中亚热带杉木人工林和米槠次生林凋落物添加与去除对土壤呼吸的影响

在未来大气CO₂浓度升高的背景下, 植被净初级生产力的增加将促使森林土壤碳输入增多。凋落物是土壤碳库的重要来源, 对土壤呼吸会产生重要影响。为了模拟植物净初级生产力提高、凋落物产量增加情景下凋落物对土壤呼吸和土壤碳库的影响, 2013年1月到2014年12月, 在福建省三明市陈大镇国有林场, 在杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林和米槠(Castanopsis carlesii)次生林, 通过设置去除凋落物、添加凋落物和对照(保留凋落物, 不做任何处理)处理, 研究了土壤呼吸和土壤碳库的动态变化。研究发现: 土壤含水量在10%-25%范围内, 土壤呼吸温度敏感性指数(Q₁₀)随着土壤含水量的增加呈递增趋势, 当含水量<10%时, 由于干旱胁迫打破了土壤呼吸与温度之间的耦合, 改变了Q₁₀值, 使得Q₁₀值小于1。土壤呼吸与凋落物输入量呈显著的线性正相关关系, 杉木人工林对照和添加凋落物处理及米槠次生林对照处理, 土壤呼吸与2个月前的凋落物输入量相关性最好。而米槠次生林添加凋落物处理, 土壤呼吸与当月的凋落物输入量相关性最好, 不同林分凋落物呼吸对土壤呼吸的贡献率不同, 米槠次生林凋落物层呼吸年通量明显大于杉木人工林, 分别占各林分土壤总呼吸的34.4%和15.1%, 添加凋落物后, 杉木人工林和米槠次生林的土壤呼吸速率增加, 但添加凋落物处理的土壤呼吸年通量与对照的差值小于年凋落物输入量。因此, 在未来全球CO₂升高背景下, 植被碳储量的增加、凋落物增加并没有引起土壤呼吸成倍增加, 更有利于中亚热带地区土壤碳吸存。     

中亚热带不同类型米槠林凋落枝溶解性有机质动态及光谱学特性

以中亚热带不同类型米槠林为对象,研究了米槠天然林、次生林和人工林凋落枝在生产量持续增加阶段、高峰阶段、持续减少3种生产阶段溶解性有机质的动态及光谱学特性。结果表明:凋落枝生产阶段和森林类型显著影响米槠凋落枝溶解性有机质含量及光谱学特征。米槠天然林在凋落枝生产量持续减少阶段溶解性有机碳(DOC)含量较高,溶解性有机质在254、260和280 nm处的特征紫外吸光值(SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀、SUVA₂₈₀)较低,表明该阶段天然林凋落枝质量较高,具有较高的以溶解性有机质为载体的物质循环效率。米槠人工林在凋落枝生产量高峰阶段具有较高的总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性总氮(TDN)和溶解性总磷(TDP)含量以及较低的DOC∶TDP和TDN∶TDP值,但次生林凋落枝溶解性有机质含量及其光谱学特征在各阶段无显著差异。米槠天然林和次生林凋落枝DOC、TDN和TDP与气温和降水量呈负相关,人工林凋落枝TDN、TDP与气温和降水量呈正相关。人工林凋落枝生产量在高峰阶段具有较高的养分含量,可能具有相对快速的物质循环效率,天然林在凋落枝生产量下降阶段以凋落枝溶解性有机质为载体的物质循环效率相对较高。     

