森林转换后土壤因素影响中亚热带土壤磷的积累

磷是植物生长的必需元素之一,是维持亚热带森林生态系统生产力的关键因子。研究森林转换后土壤因素对磷素的影响,对生态系统的稳定和森林经营具有重要意义。本文选取由亚热带常绿阔叶林转换而成的米槠次生林(SF)、米槠人促林(AR)和杉木人工林(CF)为研究对象,测定了土壤理化性质、铁铝氧化物、各形态磷含量以及酸性磷酸酶活性,旨在探究土壤磷对森林转换的响应和驱动土壤磷变化的影响因子。结果显示:米槠人促林土壤的全磷、有机磷和微生物生物量磷显著高于米槠次生林和杉木人工林;冗余分析(RDA)发现,土壤含水量、总氮和无定型铁是影响A层土壤磷的主要因子,而在B层,则是酸性磷酸酶、游离型铁和总氮起主要作用;土壤生物化学属性和微生物特性都会影响着不同形态土壤P的积累,其中土壤中的水分和酸性磷酸酶活性是调控土壤磷的关键因子。研究表明,中亚热带地区天然林转换为人促更新林更有利于森林土壤磷的储存和供应,有助于维持本区域森林生态系统的稳定。本文的研究结果可为中亚热带森林经营提供科学依据。     

赣中亚热带森林转换对土壤氮素矿化及有效性的影响

采用原位培养法和时空替代法,对江西中部亚热带常绿阔叶林、天然马尾松林、人工杉木林、人工马褂木林的土壤氮素矿化速率及其有效性进行了比较研究,以探讨森林转换对土壤氮素矿化作用的影响。结果表明：转换前后各森林土壤无机氮库（NH4 -N、NO3--N）及氮素矿化速率(氨化速率、硝化速率)均呈现明显的季节动态,NH4 -N库冬春较大,NO3--N库夏秋较大,氨化速率与硝化速率均以夏秋强烈。森林转换改变了土壤氮素矿化格局,常绿阔叶林转变成马尾松林、杉木林、马褂木林后,土壤年均氨化速率分别降低了110.67%、100.76%、96.20%,而硝化速率提高了54.92%、24.19%、 24.46%;马尾松林年均总净矿化速率与常绿阔叶林相近,杉木林、马褂木林分别降低了24.68%、26.01%;另外,除常绿阔叶林外,马尾松林、杉木林、马褂木林的土壤氮素矿化量都小于植被吸收量。这些研究结果说明亚热带地区常绿阔叶林转换成其它次生林会增加氮素流失的危险性,氮素缺乏会成为这些森林生长的限制因子。     

中亚热带森林更新方式对土壤团聚体磷组分的影响

土壤团聚体在土壤磷贮存和调节磷有效性中起重要作用,然而森林更新方式如何影响土壤团聚体磷组分仍不清楚。本研究选取米槠天然林经不同强度干扰形成的米槠次生林(轻度干扰)、米槠人促更新林(人促林,中度干扰)及杉木人工林(重度干扰)为对象,通过分析土壤团聚体粒径组成、全土和团聚体磷组分、磷吸附指数(P_SOR)、磷遗留指数(P_LGC)、磷饱和度(DPS_M3)等指标,探究森林更新方式对全土及团聚体磷有效性及供磷潜力的影响。结果表明：森林更新方式显著影响土壤团聚体组成。米槠次生林和人促林土壤粗大团聚体(>2 mm)占比显著高于杉木人工林,而土壤粉黏粒团聚体(<0.053 mm)则表现为相反趋势。土壤团聚体组成显著影响土壤磷组分含量。土壤活性磷组分(可溶性磷P_SOL、速效磷P_M3)含量随团聚体粒径减小而降低;总磷(TP)、有机磷(Po)、中等活性磷组分(无机磷Pi_OH、有机磷Po_OH)、闭蓄态磷(P_OCL)含量、P     

杨树人工林类型对土壤磷组分的影响

磷是亚热带森林生态系统中重要的限制元素,明晰不同杨树人工林类型对土壤磷组分的影响,对亚热带地区杨树人工林的科学经营具有重要意义.本文以杨树纯林、杨树-女贞混交林和杨树-石楠混交林为对象,采用Sui修正后的Hedley磷素分级方法,研究不同杨树人工林类型对0～20、20～40、40～60cm 土层土壤磷组分的影响.结果表...     

