剔除灌草和添加翅荚决明对厚荚相思林土壤温室气体排放的影响

森林土壤是CO₂、CH₄和N₂O等温室气体的主要排放源.本研究采用静态箱/色谱分析技术,对中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站内厚荚相思林土壤CO₂、CH₄和N₂O通量进行原位测定,研究剔除林下灌草和添加翅荚决明对土壤温室气体排放的影响.结果表明：厚荚相思林土壤CO₂通量在湿季维持较高水平,在旱季则明显降低.CH₄和N₂O在9-11月波动幅度较大,峰值出现在10月.在不同处理下,厚荚相思林土壤可能是CH₄的源也可能是CH₄的汇,而于CO₂和N₂O则是源.林下剔除灌草能显著增大土壤CO₂排放(P<0.05),而添加翅荚决明能加快土壤CH₄的排放(P<0.05).林下剔除灌草及添加翅荚决明两种处理都能够加大N₂O的排放通量.表层土壤温度、湿度、NO₃^--N和微生物生物量碳都是影响土壤温室气体排放的重要因子.     

尾叶桉林下5种植物的耐阴性、生物量及其个体消长

为了解尾叶桉林下不同植物种类的生理生态特性和生长适应性,在鹤山站尾叶桉林中选取分布较多且药用价值和经济价值较高的5种林下植物为研究对象,测定各植物的叶片特征、叶绿素含量和光合-光响应曲线,同时结合2006年和2011年尾叶桉林的样方调查数据分析了5种林下植物生物量的变化和个体数量的消长。结果表明:(1)野牡丹叶片的宽度、厚度、单片叶面积等指标最大,梅叶冬青最小,桃金娘、栀子和山苍子处于两者之间;桃金娘、野牡丹和山苍子的光合速率随光照的增强迅速增大,其光饱和点较高;梅叶冬青和栀子的光合速率也随光照的增强而增大,但其斜率比野牡丹和山苍子大,并很快就达到光饱和点。综合聚类分析植物的耐阴程度,5种植物可分为2类:第1类为耐阴性较强的梅叶冬青、栀子,第2类为耐阴性较弱的野牡丹、山苍子和桃金娘。(2)随着尾叶桉林的生长,5种林下植物的生物量都有不同程度的增加,其中增幅较大的是野牡丹和桃金娘分别增加74倍和18倍,增幅最小的是栀子仅1.3倍。野牡丹、桃金娘和山苍子这3个种生物量的增加主要是由个体高度和地径的增长引起,而栀子和梅叶冬青生物量的增加是其个体数量、株高和地径做出的贡献。(3)在尾叶桉林生长过程中,耐阴种类梅叶冬青随着个体密度、株高和地径的增长,其在林内发展成为主要优势灌木种类;栀子的密度虽然有一定的增大,但其株高和地径增加量小,生物量也小,发展为次要灌木种类。野牡丹、桃金娘和山苍子等3种的个体密度都在下降,虽然其地径、株高和生物量也有一定的增长,但其较强的阳生性不能适应林内的荫蔽环境,只适于林窗或林缘光照较强的地方生长。因此,在桉树林经营管理过程中应适当保护和种植梅叶冬青和栀子;在短轮伐期经营模式下,林窗和林缘也可适当保留野牡丹、桃金娘和山苍子。     

剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响

森林土壤是CO2、N2O和CH4等温室气体的重要排放源,山核桃是中国特有的高档干果和木本油料树种,林下杂草管理对山核桃林地温室气体排放具有重要影响.采用静态箱-气相色谱法在浙江临安山核桃主产区进行了为期1年的原位试验,研究剔除林下杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响.结果表明:剔除杂草和留养杂草山核桃林地土壤CO2排放通量呈现一致的季节变化规律:夏秋季高、冬春季低;N2O排放在夏季较高,其他季节变化平稳;CH4的排放无明显季节变化规律.剔除杂草显著降低了土壤CO2排放,促进了N2O排放和CH4吸收.剔除杂草对土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳没有显著影响.剔除杂草的山核桃林地土壤排放温室气体的综合增温潜势为15.12 t CO2-e·hm-2·a-1,显著低于留养杂草处理(17.04 t CO2-e·hm-2·a-1).     

