增温对亚热带杉木枝和叶凋落物理化性质的影响

在区域尺度上,凋落物的底物性质是决定其分解速率的关键因素。本研究以亚热带杉木人工林为对象,通过埋设电缆进行土壤增温,分析气候变暖对杉木枝、叶凋落物理化性质的影响。结果表明: 经过5年的土壤增温试验(4 ℃),杉木枝凋落物的氮(N)、磷(P)含量和可萃取物含量分别增加35.2%、40.8%、7.6%,叶凋落物分别增加41.2%、45.9%、5.9%;枝凋落物的碳(C)含量、纤维素含量和C/N分别降低5.1%、11.6%、28.8%,叶凋落物分别降低5.3%、11.3%、33.3%。土壤增温导致杉木叶凋落物的比叶面积提高29.8%,抗拉强度减小40.7%,但增温对杉木枝和叶凋落物木质素含量和pH值无显著影响。¹³C NMR和红外光谱分析显示,增温后杉木凋落物中氨基酸、多糖、多酚和脂肪族化合物含量变化显著,而且在不同器官凋落物之间有所差别,表现为多糖类物质只在叶凋落物中显著增加,枝凋落物中氨基酸的增加量大于叶凋落物。土壤增温显著改变了杉木枝、叶凋落物的理化性质, N、P养分含量的提高以及抗拉强度减小等特征可能加速初期凋落物的分解速率,而由于复杂大分子化合物的增多,后期凋落物的分解速率可能较慢。     

森林土壤物理性质的空间异质性研究

土壤空间质性是土壤的重要属性之一。采用地统计的理论和方法,研究了阔叶红松林上层土壤物理因子的空间异质性。变异函数分析结果表明,土壤水分、容重、毛管持水量和孔隙讴具有明显的空间异质性。在０～１０ｃｍ土层深,空间异质性尺度为１１～１３ｍ,１１～２０ｃｍ土层深为６～８ｍ,空间异质性程度随尺度变化。自相关部分的空间异质性在０～１０ｃｍ和１１～２０ｃｍ土层深为５２．９％～７３．７％和６９．３％～９３．６％,     

广西森林土壤主要养分的空间异质性

通过对广西区7大森林片区的11个主要森林类型样地土壤养分含量进行分析,利用地统计学方法,研究了广西区森林主要土壤养分的空间变异状况及分布格局,探讨了其相关的生态学过程,以期为广西区森林分区与林间采取不同措施管理提供科学依据。结果表明:广西区森林土壤主要养分基本属于中等变异,速效养分变异大于全量养分,其中AP、AK变异程度最大;广西森林土壤主要养分的半变异函数均表现出一定的空间结构特征,TN、TP、AP表现为中等强度的空间自相关,TK、AN、AK表现为强烈的空间自相关;不同土壤养分空间结构不同,Kriging等值线图表明广西区氮素含量比较丰富、K含量中等、P含量较少,北部片区土壤养分含量普遍大于南部片区,这可能与气候、降雨、人工种植森林树种、地形、林地管理措施等有关。     

中国东部亚热带森林土壤呼吸的时空格局

土壤呼吸是陆地碳循环中仅次于全球总初级生产力的第二大碳通量途径, 揭示土壤呼吸的时空格局对整个陆地碳循环具有重要意义。该文在中国东部亚热带季风气候区, 按纬度梯度由南向北选取深圳梧桐山、杨东山十二度水保护区、宁波天童山3个区域作为研究对象, 于2009年8月至2010年10月测定了不同季节各个区域内代表性植被类型的土壤呼吸速率及地下5 cm处土壤温度, 旨在初步了解中国东部亚热带森林地区土壤呼吸的时空格局及其影响因素。结果显示: 3个区域的土壤呼吸速率均存在显著的季节变化, 其变幅为2.64-6.24 μmol CO₂·m ^-2·s^-1, 总体趋势和地下5 cm处土壤温度的季节变化一致, 均为夏季最高冬季最低; 土壤温度的变化可以解释不同样地土壤呼吸季节变化的58.3%-90.2%; 各样地全年的Q₁₀值从1.56到3.27; 通过离样地最近的气象站点的日平均气温与试验样地地下5 cm处土壤温度之间的线性正相关关系推算出日土壤温度的变化, 利用土壤呼吸速率和地下5 cm处土壤温度之间的指数关系, 估算出各样地全年的土壤CO₂通量为1 077-2 058 g C·m^-2·a^-1, 在全球所有生态系统类型中处于较高水平。     

