不同杉木林分类型土壤团聚体生态化学计量特征

在野外调查的基础上,选择成土母质相同、坡向坡度相似、海拔基本一致的杉木-米老排、杉木-火力楠和杉木纯林3种杉木人工林采集土壤样品,通过干筛法分离＞2 mm、2～0.25 mm和＜0.25 mm 3个团聚体组分,研究其土壤团聚体有机碳、全氮、全磷的含量及其生态化学计量特征,以阐明不同杉木林分类型土壤团聚体碳氮磷生态化学计...     

高原山地石漠化过程中土壤团聚体稳定性及其化学计量特征

石漠化演替过程中不同石漠化等级土壤团聚体稳定性及其碳、氮、磷化学计量特征是评价石漠化地区土壤恢复效应的有效途径.该文以五个不同石漠化等级的样地为研究对象,利用湿筛法分析0～20 cm土层土壤不同粒级团聚体分布状况、稳定性水平和化学计量特征.结果表明:(1)相较而言,无石漠化样地中>2 mm和0.25～2 mm两级水稳性...     

不同林龄刺槐叶片养分重吸收特征及其对土壤养分有效性的响应

为揭示丘陵沟壑区刺槐的养分重吸收特征及其驱动因素,研究该区不同林龄刺槐叶片全氮和全磷的浓度,以及土壤有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮和速效磷浓度及其化学计量,分析了叶片氮磷重吸收效率与土壤养分特性之间的关系。结果表明: 植物和土壤的养分随林龄增长发生显著变化,而土壤总磷和速效磷浓度较低。氮重吸收效率随林分生长先增加后降低,范围为48.2%～54.0%,平均为48.5%;磷重吸收效率则显著增加,范围为45.2%～49.4%,平均为46.9%。氮重吸收效率与土壤氮素和氮磷比呈负向响应,而磷重吸收效率与氮磷比呈显著正相关,与土壤速效磷呈负相关。表明土壤养分有效性的变化负向驱动养分重吸收效率。由于该生境中刺槐林的固氮效应及磷限制,叶片养分重吸收策略对土壤氮磷比响应强烈。     

不同林龄杉木人工林土壤团聚体磷素分布特征

探究不同林龄杉木人工林土壤团聚体各形态磷素的分布特征有利于提升杉木人工林土壤磷素有效性。本研究选取位于广西融水县的幼龄(9 a)、中龄(17 a)、成熟(26 a)杉木人工林和邻近撂荒地(CK),利用干筛法将采集到的表层(0～20 cm)原状土壤分为4个粒级团聚体(>2、1～2、0.25～1和<0.25 mm),测定各粒级团聚体中不同形态磷组分。结果表明: 1)不同林龄杉木人工林土壤团聚体组成差异显著,CK和各林龄杉木人工林中>2 mm粒级团聚体含量显著较高,随林龄的增长先增后减,在17 a时最高;土壤平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)的变化趋势与>2 mm粒级团聚体一致。2)CK和各林龄杉木人工林中各粒级土壤团聚体全磷、无机磷和有机磷含量差异均不显著,而土壤有效磷含量在>2 mm粒级团聚体中显著较高,达1.23～7.33 mg·kg^-1;不同林龄杉木人工林土壤团聚体及全土全磷、有效磷和无机磷含量均显著高于CK,并随杉木林龄的增长先增后减,全土总磷和有效磷含量在9 a时最高,分别为322.40和7.33 mg·kg^-1,全土无机磷含量在17 a时最高,为114.05 mg·kg^-1;全土有机磷含量随杉木林龄的增长先增再减再增,在9 a时最高,为210.00 mg·kg^-1。3)不同粒级土壤团聚体磷储量与土壤团聚体组成比例显著相关。CK和各林龄杉木人工林中>2 mm粒级团聚体各形态磷储量较高。除有机磷外,各形态土壤磷储量均随杉木林龄的增长先增后减。综上,林龄17 a之前,杉木人工林的种植有利于提升土壤团聚体稳定性,促进土壤磷素水平的提升;林龄17 a后,>2 mm粒级团聚体的破碎导致土壤团聚体稳定性和土壤磷素供应水平逐渐下降。因此,在杉木人工林培育栽种17 a以后应重视土壤中>2 mm粒级团聚体的保护,以保障土壤质量,维持土壤供磷水平。     