CO_(2)浓度和温度升高对冬小麦土壤无机态氮及温室气体排放的影响

农田土壤温室气体排放对气候变化的响应是农业响应气候变化的热点问题。本试验开展了CO_(2)浓度和温度升高对冬小麦土壤温室气体排放影响的研究,测定CO_(2)浓度(600μmol/mol)和温度升高(环境温度+2℃)条件下冬小麦土壤中硝态氮和铵态氮的含量,以及温室气体排放通量和生长季排放总量,结合冬小麦的产量计算该生长季的综合温室效应(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)。结果表明:拔节期CO_(2)浓度和温度升高条件下,冬小麦土壤硝态氮含量显著增加;三个时期CO_(2)浓度和温度升高条件下,冬小麦土壤铵态氮含量均以不同程度增加;升温(T1C0)、CO_(2)浓度升高(T0C1)及复合(T1C1)条件下,CO_(2)生长季总排放量较对照(T0C0)分别增加了20.73%、22.18%和23.28%;而N_(2)O生长季排放总量只有在T0C1中会显著增加,T1C0及T1C1中N_(2)O生长季总排放量较T0C0分别减少了26.35%、18.41%;T1C0中CH4生长季总吸收量较T0C0显著减少了93.56%,T0C1及T1C1对其无显著影响;T1C0中冬小麦产量较T0C0显著减少了19.93%,而T0C1和T1C1中分别增加了15.36%、9.88%。T1C0、T0C1和T1C1中GWP与T0C0相比均显著增加,而GHGI在T1C0中较T0C0显著增加,T0C1和T1C1中GHGI与T0C0相比有所减少,但不显著。综上所述,在CO_(2)浓度升高和温度升高的条件下,CO_(2)和N_(2)O生长季总排放量均有不同程度的增加,CH4生长季总排放量在升温处理下会显著减少。麦田三种温室气体预估GWP对环境不利。本研究对CO_(2)浓度和温度升高条件下的北方麦田温室气体进行了估算,可为未来农业减排措施的制定提供理论支持。     

不同水肥处理对尾叶桉苗木生长及生物量分配的影响

为筛选适宜不同水肥条件的尾叶桉（Eucalyptus urophylla）优良无性系,以34个尾叶桉无性系为研究对象,采用2因素（水分、养分）3水平完全随机区组设计,对不同水肥处理下18个月的尾叶桉苗木生长和各器官生物量进行方差分析和遗传参数评估。结果表明：除少数性状外,尾叶桉生长（树高、地径）和生物量（主干、侧枝、根）在不同区组、水分、养分、水分×养分互作及无性系的差异间均达到显著或极显著水平,表明水分、养分和无性系会影响尾叶桉生长和各器官生物量大小。在水分和养分组合处理下,尾叶桉生长和各个器官生物量在组合33（高水高肥）和组合32（高水中肥）处理下表现较好。全株总鲜质量在组合32处理最大,与组合11处理相比增加了135.70%。主干、根、叶和总生物量的鲜质量与干质量相关系数最高,相关系数在0.90以上。无性系在树高、地径和生物量的方差分量为4.28~31 255.80,大部分性状的单株重复力在0.15以上,且都达到了显著水平。以15%无性系入选率,采用BLUP预测的尾叶桉无性系基因型值筛选出ZQUB39和ZQUC23尾叶桉在水分和养分梯度较低的土壤环境中生长较好,UD42、LDUC1和ZQUA3在水分和养分梯度较高的土壤环境中生长较好。这些优良无性系可能在多种立地进行推广种植。     