中国亚热带森林转换对土壤呼吸动态及通量的影响

通过用静态碱吸收法对中国亚热带福建三明格氏栲自然保护区内的格氏栲天然林和33年生的格氏栲人工林及杉木人工林的土壤呼吸进行为期2a的定位研究,结果表明,3种森林土壤呼吸速率季节变化均呈单峰曲线,最大值出现在5月至6月份,最小值出现在12月至翌年1月份。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤呼吸速率一年中变化范围分别在403.47～1001.12mgCO2m-2h-1、193.89～697.86mgCO2m-2h-1和75.97～368.98mgCO2m-2h-1之间。2002年土壤呼吸速率主要受土壤温度影响,但在极端干旱的2003年则主要受土壤湿度的影响。双因素关系模型(R=aebTWc)拟合结果优于仅考虑土壤温度或土壤湿度的单因素关系模型,土壤温度和土壤湿度共同解释不同年份不同森林土壤呼吸速率季节变化的80%～96%。杉木林土壤呼吸对气候变化敏感性高于格氏栲天然林和人工林。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤呼吸年通量分别为13.742、9.439和4.543tC·hm-2·a-1,前者分别约是后二者的1.5倍和3.0倍。森林转换对土壤呼吸通量的影响可能与枯落物数量和质量、根系呼吸、土壤有机质数量和质量的变化有关。     

亚热带森林转换对土壤无脊椎动物群落结构的影响

受人类活动干扰的增加,亚热带森林频繁转换为次生林和人工林,可能显著影响土壤无脊椎动物群落结构及其生态功能,但当前的认识并不一致。因此,于2022年7月调查了亚热带天然常绿阔叶林转换为次生林、米槠人工林、杉木人工林后土壤无脊椎动物群落结构特征。共捕获土壤无脊椎动物659只,丰度为26540只/m²,隶属1门6纲13目59科,其中蚁科和球角 虫 兆 科为优势类群。森林转换改变了土壤无脊椎动物群落组成和多样性。天然林向米槠人工林和杉木人工林转换后,土壤无脊椎动物丰度和类群均明显降低,其中大型土壤无脊椎动物丰度的响应更为敏感,在2种林型中分别显著降低了33.58%和36.53%。尽管林型转换对土壤无脊椎动物群落多样性指数无显著影响,但改变了土壤无脊椎动物群落组成,其中天然林与杉木人工林群落组成极不相似(J ＜ 0.25),等节 虫 兆 科为杉木人工林优势类群,占比达到59.84%。冗余分析显示,土壤湿度、凋落物现存量和凋落物磷含量是影响土壤无脊椎动物群落的主要因子,对土壤无脊椎动物群落的解释率为69.30%。可见,林型转换可能通过改变土壤理化性质和凋落物质量,调控土壤无脊椎动物群落结构。     

中亚热带森林转换对凋落物养分归还及养分利用效率的影响

为了解中亚热带森林转换对森林生态系统碳及养分循环的影响,以中亚热带米槠天然林、森林转换后的米槠次生林和杉木人工林为对象,对3种林分的凋落物量、养分归还量和养分利用效率进行4年研究.结果 表明:米槠天然林转换为米槠次生林和杉木人工林后,年凋落物量分别下降29.0％和45.7％,凋落物氮归还量分别下降34.0％和72.7％...     

中亚热带不同母质发育森林土壤磷组分特征及其影响因素

本研究以福建三明砂岩和花岗岩发育的米槠林土壤和杉木林土壤为对象,分析土壤磷组分、铁铝氧化物、微生物生物量以及磷酸酶活性等指标,研究母质和森林类型对土壤磷组分的影响程度和机制.结果表明:母质和森林类型显著影响土壤不同磷组分含量.总体上,砂岩发育土壤全磷含量、活性无机/有机磷、中等活性无机/有机磷以及惰性磷含量均显著高于花...     

中亚热带丘陵红壤区森林演替典型阶段土壤氮磷有效性

在中亚热带典型丘陵红壤区选取裸露地、马尾松(Pinus massoniana)林地、针阔混交林地、常绿阔叶林地为研究对象,开展土壤氮(N)、磷(P)供应、有效性及其耦合过程的研究.结果表明,土壤有机C、全N、净矿化速率、中性磷酸酶活性表现为随森林演替进展呈现逐步提高的变化趋势;而土壤全P、C/N、C/P、氨化速率、硝化速率、树脂P、NaHCO3-P、NaOH-P、声波P、酸性P、总有效P、酸性磷酸酶活性未表现出此趋势;但反映N、P有效供应的指标,除氨化速率、树脂P和酸性磷酸酶外,在常绿阔叶林中均为最高.相关分析表明大部分N、P供应指标之间存在显著相关性(P<0.05).丘陵红壤区森林演替初级阶段P的限制性明显强于N,土壤N、P供应在森林演替进展过程中可以逐步得到优化而实现协调供应.以常绿阔叶林为中亚热带丘陵红壤区植被恢复的最终目标是可行和理想的.     