马尾松与芒萁鲜叶及凋落物水溶性有机物的溶解特征和光谱学特征

为探讨福建省三明市马尾松人工林淋溶液中水溶性有机物(DOM)的溶解特征和光谱学特征,以马尾松(Pinus massoniana)和芒萁(Dicranopteris dichotoma)鲜叶、未分解层(L层)和半分解层(F层)凋落物为研究对象进行室内淋溶,对淋溶液中的水溶性有机碳(DOC)、水溶性有机氮(DON)与水溶性有机磷(DOP)含量和紫外光谱(SUVA)、荧光光谱指标和红外光谱(FTIR)等特征进行研究。结果表明,在24 h内,随着淋溶时间的延长,DOM含量呈现有波动的上升趋势;芒萁除鲜叶的DOC含量显著高于马尾松外(P0.01),其余DOM含量均小于马尾松。两植物F层DOM的SUVA值和腐殖化指标(HIX)都显著高于鲜叶和L层(P0.05),表明F层的芳香性化合物含量和腐殖化程度越来越高。DOM的同步荧光峰值显示淋溶液中含有类蛋白和类富里酸荧光团。两植物的红外光谱显示有5个相似的吸收谱带,强度最大的吸收来自于H键键合的-OH的伸缩振动,同一植物3种样品之间红外吸收的差异证明从鲜叶-L层-F层凋落物的共轭体系逐渐增大,结构更复杂。因此,随分解进程两植被DOM的化学结构越来越复杂;马尾松较芒萁含有更多的DON和DOP,这一方面为微生物提供了更多的养分,另一方面又增加了底物分解的难度。     

福建三明天然米槠林与米槠人工林群落学特征的比较研究

通过设置临时标准地,对天然米槠林皆伐炼山后人工种植１７年生米槠林和自然保护区米槠林进行群落学特征的研究。结果表明：两者都以高位芽植物为主,但人工林的中,小高位芽植物比例较天然林低,而矮高位芽植物比例较天然林高;天然林层次结构复杂,种类较多,而人工林结构简单,种类较少;     

凋落物输入改变对亚热带两种米槠次生林土壤酶活性的影响

酶在土壤有机质分解中起重要作用。为深入了解全球变化背景下森林凋落物产量的改变对森林生态系统过程的影响, 以亚热带米槠(Castanopsis carlesii)人促更新次生林(米槠人促林)和米槠次生林为研究对象, 设置凋落物加倍(DL)、凋落物去除(NL)和对照(CT) 3种处理, 探讨土壤6种胞外酶活性的变化。研究结果表明: 米槠次生林中土壤纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(PhOx)和过氧化酶(PerOx)活性高于米槠人促林, 而酸性磷酸酶(AP)和β-葡萄糖苷酶(βG)活性没有差异; NL和DL处理均降低了两种不同更新方式森林土壤的AP、βG和NAG活性, CBH和PerOx活性均无显著变化, 而PhOx活性仅在DL处理后降低; 除NAG活性外, 米槠人促林的AP、βG、PhOx活性在凋落物处理后下降的幅度均高于次生林; Pearson相关分析和冗余分析表明, 土壤酶活性与土壤含水量、碳(C)、氮(N)含量和微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量显著相关。因此, 凋落物输入的改变(无论增加和减少), 引起了土壤含水量、C、N以及MBC和MBN含量的下降, 进而可能会导致亚热带米槠次生林和米槠人促林土壤某些胞外酶(如AP、βG和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 米槠次生林比米槠人促林更有利于亚热带森林生态系统C、N养分循环。     

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。     

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。     

杉木和米槠凋落叶DOM对土壤碳矿化的影响

DOM(Dissolved organic matter)是土壤微生物呼吸的重要底物,凋落物淋溶的DOM对土壤碳矿化具有重要影响。选择中亚热带地区具有代表性的杉木(Cunninghamia lanceolata)和米槠(Castanopsis carlesii)凋落叶作为研究对象,通过两个月的短期室内培养,把不同凋落叶浸提出的DOM添加到培养瓶中,定期测定土壤碳矿化速率,计算土壤碳累积矿化量,探讨两种等浓度等量DOM添加对土壤碳矿化的影响,并分析DOM化学性质在土壤碳矿化过程中的重要性。结果表明:米槠凋落叶浸提得到的DOC(Dissolved organic carbon)和DON(Dissolved organic nitrogen)浓度均显著高于杉木凋落叶的(P0.05),而杉木凋落叶浸提得到的DOM的UV吸收值(SUVA_(254))和HIX(Humification index)均显著低于米槠凋落叶的(P0.01)。添加等浓度等量杉木和米槠凋落叶DOM到土壤中均显著增加了土壤碳矿化速率,在第1天内分别比对照高198%和168%,3d后下降到61.8%和44.1%,14d后基本处于平稳状态,表明外源有机物添加对土壤碳矿化的前期影响较大。培养过程中,添加杉木和米槠凋落叶DOM的土壤碳矿化累积量均能采用双因素指数模型进行拟合(r~2=0.99),但添加两者凋落叶DOM后土壤碳矿化累积量没有显著差异。     