林下植被剔除对杉木林土壤呼吸和微生物群落结构的影响

以湖南会同地区26年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象, 探讨剔除林下植被对土壤呼吸和微生物群落结构的影响。2012年6月将林下植被剔除后, 2012年7月-2014年7月每月测定一次土壤呼吸速率、5 cm土壤温度和含水量, 并分别于2013年7月和2014年7月测定了土壤微生物群落结构和土壤养分数据。研究结果表明: 杉木人工林土壤呼吸具有明显的季节变化规律, 且与5 cm深处的土壤温度呈极显著的正相关关系。林下植被剔除两年内土壤呼吸平均下降了32.8%, 2012年7月-2013年6月下降了42.9%, 2013年7月-2014年7月下降了22.2%。根据土壤呼吸与温度拟合的指数方程所计算出的土壤呼吸的温度敏感性Q₁₀值在对照区为2.10, 林下植被剔除区为1.87, 说明在杉木人工林系统中林下植被剔除2年降低了土壤呼吸的温度敏感性。此外, 林下植被剔除也改变了土壤微生物群落结构。林下植被剔除1年后, 土壤细菌的浓度没有发生改变, 但真菌的浓度降低, 导致真菌与细菌的浓度比值下降。此外, 革兰氏阳性细菌(G⁺)的浓度及其与革兰氏阴性菌(G^-)的比值升高。林下植被剔除2年后, G⁺浓度和G⁺与G^-的浓度比值降低。该研究表明林下植被剔除可以降低土壤呼吸, 从而减少土壤向大气中释放碳; 同时可改变土壤微生物群落结构, 而且其效应受作用时间的影响。     

冻融作用对土壤温室气体产生与排放的影响

土壤冻融交替是中、高纬度和高海拔地区常见的自然现象,土壤在冻融期间会经历一系列物理、化学和生物变化过程。有研究表明,冻融区土壤是温室气体的重要排放源,冻融期土壤温室气体的排放量在全年总排放量中占有重要的份额,尤其是N2O。随着全球气候变暖,部分地区的土壤环境将经受更广泛和频繁的冻融交替作用,这会导致土壤温室气体排放量增加,从而又进一步促进了气候变暖。本文重点概述了冻融作用对土壤温室气体产生与排放的影响及其主要影响机制,并简要提出了目前土壤冻融研究中的一些不足以及今后值得关注和深入研究的科学问题。     

火干扰对小兴安岭白桦沼泽温室气体排放的短期影响

利用静态箱-气相色谱法,研究了火干扰对小兴安岭白桦沼泽生长季CH4、CO2和N2O排放的季节变化、源/汇功能的影响,以及其与环境因子的关系.结果表明:轻度火干扰使白桦沼泽的气温和地表温度升高1.8℃～3.9℃,水位下降6.3 cm;重度火干扰使气温和0～40 cm土壤温度升高1.4 ℃～3.8℃,水位下降33.9 cm.轻度火烧、未火烧样地CH4呈春季吸收、夏秋季排放,重度火烧样地则呈春夏季吸收、秋季排放;未火烧样地CO2呈夏季>秋季≈春季,火干扰样地呈夏季>秋季>春季;未火烧样地N2O呈春季>夏季>秋季,轻度火烧样地呈秋季>春季>夏季,重度火烧样地呈夏季>秋季≈春季.未火烧样地CO2通量与气温、地表温度呈显著正相关,轻度火烧样地CO2通量与气温、5～10 cm土壤温度和水位呈显著正相关,重度火烧样地CO2通量与5～40 cm土壤温度呈显著正相关.火干扰使其CHM4排放量提高169.5%(轻度)或转变为弱吸收汇(重度),CO2和N2O排放量分别下降21.2%～34.7%和65.6%～95.8%,全球温暖潜势下降22.9%～36.6%.火干扰能够减少白桦沼泽温室气体排放,湿地管理实践中可适当开展有计划的火烧.     

火干扰对小兴安岭落叶松-苔草沼泽温室气体排放的影响

利用静态箱-气相色谱法,研究火烧干扰(轻度、重度)对小兴安岭落叶松-苔草沼泽生长季CO₂、CH₄、N₂O排放的影响.结果表明:火烧干扰使CO₂排放通量提高24.0%-45.9%, CH₄提高135.1%(轻度)或下降31.3%(重度),N₂O由吸收转化为排放.重度火烧改变了CO₂的季节排放规律,火干扰改变了CH₄与N₂O的季节排放规律.火烧与未火烧样地CO₂排放与水位呈显著负相关,与空气温度、土壤温度呈显著正相关;未火烧样地CH₄排放与水位呈显著负相关,与地表温度呈显著正相关,轻度火烧样地CH₄排放与气温和个别土壤温度呈显著正相关,而重度火烧样地CH₄排放、各样地的N₂O排放与水位和温度相关性均不显著.火干扰使CO₂排放源强度较未火烧提高,轻度火烧样地CH₄排放源强度较未火烧提高、重度样地则下降;N₂O则由吸收汇转化为排放源.火烧样地温室效应贡献潜力较未火烧样地提高了1/4-1/2,且呈现出随火干扰强度增大而递增的变化规律\.     

