杉木和米槠细根混合分解及其养分释放

在福建省建瓯万木林自然保护区,选取针叶树种杉木(Cunninghamia lanceolata,CUL)细根和常绿阔叶树种米槠(Castanopsis carlesii,CAC)细根,采用网袋法进行了为期720d细根(分0-1mm、1-2mm两个径级)单独分解(在各自细根的起源林分)和混合分解(分别在杉木林和米槠林)干重损失及其养分释放动态的研究。结果表明:杉木和米槠细根混合分解前期(0-270d)曾对干重损失起促进作用,而之后(270-720d),细根混合起了抑制作用。分解过程中的养分释放与干重损失有所不同,混合分解前期(0-360d)出现过促进作用,分解后期(360-720d),除1-2mm径级混合细根P的释放既没有促进也没有抑制作用外,均表现为养分释放的抑制作用。细根混合分解过程中干重损失和养分释放速率变化与分解者生物群落有很大关系。     

米槠与杉木细根凋落物是否在自身群落中分解得更快？

本研究应用网袋法对福建省万木林自然保护区米槠(Castanopsis carlesii)、杉木(Cunninghamia lanceolata) 细根在米槠林群落和杉木林群落交叉分解进行了为期2年的研究。结果表明, 0~1 mm、1~2 mm米槠细根在米槠群落比在杉木群落分解速率快, 而相同径级杉木细根在两群落分解差异较大。0~1 mm杉木细根在杉木群落的分解速率高于米槠群落, 而1~2 mm杉木细根在杉木群落的分解速率只及米槠群落的48％。米槠、杉木细根在两群落分解的差异表明, 群落立地条件对细根分解存在较大的影响。     

米槠与杉木细根凋落物是否在自身群落中分解得更快?

本研究应用网袋法对福建省万木林自然保护区米槠（Castanopsis carlesii）、杉木（Cunninghamia lanceolata）细根在米槠林群落和杉木林群落交叉分解进行了为期2年的研究。结果表明,0-1mm、1-2mm米槠细根在米槠群落比在杉木群落分解速率快,而相同径级杉木细根在两群落分解差异较大。0—1mm杉木细根在杉木群落的分解速率高于米槠群落,而1—2mm杉木细根在杉木群落的分解速率只及米槠群落的48％。米槠、杉木细根在两群落分解的差异表明,群落立地条件对细根分解存在较大的影响。     

氮添加和水分改变对亚热带人工林红壤微生物多样性及群落组成的影响

氮沉降加剧与全球降雨格局改变是全球变化的重要特征,外源氮素的输入及土壤水分条件的变化势必会影响土壤微生物的多样性和群落组成,进而影响地球化学过程。运用Illumina Miseq高通量测序技术,研究氮添加、水分改变及二者交互作用对亚热带人工林红壤细菌、真菌多样性、群落组成的影响及其与土壤理化因子间的关系。结果表明:土壤细菌多样性随水分含量的降低而减少,且氮添加增强了这一抑制作用。施氮后中水分处理土壤真菌Shannon指数显著高于低水分处理。氮添加显著降低Acidobacteria的相对丰度,增加Actinobacteria、Bacteroidetes的相对丰度。土壤Acidobacteria、Bacteroidetes的相对丰度随土壤含水量的升高而增加, Actinobacteria、Firmicutes则相反。干旱加剧了氮添加对Acidobacteria相对丰度的抑制作用,氮水交互处理显著影响Cyanobacteria的相对丰度。而氮添加、土壤水分及二者交互作用对土壤真菌群落组成均无显著影响。冗余分析表明土壤细菌群落组成的变化与土壤含水量、pH、NO3–-N含量、TN含量显著相关,分...     