米槠和杉木人工林土壤酶活性和酶化学计量特征对凋落物输入的短期响应

凋落物输入刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物中碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分释放,但不同基质质量凋落物输入如何调控土壤胞外酶活性和酶化学计量特征仍不清晰。本研究以亚热带10年生米槠和杉木人工林为研究对象,采用凋落物输入原位微宇宙试验,分析了2021年4—8月、10月和12月不同凋落物输入对β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶(AP)5种土壤胞外酶活性及其化学计量特征的影响。结果表明：1)与无凋落物输入相比,米槠人工林凋落物输入对土壤酶活性、酶化学计量和矢量特征均无显著影响;而杉木人工林凋落物输入使5月土壤AP活性显著提高1.7%,使8月酶化学计量碳氮比、10月酶化学计量碳磷比和氮磷比分别降低3.8%、11.7%和10.3%,使10月土壤酶向量角增加到53.8°,表明土壤微生物存在显著磷限制。2)偏最小二乘回归分析表明,土壤可溶性有机质和微生物生物量C、N分别是米槠和杉木人工林土壤胞外酶活性响应凋落物输入的主要影响因子。总体上,低质量(高C/N)的杉木凋落物输入在短期内更能刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物分解,研究区域土壤微生物受到磷限...     

杉木人工混交林对土壤铝毒害的缓解作用

以四川盆周山地现有杉木人工林为研究对象,在划分林分类型并采用因子分析建立地上部分树种指标系统的基础上,经主成分分析,建立铝毒害指标综合评价函数,应用典范相关分析探讨树种与土壤铝毒害两组变量的相关关系。结果表明:杉木人工林分成6种林分类型,其中杉木纯林、杉木+柳杉和杉木+茶树林仍遭受铝毒害,杉木长势差,而以杉木+木荷为主,混栽如栎(栗)类、毛泡桐、桤木、檫木等阔叶树种的林分类型,由于提高了土壤pH值、Ca含量,降低了土壤Al含量,因此未遭受铝毒害,或者铝毒害已得到不同程度的缓解,杉木长势相对较好;缓解铝毒效果明显的树种有木荷、毛竹、桤木、檫木、黄绒润楠、香樟、连香和青冈;从缓解铝毒害的角度,茶树和柳杉等不宜与杉木混交。     

杉木人工林土壤质量演变过程中土壤微生物群落结构变化

以中国科学院会同森林生态站自然林、杉木连栽林和杉木阔叶树混交林地土壤为研究对象,采用PCR-DGGE、DNA-sequencing和主成分分析(PCA)等方法分析土壤微生物群落结构变化及其与土壤质量变化之间的关系.结果表明,该地区杉木人工林土壤中细菌优势种群为α-、β-、γ-proteobacteria和Cytophaga-Flexibacter-Bacterioides (CFB)类群;真菌优势种群为子囊菌(Ascomycetes)和担子菌(Basidiomycetes)亚门的种属.杉木人工林替代自然林后,土壤细菌多样性指数显著降低,且随连栽代数增加呈持续降低趋势;杉木人工林土壤中与Pedobacter cryoconitis亲缘关系密切的细菌种群消失,出现与Xanthomonas sp.和Rhodanobacter sp.亲缘关系密切的细菌种群.土壤真菌群落结构的变化与细菌相反,杉木人工林替代自然林后并不断连栽时,土壤真菌多样性指数呈现上升的趋势,自然林土壤中优势真菌种群在杉木三代林中消失.杉木与火力楠或桤木混交后土壤细菌和真菌种群结构与自然林类似.土壤细菌多样性指数与土壤总有机碳、全氮、可溶性有机碳、铵态氮、速效磷、速效钾含量以及土壤pH值呈显著正相关关系(P＜0.05).土壤真菌多样性指数仅与土壤碳氮比呈显著正相关关系,而与土壤pH值呈显著负相关关系.杉木林土壤质量变化对土壤细菌和真菌优势种群有较大影响,细菌Burkholderia sp.、Pedobactersp.、Xanthomonas sp.和真菌Sclerotinia sclerotiorum、Mycosphaerella cannabis可能是引起土壤质量变化的关键种群.     

