帽儿山森林落叶分解消耗与土壤动物关系的研究

１引言森林凋落物分解是森林生态系统物质循环和能量流动的重要环节,枯枝落叶分解是由多种因素作用的复杂过程．研究枯枝落叶在自然环境下的分解消耗及其与土壤动物的关系具有重要的生态学意义［４］,并对林业生产、营造人工林有一定的指导作用．在枯枝落叶分解研究中,...     

帽儿山森林生态系统蚯蚓生态分布研究

蚯蚓本研究采用大型土壤动物手拣法和器测法 ,野外调查与室内实验相结合 ,揭示了帽儿山森林生态系统蚯蚓的生态分布规律及其与环境因子的相互关系。水平分布调查表明 ,白桦林的蚯蚓生物量和个体密度远低于其它 3个林型 ;地上垂直分布调查表明 ,蚯蚓生物量与个体密度从山谷到山顶逐渐增多。地下垂直结构调查表明 ,帽儿山地区蚯蚓分布的垂直结构表聚性明显。各种调查均揭示了蚯蚓种群大小随生境条件不同而变化 ,特别是水分条件 ,适合调查地区蚯蚓生存的土壤含水量范围大致为 4 0 %～ 6 5 %。     

东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

典型森林和草地生态系统呼吸各组分间的相互关系

生态系统呼吸是陆地生态系统碳收支的重要组成部分,分析其组分间的相互关系对理解生态系统呼吸过程和精确评价生态系统碳收支具有重要意义,也是当前碳循环研究工作的一大难点。本研究利用ChinaFLUX的长白山温带针阔混交林（CBS）,鼎湖山亚热带常绿阔叶林（DHS）和海北灌丛草甸（HBGC）三个典型生态系统的通量观测数据,采用经验统计方法,分析了其在中国典型生态系统中的适用性及敏感性,揭示了生态系统呼吸各组分的动态变化特征及相互关系。结果表明：采用本研究中的呼吸组分拆分方法所获结果与理论推测及实测数据大致相同,拆分结果对净初级生产力与总初级生产力的比值（NPP/GPP）较为敏感,NPP/GPP变化0.1时,自养呼吸在生态系统呼吸中的比例（Ra/RE）改变0.05。各生态系统中,生态系统呼吸及其组分在年内均表现出明显的单峰型变化特征,在夏季生长旺盛的时节达到最大值。异养呼吸与生态系统呼吸的比值（Rh/RE）也具有明显的季节变化,但在生态系统间表现出明显差异,CBS和HBGC分别表现出先增大后减小和先减小后增大的变化趋势,DHS则相对稳定,在0.5附近波动, Ra/RE的季节动态与Rh/RE相反。在年总量上,HBGC主要通过异养呼吸向大气排放CO2,异养呼吸占生态系统呼吸的60%,而CBS和DHS的自养呼吸和异养呼吸所占比重大致相似,异养呼吸占生态系统呼吸的49%。这说明,该统计学模型可以用来进行生态系统呼吸组分的拆分,进而可以为生态系统碳循环过程的精细研究提供参考数据,但今后应加强NPP/GPP的测定,以提高生态系统呼吸拆分的精度。     

城市生态系统中土壤动物研究及应用进展

城市生态系统是一个以人群 (居民 )为核心 ,包括其它生物 (动物、植物、微生物等 )和周围自然环境以及人工环境相互作用的系统[8] 。近年来许多学者就城市中大气和水的有关问题进行了研究 ,而对城市土壤的相关研究开展的相对较少 ,对于直接受土壤质量变化影响的土壤动物 ,在城市生态系统中的研究也不多。土壤动物作为生态系统的组成部分 ,可以通过自身的运动分解有机物质 ,促进物质的循环和能量的流动 ,并通过群落及细胞组织病理学的变化 ,监测环境质量的变化。因此 ,开展对城市生态系统中土壤动物的研究 ,拓展城市生态系统的研究内容和方法…     

森林凋落物与大型土壤动物相关关系的研究

以针阔混交林及落叶阔叶林为例,探讨了森林凋落物与大型土壤动物的相关关系。研究表明,森林凋落物中大型土壤动物的个体数依林型、凋落物厚度、凋落物量不同而异,凋落物的分解程度影响大型土壤动物的种类、数量分布,凋落物中矿质元素含量与大型土壤动物体内矿质元素含量相关较好,凋落物中微量元素含量与大型土壤动物体内微量元素含量明显不相关。本研究为揭示大型土壤动物在凋落物分解中的作用,进而为森林的经营和保护提供科学依据。     