磷添加对中亚热带米槠和杉木细根分解及其酶活性的影响

为深入探讨磷(P)有效性对中亚热带地区林木细根分解及其胞外酶活性的影响,选取福建省三明格氏栲自然保护区内米槠天然林为分解的实验样地,采用网袋法以该区域较为典型且底物P含量有显著差异的米槠和杉木细根为研究对象,进行P添加试验。各施P水平分别为高磷(HP,360 kg P hm~(-2)a~(-1))、中磷(MP,240 kg P hm~(-2)a~(-1))、低磷(LP,120 kg P hm~(-2)a~(-1))和对照(CT,0 kg P hm~(-2)a~(-1))。结果显示:在2 a分解期内,米槠细根分解快于杉木细根,呈先快后慢的变化趋势;P添加提高了细根的分解速率,对分解起促进作用,且对P含量较低的杉木细根促进作用更强,但未随施P水平的提高分解呈加速的现象。总体上,米槠细根分解各种酶活性及总的累积酶活性均显著高于杉木细根;主要降解纤维素的水解酶活性呈先升后降,主要降解木质素的氧化酶活性呈增长趋势;P添加降低了酸性磷酸酶(AP)活性,而提高了β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(Ph Ox)和过氧化物酶(Per Ox)活性;回归分析显示细根的分解速率与水解酶呈显著的二次函数关系,与氧化酶呈显著的指数关系。研究表明,P是影响中亚带林木细根分解的主要因素之一,分解过程中酶活性的变化可用于解释细根的分解速率。对土壤P有效性低的中亚热带地区林木细根分解的机理探讨,有助于进一步了解森林生态系统的养分循环并为森林经营提供决策参考。     

泰山4种优势造林树种细根分解对细菌群落结构的影响

为了理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响, 该研究以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象, 采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4-V5区扩增产物进行双端测序, 分析了4种树种细根分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明: (1) 4种植物细根分解速率差异显著, 阔叶树种分解速率显著高于针叶树种, 表现为刺槐>麻栎>油松>赤松。(2) 4个树种细菌序列操作分类单元(OTU)、观测到的物种数、Ace指数和系统发育多样性之间差异显著, 且阔叶树种刺槐和麻栎显著低于针叶树种赤松和油松。4种细根分解的细菌群落结构存在极显著差异。细根初始碳(C)含量、木质素:氮(N)和C:N对细菌群落结构的影响较大。(3)细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门, 且变形菌门、酸杆菌门在4个树种之间差异显著, 特别是阔叶树种变形菌门显著高于针叶树种。在纲水平上, α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲为主要的优势纲, 其中α-变形菌纲、不明放线菌纲在4个树种之间差异显著。(4) Pearson相关性分析表明, 细菌优势门和纲相对丰度受到凋落物初始化学性质的影响, 特别是变形菌门和α-变形菌纲; 变形菌门和α-变形菌纲相对丰度与细根分解速率显著正相关。冗余分析结果也显示, 细根初始N、磷(P)含量和木质素含量对细菌群落结构的影响较大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响。     

高山森林三种细根分解初期微生物生物量动态

为了解川西高山森林凋落物分解过程的微生物生物量特征,采用凋落物分解袋法,测定了粗枝云杉(Picea asperata)、岷江冷杉(Abies faxoniana)和红桦(Betula albosinensi)细根分解几个关键时期微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和磷(MBP)的动态特征。3个树种细根分解过程中的MBC均表现为在土壤深冻期下降至全年最低点后缓慢上升,至土壤融冻中期再次下降,到生长季节增长的趋势。然而,粗枝云杉与岷江冷杉细根分解过程中的MBC最大值出现在生长季节末期,红桦细根分解过程中的MBC最大值出现在土壤冻结初期。3个树种细根分解过程中的MBN表现出相似的动态规律:土壤深冻期急剧下降至全年最低,随后在冻融季节无显著变化,生长季节明显增加,到生长季节末期达到全年最大值。另外,粗枝云杉和岷江冷杉细根分解过程中MBP均随着分解的进行呈现增加趋势,而红桦细根分解过程中的MBP在土壤融冻末期出现最大值,在生长季节中期出现另一峰值,生长季节末期明显下降。这些结果表明冬季细根分解过程中仍存在一定的土壤微生物,但受到细根质量、温度及其驱动的环境因子的深刻影响。     

凋落物分解过程中土壤微生物群落的变化

凋落物分解是生态系统碳循环和营养物质循环的关键过程, 受多种因素共同影响。土壤微生物是影响凋落物分解的重要因素, 其群落组成在一定程度上依赖于所处植物群落的特征。因此, 研究分解过程中微生物群落组成的变化及其对植物多样性的响应, 有利于对凋落物分解机制的理解。本文采用分解袋野外原位分解的方法, 对凋落物分解过程中微生物群落的变化及其对所处森林环境中树木的种类和遗传多样性的响应进行了研究。结果表明: (1)凋落物分解183天后, 土壤中微生物群落的多样性降低, 并且森林群落的物种多样性与微生物群落多样性呈负相关关系; (2)凋落物分解前后, 土壤中真菌和细菌群落的磷脂脂肪酸(PLFA)量均有所增加, 说明凋落物分解为微生物生存和繁殖提供了养分; (3)地形因素是影响微生物群落变化最显著的因素, 可解释微生物群落变化的29.55%; 其次是凋落物的基质质量, 可以解释15.39%; 最后是森林群落的多样性, 可以解释8.45%; 这3种因素共同解释率为2.97%。综上所述, 与森林群落的植物多样性相比, 样地的地形因素与凋落物的基质质量对微生物群落的影响更显著。     