土壤增温降低亚热带森林土壤可溶性有机碳数量和质量

土壤可溶性有机碳(DOC)是森林土壤碳库中最活跃的部分,其对气候变暖的响应将深刻影响森林生态系统碳循环。本研究基于亚热带常绿阔叶林野外增温实验平台,原位收集土壤溶液,结合紫外可见光谱、红外光谱和三维荧光光谱分析,探究土壤剖面DOC通量及组成对增温(+4℃,1年)的响应。结果表明：土壤DOC通量在土层之间没有显著差异。土壤DOC主要由2个类腐殖酸组分和1个微生物代谢产物组分组成。与对照相比,增温显著降低了土壤DOC通量,降低了土壤溶液芳香化指数和疏水组分比例,增加了小分子碳水化合物的含量。此外,增温还提高了表层土壤(0～10 cm)类腐殖酸组分的相对贡献,增加了深层土壤(30～40 cm)微生物代谢产物组分的相对贡献,这在一定程度上表明变暖加速了深层土壤微生物周转。总体来说,土壤增温降低了亚热带常绿阔叶林土壤DOC数量,使DOC结构趋于简单。     

植物多样性对亚热带森林土壤微生物群落的影响

植物群落组成的改变能够直接或间接地影响土壤生态过程并调节参与这些过程的土壤生物,树种特性和多样性是影响土壤微生物多样性和群落结构的关键因素。本项目利用江西新岗山建立的中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能(Biodiversity-Ecosystem Functioning Experiment China)BEF-China研究平台,观测了样方水平下不同多样性组成(单物种、2物种、4物种和8物种)对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:在森林生态系统演替初期,植物多样性的改变对土壤微生物群落结构具有显著影响,在不同多样性水平处理下,微生物磷脂脂肪酸含量随着植物多样性的增加,表现出先升高后降低的趋势,但各类群微生物磷脂脂肪酸含量并未表现出对植物多样性的明显响应。其中,土壤和凋落物的理化指标能够分别解释微生物群落结构变异的28.4%和12.3%。森林生态系统较高的异质性和地下生态过程响应的滞后性,导致了土壤微生物对植物多样性组成的响应需要较长时间才能显现出来,因此,为了更好地评价地上生物多样性与生态系统功能的关联,应长期监测森林生态系统多样性组成对地下生态过程的影响。     

增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

入侵毛竹皆伐对亚热带森林土壤微生物生物量和酶活性的影响

去除入侵植物是恢复入侵地生态系统的首要步骤。本文研究了天目山毛竹纯林(完全入侵)、入侵毛竹皆伐林(皆伐后经过5年自然更新)和常绿阔叶林(未入侵)的土壤微生物生物量及多种土壤酶活性特征。结果表明: 与毛竹纯林相比,入侵毛竹皆伐林土壤有机碳(SOC)、硝态氮、有效磷和速效钾含量显著升高;土壤微生物生物量碳(MBC)和磷(MBP)显著升高,而土壤微生物生物量氮(MBN)显著降低;α-葡萄糖苷酶(AG)、β-葡萄糖苷酶(BG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酚氧化酶(POX)活性显著升高,而纤维二糖水解酶(CBH)、β-N-乙酰-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP)和过氧化物酶(PER)活性未发生显著改变。土壤AG、BG和LAP活性与SOC和MBC呈显著正相关;POX活性与硝态氮含量呈显著正相关。此外,入侵毛竹皆伐林土壤MBC、MBN和MBP及AG、BG、NAG、LAP和ACP活性均显著高于常绿阔叶林。综上,入侵毛竹皆伐促进了森林土壤养分含量、微生物生物量和酶活性的提高,是恢复入侵地森林土壤质量的有效措施,研究结果可为亚热带森林毛竹入侵治理提供科学依据。     