遮阴对米槠和杉木原位排放甲烷的影响

尽管植物在有氧环境是否有氧排放甲烷(CH4)一直存在很大的争议,但越来越多的研究证实植物自身可以排放CH4,而光照是影响植物排放CH4的重要因素。利用13C同位素标记技术结合盆栽实验,探讨了米槠和杉木叶片原位排放CH4的来源及其对太阳光照和遮阴处理的响应。结果表明,标记米槠和杉木叶片的碳稳定同位素13C值分别比未标记的高128.9和71.1倍;密封标记米槠和杉木叶片2h后的δ13CH4值分别比0h时高21.1倍和28.2倍,而未标记米槠和杉木在密封0h与2h时的δ13CH4值之间均没有显著差异,这证实了米槠和杉木排放的CH4主要源于他们自身。自然光照下,杉木的平均CH4排放速率比米槠的平均CH4排放速率高29%。自然光照下的米槠和杉木的CH4排放速率具有相同的波动规律;遮阴对米槠和杉木的CH4排放的影响不同,遮阴处理米槠的CH4排放速率显著低于自然光照处理,平均低23%;遮阴处理杉木的平均CH4排放速率与自然光照处理的没有显著差异,但在遮阴处理5d之后,其CH4排放速率比自然光照下的高71%,之后其CH4排放速率急剧下降,且明显低于自然光照下的CH4排放速率。以上结果表明,太阳光照促进了植物排放CH4的速率。     

长期氮沉降下杉木人工林凋落物与土壤的C、N、P化学计量特征

为研究长期氮沉降条件下林木凋落物与土壤养分之间的关系,该文以亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,分析了模拟氮沉降处理第12年时杉木林凋落物不同组分(叶、枝、果)与不同土层土壤(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)的C、N、P含量及其化学计量比。氮沉降处理分4个水平,分别为N0(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N1(60 kg N·hm^-2·a^-1)、N2(120 kg N·hm^-2·a^-1)、N3(240 kg N·hm^-2·a^-1),每处理重复3次。结果表明:(1)凋落物各组分的C、N、P含量及其化学计量比均高于土壤;凋落物和土壤化学计量比均表现为C/P>C/N>N/P;凋落物不同组分的C、N含量表现为叶>果>枝,而P含量表现为叶>枝>果。(2) 12 a氮沉降增加了凋落物叶、枝和果的N含量,增幅分别为4.24%、1...     

大气和土壤增温对杉木幼苗叶片功能性状的影响

为了探讨杉木幼苗叶片功能性状对全球气候变暖的响应与适应机制,在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点,设置大气增温(开顶箱被动增温,不增温)×土壤增温(电缆增温4℃,不增温)双因子试验,对杉木幼苗叶片生理代谢、形态属性、化学计量学特征等功能性状进行为期1年的研究。结果表明,虽然土壤增温和大气增温对4月和7月的叶片净光合作用速率和水分利用效率没有显著影响,但土壤增温对11月的叶片净光合作用速率有显著促进作用,而大气增温和土壤增温对11月的水分利用效率有显著促进作用。大气增温显著增加比叶面积和叶含水率,并降低叶厚度;而土壤增温则对其均没有显著影响。土壤增温、大气增温均显著增加杉木叶氮浓度,但只有同时大气增温和土壤增温处理才显著提高叶磷浓度。研究结论表明,从叶功能性状角度看,同时大气增温和土壤增温可能更有利于促进杉木幼苗生长。     