林龄对刺槐人工林土壤团聚体、有机碳和细菌群落的影响

探究刺槐人工林土壤团聚体、有机碳及细菌群落的变化特征,可为提升土壤质量与功能提供理论依据。以黄土高原沟壑区不同林龄刺槐人工林(8年生、18年生和30年生)和刚撂荒的农耕地(CK)为研究对象,利用最适湿度筛分法获得不同粒径团聚体,测定其有机碳含量和细菌群落结构特征。结果表明:(1)各林龄土壤团聚体均以>0.25 mm粒径为主,含量为92.74%-95.78%。土壤团聚体稳定性随着林龄的增加显著提高,以30年生林地最高,团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)分别较CK显著增加48.19%和91.38%(P<0.05)。(2)各林龄均以<0.25 mm粒径有机碳含量最高。土壤有机碳含量和>2 mm粒径团聚体有机碳含量均随着林龄的增长而显著增加。(3)团聚体细菌群落主要由变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)组成。随着林龄的增加,各粒径团聚体中放线菌门相对丰度先降低后增加,18年生林地最低。酸杆菌门变化趋势与放线菌门相反。变形菌门无明显变化。土壤有机碳、pH、全氮和全磷是影响团聚体细菌群落的主要因素。(4)>2 mm和2-0.25 mm粒径团聚体中,己科河菌门(Rokubacteria)对团聚体稳定性影响最大,既对团聚体稳定性产生直接正效应,又通过增加有机碳的含量间接提高团聚体稳定性。在<0.25 mm粒径团聚体中,有机碳含量对其稳定性的影响最大,有机碳含量越高,团聚体稳定性越强。综上,营造刺槐人工林有利于提高土壤团聚体稳定性,促进土壤有机碳的积累,可作为该区域生态恢复的有效措施。在生长发育过程中,人工林可通过改变土壤团聚体细菌群落和有机碳含量从而影响团聚体的稳定性。     

两种芒箕覆盖度下毛竹林土壤团聚体的稳定性及生态化学计量特征比较研究

为了解毛竹林下不同盖度芒萁种群对土壤碳含量和养分状况的影响,研究了四川长宁县芒萁(Dicranopteris dichoyoma)盖度分别为7.75%(PE)和63.25%(DD)下的毛竹(Phyllostachys edulis)林土壤团聚体稳定性和生态化学计量特征。结果表明,DD样方土壤大团聚体含量显著低于PE样方,进而导致团聚体稳定性降低。DD样方土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量显著低于PE样方,且TP降幅最大,使得土壤C:N、C:P和N:P显著增加。毛竹凋落叶和细根的TOC、TN、TP、C:N、C:P和N:P在DD和PE样方间无显著差异,但DD样方芒萁凋落叶和细根的TN和TP含量显著高于毛竹。相关分析表明PE毛竹细根的TP含量仅与大团聚体的TP含量呈显著正相关;DD毛竹和芒萁细根的TP含量与大团聚体、微团聚体和中团聚体的TP含量均呈显著正相关。毛竹林下高盖度的芒萁种群降低了土壤团聚体稳定性和土壤C、N、P含量,通过改变土壤生态化学计量特征进而增加毛竹和芒萁细根对土壤不同粒径团聚体N和P的吸收,尤其是对P的吸收。因此,在川南地区粗放经营毛竹林中应考虑调整林下...     

贺兰山不同海拔土壤团聚体碳氮磷含量及其化学计量特征变化

探究干旱半干旱区山地森林生态系统不同海拔土壤养分在团聚体中的分布规律,可为理解脆弱山地生态系统养分循环提供理论依据.本研究以贺兰山不同海拔(1380 ～2438 m)土壤为对象,分析0～20 cm土层团聚体分布及其稳定性、不同粒级团聚体有机碳、全氮、全磷储量及其化学计量特征.结果 表明:随海拔升高贺兰山主要土壤团聚体由...     