经营方式对亚热带森林土壤可溶性有机碳含量和光谱学特征的影响

人工促进天然更新与人工造林经营方式中采伐剩余物管理等人工措施的差异,可能改变土壤可溶性有机碳(DOC)的含量和结构,影响森林碳循环。本研究利用天然次生林(对照)采伐迹地上通过人工促进天然更新林(简称人促更新林)和人工造林两种营林方式,研究经营方式对中亚热带森林土壤溶液可溶性有机碳含量和光谱特征的影响。结果表明:天然次生林转换为人促更新林和人工林后,0～10 cm土层土壤DOC含量显著降低,分别下降21%和50%;0～10 cm和10～20 cm土层土壤DOC/SOC(土壤有机碳)值也显著降低,分别达到27%和43%。在0～10 cm土层中,人促更新林土壤DOC芳香化指数和腐殖化指数显著高于人工林,人促更新林土壤DOC在3700～3000、1650～1620、1160～1000、690～530 cm^-1范围内的红外吸收比例较人工林高,表明人促更新林土壤DOC的羧酸类物质、芳香化物质丰富;人促更新林和人工林土壤DOC的荧光指数均为1.4～1.9,且人促更新林自生源指数显著高于人工林,说明人工林土壤DOC类蛋白组分贡献大,容易被微生物分解利用。人促更新林与人工林土壤DOC含量和结构的差异可能是人促更新林的土壤碳库比人工林更高的原因之一。     

Influence of gap size and soil properties on microbial biomass in a subtropical humid forest of north-east India

We examined the effects of treefall gap size and soil properties on microbial biomass dynamics in an undisturbed mature-phase humid subtropical broadleaved forest in north-east India. Canopy gaps had low soil moisture and low microbial biomass suggesting that belowground dynamics accompanied changes in light resources after canopy opening. High rainfall in the region causes excessive erosion/leaching of top soil and eventually soil fertility declines in treefall gaps compared to understorey. Soil microbial population was less during periods when temperature and moisture conditions are low, while it peaked during rainy season when the litter decomposition rate is at its peak on the forest floor. Greater demand for nutrients by plants during rainy season (the peak vegetative growth period) limited the availability of nutrients to soil microbes and, therefore, low microbial C, N and P. Weak correlations were also obtained for the relationships between microbial C, N and P and soil physico–chemical properties. Gap size did influence the microbial nutrients and their contribution to soil organic carbon, total Kjeldhal nitrogen and available-P. Contribution of microbial C to soil organic carbon, microbial N to total nitrogen were similar in both treefall gaps and understorey plots, while the contribution of microbial P to soil available-P was lower in gap compared to the understorey. These results indicate that any fluctuation in microbial biomass related nutrient cycling processes in conjunction with the associated microclimate variation may affect the pattern of regeneration of tree seedlings in the gaps and hence be related with their size. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

兴安落叶松林火烧迹地土壤理化性质驱动因子

探索火烧迹地土壤理化性质的驱动因子是解释生态系统响应火干扰机制的重要组成部分。旨在分析兴安落叶松林火烧迹地土壤理化性质的决定因子,深入认识火干扰在北方森林生态系统所扮演的角色,为北方森林火烧迹地火后恢复、林业可持续发展提供科学支持和理论依据。以过火后1 a的兴安落叶松林火烧迹地为研究对象,设置了不同火烈度和立地条件的火烧迹地及对照研究样地共计35块。在每个研究样地记录了树种、胸径、存活状态等乔木数据,测量了坡向、坡位、坡度、海拔等地形数据,利用植被变化情况量化了火烈度。分别采集了0—5 cm和5—10 cm的土壤样品并测定其9种理化指标,对比了过火与未过火样地这些土壤理化指标的差异。然后,分析了各土壤理化指标与火烈度量化结果的关联趋势,比较了火烈度、地形和乔木因子对火烧迹地土壤理化性质的影响程度。与对照样地相比,火干扰提升了土壤理化指标观测值的离散程度,显著提高了0—5 cm土壤含水率(MC)(P<0.05)和5—10 cm土壤MC、总氮(TN)、总有机碳(TOC)含量(P<0.05)。土壤理化性质与火烈度有明显关联趋势的并不多,观察到0—5 cm土壤MC随火烈度指数的增加...     