水肥胁迫对尾叶桉无性系生长及叶片变异的影响研究

为选择尾叶桉(Eucalyptus urophylla)优良无性系,以20个尾叶桉无性系为材料,采用2因素(水分、养分)3水平完全随机区组设计,对水肥胁迫半年后尾叶桉苗木生长和叶片性状变异进行分析和评估。结果表明,尾叶桉的叶尖角、叶长、叶宽、叶周长和叶面积在不同水肥处理下差异显著,表明水分和养分会影响叶片的大小。苗木生长和叶片性状间大多数呈显著或极显著正相关,少数呈显著负相关或一定的负相关性。13种性状可综合为4个主成分,其累计贡献率达98%,说明这些性状具有极强的代表性。除地径的水分×养分互作不显著外,生长性状在水分、养分及水分×养分互作上达显著和极显著的水平。无性系在树高、地径和冠幅上的方差分量为2.19~149.59,重复力为0.16~0.45。以20%入选率,采用基因型值筛选出4个优良无性系:LDUA10、ZQUA9、ZQUA8和LDUA24,他们的树高、地径和冠幅比对照分别高出5.0%、12.8%和14.5%,为后续骨干亲本选择及优良无性系推广提供依据。     

马占相思人工林和果园地表径流规律的对比研究

基于连续 5年的观测 ,对比研究了马占相思人工林和果园两种地表类型上地表径流的各自特点 ;讨论了季节性地表径流的差异与系统水分结构问题 ;探讨了根据实际资料求取发生地表产流的降雨量临界值的方法 ,此方法以综合考虑未发生产流的最大降雨量和已发生产流的最小降雨量为基础 ;并得到了如下的一些结果 :1)本区域不同强度的大气降水频度分布比较均匀 ,但降水量主要由少数几场特大降水带来 ,并且降水量的季节分配极不平均 ,湿季 (4～ 9月 )降水量占全年的 85 .5 %。 2 )地表径流的季节差异更大 ,果园在湿季的地表径流量占全年的93.8% ,马占相思林占 95 .1% ,作者认为在降水量存在较大干湿季差别的地区 ,对于越难于发生地表径流的下垫面 ,这个值会越高。3)马占相思地表径流系数在逐年减小 ,果园的变化较大。4)一次性降雨量对地表径流量的影响在这两种地表类型上都很明显 (r>0 .85 ) ;一次性降雨强度对地表径流的影响只有在中等降雨量 (6～ 16 mm)下才表现明显 (r>0 .87) ,对于较小和较大降水量 ,径流量与降雨强度关系都不大 ;径流系数受一次性降雨强度的影响很明显 (林地 r>0 .92 ,果园 r>0 .77)。 5 )马占相思和果园一次性“最大可能”地表径流产流的雨量临界值 ,分别为5 .1m m和 2 .8mm。     