华西雨屏区苦竹细根分解对模拟氮沉降的响应

森林细根分解是陆地生态系统碳循环的重要过程之一,其分解速率受到大气氮沉降增加的潜在影响.2007年11月至2013年1月,对华西雨屏区苦竹人工林进行每月1次的模拟氮沉降试验,设对照(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)4个处理.2011年1月起,采用分解袋法研究苦竹细根分解.结果表明:苦竹细根分解呈现出先快后慢的趋势,在分解第1年质量损失达60%,分解第2年质量残留率变化较为平缓.对照处理细根质量损失50%和95%分别需要1.20和5.17 a.总体上,负指数模型低估了各处理细根分解速率.模拟氮沉降显著抑制了苦竹细根分解,相对于对照,高氮处理细根在分解2 a后残留量增加51.0%.模拟氮沉降显著增加了凋落物碳、氮和磷元素的残留率.与对照相比,模拟氮沉降处理4.5 a后,中氮和高氮处理土壤pH值显著降低,高氮处理土壤有机碳、总氮、铵态氮和硝态氮含量以及苦竹细根生物量显著增加.     

黄土丘陵区退耕地先锋群落演替过程中细根特征的变化

采用空间序列取代时间序列的方法,对退耕时间分别为2、4、6和8年的退耕地群落细根特征进行了分析,以探讨退耕地植被演替过程中细根特征在土壤剖面上的变化及其在演替过程中的作用.结果表明:(1)群落细根根长密度和根面积密度随植被演替显著增加;比根长、比根面积和地下/地上生物量也有增加趋势;细根平均直径随植被演替波动,但有减少趋势;(2)在土壤剖面上根长密度、根面积密度和根系生物量均随土壤深度的增加而降低.其中超过63%的根长、61%的根面积和72%的生物量分布在0～20 cm的表层土壤中;(3)根径级统计表明,多数细根直径在0～0.5和0.5～1.0 mm之间,这两级细根长度占细根总长度的80%以上;(4)逐步回归分析表明,植被演替过程中细根特征的变化主要与土壤有效氮(第2年)、有效磷(第2～8年)和土壤水分(第8年)的含量有关,且随着植被演替,2～6年退耕地中细根特征与土壤资源正相关,而第8年中二者呈负相关.这可能与植物生长对资源的需求与土壤提供资源的能力之间的平衡有关.研究表明,退耕地植被演替过程对土壤资源有一定影响,尤其是土壤水分含量显著减少;而土壤水分等土壤资源的变化又对群落产生影响,导致茵陈蒿先锋群落向地带性长芒草群落演替.     

凋落物和根系去除对滨海沙地土壤微生物群落组成和功能的影响

通过在亚热带滨海防护林湿地松、尾巨桉、纹荚相思和木麻黄人工林中设置去除凋落物、去除根系和对照处理,分析改变地上、地下碳输入对沙地人工林土壤微生物生物量、群落结构和功能的影响.2015年9月,在处理设置一年后采集各处理样方0～10 cm土壤样品,分别采用磷脂脂肪酸分析方法和微孔板酶检测技术对土壤样品的微生物群落组成和6种酶活性进行测定.结果表明: 碳输入处理对土壤微生物生物量的影响因树种而异,并主要取决于凋落物和根系的质量.在尾巨桉林中,去除根系使得脂肪酸总量、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌和放线菌生物量分别显著减少了31%、30%、32%、36%和26%,去除凋落物使得革兰氏阳性细菌、真菌和放线菌生物量显著减少了24%、27%和24%,而其他树种处理对微生物生物量无显著影响.碳输入处理对土壤微生物群落结构的影响主要表现为真菌丰度下降而放线菌丰度上升.不同树种的土壤酶活性对处理的响应表现不一致:湿地松、纹荚相思和木麻黄林分去除凋落物显著降低土壤中纤维素水解酶、β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶和乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,去除根系仅分别降低和提高了湿地松和纹荚相思林β-葡萄糖苷酶的活性;湿地松、木麻黄人工林去除凋落物显著降低了多酚氧化酶和过氧化物酶活性;去除根系对所有树种土壤氧化酶活性影响不显著.不同树种的凋落物、根系特性是影响土壤微生物群落组成和酶活性的重要因子,碳输入处理造成的土壤温度、水分等微环境的改变也是土壤微生物性质变化的重要驱动力.     