枯落物输入改变对森林生态系统土壤理化性质的影响

枯落物输入改变是影响森林生态系统土壤理化性质的一个重要因素,探究其对土壤理化性质的影响对了解和保护森林生态系统的稳定性至关重要。为探究森林生态系统土壤理化性质对枯落物输入改变的响应,对国内外已发表的研究论文中筛选出712组有效数据通过Meta分析,从枯落物输入改变、气候、海拔、林分类型、处理年限等因素揭示枯落物输入对土壤理化性质的影响程度。研究结果表明：枯落物添加使土壤pH降低2.22%;土壤含水量、有机碳、全氮、铵态氮分别提高3.99%、15.9%、9.82%和16.52%;枯落物去除使土壤含水量、pH、有机碳、全氮、C/N、铵态氮分别降低8.16%、4.02%、6.47%、5.09%、10.55%和8.86%。枯落物输入改变对土壤理化性质的影响还受到气候、海拔、林分类型、处理年限等因素的调控。在枯落物输入改变条件下,气候、海拔、林分类型、处理年限等因素对土壤含水量、有机碳、全氮、铵态氮均有显著的促进作用;海拔对土壤pH产生了显著的促进作用,而林分类型对土壤pH产生了抑制作用。同时得出枯落物输入改变条件下,年均温是土壤pH的主要调控因子,年均降水量是土壤含水量的主要调控因子;海拔是土...     

碧峰峡常绿阔叶林不同群落物种多样性和土壤理化性质

为了解四川碧峰峡景区常绿阔叶林群落物种多样性和土壤理化性质现状,提出利于森林经营管理及生物多样性保护的可靠方法,采用典型抽样法调查样地27个,通过聚类和排序将样地归类,探究不同类型群落物种多样性特征和土壤理化性质.结果 表明:Bray-Curtis距离为0.53时共聚出6类,山矾栲群落(Ⅰ)、山矾青冈群落(Ⅱ)、木荷山...     

Relations of soil properties to topography and vegetation in a subtropical rain forest in southern Taiwan

Soil chemical properties for a subtropical rain forest in the Nanjenshan Reserve, southern Taiwan, were examined to determine soil-landscape and soil-vegetation relationships. Soil sampling sites were separated into four groups based on landscape features and exposure to the prevailing northeasterly monsoon winds. Corresponding vegetation types were delimited along the first DCA axis. The forest showed a drastic change both in structure and floristic composition along the wind-stress gradient. Redundancy analysis (RDA) showed that both topographic variables and vegetation types were needed to explain the variation in soil data. Soil properties that differed significantly among landforms were pH, available N, CEC, exchangeable Al, K, Ca and Mg. Levels of pH, exchangeable Ca and Mg increased in a downslope direction, and exchangeable Al tended to be higher in the upper slope soils. These trends pointed to the importance of slope processes in redistribution of soil minerals. The main differences in soil properties attributed to the influence of the occupying vegetation were apparently aspect dependent. The contents of available N, exchangeable K, and CEC in the 0–40 cm depth of soils under windward low-stature (mostly sclerophyllous) forest were consistently lower compared to those under the leeward forest. For a given catena, however, soil variability associated with vegetation differences seemed to be confounded by the slope processes.     

