鼎湖山主要森林土壤N2O排放及其对模拟N沉降的响应

研究了鼎湖山生物圈保护区马尾松(Pinus massoniana)林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)土壤N₂O排放特征及其对氮沉降增加的响应。在1999~2002年期间,3种森林土壤N₂O排放速率均表现明显的季节性变化特点,但这种季节性变化因年份和森林类型不同而异,总的来说,3种森林土壤N₂O排放速率呈现夏秋季较高而冬春季较低的变化。土壤N₂O排放速率在3年观测期间的平均值分别为(g·hm^-2·d^-1):14.2±3.1(季风林),5.8±0.9(混交林)和5.1±0.9(马尾松林)。土壤N₂O排放速率与土壤温度之间在季风林呈现显著的指数正相关关系,但在混交林和马尾松林中它们之间的关系则均不明显。经3个月的模拟氮沉降试验后,氮沉降增加对季风林和马尾松林土壤N₂O的排放均具有明显的促进作用,且这种促进作用随氮沉降水平的升高而增强,但对混交林土壤N₂O排放的影响则不明显。     

氮沉降对三种林型土壤动物群落生物量的影响

从2003年5月～2004年8月,在华南鼎湖山地区针叶林、混交林和季风林内,采用模拟的方法,构建了对照、低氮[50kg/(hm2.a)]和中氮处理[100kg/(hm2.a)]组。在以后近16个月内,利用线框法收集地表凋落物层,在实验室内用Tullgren干漏斗法采集土壤动物标本,最后根据本地区长期土壤动物研究得出的不同类群动物生物量标准,对土壤动物类群生物量在氮沉降下的响应进行研究。结果表明,整体上氮处理对土壤动物类群生物量并未产生显著影响。然而通过氮处理与取样期和林分的交互作用,土壤动物类群生物量对氮沉降有一定的响应趋势。外界的氮输入明显促进了针叶林土壤动物类群生物量的增长,正效应明显;而季风林在较高氮处理下的负效应明显。经历一周年后,土壤动物类群生物量在各林分中的分布格局发生了显著变化,由实验处理前的季风林>混交林>针叶林,变为针叶林>季风林>混交林。低氮处理在一定程度上显示了对土壤动物类群生物量发展的利好作用,各林分动物类群生物量都有不同幅度的上升,平均季风林为44.33%,混交林9.19%,针叶林60.66%;而中氮处理使季风林和混交林分别下降32.55%和2.81%。提示氮沉降对土壤动物类群生物量的影响可能也存在阈值作用。     

模拟氮沉降降低亚热带米槠天然林土壤氧化亚氮排放潜势

我国亚热带地区大气氮沉降量逐年上升,对森林土壤生物地球化学循环造成严重影响。本研究设置了对照(不添加氮)、低氮(40 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg·hm^-2·a^-1)处理,分析了亚热带米槠天然林土壤反硝化功能基因丰度和N₂O排放潜势对氮沉降的响应。结果表明: 高氮处理显著降低土壤N₂O排放潜势。长期(8年)氮沉降对nirS、nirK、nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ基因丰度均无显著影响,但nosZ Ⅰ丰度均显著高于nosZ Ⅱ丰度,表明nosZ Ⅰ在酸性森林土壤中占主导。与对照相比,高氮处理显著降低(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值。(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值与土壤pH值呈显著正相关。长期高氮沉降可能通过降低土壤pH值使得土壤(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值下降,从而降低森林土壤N₂O排放潜势。     

三种苔藓植物对模拟N沉降的生理响应

该文研究了华南地区常见的3种苔藓植物大灰藓(Hypnum plumaeforme)、刺边小金发藓拟刺亚种(Pogonatum cirratum subsp. fuscatum)和石地钱(Reboulia hemisphaerica)在模拟N沉降条件下碳氮代谢的响应特征, 探讨了N沉降对这3种苔藓植物生长的影响。结果表明: 3种植物对N沉降的响应存在差异。大灰藓在加氮浓度为0 ~ 60 kg N·hm^-2的范围内, 光合速率、淀粉、可溶性糖、总氮及可溶性蛋白的含量均随加氮浓度的升高而上升; 对照条件下NR(硝酸还原酶)可诱导活性很高, 表明其对氮的需求强烈; 膜K⁺渗漏在加氮浓度为20 kg N·hm^-2时高于对照, 但更高的加氮浓度下并未使其进一步上升。刺边小金发藓拟刺亚种在加氮浓度为0~40 kg N·hm^-2的范围内, 碳氮代谢的多数指标的变化趋势与大灰藓相似, 但当N沉降高于40 kg N·hm^-2时, 呈现相反的变化趋势; 在对照条件下具一定的NR可诱导活性, 但人工加氮使其可诱导活性急剧下降。石地钱的可溶性糖及可溶性蛋白含量在不同处理条件下变化不明显, 但光合速率和淀粉含量在加氮浓度为20和40 kg N·hm^-2时低于对照及加氮浓度为60 kg N·hm^-2时, 而植物总氮含量的变化趋势刚好相反; NR固有活性及可诱导活性在各种N处理条件下均极低, 显示其对NO₃^-利用率低。刺边小金发藓拟刺亚种和石地钱的膜K⁺渗漏仅在60 kg N·hm^-2处理时显著上升。     