桫椤生态系统的土壤呼吸特征

桫椤植物最早出现于中生代的晚三叠纪或早侏罗纪,现存的桫椤林是一种非常典型的孓遗陆地生态系统.对桫椤生态系统土壤呼吸特征研究表明,6月份桫椤纯林的土壤呼吸速率很小,去除凋落物和保留凋落物的土壤呼吸速率分别为0.87、0.89μmol · m-2 · s-1,两种处理无显著差异(P>0.05).由于其它生物的入侵,在保护区桫椤林中出现了多种混交的森林类型,比较典型的是毛竹、落叶阔叶林、常绿阔叶林作为桫椤纯林的入侵种与其形成的3种生态系统类型,根据测定的结果,表明这3种生态系统类型的林地土壤呼吸速率均大于桫椤纯林,平均值分别为2.95、2.06、1.33μmol · m-2· s-1,经统计分析,发现它们与桫椤纯林有显著的差异(P<0.001).凋落物对这3种类型的影响表现为,毛竹桫椤混交林、常绿阔叶桫椤混交林差异显著(P<0.001),落叶阔叶和桫椤混交林差异不明显(P>0.05 );在较短时间尺度上对4种森林类型的日动态分析,均表现为一致的平稳状态.在土壤温度和湿度变化较小的情况下,两种处理5cm土壤温度和湿度均与土壤呼吸无明显相关性.     

锡林河中游草原生态系统中小型土壤动物与土壤有机质的关系

 本文讨论了草原生态系统中小型土壤动物与土壤生态因子的关系。主要结果为：1．中小型土壤动物,在草原生态系统的不同类型下的水平和垂直数量分布,不单纯受某一种生态因子的制约,而是由于诸生态因子综合作用的结果。2．中小型土壤动物与有机质含量之间的关系,在不同类型的生境中有不同的相关性。3．沙地羊茅草原的中小型土壤动物,在土壤中的数量垂直分布,可能主要制约于土壤温度的变化,因此出现本身的特异性规律。4．中小型土壤动物,对人为因素造成的草原生态系统生态因子不稳定性的反应是敏感的。     

东北东部森林生态系统土壤碳贮量和碳通量

土壤碳是高纬度地区森林生态系统最大的碳库,是森林生态系统碳循环的极其重要组分。研究了东北东部典型的6种次生林生态系统(天然蒙古栎林、杨桦林、杂木林、硬阔叶林、红松人工林和落叶松人工林)的土壤碳动态,包括(1)量化土壤有机碳(SOC)含量、碳密度及周转时间,(2)比较不同森林生态系统的土壤表面CO2通量(RS)年通量差异,(3)建立RS年通量及其分量与SOC的量化关系。研究结果表明:阔叶天然次生林和针叶人工林的SOC含量变化范围分别为52.63~66.29 g.kg-1和42.15~49.15 g.kg-1;平均SOC密度分别为15.57和17.16 kg.m-2;平均SOC周转时间分别为32a和48a。各个生态系统的RS依次为杂木林951 gC.m-2.a-1、硬阔叶林892 gC.m-2.-a 1、杨桦林812 gC.m-2.-a 1、蒙古栎林678gC.m-2.-a 1、红松林596 gC.m-2.-a 1和落叶松林451 gC.m-2.a-1。RS年通量及其分量(土壤异养呼吸和自养呼吸)与SOC含量呈显著的正相关,但其相关程度因土层不同而异(R2=0.747~0.933)。同一生态系统中,SOC含量随土深增加而降低,而SOC密度和SOC周转时间随深度增加而增大。采用统一规范的研究方法,获取大量有代表性的森林生态系统土壤碳贮量和RS的实测数据,是减少区域尺度碳平衡研究中不确定性的不可缺少的研究内容。     

Partitioning soil respiration of temperate forest ecosystems in northeastern China