Species-dependent responses of soil microbial properties to fresh leaf inputs in a subtropical forest soil in South China

Aims Forest disturbance from extreme weather events due to climate change could increase the contribution of fresh green leaves to the litter layer of soil and subsequently alter the composition and activity of the soil microbial properties and soil carbon cycling. The objective of this study was to compare the effect of naturally fallen litter and fresh leaves on the soil microbial community composition and their activities.Methods Fresh leaves and normal fallen litter were collected from four tree species (Pinus elliottii, Schima superba, Acacia mangium, A. auriculaeformis) in subtropical China and mixed with soil. Soil microbial community composition was determined using PLFAs, and its activity was quantified by soil respiration. During a 12-month period, the decomposition rate of litter was measured bimonthly using a litterbag method. Soil microbial samples were collected after 6 and 12 months. Soil respiration was measured monthly.Important findings We found that fresh leaves decomposed faster than their conspecific fallen litter. Although total microbial biomass and bacterial biomass were similar among treatments, soil fungal biomass was higher in fresh leaf than fallen litter treatments, resulting in greater values of the Fungal phospholipid fatty acids (PLFAs)/Bacterial PLFAs ratio. Fungal PLFA values were greater for Schima superba than the other species. The effect of litter type on soil respiration was species-dependent. Specifically, fallen litter released 35% more CO₂ than fresh leaves of the conifer P. elliottii. The opposite pattern was observed in the broadleaf species whose fresh leaf treatments emitted 17%–32% more CO₂ than fallen litter. Given future predictions that global climate change will cause more disturbances to forests, these results indicate that conifer and broadleaf forests in subtropical China may respond differently to increased fresh litter inputs, with net soil microbial respiration decreasing in conifer forests and increasing in broadleaf forests.     

火干扰强度对亚热带四种森林类型土壤理化性质的影响

火干扰是通过改变土壤理化性质而影响土壤生态系统功能的重要因素之一。探讨火干扰强度对不同森林类型下土壤理化性质的影响,为利用火干扰促进林分更新及经营提供理论指导。2014年在湖南省株洲市和湘潭市4种次生林(枫香次生林、马尾松-木荷混交林、杉木-木荷混交林及檫木-杉木混交林)内设置16块20 m×20 m样地进行试验,研究了火干扰强度(对照、低强度、中强度、高强度火烧)和林分类型对土壤容重(BD)、土壤斥水性(SWR)、有机质(SOM)、pH、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)的影响。通过描述性统计分析、单因素方差分析和Fisher LSD检验研究各土壤性质在同一林分不同火干扰间,以及同一火干扰下不同林分间的显著性差异和变化趋势(P<0.05)。研究发现BD、SWR、pH、TK都随火强度的增大呈上升的趋势,而SOM、TP随火强度增大而减少,TN则随火强度增大没有规律性变化。在同一林分内与对照组相比,低强度火烧对BD、SWR、pH和SOM的影响不显著,中强度有一定影响,而高强度火烧影响显著;而TN、TP、TK在火烧前后均无显著性差异。火干扰后,TN和TP在同一火强度下不同林分间均...     

茂兰喀斯特森林不同地形植物多样性与土壤理化特征研究

为探讨不同地形植物群落物种多样性与土壤理化特征之间的相互关系。该文以茂兰喀斯特森林为研究对象,分析了不同地形植物多样性与土壤理化特征以及两者之间的相互关系。结果表明:(1)不同地形木本植物的物种组成存在差异,坡地木本植物有35科65属78种,槽谷木本植物有38科64属89种,漏斗木本植物有35科61属84种。同时,丰富度指数、多样性指数、均匀度指数大小表现为槽谷>漏斗>坡地;优势度指数大小表现为坡地>漏斗>槽谷。(2)不同地形土壤物理性质差异性显著(P<0.05),其中土壤容重和非毛管孔隙度表现为坡地>槽谷>漏斗,自然含水量、田间持水量、总孔隙度、毛管孔隙度等指标均表现为漏斗>槽谷>坡地。(3)除全K外,大多数土壤养分指标表现为漏斗显著高于槽谷、坡地,即漏斗>槽谷>坡地。(4)冗余分析表明,植物多样性与土壤理化性质具有相关性,不同地形植物多样性指数受土壤理化性质的影响明显。以上结果旁证了茂兰喀斯特森林地形条件的复杂性和土壤理化性质的差异性是该区小生境多样、物种组成丰富的原因之一,为喀斯特森林物种多样性维持机制提供了科学依...