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。     

火烧强度对中亚热带人工造林初期土壤呼吸的影响

在热带和亚热带森林中,火烧是一种清理采伐迹地的有效管理措施。尽管许多研究表明,火烧刺激了土壤的碳排放,但对亚热带火强度对土壤呼吸的影响还缺乏了解。在中亚热带米槠常绿阔叶次生林采伐迹地上,设置高火烧强度（HF）、低火烧强度（LF）炼山造林处理,利用LI-8100对造林初期（2012年3月-2012年12月）土壤呼吸进行测定,同时监测观测期土壤温度、含水量以及降雨量等气象因子,分析不同火烧强度对中亚热带造林初期土壤呼吸及排放量的影响,同时探讨影响土壤呼吸变化的主要因素。结果表明：（1）观测期间不同火烧强度对土壤呼吸的影响呈现出明显的时间变化特征：与对照（CT）相比,土壤呼吸在火烧后2个月以内显著增加（P<0.05）,HF和LF分别增加76.3%和55.3%;在火烧后2-5个月内三种处理间没有显著差异（P>0.05）;但之后,火烧处理土壤呼吸显著低于CT （P<0.05）,HF和LF分别降低40%和32.6%;在观测期间火烧处理没有导致土壤CO₂累计排放量的增加。（2）火烧处理下,仅HF处理中土壤呼吸与土壤温度显著相关（P<0.05）,但拟合决定系数较低。（3）单次降水事件会导致火烧处理下土壤呼吸的增加,而对照无明显增加;但连续性降水事件中,降雨早期促进土壤呼吸,而后期呈现出抑制作用。     

森林转换对地表径流可溶性有机碳输出浓度和通量的影响

米槠次生林转换成米槠人工幼林和米槠人工促进天然更新幼林(以下简称"人促幼林")后,以这三种森林类型为研究对象,连续监测每次降雨后地表径流量及径流水中可溶性有机碳(DOC)的含量及通量,比较不同森林类型观测结果的差异,并分析降雨对实验结果的影响。结果表明:米槠人工幼林单次产流量是米槠次生林的1.5—19.0倍,观测期间总径流量为5.9倍;米槠人促幼林单次径流量和总径流量均与米槠次生林无显著差异(P0.05)。观测期间米槠次生林、人工幼林、人促幼林径流水DOC浓度值范围为5.9—18.4 mg/L,4.3—13.5 mg/L和3.2—9.9 mg/L,米槠次生林径流水浓度均值(12.6 mg/L)分别是米槠人促幼林(7.6 mg/L)和米槠人工幼林(5.3 mg/L)的1.6和2.4倍。回归分析表明,径流水中DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著相关;降雨前土壤含水率20.8%是一个临界值,含水率低于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前含水率呈显著正相关(P0.05);高于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著负相关(P0.05)。米槠人工幼林地表径流DOC输出通量是米槠次生林的0.7—5.4倍,观测期间总输出通量为2.1倍;米槠人促林DOC单次通量和观测期间总通量均与米槠次生林差异不显著(P0.05)。三种森林类型DOC输出通量均与降雨量呈显著相关(P0.05)。可见,米槠次生林转变成米槠人工幼林后DOC输出浓度降低,但径流量显著增加,导致DOC输出通量增加;而转变成米槠人促幼林后DOC输出浓度也降低,但径流量并未增加,因而并未增加DOC输出通量。     

中亚热带杉木人工林苔藓覆盖对土壤温室气体排放的影响

目前,国内尚无亚热带森林地区生物土壤结皮-土壤系统温室气体通量特征的研究,给区域尺度上温室气体通量的估算带来很大的不确定性。本研究选择中亚热带杉木人工林中地面广布的苔藓覆盖形成的结皮层及其下覆土壤为研究对象,采用对气体排放速率影响较小的等压取样法,探究去除苔藓土壤(BG)和苔藓覆盖土壤(BSCs)在光照和暗处理下其温室气体通量的变化特征,来模拟自然环境下白昼和黑夜时段苔藓覆盖的影响,同时采用随机森林模型来衡量光照与苔藓覆盖对温室气体通量的重要度。结果表明:苔藓覆盖、光照处理及其互作对CO_2通量有极显著的影响(P0.001),苔藓覆盖和光照处理对CH_4的吸收通量有极显著的影响(P0.001),光照及光照与苔藓覆盖交互作用对N_2O通量有极显著的影响(P0.001);暗处理下,与BG土壤相比,苔藓覆盖具有抑制土壤CO_2排放的趋势,苔藓覆盖略微增加N_2O的排放通量,但显著增加CH_4的吸收通量(P0.01);光照处理下BSCs的CO_2、CH_4和N_2O三种温室气体均出现负通量,苔藓覆盖显著降低CO_2、CH_4和N_2O的排放通量(P0.01),表明光照条件下苔藓-土壤系统是这三种温室气体重要的汇;由光照导致的BSCs的CO_2和N_2O的吸收通量显著高于BG土壤温室气体的吸收量(P0.01),但光照对CH_4吸收通量的影响无显著差异;随机森林分析表明,光照对于CO_2和N_2O通量的影响的重要性大于苔藓覆盖,而苔藓覆盖对CH_4通量的影响的重要性大于光照,表明CO_2和N_2O的通量与苔藓中的光能自养生物的代谢活性关联更大,CH_4通量与苔藓中的化能自养生物代谢活性有关联。     