Quantifying soil respiration components and their relations to environmental controls are essential to estimate both local and regional carbon (C) budgets of forest ecosystems. In this study, we used the trenching-plot and infrared gas exchange analyzer approaches to determine heterotrophic (R_H) and autotrophic respiration (R_A) in the soil surface CO₂ flux for six major temperate forest ecosystems in northeastern China. The ecosystems were: Mongolian oak forest (dominated by Quercus mongolica), aspen-birch forest (dominated by Populous davidiana and Betula platyphylla), mixed wood forest (composed of P. davidiana, B. platyphylla, Fraxinus mandshurica, Tilia amurensis, Acer amono, etc.), hardwood forest (dominated by F. mandshurica, Juglans mandshurica, and Phellodendron amurense), Korean pine (Pinus koraiensis), and Dahurian larch (Larix gmelinii) plantations, representing the typical secondary forest ecosystems in this region. Our specific objectives were to: (1) quantify R_H and its relationship with the environmental factors of the forest ecosystems, (2) characterize seasonal dynamics in the contribution of root respiration to total soil surface CO₂ flux (RC), and (3) compare annual CO₂ fluxes from R_H and R_A among the six forest ecosystems. Soil temperature, water content, and their interactions significantly affected R_H in the ecosystems and accounted for 46.5%–78.8% variations in R_H. However, the environmental controlling factors of R_H varied with ecosystem types: soil temperature in hardwood and Dahurian larch forest ecosystems, soil temperature, and water content in the others. The RC for hardwood, poplar-birch, mixed wood, Mongolian oak, Korean pine, and Dahurian larch forest ecosystems varied between 32.40%–51.44%, 39.72%–46.65%, 17.94%–47.74%, 34.31%–37.36%, 33.78%–37.02%, and 14.39%–35.75%, respectively. The annual CO₂ fluxes from R_H were significantly greater than those from R_A for all the ecosystems, ranging from 337–540 g Cm^-2a^-1 and 88‐331 gCm^-2a^-1 for R_H and R_A, respectively. The annual CO₂ fluxes from R_H and R_A differed significantly among the six forest ecosystems.     

秦岭火地塘林区油松林土壤呼吸时空变异

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键生态过程,土壤呼吸的时空变异及其影响因子已成为生态学研究的主要内容之一。采用红外线开路气室法和便携式微气象站,连续测定了秦岭火地塘林区天然次生油松林地不同部位土壤呼吸速率和不同土层深度土壤温度和土壤体积含水率,结果表明:(1)植物生长季,试验地上部与中部、中部与下部,土壤呼吸日均值间存在显著差异。植物休眠季,全坡面土壤呼吸日均值差异不显著。同一观测部位植物生长季与休眠季,土壤呼吸日均值差异显著。观测期内全样地土壤呼吸日均值为(38.64±6.43)gm-2d-1;(2)同一地形部位不同观测月中和不同地形部位同一观测时间,土壤呼吸月均值大多存在显著差异,植物生长季和休眠季,全样地土壤呼吸均值分别为(46.98±2.21)gm-2d-1和(35.94±1.01)gm-2d-1,全样地土壤呼吸月均值为(1.18±0.20)kgm-2月-1,休眠季土壤日均呼吸约为整个观测季的43.34%;(3)当土壤温度9.0℃时,土壤温度与土壤呼吸速率间均存在显著的指数关系。回归模型的决定系数均大于0.87,均方差根不超过0.21,模型有效性系数不小于0.85,残差系数的绝对值不超过0.007。(4)植物生长季0-5cm和5-10cm土层及植物休眠季0-5cm土层,土壤呼吸日累积值均值与相应土层深度土壤体积含水率均值间存在三次函数关系,回归模型的决定系数分别为0.456,0.513和0.143;植物休眠季5-10cm土层,土壤呼吸日累积值均值与土壤体积含水率均值间存在幂函数关系,回归模型的决定系数为0.650。     

Indirect partitioning of soil respiration in a series of evergreen forest ecosystems

A simple estimation of heterotrophic respiration can be obtained analytically as the y-intercept of the linear regression between soil-surface CO₂ efflux and root biomass. In the present study, a development of this indirect methodology is presented by taking into consideration both the temporal variation and the spatial heterogeneity of heterotrophic respiration. For this purpose, soil CO₂ efflux, soil carbon content and main stand characteristics were estimated in seven evergreen forest ecosystems along an elevation gradient ranging from 250 to 1740 m. For each site and for each sampling date the measured soil CO₂ efflux (R _S) was predicted with the model R _S = a × S _C + b × R _D ± ε, where S _C is soil carbon content per unit area to a depth of 30 cm and R _D is the root density of the 2–5 mm root class. Regressions with statistically significant a and b coefficients allowed the indirect separation of the two components of soil CO₂ efflux. Considering that the different sampling dates were characterized by different soil temperature, it was possible to investigate the temporal and thermal dependency of autotrophic and heterotrophic respiration. It was estimated that annual autotrophic respiration accounts for 16–58% of total soil CO₂ efflux in the seven different evergreen ecosystems. In addition, our observations show a decrease of annual autotrophic respiration at increasing availability of soil nitrogen. Section Editor: A. Hodge     