不同林龄柚木人工林土壤生态化学计量特征

为了阐明林龄对柚木人工林土壤生态化学计量特征及土壤理化性质的影响,在广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心青山实验场选取3块不同林龄(10、32、37 a)的柚木人工林为研究对象,在每个林龄地块内选择具有代表性的地段分别设置3块20 m×20 m样地,按照多点混合、随机布点和相同数量的原则,按0—10、10—20、20—30、30—50、50—100 cm土层取样,测定土壤的水分-物理性质、pH、有机碳(Soil organic carbon,SOC)、全氮(Total nitrogen,TN)、全磷(Total phosphorus,TP)、全钾(Total potassium,TK)含量,并计算土壤碳、氮、磷之间的计量比,探讨它们随林龄的变化及其与C∶N∶P化学计量比之间的关系,以期为柚木人工林持续经营管理提供科学依据。结果表明:除土壤容重(SBD)、有效磷(AP)、速效钾(FK)、C∶P和N∶P外,林龄对其他土壤理化性质和C∶N均有显著影响;C∶N、C∶P随林龄的增加而增大,柚木纯林化经营减少了C、N、P储量,其生长受到P限制,适当混交化改造显得十分重要;研究区域3个林龄柚...     

固氮树种对桉树人工林土壤团聚体酶活性及其化学计量比的影响

土壤酶活性及其化学计量比是反映土壤养分有效性和微生物生长代谢养分需求的重要指标,但固氮树种对桉树人工林土壤团聚体酶活性及其化学计量特征的影响尚不明确。为探究桉树人工林土壤团聚体酶活性及其化学计量比对引入固氮树种的响应及其主要影响因子,该文通过选择11年生巨尾桉纯林（PP）和巨尾桉/降香黄檀（固氮树种）(MP)混交林作为研究对象,采集0～10 cm的原状土样,采用改良干筛法将土壤分成>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm和<0.25 mm 4个径级,测定各径级土壤团聚体的理化性质和与土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）循环相关的水解酶活性[β-葡萄糖苷酶（BG）、N-乙酰-葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）、酸性磷酸酶（ACP）]。结果表明：（1）PP和MP土壤团聚体均以>2 mm为主,其含量高于其他粒径团聚体。与PP相比,MP中各粒径土壤团聚体的有机碳（SOC）、总氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）、有效磷（AP）、pH、BG、NAG和ACP均显著提高（P<0.05）,但LAP活性的变化不显著。（2）pH...     

不同林龄刺槐叶功能性状差异及其与土壤养分的关系

对不同林龄刺槐群落叶功能性状差异及其与土壤养分的关系进行研究,分析刺槐对黄土丘陵区土壤环境的适应策略.结果表明: 随林龄的增大,刺槐比叶面积、叶面积、叶片含水量、叶全氮含量及叶有机碳含量呈先增大后减小的变化趋势,且在30年林龄时达到最大值,分别为279.18 cm²·g^-1、12.33 cm²、0.09%、33.01 g·kg^-1、523.08 g·kg^-1.随林龄的增大,叶组织密度、叶全磷含量、叶厚度及气孔密度呈增大趋势,气孔长度及气孔宽度呈减小趋势.主成分分析表明,叶面积、比叶面积、叶全磷含量、叶片含水量、叶厚度及气孔密度均为刺槐叶功能性状随林龄变化的主要指标.各指标间呈一定的相关性,这表明刺槐能改变自身的形态结构,形成最佳功能组合以适应环境的变化.影响叶面积、叶片含水量、比叶面积及气孔长度的主要土壤因子是土壤全氮含量,影响气孔宽度、叶组织密度、叶厚度、叶全磷含量、叶全氮含量及气孔密度的主要土壤因子是土壤有机碳含量,这表明土壤全氮含量和有机碳含量是影响不同林龄刺槐叶功能性状的主要土壤因子.随林龄的增大,刺槐群落土壤养分得到改善,进而影响刺槐叶功能性状.不同林龄刺槐叶功能性状的差异反映出刺槐具有较强的叶片形态可塑性,有利于其适应黄土丘陵区的土壤环境.     