改变碳输入对亚热带人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响

通过在亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)和米老排(Mytilaria laosensis)人工林中设置互换凋落物、去除凋落物、去除凋落物+去除根系和对照处理来分析改变地上、地下碳输入对人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响。结果显示,改变地上、地下碳输入对土壤微生物生物量碳、氮的影响因树种而异。在米老排林中,土壤微生物生物量不受碳源的限制。而在杉木林中,加入米老排凋落物、去除凋落物和去除凋落物+去除根系3种处理中土壤微生物生物量碳、氮具有明显增加的趋势。磷脂脂肪酸分析结果显示,杉木林中,添加高质量的米老排凋落物后,革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了24%、24%、53%、25%、28%,革兰氏阴性细菌和丛枝菌根真菌的相对丰度均有显著增加。与对照相比,杉木林中去除凋落物后革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了22%、29%、44%、25%、52%,真菌与细菌比值显著增加了21%。但是,去除凋落物+去除根系处理对两个树种人工林土壤微生物群落组成均无显著影响。米老排和杉木林土壤微生物生物量碳、氮的季节变化格局不同,土壤养分有效性可能是驱动土壤微生物生物量季节变化的主要因子。未来研究需要关注凋落物和根系在不同树种人工林中对土壤微生物群落的相对贡献。     

Effects of fine root decomposition on bacterial community structure of four dominated tree species in Mount Taishan,China

为了理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响, 该研究以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象, 采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4-V5区扩增产物进行双端测序, 分析了4种树种细根分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明: (1) 4种植物细根分解速率差异显著, 阔叶树种分解速率显著高于针叶树种, 表现为刺槐>麻栎>油松>赤松。(2) 4个树种细菌序列操作分类单元(OTU)、观测到的物种数、Ace指数和系统发育多样性之间差异显著, 且阔叶树种刺槐和麻栎显著低于针叶树种赤松和油松。4种细根分解的细菌群落结构存在极显著差异。细根初始碳(C)含量、木质素:氮(N)和C:N对细菌群落结构的影响较大。(3)细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门, 且变形菌门、酸杆菌门在4个树种之间差异显著, 特别是阔叶树种变形菌门显著高于针叶树种。在纲水平上, α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲为主要的优势纲, 其中α-变形菌纲、不明放线菌纲在4个树种之间差异显著。(4) Pearson相关性分析表明, 细菌优势门和纲相对丰度受到凋落物初始化学性质的影响, 特别是变形菌门和α-变形菌纲; 变形菌门和α-变形菌纲相对丰度与细根分解速率显著正相关。冗余分析结果也显示, 细根初始N、磷(P)含量和木质素含量对细菌群落结构的影响较大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响。     

凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响

凋落物分解是生态系统营养物质循环的核心过程,而土壤微生物群落在凋落物分解过程中扮演着极其重要且不可替代的角色。随着生物多样性的丧失日益严峻,探讨凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响,不仅有助于了解凋落物分解的内在机制,而且可为退化草原生态系统的恢复提供参考。以内蒙古呼伦贝尔草原退化恢复群落中的草本植物为研究对象,依据植物多度、盖度、频度和物种的重要值及其在群落中的恢复程度筛选出排序前4的羊草（Leymus chinensis）、茵陈蒿（Artemisia capillaris）、麻花头（Serratula centauroides）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）的凋落物为实验材料,通过设置3种凋落物多样性水平（1,2,4）,包括11种凋落物组合（单物种凋落物共4种,两物种凋落物混合共6种,四物种凋落物混合共1种）,利用磷脂脂肪酸（PLFA）方法来研究分解60 d后凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响。结果表明：（1）凋落物物种多样性仅对C残余率具有显著影响,表现在两物种混合凋落物C残余率显著低于单物种凋落物,而凋落物组成对所观测的4个凋落物分解参数（质量、C、N残余率以及C/N）均具有显著影响;（2）凋落物物种多样性对细菌（B）含量具有显著影响,而凋落物组成对真菌（F）含量具有显著影响,两者对F/B以及微生物总量均无显著影响;（3）冗余分析结果表明凋落物组成与凋落物分解相关指标（凋落物质量、C、N残余率及C/N）和土壤微生物（真菌、细菌含量）的相关关系高于凋落物多样性。（4）进一步建立结构方程模型（Structural Equation Model,SEM）发现,凋落物初始C含量对凋落物质量、C、N残余率及C/N有显著正的直接影响;凋落物木质素含量对凋落物质量、C、N残余率有显著正的直接影响;凋落物初始N含量对N残余率有显著正的直接影响,而对C残余率及C/N有显著负的直接影响;凋落物初始C/N对凋落物质量、N残余率有显著正的直接影响,而对C/N有显著负的直接影响。此外,凋落物初始C、N、木质素含量及C/N均对真菌含量具有显著正影响,并可通过真菌对凋落物质量分解产生显著负的间接影响。以上结果表明该退化恢复区域优势种凋落物分解以初始C、木质素为主导,主要通过土壤真菌影响凋落物的分解进程,这将减缓凋落物的分解速率进而减慢草原生态系统的进程。这些结果为凋落物多样性及组成对自身分解和土壤微生物群落的影响提供了实验依据,也为进一步分析凋落物分解内在机制以及草原生态系统的恢复提供了数据参考。     