氮沉降对黄河三角洲芦苇湿地土壤呼吸的影响

2012年6月至2012年10月, 对黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地进行了模拟氮沉降试验, 氮沉降水平分别为对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(LN, 50 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(HN, 100 kg N·hm^-2·a^-1)。利用LI-8100土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率。结果表明, 氮沉降促进了芦苇湿地土壤呼吸作用, LN和HN处理使芦苇生长季(6-10月)平均土壤呼吸速率比CK分别提高19%和58%。积水改变了芦苇湿地土壤呼吸日动态。地面无积水时, 各处理土壤呼吸日动态均呈单峰型曲线; 地面有积水时, 土壤呼吸日动态峰值推后或无单峰型波动规律。积水影响土壤呼吸作用对温度的响应。地面无积水时, 各处理土壤呼吸速率均与气温呈极显著的正指数相关关系, 气温分别解释了CK、LN和HN处理下土壤呼吸季节变化的69.9%、64.5%和59.9%; 地面有积水时, 各处理土壤呼吸与气温相关性不显著。CK、LN和HN处理下土壤呼吸温度敏感性系数Q₁₀值分别为1.68、1.75和1.68, 表明LN处理增强了土壤呼吸温度敏感性, HN处理对其影响不显著。     

不同供氮量对二月兰产量、土壤无机氮残留及氮平衡的影响

研究华北冬绿肥二月兰对不同供氮水平的响应特征,确定实现绿肥高产高效的土壤适宜供氮量,可为华北集约化农田最大化发挥绿肥生态效应和优化春玉米/冬绿肥轮作体系氮素管理提供理论依据和技术参考.选取多年不施肥试验地设置供氮梯度试验,研究了不同供氮水平对冬绿肥二月兰翻压前地上部生物量累积、氮素吸收、土壤无机氮残留和冬绿肥季土壤氮素平衡的影响.结果表明: 在土壤无机氮含量较低(0～90 cm土层15 kg·hm^-2)条件下,施氮显著提高二月兰生物量和吸氮量.其中,施氮90 kg·hm^-2处理表现最高,绿肥生物量(干质量)和吸氮量分别为2031.0和42.0 kg·hm^-2;土壤无机氮残留量随施氮量增加而增加,且在施氮量高于60 kg·hm^-2后呈现快速增加趋势;随施氮量增加二月兰生长季的表观氮平衡表现出由亏缺到盈余的变化特征,在施氮量为60～90 kg·hm^-2条件下氮收支基本平衡.土壤供氮量(绿肥播前0～90 cm土壤无机氮含量与施氮量之和)与二月兰生物量、吸氮量和绿肥翻压前土壤无机氮含量的关系可以分别用二次、线性加平台和指数方程进行模拟,依据模型计算二月兰生物量最高值(2010 kg·hm^-2)时的播前土壤供氮量和绿肥翻压前土壤无机氮残留量分别是136和78 kg·hm^-2;而在二月兰吸氮量最高值40 kg·hm^-2时,二月兰生物量为1919 kg·hm^-2,相当于最高生物量的95%,绿肥翻压前土壤残留无机氮降低至57 kg·hm^-2,与之对应的播前土壤供氮量为105 kg·hm^-2,该值与目前华北地区优化施氮下玉米收获后土壤残留无机氮推荐含量(100 kg·hm^-2)基本相当.综合考虑绿肥的农学和环境效应,春玉米/冬绿肥轮作体系中二月兰播前土壤供氮量应控制在100～105 kg·hm^-2.     