模拟增温对中亚热带杉木人工林土壤磷有效性的影响

气候变暖改变与土壤磷循环相关的生物地球化学过程,对陆地生态系统磷循环产生直接或间接影响。为研究亚热带地区杉木人工林土壤磷有效性对增温的响应,开展了模拟增温实验。实验设置对照组及增温组(5℃),经过1.5a的短期增温,对杉木人工林的土壤全磷、有机磷、微生物量磷、有效磷、酸性磷酸酶活性及相关土壤理化性质进行测定,结果表明:增温处理下,土壤酸性磷酸酶活性提高约1.5倍,土壤全磷、微生物量磷以及有机磷含量分别减少了6%、34%和12%,土壤有效磷含量增加25%。可见,短期增温通过提高土壤磷酸酶活性进而促进土壤有机磷矿化和降低土壤微生物固磷量,从而增加土壤磷有效性,但是增温导致潜在可利用的土壤微生物量磷大幅度的降低,将有可能加剧亚热带杉木人工林土壤磷限制。     

中亚热带森林更新方式对土壤磷素的影响

为了深入了解磷(P)在中亚热带森林生态系统内的有效性,在三明市梅列区陈大采育场黄坑工区,选择天然林采伐后采取不同更新方式的多种森林,以米槠天然林为对照,研究森林不同更新方式对中亚热带森林土壤全磷、有效磷及可溶性有机磷的影响。结果显示:在0—100 cm土层,(1)土壤全磷平均含量大小顺序依次为米槠天然林(NF)(0.49±0.09)g/kg,米槠轻度干扰人促更新林(LAR)(0.35±0.04)g/kg,米槠强度干扰人促更新林(HAR)(0.34±0.03)g/kg,马尾松人工林(PIM)(0.32±0.02)g/kg,杉木人工林(CUL)(0.3±0.03)g/kg,人促更新林比人工林高,NF显著高于其它的林分(P0.05);(2)土壤有效磷(Na HCO3提取)平均含量大小顺序依次为NF(0.41±0.39)mg/kg,LAR(0.26±0.2)mg/kg,HAR(0.23±0.16)mg/kg,PIM(0.17±0.05)mg/kg,CUL(0.13±0.06)mg/kg,NF显著高于其它林分,LAR显著比人工林高(P0.05)。(3)在0—10 cm土层,各林分可溶性有机磷含量在夏季最高,冬季最低,温度和降水量的季节变化是影响其重要因子之一;同一季节,人促更新林比人工林高,NF显著高于人工林(P0.05)。结果表明,全磷、有效磷和可溶性有机磷含量随人为干扰强度的增强呈降低趋势,其与年凋落物量和土壤有机碳储量呈显著正相关,与土壤容重呈显著负相关,全磷和有效磷在土壤剖面呈表聚性特征。相比于人工林经营,采取人促天然更新的方式,更有利于中亚热带森林养分的贮存和转化,有利于森林的长期经营和管理。     

氮沉降对森林土壤磷循环的影响

磷是生物体必需的大量元素之一,也是许多生态系统的主要限制因子。近年来,大气氮沉降日益加剧,已对森林生态系统磷循环产生了不可忽视的影响。关于氮沉降对生态系统磷循环的影响已开展了一系列的研究,然而尚缺少对其整体的认识。因此,通过收集国内外已发表的相关文章,从以下五个方面综述氮沉降对森林生态系统土壤磷循环的影响及其机理:1)阐述了森林生态系统土壤磷循环的概念;2)介绍了氮沉降对森林土壤磷循环影响的研究方法,包括长期定位模拟氮沉降法、自然氮沉降梯度法和同位素示踪法等;3)概述了氮沉降对森林生态系统土壤磷循环的影响。目前的研究结论趋向于认为长期氮沉降使森林土壤磷循环速率加快。长期氮输入易于使土壤中可溶性磷向非活性磷酸盐库迁移而难以被利用。因此,为了满足需求,土壤磷酸酶活性将增加以加速有机磷的矿化,从而加速磷素在土壤-植物-微生物之间的周转。4)探讨了氮沉降影响森林土壤磷循环的机制。氮沉降可通过改变土壤有机质的性质、微生物群落组成、磷酸酶活性以及阳离子的流动性等途径影响森林土壤磷循环;5)指出了当前研究存在的问题及未来的研究方向。     