连栽杉木林林下植被生物量动态格局

用空间一致时间连续的定位研究方法,在湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站试验基地的第2集水区,对连栽杉木林林下植被生物量进行了12 a的监测,研究了林下植被种类的变化、生物量动态特征、生物量的组成与分布变化格局。结果表明:连栽杉木林在14a生长发育过程中,林下植物种类呈现波动性的减少趋势,其中木本植物物种数下降率为40.0%,草本植物物种数下降率为47.1%。林下植被生物量由杉木林3年生29.48 t/hm²下降至14年生的2.53 t/hm²,其中木本植物生物量由7.07 t/hm²,下降至1.25 t/hm²,下降了82.3%;草本植物由22.41 t/hm²,下降至1.28 t/hm²,下降了94.3%。在此期间,木本与草本植物生物量的高低均出现波动现象。3年生杉木林下木本植物以乔木树种生物量6068.97 kg/hm²最高,占总生物量85.88%,藤本植物生物量736.97 kg/hm²为次,占10.44%,灌木植物生物量259.87 kg/hm²最低,仅占3.68%。14年生杉木林下木本植物以灌木植物生物量881.87 kg/hm²为首,占总生物量70.73%,藤本植物生物量247.07 kg/hm²为次,占19.82%,乔木树种生物量117.87 kg/hm²最少,只占9.45%。3年生杉木林下草本植物以蕨类植物生物量8391.44 kg/hm²最高,占总生物量的37.44%,过路黄生物量36.77 kg/hm²最低,仅占0.16%。杉木14年生时,以芒生物量573.00 kg/hm²最大,占总生物量44.78%,金毛耳草生物量2.93 kg/hm²最小,仅占0.23%。研究结果,可为研究杉木林养分循环、碳平衡、维护和提高林地地力及可持续经营管理提供科学依据。     

杉木人工林下原生与引入树种叶性状变异特征

叶性状在表征植物资源利用和生存策略方面具有重要作用。构建异龄复层林是改造人工纯林的有效措施,探究引入与原生树种叶性状变异有利于林下伴生树种的筛选。研究了引入乔灌木树种(如闽楠、蚊母树等13个树种)与原生乔灌木树种(苦槠、红紫珠等6个树种)的叶片形态、光合色素、碳氮磷生态化学计量和非结构性碳水化合物特征。结果表明:(1)总体上引入与原生乔木和灌木树种的叶形态性状差异较小,原生乔木的叶长和比叶面积显著小于引入树种与原生灌木。引入与原生树种间光合色素具有显著差异,引入乔木叶绿素含量显著高于原生乔木,不同功能群植物的比叶面积.叶绿素关系格局存在策略位移现象。引入树种叶碳含量显著大于原生树种,叶氮和叶磷含量显著大于原生乔木;引入树种和原生灌木的碳、氮、磷养分含量的变异系数较大;引入与原生树种叶碳氮磷生态化学计量没有一致变化规律。引入灌木叶可溶性糖含量、原生灌木淀粉含量均显著高于乔木树种,灌木的非结构性碳水化合物总量也显著高于乔木。(2)引入与原生树种叶性状呈显著协同变化趋势。所有叶性状中,比叶面积、叶绿素含量、叶氮含量、叶磷含量在乔木和灌木中均呈极显著正相关关系。主成分分析显示,引入乔木和灌木树种的叶性状接近,引入树种与原生灌木之间叶性状差异相对较小,但与原生乔木间的叶性状差异较大。总体上引入树种的叶性状与原生树种具有趋同适应特征,但不同生活型植物叶性状在林下弱光环境中仍产生一定分异,引入灌木可能比引入乔木更适应杉木林下生境。     

毛竹浸提液对苦槠幼苗生长的化感效应

为探讨毛竹(Phyllostachys edulis)扩张过程中潜在的化感作用,选择苦槠(Castanopsis sclerophylla(Lindl)Schott)为研究对象。采用水浸提的方法,用毛竹茎叶、枯落物和土壤3部分浸提液浇灌苦槠幼苗,以蒸馏水处理作为对照,对比分析质量浓度分别为0.1、0.05、0.02 g/mL的3个浓度梯度浸提液处理下苦槠幼苗生长指标及各项光合生理指标的差异。结果表明,毛竹浸提液对苦槠幼苗苗高、地径和叶绿素相对含量的影响大体上呈现高浓度抑制低浓度促进的双重浓度效应。不同来源毛竹浸提液的化感效应不尽相同,土壤浸提液对苦槠幼苗生长和光合生理均呈现抑制作用,而茎叶、枯落物浸提液低浓度时为促进作用。毛竹潜在的化感作用,在其扩张过程中可能会干扰森林主要树种更新,从而对森林群落产生威胁。