九寨沟两种常见藓类植物对模拟氮沉降的生理响应

为探讨氮沉降对九寨沟藓类植物的影响，该研究以当地优势藓类植物锦丝藓(Actinothuidium hookeri)和塔藓(Hylocomium splendens)为对象，以NH₄NO₃为氮源，设置对照(0 kg N·hm^-2·a^-1)、低浓度(20 kg N·hm^-2·a^-1)、高浓度(50 kg N·hm^-2·a^-1)3种处理，开展为期6个月的氮沉降模拟实验。结果表明：(1)氮沉降处理导致两种藓类植物的活性氧、丙二醛、叶绿素、脯氨酸和可溶性蛋白含量显著增加，同时锦丝藓过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶活性增加。(2)对于生长旺期和生长末期的塔藓，氮沉降导致其过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶活性降低。(3)锦丝藓的综合隶属函数值随氮沉降浓度增大而增加，在生长旺期和生长末期，塔藓综合隶属函数值对氮沉降的响应存在差异。综上认为，两种藓类植物对氮沉降处理的生理响应存在差异，高浓度氮沉...     

南亚热带森林土壤微生物量碳对氮沉降的响应

研究了鼎湖山自然保护区3种森林生态系统土壤微生物量碳对氮沉降增加的响应.选取南亚热带代表性森林类型马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)建立野外模拟氮沉降试验样地.2003年7月开始每月进行氮处理.这些处理分别为对照、低氮处理、中氮处理和高氮处理,即0、50、100 kg N hm-2 a-1 和150 kg N hm-2 a-1.在2004年11月和2006年6月用氯仿熏蒸浸提法分别测定土壤微生物量碳和土壤可浸提有机碳.土壤微生物量碳和可浸提有机碳含量均表现为2006年6月高于2004年11月;季风林高于马尾松林和混交林.随着氮沉降增加季风林土壤微生物量碳减少,但可浸提有机碳含量则增加,且此趋势在高氮处理下表现明显.然而,氮沉降增加对马尾松林和混交林土壤微生物量碳和可浸提有机碳含量的影响不显著.以上结果表明,氮沉降增加可能提高季风林土壤有机碳的固持能力.     

氮沉降和施生物质炭对毛竹林土壤N2O通量的影响

本研究于2019年7月—2020年7月在浙江省杭州市典型毛竹林布置野外控制实验,采用静态箱-气相色谱法测定毛竹林土壤N₂O通量,分析生物质炭(10 t·hm^-2)、氮沉降(60 kg N·hm^-2·a^-1)、生物质炭+氮沉降混合处理对土壤N₂O通量的影响,并探讨了土壤N₂O通量与环境因子的关系。结果表明: 与对照相比,氮沉降处理使毛竹林土壤N₂O年累积排放量增加了14.6%,而施用生物质炭及其与氮沉降混合处理则分别降低了20.8%和10.6%。相关分析表明,在所有处理下,毛竹林土壤N₂O排放速率与土壤温度、硝态氮含量、脲酶和蛋白酶活性之间均呈极显著相关,与土壤铵态氮含量均呈显著相关。在氮沉降背景下,施用生物质炭对毛竹林土壤N₂O通量仍具有显著的减排效应。     

罗浮栲林土壤微生物碳利用效率对短期氮添加的响应

作为调节土壤碳矿化过程的重要参数,微生物碳利用效率(CUE)对理解陆地生态系统中的碳循环至关重要。本研究在戴云山罗浮栲林设置对照(0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个氮添加水平以模拟氮沉降,测定了表层(0～10 cm)土壤基本理化性质、有机碳组分、微生物生物量和酶活性;并利用¹⁸O标记水方法测定土壤微生物CUE,以更好地理解氮沉降加剧对微生物CUE的影响及其影响因素。结果表明: 短期氮添加显著降低了土壤微生物的呼吸速率、碳和氮获取酶活性,但显著增加了土壤微生物CUE。β-N-乙酰氨基酸葡糖苷酶(NAG)/微生物生物量碳(MBC)、微生物呼吸速率、β-葡萄糖苷酶(BG)/MBC、纤维素水解酶(CBH)/MBC和土壤有机碳含量是影响CUE的主要因素,且CUE与NAG/MBC、微生物呼吸速率、BG/MBC和CBH/MBC呈显著负相关,与土壤有机碳呈显著正相关。综上,短期氮添加导致土壤微生物获取碳和氮的成本降低,减少微生物呼吸,从而提高了土壤微生物CUE,这将有助于提高罗浮栲林土壤碳固存潜力。     