黄土高原南北样带刺槐林土壤碳、氮、磷生态化学计量特征

为了解黄土高原南北样带刺槐林土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量特征,采集了黄土高原南北样带上12个典型样点的刺槐林土壤,测定了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量并分析其生态化学计量特征。结果表明：刺槐林土壤SOC、TN、TP含量均随降水量降低而降低,且土壤SOC与TN的空间变化具有一致性;土壤SOC、TN、TP及其生态化学计量比与降雨量呈显著正相关（P < 0.05）,且TN、C：P、N：P与土壤含水量也呈显著正相关（P < 0.05）。     

模拟降雨减少对刺槐人工林土壤养分和微生物群落的影响

降雨是黄土高原地区土壤水分的最主要来源。为探明降雨减少对黄土高原半湿润区土壤养分和土壤微生物群落的影响,以刺槐人工林为研究对象,通过搭设透光遮雨板将部分穿透雨导流至样地外,实施了4年减少总降雨输入约47%的处理,测定了在不同降雨条件下林地的土壤养分含量、土壤微生物多样性及群落结构特征,分析了土壤养分和土壤微生物对降雨减少的响应。结果表明：减雨处理4年后(1)处理样地土壤有机碳、全氮、全磷含量均低于对照样地,全氮含量差异达到显著水平(P<0.05)。(2)对照样地生长季和非生长季土壤微生物多样性差异不显著,减雨处理样地非生长季的细菌均匀度显著低于处理样地生长季和对照样地非生长季(P<0.05);降雨减少对细菌和真菌的群落结构有显著影响(P<0.05),降雨减少显著降低了酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度,提高了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度(P<0.05)。(3)土壤有机碳、全氮含量与部分细菌相对丰度显著相关,土壤...     

黄土丘陵区刺槐叶片-土壤-微生物碳氮磷化学计量学及其稳态性特征

明确植物和微生物在植被恢复过程中的内稳态特性,对反映生物随恢复环境变化的适应性和阐明生态系统养分循环规律有重要意义。以黄土丘陵区恢复5年、10年、20年、30年和45年的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为研究对象,测定刺槐叶片、土壤和微生物生物量C、N、P含量及其化学计量学指标,重点揭示了叶片和微生物生物量养分在恢复过程中随土壤养分变化的稳态性特征。结果表明:(1)随着恢复年限的增加,土壤、叶片和微生物生物量C、N、P含量表现为增加趋势;(2)不同恢复年限叶片、土壤、微生物生物量C∶N分别为17.03—26.03、9.55—16.94、5.57—10.76、C∶P分别为465.04—634.48、19.89—65.81和39.64—110.53、N∶P分别为17.89—37.03、1.24—4.68和7.15—10.26,除叶片C∶N随恢复年限增加而降低外,其他指标均表现为随恢复年限增加而增加或先增加后降低;刺槐林生长后期可能面临P限制;(3)叶片和微生物生物量C、N、P及其计量比大部分指标与土壤指标的关系能够被内稳态模型很好地模拟(P0.01);其中叶片N∶P、微生物C、N对土壤养分变化较为敏感;其他指标比较稳定。研究表明植物和微生物在面对土壤养分变化时均会通过自我调节呈现内稳态性,说明刺槐在黄土丘陵区有较好的适应性;微生物对土壤养分的变化比植物更加敏感,其养分和计量比指标能较好地指示土壤恢复状况。     