蚂蚁筑巢对高檐蒲桃热带森林群落土壤呼吸的影响

蚂蚁筑巢能够改变热带森林土壤微生物与土壤理化性质的状况,从而对土壤呼吸时间动态产生重要影响。本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为研究对象,采用Li-6400-09便携式土壤呼吸测定仪对蚂蚁筑巢地与非筑巢地土壤呼吸进行测定。研究结果表明:(1)高檐蒲桃群落土壤呼吸呈明显的单峰型季节变化趋势,且土壤呼吸速率蚂蚁筑巢地(4.96μmol CO_2m~(-2)s~(-1))高于非筑巢地(4.42μmol CO_2m~(-2)s~(-1))。(2)土壤温度和土壤水分显著影响土壤呼吸的时间动态(P0.01);蚂蚁筑巢显著改变巢内温度与水分(P0.05),进而影响土壤呼吸动态。土壤温度对土壤呼吸动态的贡献:蚁巢(83.8%—91.8%)大于非巢地(81.2%—83.1%),但由于筑巢地土壤湿度低于非巢地,土壤水分对土壤呼吸动态的贡献率表现为蚁巢低于非筑巢地。(3)蚂蚁筑巢显著增加土壤微生物生物量(P0.05),从而对土壤呼吸速率产生极显著的影响(P0.01)。蚂蚁筑巢引起微生物生物量碳的增加能够解释76.9%—71.1%的土壤呼吸变化。(4)蚂蚁筑巢引起土壤理化性质变化对土壤呼吸产生一定的影响。土壤容重与土壤呼吸速率呈显著负相关;土壤呼吸速率与土壤微生物量碳、有机质、易氧化有机碳、全氮、硝氮和铵氮显著正相关(P0.05或P0.01)。因此,蚂蚁筑巢显著改变土壤微生物(如微生物生物量碳)、土壤物理性质(如土壤温度与水分)、土壤化学性质(如碳和氮养分),进而对热带森林土壤呼吸产生重要影响。     

南亚热带森林群落演替过程中林下土壤的呼吸特征

采用CI-310便携式光合作用系统及其附件,测定了广东省黑石顶自然保护区南亚热带森林演替系列中的马尾松林和松阔混交林林下土壤的呼吸速率。测定结果显示:在自然条件下,马尾松林土壤呼吸速率在1.650~4.0μmolCO2m-2s-1,松阔混交林土壤呼吸速率在1.70~3.950μmolCO2m-2s-1之间。林下土壤呼吸速率与温度和土壤空气相对湿度可用拟合,据此并结合当地气象资料推算出马尾松林和松阔混交林的年均土壤呼吸量分别为31.027、36.629 tCO2hm-2,后者高于前者。     

寒温带兴安落叶松林凋落物层对土壤呼吸的影响

为了进一步探讨土壤凋落物层对土壤呼吸的影响,用Li-6400对大兴安岭北部3种林型(白桦-落叶松林、樟子松-落叶松林和落叶松纯林)自然状态的土壤呼吸(R_S)、去凋落物后的土壤呼吸(R_D)以及凋落物呼吸(R_L)进行测定,结果表明:凋落物层的去除会使土壤呼吸速率降低,3种林型观测期内平均R_S分别为7.32μmol m^-2 s^-1、8.55μmol m^-2 s^-1和6.66μmol m^-2 s^-1,平均R_D分别为6.46μmol m^-2 s^-1、7.98μmol m^-2 s^-1和5.74μmol m^-2 s^-1。但去除凋落物后的土壤总呼吸速率较自然状态下分别升高了13.85%、16.21%和13.73%;凋落物的去除并不影响...     