南亚热带森林土壤有效氮含量及其对模拟氮沉降增加的初期响应

研究了南亚热带主要森林类型 (马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林 )土壤有效氮含量对模拟氮沉降的初期响应。结果显示 :(1)马尾松林、混交林和阔叶林 0～ 10 cm和 10～ 2 0 cm两个土层有效氮 (铵态氮 硝态氮 )含量总平均分别为 6 .2 4、6 .2 2和14 .77m g/kg,其中铵态氮占 4 5 .3%、4 8.7%和 14 .5 %。 (2 )外加氮处理使 3个森林两个土层的有效氮含量都在增加 ,但其影响程度取决于土层、氮处理水平、氮处理时间和森林类型。总体而言 ,0～ 10 cm土层略比 10～ 2 0 cm土层敏感 ;氮处理水平越高土壤有效氮增加越多 ;外加氮处理时间越长 ,处理样方与对照样方的差距越大 ;阔叶林的响应稍落后于马尾松林和混交林     

Response of Litter Decomposition to Simulated N Deposition in Disturbed, Rehabilitated and Mature Forests in Subtropical China

The response of decomposition of litter for the dominant tree species in disturbed (pine), rehabilitated (pine and broadleaf mixed) and mature (monsoon evergreen broadleaf) forests in subtropical China to simulated N deposition was studied to address the following hypothesis: (1) litter decomposition is faster in mature forest (high soil N availability) than in rehabilitated/disturbed forests (low soil N availability); (2) litter decomposition is stimulated by N addition in rehabilitated and disturbed forests due to their low soil N availability; (3) N addition has little effect on litter decomposition in mature forest due to its high soil N availability. The litterbag method (a total of 2880 litterbags) and N treatments: Control-no N addition, Low-N: −5 g N m⁻² y⁻¹, Medium-N: −10 g N m⁻² y⁻¹, and High-N: −15 g N m⁻² y⁻¹, were employed to evaluate decomposition_. Results indicated that mature forest, which has likely been N saturated due to both long-term high N deposition in the region and the age of the ecosystem, had the highest litter decomposition rate, and exhibited no significant positive and even some negative response to nitrogen additions. However, both disturbed and rehabilitated forests, which are still N limited due to previous land use history, exhibited slower litter decomposition rates with significant positive effects from nitrogen additions. These results suggest that litter decomposition and its responses to N addition in subtropical forests of China vary depending on the nitrogen status of the ecosystem.     

Increasing phosphorus limitation along three successional forests in southern China

Background and Aims

Phosphorus (P) is commonly one of most limiting nutrients in tropical and subtropical forests, but whether P limitation would be exacerbated during forest succession remains unclear.

Methods

Soil phosphatase activity is often used as an indicator of P limitation. Here we examined soil acid phosphatase activity (APA) underneath tree species in pine forest (PF), mixed pine and broadleaf forest (MF) and monsoon evergreen broadleaf forest (MEBF) which represented the early, middle and late successional stages of subtropical forests in China, respectively. We also analyzed other indicators of P status (soil available P and N and P stoichiometry of the tree species).

Results

APA or APA per unit soil organic carbon under tree species was relatively low in the early successional forest. Different from PF and MF, soil available P beneath the tree species was lower than in the bulk soils in MEBF. Soil APA was closely related to N:P ratios of tree species across all three forests.

Conclusions

Our results imply that P limitation increases during forest succession at our site. The dominant tree species with low soil APAs in MEBF are likely more P-limited than other tree species.     

鼎湖山森林土壤渗透水酸度和无机氮含量对模拟氮沉降增加的早期响应

在林地分别喷加0、50、100和150kg N hm^-1a^-1,研究鼎湖山马尾松林、马尾松针阔混交林和季风常绿阔叶林中土壤20cm深渗透水酸度和无机氮含量在开始9个月的变化。结果表明,3种森林对照样方土壤渗透水pH值为3．82—4．24,外加氮处理使其平均降低了0．08—0．18。3个森林对照样方土壤渗透水无机氮平均含量分别为6．14、6．66和11．64mg L^-1,铵态氮占15．0％、11．9％和3．0％。外加氮处理使3种森林土壤渗透水铵态氮和硝态氮含量均有不同程度的提高,这表明外加氮处理不但增加了无机氮从森林土壤流失的潜力,而且使土壤进一步酸化。     

鼎湖山3种不同林型下的土壤酸度和养分含量差异及其季节动态变化特性

主要研究了鼎湖山自然保护区内３种主要林型（季风常绿阔叶林、马尾松针阔叶混交林、马尾松林）下０－６０ｃｍ土层的酸度,有机质、水解氮、速效磷、钾、交换怀钙、镁等几各营养元素的含量状态以及它们的季节动态变化。结果表明,土壤ＰＨ值都胡着季节变化而逐渐升高,不同林型间的差异是松林〉混交林〉阔叶林,而且它们都是表层低于中下层,产生上述现象的原因可能是由于植被类型不同导致土壤微生物数量不同的结果,土壤养分含量明     