中亚热带米槠天然林土壤甲烷吸收速率季节变化

以福建省建瓯市万木林自然保护区米槠天然林为对象,定位观测了土壤甲烷吸收速率(V_CH4)的季节变化.结果表明：米槠天然林土壤V_CH4的季节变化表现出夏秋季高于冬春季的趋势,最大值(95.13 μg·m^-2·h^-1)出现在初秋(9月),最小值(9.13 μg·mμg·m^-2·h^-1)出现在初春(3月).土壤全年均为甲烷汇.随土壤温度和含水量的增加, V_CH4分别呈增加和降低趋势,但V_CH4与土壤温度和土壤含水量的相关性均不显著.米槠天然林土壤甲烷年通量为3.93 kg·hm^-2·a^-1,高于全球天然林土壤甲烷年通量的平均水平(2.4 kg·hm^-2·a^-1)和亚洲地区热带天然林土壤甲烷年通量(2.07 kg·hm^-2·a^-1),低于亚洲地区温带天然林的土壤甲烷年通量(8.12 kg·hm^-2·a^-1).     

土壤及凋落物源氮对中亚热带森林土壤SON的影响

土壤可溶性有机氮(SON)含量虽低,却是土壤氮库中最活跃的组分之一;主要来源于凋落物分解和土壤氮素转化。但是它们各自对土壤的影响还不清楚。通过添加杉木和~(15)N标记的阔叶凋落物于土壤表面,研究针阔叶凋落物分解对土壤SON的影响,及与土壤氮的关系。结果表明:由于没有降水的淋溶影响,培养期间,凋落物SON的显著降低,并没有直接增加土壤SON。与对照比较,杉木凋落物添加显著增加了土壤无机氮的含量,而较高C/N比的阔叶凋落物在其分解初期首先需要吸收更多的土壤氨态氮。添加~(15)N标记的阔叶凋落物提高了土壤SON在培养90—210天来自凋落物的比例,在第210天高达74.8%;来自凋落物的氨态氮比例在实验30天开始增加,到第210天高达39.8%;但是对硝态氮的影响不大。结果表明,土壤SON在培养初期因受凋落物的影响,主要来自土壤有机质的分解,而来自凋落物的SON更容易矿化;且土壤源的氮更容易发生硝化作用。可见,土壤中的SON是与凋落物分解动态、以及对土壤的影响有关。     

Changes in phosphorus fractions caused by increased microbial activity in forest soil in a short-term incubation study

The effects of adding larch (Larix kaempferi) leaf litter and nitrogen (N) on microbial activity and phosphorus (P) fractions in forest soil were examined in a short-term (28-d) laboratory incubation study. The soil was analyzed using a modified Hedley sequential extraction procedure and an acid phosphatase assay. The addition of larch litter and N increased the acid phosphatase activity and decreased the labile P (H₂O-P + NaHCO₃-P) concentration. Compared with addition of larch litter only, addition of both inputs decreased the proportion of inorganic P (Pi) and increased that of organic P (Po) in the NaOH fraction, bound to aluminum and iron oxides. The results of nutrient (carbon, N, or P) addition indicated that acid phosphatase was synthesized to acquire P. This study suggests that, in this forest soil, P in the H₂O-P + NaHCO₃-P and in the NaOH-Pi fractions was available for soil microorganisms to decompose leaf litter and that increase in microbial activity eventually translated in an increase in the proportion of Po found in the NaOH fraction in this forest soil.     