不同发育阶段杉木人工林对土壤微生物群落结构的影响

采用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE),分析土壤细菌16S rDNA和土壤真菌28SrDNA特异性片段多态性,研究了不同发育阶段杉木人工林对土壤微生物群落结构的影响.结果表明:土壤微生物群落结构随着杉木人工林的发育年龄而改变,杉木人工林土壤微生物群落多样性和丰富度随杉木生长发育显著增加(P<0.05),但均显著低于次生阔叶林(P<0.05);聚类分析表明,不同发育阶段杉木人工林土壤真菌群落相似性均<60%,而土壤细菌群落相似性最高可达65%,由此可推测不同发育阶段杉木人工林土壤真菌群落结构变化较土壤细菌群落结构变化剧烈;相关性分析表明,不同发育阶段杉木人工林土壤速效氮、碳氮比与土壤微生物群落多样性显著相关(P<0.05).本研究表明,长期种植单一杉木人工林能够通过改变土壤理化性质来影响土壤微生物群落组成,进而影响森林生态系统养分循环,导致人工林林分生产力下降.     

氮添加对油松不同径级细根分解及其养分释放的影响

采用4个梯度的林地氮处理(N₀、N₃、N₆和 N₉依次为0、3、6 和9 g N·m^-2·a^-1),利用分解袋试验,研究了N添加对油松不同径级细根分解及养分释放过程的影响.结果表明: 细根分解过程分为快速分解(0～60 d)和慢速分解(60～300 d)两个阶段.0～0.4、0.4～1和1～2 mm细根分解的质量百分数在第60天分别为7.6%、10.4%和11.4%,在第300天分别为19.8%、23.5%和30.5%,说明较细的根系分解较慢.N添加显著降低了0～0.4 mm细根的分解速率,但对0.4～1和1～2 mm细根分解速率无显著影响,与对照(N₀)相比,N₃、N₆和N₉处理试验期间分解速率分别降低2.1%、4.5%和5.8%.N添加显著增加了0～0.4和0.4～1 mm细根C和N残留率,但对1～2 mm细根C和N残留率无显著影响,且对3个径级细根P残留率无显著影响.与对照相比,N₃、N₆和N₉处理分别增加了0～0.4 mm细根中8.1%、9.4%和4.5%的C残留率和5.3%、16.3%和16.7%的N残留率;同时增加了0.4～1 mm细根中2.5%、2.5%和0.9%的C残留率和0.9%、2.3%和3.9%的N残留率.0～0.4、0.4～1 mm细根C、N、P迁移模式总体表现为直接释放,而1～2 mm细根N为富集-释放模式.氮沉降可能主要通过影响0～0.4 mm细根(主要为1和2级细根)的分解过程,从而降低细根的分解速率.     

中亚热带地区氮沉降对杉木幼林土壤细菌群落多样性及组成的影响

大气氮沉降量持续增加已经成为当前关注的热点.土壤细菌群落作为土壤环境中大量存在的微生物,在养分循环过程中发挥着不可忽视的作用.在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点,我们在野外模拟大气氮沉降试验,通过16S rDNA扩增子测序,研究中亚热带地区杉木幼林土壤细菌群落多样性和组成对氮沉降的响应.结果表明:短期施氮对研究区的土壤细菌群落多样性和组成并未产生显著影响,但高氮处理显著改变敏感菌群相对丰度,如富营养型类群丰度增加、贫营养型类群丰度降低.土壤细菌群落的营养策略发生变化,这可能是受到了养分有效性的驱动.因此,了解土壤细菌群落和养分分配格局对氮沉降的响应,有助于提高我们对未来环境的预测能力.