Cumulative effects of nitrogen additions on litter decomposition in three tropical forests in southern China

A field-scale experiment with nitrogen (N) addition treatments was performed in three forest types – a pine (Pinus massoniana Lamb.) forest, a pine-broadleaf mixed forest (mixed) and a mature monsoon evergreen broadleaf forest (mature) – in tropical China. Two kinds of leaf litter, Schima superba Chardn. & Champ. and Castanopsis chinensis Hance, were studied using the litterbag technique after more than 2 years of continuous N additions. The objective of this study was to understand the cumulative effect of N addition on litter decomposition in the tropical forests and to determine if the initial effects of N addition changes over time. Results indicated that leaf litter decomposition was significantly faster in the mature forest than in the mixed or pine forests. The mean fraction of mass remaining after 12-months of decomposition was: mature (0.22) < mixed (0.50) < pine (0.51) for the two litters. Nitrogen addition significantly depressed litter decomposition in the pine forest and the mature forest, but had no significant effect in the mixed forest. These results suggest that N deposition has significant cumulative effect on litter decomposition.     

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.     

鼎湖山主要森林类型土壤交换性阳离子含量及其季节动态特征

研究鼎湖山自然保护区马尾松林、马尾松荷木混交林和季风常绿阔叶林三种代表性森林类型表层土壤(0~20cm)交换性阳离子含量及其季节动态。结果表明:土壤交换性阳离子含量因元素种类、森林类型和季节不同而异。三种森林土壤交换性阳离子含量都表现为:Al3+>H+>K+>Ca2+、Mg2+、Na+。几乎所有调查的阳离子含量在阔叶林显著高于马尾松林和混交林,但后两者之间大多数阳离子含量差异不显著。鼎湖山森林土壤可交换性阳离子含量虽然较高,但盐基饱和度却很低。马尾松林、混交林和阔叶林土壤可交换性阳离子含量在1997年6月份分别为:58.3、84.5和118.7mmolc/kg,盐基饱和度分别为:5.5%、3.2%和4.5%。三种森林土壤交换性Ca2+、Mg2+、K+和H+含量季节差异极显著(P<0.001),但交换性Al3+含量只在马尾松林土壤存在极显著的季节性差异(P<0.001)。同一元素季节变化大小程度趋向马尾松林>混交林>阔叶林。森林土壤交换性Ca2+、Na+和H+含量与土壤pH值相关关系不明显,但交换性Mg2+、K+和Al3+与土壤pH值间呈极显著负相关。     

中国主要森林生态系统水文功能的比较研究(英文)

 基于中国不同区域生态站的观测资料,着重从降雨截留（林冠截留、枯枝落叶层截持和土壤蓄水）、调节径流和蒸散等3个方面对我国主要森林生态系统的水文生态功能进行了比较研究。各生态系统林冠年截留量在134～626 mm间变动,由大到小排列为：热带山地雨林,亚热带西部山地常绿针叶林,热带半落叶季雨林,温带山地落叶与常绿针叶林,寒温带、温带山地常绿针叶林,亚热带竹林,亚热带、热带东部山地常绿针叶林,寒温带、温带山地落叶针叶林,温带、亚热带落叶阔叶林,亚热带山区常绿阔叶林,亚热带、热带西南山地常绿针叶林,南亚热带常绿阔叶林,亚热带山地常绿阔叶林。枯落物持水量可以达到自身干重的2～5倍,但也因林型而异。土壤非毛管持水量变动在36～142 mm之间,平均89 mm。常绿阔叶林的非毛管持水量通常高于100 mm,而寒温带/温带落叶阔叶林和常绿针叶林通常低于100 mm. 土壤的非毛管持水量通常占生态系统中截持水量的90%,其次是枯落物和林冠层。这说明,森林土壤在调节降雨截留中占有重要地位,其水文功能的大小取决于土壤结构和空隙度,而这些恰恰又受枯落物和森林植被特征的影响。森林皆伐后,一般地表径流会显著地增加,而适当抚育措施则对地表径流影响不大。流域径流受诸多因素的影响,包括植被、土壤、气候、地形、地貌以及人类影响导致的流域景观变化,比较研究表明森林变化对流域径流的影响尚未得到一致的规律性的结果。通过对比研究不同森林的蒸散变化,发现随降雨量的增加,森林蒸散量略有增加,而相对蒸散率却在下降,相对蒸散率在40%～90%间变动。