我国森林土壤全磷密度分布特征

土壤磷可利用性显著影响森林生产力和固碳能力。了解我国森林土壤全磷密度在土壤、气候和植被等不同环境条件下的分布特征,为我国森林质量提升和固碳增汇提供理论指导。收集全国森林土壤调查数据和文献数据中0-20 cm （2571个样地）、20-40 cm （1305个样地）、40-60 cm （701个样地）、60-80 cm （40个样地）和80-100 cm （31个样地）土层土壤全磷含量和容重以估算土壤全磷密度,采用单因素方差分析和Tukey HSD法（或Mann-Whitney U法）检验土壤全磷密度在不同土层、土壤类型、土壤风化程度、气候区、森林起源、森林结构、林龄组、森林类型和树种组之间的差异,利用线性回归分析探讨土壤全磷密度的纬度和经度变化趋势。结果表明：（1）我国森林40-60 cm土层（9.02 t/hm²）土壤全磷密度显著低于表层0-20 cm （13.81 t/hm²）和20-40 cm （10.84 t/hm²）以及深层60-80 cm （11.28 t/hm²）和80-100 cm （12.76 t/hm²）（P<0.001）,0-60 cm土层土壤全磷密度表现为中度风化（11.89-18.86 t/hm²）>轻度风化（10.19-11.13 t/hm²）>重度风化（5.44-8.89 t/hm²）,在土壤类型间差异显著（P<0.001）,铁铝土的值最低（5.44-8.89 t/hm²）;（2）土壤全磷密度随着纬度的增加线性增加,但随着经度的增加线性降低（除0-20 cm土层）,自热带向北温带也呈增加趋势;（3）我国森林0-60 cm土层土壤全磷密度表现为人工林（11.54-15.49 t/hm²）显著高于天然林（7.14-11.93 t/hm²）及纯林（12.16-15.40 t/hm²）显著高于混交林（6.06-12.15 t/hm²）,在林龄组和森林类型间差异显著（P<0.001）,0-20 cm和20-40 cm土层中过熟林（23.10 t/hm²和12.54 t/hm²）和落叶针叶林（19.49 t/hm²和15.30 t/hm²）土壤全磷密度最高,40-60 cm土层土壤全磷密度随着林龄的增加而降低。总体来看,我国森林0-100 cm土层土壤全磷密度存在明显的空间分布规律,其在土壤、气候和植被类别间差异显著,这些生物与非生物因素是影响我国森林土壤全磷高低和分布特征的重要因子;延长轮伐期和种植混交林是维持和提高我国森林土壤全磷养分可持续利用的重要途径。     

Linkages between phosphorus transformations and carbon decomposition in a forest soil

Phosphorus mineralization is chemically coupled with organic matter (OM) decomposition in surface horizons of a mixed-conifer forest soil from the Sierra Nevada, California, and is also affected by the disturbance caused by forest harvesting. Solution¹³C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of NaOH extracts revealed a decrease of O-alkyl and alkyl-C fractions with increasing degree of decomposition and depth in the soil profile, while carbonyl and aromatic C increased. Solid-state¹³C-NMR analysis of whole soil samples showed similar trends, except that alkyl C increased with depth. Solution³¹P-NMR indicated that inorganic P (P₁) increased with increasing depth, while organic-P (P_o) fractions decreased. Close relationships between P mineralization and litter decomposition were suggested by correlations between P₁ and C fractions (r = 0.82, 0.81, –0.87, and –0.76 for carbonyl, aromatic, alkyl and O-alkyl fractions, respectively). Correlations for diester-P and pyrophosphate with O-alkyl (r = 0.63 and 0.84) and inverse correlations with aromatics (r = –0.74 and –0.72) suggest that mineralization of these P fractions coincides with availability of C substrate. A correlation between monoester P and alkyl C (r = 0.63) suggests mineralization is linked to breakdown of structural components of the plant litter. NMR analyses, combined with Hedley-P fractionation, suggest that post-harvest buildup of labile P in decomposed litter increases the potential for leaching of P during the first post-harvest season, but also indicates reduced biological activity that transports P from litter to the mineral soil. Thus, P is temporarily stored in decomposed litter, preventing its fixation by mineral oxides. In the mineral horizons,³¹P-NMR provides evidence of decline in biologically-available P during the first post-harvest season.     

天然林转人工林对亚热带森林土壤团聚体中亚硝酸盐还原基因丰度的影响

我国亚热带地区大面积天然林已转变为人工林,对森林生态系统结构和功能产生了极大影响。为揭示森林土壤团聚体中N₂O产生的关键基因亚硝酸盐还原基因(nirK和nirS)对森林转换后的响应特征,本研究选取中亚热带米槠天然林、杉木人工林和马尾松人工林为对象,分析了3种林分土壤和团聚体中nirK和nirS基因丰度。结果表明: 天然林转变成人工林后,土壤pH值升高,但铵态氮含量下降。森林转换对土壤团聚体结构组成影响不大,但不同粒径团聚体中nirK和nirS基因丰度存在差异,以小团聚体分布最多,粉-黏颗粒分布最少。各林分土壤中nirK基因丰度均显著高于nirS基因丰度,表明nirK在酸性森林土壤中占主导。天然林转人工林显著增加全土和团聚体中nirK及nirS基因丰度,表明森林转换有利于提高nirK和nirS基因丰度,这可能与pH值的提高有关。综上,天然林转变为杉木或马尾松人工林显著提高了土壤和团聚体中nirK和nirS丰度,但对团聚体质量分数无显著影响。