黄土高原刺槐叶片-土壤生态化学计量参数对降雨量的响应特征

以黄土高原10个典型样点的20年刺槐人工林为研究对象,测定了样地中刺槐叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）含量,以及0-10 cm和10-20 cm土层土壤的主要理化指标,探讨了黄土高原刺槐叶片-土壤生态化学计量特征参数随水分梯度的变化规律。研究结果发现：①随着降水量增加,刺槐叶C、N含量呈增加趋势,叶片P含量无一致性规律。② 0-10 cm土层中土壤SOC、TN、TP、铵态氮含量以及C ∶ P和N ∶ P均随降雨量增加呈逐渐增加趋势,而C ∶ N比变化不明显。③刺槐叶片C、N、P及其化学计量比与土壤化学计量比相关性较弱,但叶片N、P与土壤铵态氮、速效磷等速效养分含量呈显著正相关（P<0.05）。本研究叶片N ∶ P>16,说明黄土高原刺槐生长主要受P元素限制,且随着降水的增加,土壤P养分的限制加强。     

黄土丘陵区刺槐与油松人工林生态系统生态化学计量特征

为阐明不同人工林生态系统间生态化学计量特征的差异,采用野外采样与室内分析相结合的方式分析了陕北黄土丘陵区落叶阔叶树种刺槐和常绿针叶树种油松人工林乔木、灌草、枯落物和土壤(土层深度0—100cm)C、N、P化学计量特征。结果表明:1)刺槐乔木各器官(叶、枝、干、皮、根)C含量显著低于油松,但N和P含量显著高于油松。因此,油松的C∶N和C∶P显著大于刺槐,而N∶P小于刺槐。2)刺槐林下枯落物N和P含量显著高于油松,但C含量显著小于油松。此外,油松林下枯落物C∶N(70.21)大于刺槐林下枯落物C∶N(19.71),说明油松林下枯落物分解较慢,有利于养分的存储。3)刺槐和油松人工林土壤C、N含量均随土壤深度增加而减少,P含量则基本保持不变。刺槐人工林土壤中C含量低于油松,N、P含量在两者之间无显著差异。4)刺槐人工林内乔灌草叶、枯落物与土壤C、N、P及其计量比的相关性多集中在10—20、20—30cm土层,而油松林中各组分与土壤营养元素的相关性相对较小,其中20—30cm土层中无显著相关性,说明相比刺槐人工林而言,油松人工林内土壤层N、P供应量对植物叶片N、P含量影响不显著。本研究为深入了解黄土丘陵区生态系统养分耦合循环机制奠定了基础,同时也为黄土丘陵区的植被恢复工作提供了一定的指导意义。     

木质素含量对四倍体刺槐嫩枝插穗扦插生根的影响

以四倍体刺槐1年生嫩枝插条为试验材料,分析插穗木质素含量与其横截面剪切强度、相关酶活性和激素关系,并探究不同木质素含量的插穗扦插生根性状的效应,为四倍体刺槐扦插选择合适插穗提供理论参考。结果表明:(1)插穗的木质素含量与其横截面剪切强度呈极显著正相关关系(相关系数为0.99),根据剪切强度可以间接地估算其木质素含量。(2)插穗的木质素含量与其POD和PPO活性呈极显著正相关关系(POD相关系数为0.98,PPO相关系数为0.92),也与激素ABA含量呈极显著的正相关关系(相关系数为0.97),而同IAA、IBA呈不显著的相关性,根据POD和PPO活性以及激素ABA含量对生根的影响可以推测木质素含量对生根有一定的影响。(3)不同木质素含量的插穗生根性状差异显著,木质素含量为19.47%时插穗生根能力最强,其插穗生根率为60.39%,平均每株生根量为9.70个,根长为4.85cm;木质素含量为10.60%时插穗生根能力最差。(4)生根性状最佳时的木质素含量为19.47%,其对应的剪切强度范围为40～50kg。     

