-contaminated soil amended with dolomitic limestone and compost, alone or in combination, after a 2-year phytomanagement with a mixed stand of Populus nigra, Salix viminalis, S. caprea, and Amorpha fruticosa. Soil microbial biomass and microbial community composition after analysis of the phospholipid fatty acids (PLFA) profile were determined. Phytomanagement significantly reduced Cu availability and soil toxicity, increased soil microbial biomass and glucose mineralization capacity, changed the composition of soil microbial communities, and increased the CO₂ and N₂O emission rates and DEA. Despite such increases, microbial communities were evolving toward less GHG emission per unit of microbial biomass than in untreated soils. Overall, the aided phytostabilization option would allow methanotrophic populations to establish in the remediated soils due to decreased soil toxicity and increased nutrient availability.     

Cropland intensification mediates the radiative balance of greenhouse gas emissions and soil carbon sequestration in maize systems of sub-Saharan Africa

Sub-Saharan Africa (SSA) must undertake proper cropland intensification for higher crop yields while minimizing climate impacts. Unfortunately, no studies have simultaneously quantified greenhouse gas (GHG; CO₂, CH₄, and N₂O) emissions and soil organic carbon (SOC) change in SSA croplands, leaving it a blind spot in the accounting of global warming potential (GWP). Here, based on 2-year field monitoring of soil emissions of CO₂, CH₄, and N₂O, as well as SOC changes in two contrasting soil types (sandy vs. clayey), we provided the first, full accounting of GWP for maize systems in response to cropland intensifications (increasing nitrogen rates and in combination with crop residue return) in SSA. To corroborate our field observations on SOC change (i.e., 2-year, a short duration), we implemented a process-oriented model parameterized with field data to simulate SOC dynamic over time. We further tested the generality of our findings by including a literature synthesis of SOC change across maize-based systems in SSA. We found that nitrogen application reduced SOC loss, likely through increased biomass yield and consequently belowground carbon allocation. Residue return switched the direction of SOC change from loss to gain; such a benefit (SOC sequestration) was not compromised by CH₄ emissions (negligible) nor outweighed by the amplified N₂O emissions, and contributed to negative net GWP. Overall, we show encouraging results that, combining residue and fertilizer-nitrogen input allowed for sequestering 82–284 kg of CO₂-eq per Mg of maize grain produced across two soils. All analyses pointed to an advantage of sandy over clayey soils in achieving higher SOC sequestration targets, and thus call for a re-evaluation on the potential of sandy soils in SOC sequestration across SSA croplands. Our findings carry important implications for developing viable intensification practices for SSA croplands in mitigating climate change while securing food production.     

Pollen productivity estimates and relevant source area of pollen for selected plant taxa in a pasture woodland landscape of the Jura Mountains (Switzerland)

Relevant source area of pollen (RSAP) and pollen productivity for 11 key taxa characteristic of the pasture woodland landscape of the Jura Mountains, Switzerland, were estimated using pollen assemblages from moss polsters at 20 sites. To obtain robust pollen productivity estimates (PPEs), we used vegetation survey data at a fine spatial-resolution (1 × 1 m²) and randomized locations for sampling sites, techniques rarely used in palynology. Three Extended R value (ERV) submodels and three distance-weighting methods for plant abundance calculation were applied. Different combinations of the submodels and distance-weighting methods provide slightly different estimates of RSAP and PPEs. Although ERV submodel 1 using 1/d (d = distance in meters) best fits the dataset, PPE values for heavy pollen types (e.g. Abies) were sensitive to the method used for distance-weighting. Taxon-specific distance-weighting methods, such as Prentice’s model, emphasize the intertaxonomic differences in pollen dispersal and deposition, and are thus theoretically sound. For the dataset obtained in this project, Prentice’s model was more appropriate than other distance-weighting methods to estimate PPEs. Most of the taxa have PPEs equal to (Fagus, Plantago media and Potentilla-type), or higher (Abies, Picea, Rubiaceae and Trollius europaeus) than Poaceae (PPE = 1). Acer, Cyperaceae, and Plantago montana-type are low pollen producers. This set of PPEs will be useful for reconstructing heterogeneous, mountainous pasture woodland landscapes from fossil pollen records. The RSAP for moss polsters in this semi-open landscape region is ca. 300 m.     

黄河上游灌区稻田N2O排放特征

黄河上游灌区稻田高产区过量施肥现象十分突出,氮肥过量施用引起土壤氮素盈余,导致N₂O排放量增大,由此引起的温室效应引起广泛关注。采用静态箱-气相色谱法研究黄河上游灌区稻田不同施肥处理下N₂O排放特征。试验设置5个施肥处理,包括常规氮肥300 kg/hm²下单施尿素和有机肥配施2个处理,分别用N300和N300-OM代表;优化氮肥240 kg/hm²下单施尿素和有机肥配施2个处理,分别用N240和N240-OM代表;对照不施氮肥用N0代表。试验结果得出,灌区水稻生长季稻田土壤N₂O排放主要集中在水稻分蘖前及水稻生长的中后期,稻田氮肥施用、灌水及土壤温度的变化对N₂O排放通量影响较大,不同处理水稻各生育阶段N₂O累积排放量与稻田土壤耕层NO^-₃-N含量动态变化显著相关。稻田N₂O排放不是黄河上游灌区稻田氮素损失的主要途径,但灌区稻田N₂O排放的增温潜势较大;稻田氮肥过量施用会显著增加N₂O排放量,在相同氮素水平下,有机肥配施会显著增加稻田土壤N₂O的排放量(P＜0.01)。优化施氮能有效减少灌区稻田水稻生长季N₂O排放量。稻田不同处理的水稻整个生长季土壤N₂O排放总量为2.69-3.87 kg/hm²,肥料氮通过N₂O排放损失的百分率仅为0.43%-0.64%。在灌区习惯灌水和高氮肥300 kg/hm²时,N300-OM处理的稻田N₂O排放量达3.87 kg/hm²,在100 a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)为20.76×10⁷ kg CO₂/hm²;优化施氮240 kg/hm²水平下,N240和N240-OM处理的N₂O累计排放量较N300-OM处理,分别降低了1.18 kg/hm²和0.57 kg/hm²,在100 a尺度上每年由稻田N₂O排放引起的GWPs分别降低了6.33×10⁷ kg CO₂/hm²和3.06×10⁷ kg CO₂/hm²。