改变凋落物输入对杉木人工林土壤呼吸的短期影响

从2007年1月至12月, 在长沙天际岭国家森林公园, 通过改变杉木林凋落物输入, 研究杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林群落去除凋落物、加倍凋落物土壤呼吸速率及5 cm土壤温、湿度的季节变化。结果表明: 去除和加倍凋落物对土壤温度和湿度产生的差异不显著(p>0.05), 对土壤呼吸全年产生的差异接近显著(Marginal significant)(p=0.058)。按植物生长期分别分析, 去除和加倍凋落物对土壤呼吸产生的差异, 在生长旺盛期差异显著(p=0.003), 在生长非旺盛期差异性不显著(p=0.098)。去除凋落物年均土壤呼吸速率为159.2 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理土壤呼吸速率(180.9 mg CO₂·m^-2·h^-1)低15.0%, 加倍凋落物的土壤呼吸为216.8 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理高17.0%。去除和加倍凋落物土壤呼吸季节动态趋势与5 cm深度土壤温度相似, 它们之间呈显著指数相关, 模拟方程分别为: y=27.33e^{0.087 2t}(R²=0.853, p＜0.001), y=37.25e^{0.088 8t}(R²=0.896, p＜0.001)。去除和加倍凋落物的Q₁₀值分别为2.39和2.43, 均比对照2.26大。去除和加倍凋落物土壤呼吸与土壤湿度之间关系不显著(p>0.05)。这一结果使我们能够在较短时间内观察到改变凋落物输入对土壤呼吸的影响, 证明凋落物是影响土壤CO₂通量的重要因子之一。     

天童常绿阔叶林不同退化群落的凋落物特征及与土壤养分动态的关系

 该研究以浙江天童常绿阔叶林及退化群落的凋落物特征为内容,探讨了养分归还和土壤养分动态之间的联系。结果显示：1)常绿阔叶林退化显 著降低了凋落物的年凋落量,从成熟常绿阔叶林的13.03 Mg·hm^－2下降到灌丛的6.38 Mg·hm^－2。2)凋落物氮含量在成熟群落至灌丛阶段下降显 著,而磷含量无明显递减规律;氮磷归还量均随常绿阔叶林退化显著下降。 3)凋落物特征（年均值）与土壤养分的相关分析表明,土壤氮磷含 量与凋落物凋落量间呈显著线性正相关;土壤氮含量与凋落物氮含量间无显著线性关系,而与氮归还量呈显著线性正相关(p<0.05);土壤总磷 含量与凋落物磷含量和磷归还量间均呈显著线性正相关( 磷含量:p<0.01; 磷归还量: p<0.001);土壤无机氮含量与凋落物各特征间无显著相关 关系;土壤氮素硝化速率与凋落物凋落量和氮归还量间呈显著线性正相关(凋落物凋落量:p<0.01; 氮归还量: p<0.005),而与凋落物氮含量无 显著线性关系,与之相比,土壤氮素矿化速率与凋落物特征间均不存在显著线性关系。可以认为,在常绿阔叶林退化过程中,由于不同植物在 养分归还特征上的差异,导致了养分归还量的下降,从而使土壤养分库的物质来源减少,但是,群落结构简化而导致的非生物要素的改变,对 控制土壤生物过程发挥着更大的作用。     

华西雨屏区苦竹林土壤呼吸对模拟氮沉降的响应

2007年11月至2008年11月, 对华西雨屏区苦竹(Pleioblastus amarus)人工林进行了模拟氮沉降试验, 氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1)。每月下旬, 采用红外CO₂分析法测定土壤呼吸速率, 并定量地对各处理施氮(NH₄NO₃)。结果表明: 2008年试验地氮沉降量为8.241 g·m^-2, 超出该地区氮沉降临界负荷。在生长季节, 苦竹林根呼吸占总土壤呼吸的60%左右。模拟氮沉降促进了苦竹林土壤呼吸速率, 使苦竹林土壤每年向大气释放的CO₂增加了9.4%~28.6%。在大时间尺度上(如1 a), 土壤呼吸主要受温度的影响。2008年6~10月, 土壤呼吸速率24 h平均值均表现为: 对照<低氮<中氮<高氮。氮沉降处理1 a后, 土壤微生物呼吸速率和土壤微生物生物量碳、氮增加, 并且均与氮沉降量具有相同趋势。各处理土壤呼吸速率与10 cm土壤温度、月平均气温呈极显著指数正相关关系, 利用温度单因素模型可以解释土壤呼吸速率的大部分。模拟氮沉降使得土壤呼吸Q₁₀值增大, 表明氮沉降可能增强了土壤呼吸的温度敏感性。在氮沉降持续增加和全球气候变暖的背景下, 氮沉降和温度的共同作用可能使得苦竹林向大气中排放的CO₂增加。