黄土高原刺槐林地土壤水分垂直分布特征及其动态模型的建立

以位于黄土高原半干旱丘陵沟壑区的陕西省安塞县和半湿润残塬沟壑区的甘肃省泾川县为代表,研究了不同水分生态区刺槐林地土壤水分垂直分布特征;并在原有林地土壤水分入渗平衡模型的基础上,建立了林地土壤水分随时间、土壤深度变化的动态模型。结果表明:(1)不同水分生态区林地土壤水分垂直变化规律具有明显区别,泾川的土壤含水量峰值出现在20~40cm土层深处,后随着土层深度的增加逐渐降低,在200cm土层深度土壤含水量趋于稳定(11%左右);安塞的土壤含水量峰值出现在约60cm左右的土层,并在220cm深度土壤含水量趋于稳定(5.5%左右);说明泾川的土壤含水量高于安塞,安塞的降雨和林木根系耗水对土壤水分的影响程度和深度均大于泾川,且两地深层土壤水分含量不受降水和林木根系耗水等的影响。(2)利用降水在土壤中的入渗平衡模型能够很好地拟合黄土高原两地(泾川、安塞)刺槐林地的土壤水分垂直分布;并通过引入参数t(月份)建立了林地土壤水分随时间和土壤深度变化的动态模型,经验证该模型能够准确地刻画黄土高原不同水分生态区刺槐林地土壤水分的动态变化。     

气候和密度对刺槐径向生长和干旱脆弱性的影响

为评估气候和竞争对刺槐径向生长、抗性和弹性的影响,使用年轮气候学方法建立河南省民权和济源不同密度刺槐的生长年表,确定不同密度刺槐径向生长与气象因子的关联,利用胸高断面积增量变化获得干旱事件前后不同密度刺槐的干旱脆弱性,旨在确定气候和密度对刺槐径向生长和干旱脆弱性影响。结果表明：在生长前期,不同密度刺槐的径向生长无显著差异,随着树木的生长,高密度刺槐的年轮宽度和胸高断面积增量(BAI)开始显著低于低密度(P<0.05)。Pearson相关分析结果显示,生长季的标准化植被蒸散指数、降水、相对湿度、温度和饱和水汽压亏缺是影响刺槐生长的重要因素。路径分析结果显示降水和温度是年尺度上影响刺槐生长关键因素。受干旱事件的影响,刺槐的年轮宽度和BAI均下降,低密度刺槐恢复力、弹性、相对弹性均显著高于高密度(P<0.05),在第1次干旱事件发生后,不同密度刺槐均恢复生长,但无法恢复到干旱前的生长水平。在多次干旱事件后,高密度刺槐相对弹性趋于或小于0,表明受多次干旱影响,其生长不能恢复到干旱前水平。随着时间的推移,济源刺槐在经历3次干旱后仍保留一定的弹性,但民权高密度刺槐在第2次干旱事件后相对...     

气候变化驱动下黄土高原刺槐林气候适宜性和脆弱性

刺槐是黄土高原乡土树种,具有优良的水土保持和固碳功能。黄土高原生态恢复实践中实施了大规模的植树造林,刺槐林面积占沟壑丘陵区人工植树造林面积90%以上。由于种植时没有考虑刺槐的气候适宜性,一些地区的刺槐林出现了退化现象。采用最大熵模型,在0.5km×0.5km空间精度上分别模拟了1961—1990、1966—1995、1971—2000、1976—2005、1981—2010,以及2100年(典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5气候情景下)黄土高原刺槐的气候适宜性和敏感性。模拟结果显示：黄土高原刺槐分布及其动态变化主要受到最冷月温度、极端低温、降水量、年辐射量等气候因子影响,低温(最冷月温度、极端低温)是影响刺槐的最关键因子。黄土高原西北和北部广大地区,自然环境条件不适合刺槐林生长;黄土高原东南部(关中平原和山西南部)比较适合刺槐生长。相对1961—1990年,1961—2010年期间刺槐林适宜区分布格局基本没有改变,RCP4.5和RCP8.5气候情景下刺槐林适宜区分布格局也没有显著改变。图层叠加分析发现,刺槐的气候适宜度(即存在概率)发生了明显改变。黄土高原西部和北部属于不适宜刺槐生...