中亚热带森林土壤真菌多样性的案例研究

为了解中亚热带森林土壤的真菌多样性,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术对武夷山国家级自然保护区和建瓯万木林自然保护区内的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤真菌进行研究。结果表明,中亚热带地区森林土壤真菌群落丰富,土壤真菌的多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为3.37~3.80、26~29和0.977~0.984。经测序及同源性比对,真菌以担子菌类(Basidiomycota)最多,占总数的35.9%;其次为子囊菌类(Ascomycota),占总数的15.4%;接合菌类(Zygomycota)和半知菌类(Deuteromycota)分别占总数的10.3%和7.7%。主成分分析表明,地点和土层深度共同影响真菌群落组成,其中由地点引起的真菌群落组成差异大于土层深度。土壤真菌多样性指数与土壤铵态氮呈显著正相关,与土壤碳氮比呈显著负相关;丰富度指数和均匀度指数与土壤因子间没有显著的相关性,因此,土壤碳、氮含量是影响土壤真菌群落结构的重要因子。     

中亚热带地区米槠天然林土壤微生物群落结构的多样性

为了解土壤微生物群落的结构,采用磷脂脂肪酸方法对武夷山和建瓯的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤微生物群落的结构多样性进行了研究。结果表明,两地米槠天然林的土壤微生物群落组成十分丰富,多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为2.92~3.01、25.84~28.23 和0.88~0.90。0~10 cm土层的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和阴性菌特征脂肪酸含量均高于10~20 cm土层的,且建瓯万木林自然保护区的高于武夷山国家级自然保护区。10~20 cm土层的革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌高于0~10 cm土层的;细菌特征脂肪酸含量显著高于真菌,表明细菌在土壤微生物群落结构中处于优势地位。主成分分析表明,土壤微生物群落结构的差异主要是由采样地点的不同引起。     

中亚热带地区两种森林植被类型土壤微生物群落结构

利用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法分析了中亚热带地区罗浮栲天然林和相邻的杉木人工林土壤微生物群落结构特点.结果表明: 两种植被类型的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌特征脂肪酸含量均为0～10 cm高于10～20 cm土层,罗浮栲天然林高于杉木人工林.在两种植被类型的两个土层中,细菌PLFAs含量均显著高于真菌PLFAs含量.两种植被类型中,细菌PLFAs含量约占PLFAs总量的44%～52%,而真菌仅占6%～8%,表明细菌在该地区两种植被类型土壤中处于优势地位.主成分分析表明,土壤微生物群落结构差异主要由植被类型差异引起,土层深度的影响相对较小.相关分析显示,革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌以及细菌的PLFAs含量与pH呈显著负相关,与含水量呈显著正相关;土壤微生物主要类群PLFAs含量与总氮、有机碳、C/N和铵态氮均呈显著正相关.     

中亚热带杉木人工幼林林下植被生物量对短期增温和隔离降雨交互作用的响应

通过在野外条件下设置对照(CT)、土壤增温(W,+5℃)、隔离降雨(P,隔离50%降雨量)以及增温与隔离降雨协同作用(WP) 4种处理,研究增温与隔离降雨及其交互作用对中亚热带杉木人工林林下植被生物量的影响,结果表明:增温和隔离降雨及其交互作用显著影响杉木人工林林下植被生物量。W和WP处理显著提高地上、地下和总生物量,其中W处理地上、地下和总生物量增加比例均高于WP处理;隔离降雨导致地下部分生物量显著减少;增温、隔离降雨及其交互作用均导致林下植被根冠比值下降。土壤温度升高是导致植被地上、地下和总生物量以及根冠比值变化的根本原因,而土壤溶液中可溶性碳氮及矿质元素浓度的变化可能是导致植被地上、地下和总生物量变化的直接原因。其中,Al³⁺、Fe³⁺、Ca²⁺浓度的降低可能是导致增温后杉木林林下植被地上、地下和总生物量显著增加的原因; Al³⁺、Na⁺浓度的增加可能是导致隔离降雨后林下植被地下部分生物量下降的原因。本研究从土壤溶液养分组成变化的角度,探讨增温、隔离降雨及其交互作用对中亚...     

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。     

应用小波多尺度分析亚热带森林土壤异养呼吸特征

土壤异养呼吸是森林生态系统碳循环的重要组成部分,其时间变化规律和影响因子一直是碳循环研究的难点和重点。利用全自动连续观测系统对亚热带米槠常绿阔叶次生林土壤异养呼吸进行高频率观测,采用连续小波变换技术对高频率实测值与模型估测值间的差值进行分析,探讨亚热带森林土壤异养呼吸的变化机制。结果发现,土壤异养呼吸速率年变化范围在0.82—7.11μmol CO_2 m~(-2)s~(-1)之间,全年平均值为2.66μmol CO_2 m~(-2)s~(-1),在7月份达到全年最高值。虽然土壤温度和水分双因素模型能够较好地解释土壤异养呼吸的年变化,但土壤温度和土壤异养呼吸速率在时间序列上未出现同步变化模式,同时双因素模型估测值与高频率实测值年均值相差18%,其中4—7月模型值低估12%,而8—9月模型值高估15%。进一步利用连续小波变换对模型误差分析发现,模型值与实测值差异在4—7月主要分布在短周期(32—64 h)和长周期(≥85 d),这可能与生长季节土壤底物有效性提高,大量的易变化碳输入激发原有土壤有机碳分解有关。8—9月差异主要分布在长周期(≥85 d),这可能是干旱造成底物有效性降低,微生物只能利用原有难分解有机碳进行维持代谢。因此亚热带森林土壤异养呼吸会不仅受到温度、土壤水分等环境因素影响,而且底物有效性变化也可能是影响亚热带常绿阔叶林土壤异养呼吸变化的重要因素。