Allometric constraints on,and trade‐offs in,belowground carbon allocation and their control of soil respiration across global forest ecosystems

To fully understand how soil respiration is partitioned among its component fluxes and responds to climate, it is essential to relate it to belowground carbon allocation, the ultimate carbon source for soil respiration. This remains one of the largest gaps in knowledge of terrestrial carbon cycling. Here, we synthesize data on gross and net primary production and their components, and soil respiration and its components, from a global forest database, to determine mechanisms governing belowground carbon allocation and their relationship with soil respiration partitioning and soil respiration responses to climatic factors across global forest ecosystems. Our results revealed that there are three independent mechanisms controlling belowground carbon allocation and which influence soil respiration and its partitioning: an allometric constraint; a fine‐root production vs. root respiration trade‐off; and an above‐ vs. belowground trade‐off in plant carbon. Global patterns in soil respiration and its partitioning are constrained primarily by the allometric allocation, which explains some of the previously ambiguous results reported in the literature. Responses of soil respiration and its components to mean annual temperature, precipitation, and nitrogen deposition can be mediated by changes in belowground carbon allocation. Soil respiration responds to mean annual temperature overwhelmingly through an increasing belowground carbon input as a result of extending total day length of growing season, but not by temperature‐driven acceleration of soil carbon decomposition, which argues against the possibility of a strong positive feedback between global warming and soil carbon loss. Different nitrogen loads can trigger distinct belowground carbon allocation mechanisms, which are responsible for different responses of soil respiration to nitrogen addition that have been observed. These results provide new insights into belowground carbon allocation, partitioning of soil respiration, and its responses to climate in forest ecosystems and are, therefore, valuable for terrestrial carbon simulations and projections.     

帽儿山不同年龄森林土壤呼吸速率的影响因子

为探明东北温带森林恢复过程中土壤呼吸(R_S)的变化趋势及其影响因子,在帽儿山选取皆伐后天然更新恢复的4个年龄(1a、10a、25a和56a)林分进行了1年的野外原位测定。结果表明:(1)皆伐后天然更新恢复1年、10年、25年和56年林分的年R_S通量差异显著(P0.05),分别为686.5、639.7、733.3、762.3g C m~(-2)a~(-1);其中生长季(5月─10月)和非生长季的R_S通量也存在显著差异,均呈现出随林龄增加先减后增的趋势。全年、生长季和非生长季R_S随林龄变化的变异系数分别为7.6%、6.3%和21.1%,表明非生长季R_S通量的变异性加大了全年R_S通量的差异。(2)4个年龄林分的Rs季节变化趋势相似,且其主控因子均随季节而变:6月─8月Rs与土壤含水率呈二次函数关系(R~2波动在56%─79%之间),其余时段则与土壤温度呈指数函数关系(R~2波动在85%─93%之间)。(3)不同年龄林分生长季R_S与0─20cm土层有机碳(SOC)密度呈正相关关系(R~2=0.434,P0.05),而非生长季R_S与同期土壤5cm温度呈正相关关系(R~2=0.959,P0.01)。本研究区森林皆伐导致R_S降低,随皆伐后森林恢复R_S不断增加,其主导驱动因子是SOC密度的增加和非生长季土壤温度的变化。     

森林土壤呼吸及其对全球变化的响应

森林土壤呼吸是全球碳循环的重要流通途径之一 ,其动态变化将直接影响全球 C平衡。森林土壤呼吸由自养呼吸和异养呼吸组成 ,不同森林类型、测定季节和测定方法等直接影响其所占比例。土壤温度和湿度是影响森林土壤呼吸的最主要因素 ,共同解释了森林土壤呼吸变化的大部分。因树种组成、生产力和枯落物数量等不同而使不同森林类型土壤呼吸速率表现出明显差异。采伐对森林土壤呼吸的影响结果有增加、降低或无影响 ,因采伐方式、森林类型、采伐迹地上植被恢复进程和气候条件等而异。火烧一般导致土壤呼吸速率降低。因肥料种类、施用剂量和立地条件不同 ,施肥对森林土壤呼吸的影响出现增加、降低或无影响等不同结果。大气 CO2 浓度升高和升温均可促进森林土壤呼吸。 N沉降有可能刺激了土壤呼吸 ,而酸沉降则可能降低了土壤呼吸。臭氧浓度和 UV-B辐射强度亦会在一定程度上影响森林土壤呼吸。但目前全球变化对森林土壤呼吸的综合影响尚不清楚 ,深入探讨森林土壤呼吸的调控因素及其对全球变化和营林措施的响应等仍是今后努力的主要方向。