森林细根分解研究进展

细根分解是森林生态系统养分和能量循环的重要环节,是一个贯穿着淋溶粉碎等物理作用以及土壤生物参与的生物化学作用交织在一起的复杂过程,对深入揭示陆地生态系统地表C平衡,认识细根分解的影响因素和机理具有重要意义.但由于细根埋藏于地下,难以在不破坏原有的土壤环境的情况下进行取样,同时分解过程对气候变化的响应受到土壤层的缓冲,致使各种因素对细根分解相对重要性的不同,是细根分解格局和地上部分凋落物分解格局差异的主要原因.本文综述了细根分解的影响因素及研究方法,提出了细根分解未来研究方向,以期加强细根分解的系统研究.     

森林土壤酶对环境变化的响应研究进展

全球气候变化已是不争的事实,对陆地生态系统特别是森林生态系统物质循环将产生显著的影响。土壤酶是森林土壤物质循环的主要限制因素之一,对气候变化的响应近年来受到广泛关注。由于森林土壤酶对全球气候变化的响应研究是预测未来环境变化对森林生态系统过程影响的关键,因此,着重综述了森林土壤酶对环境变化尤其是全球变暖和氮沉降响应方面的研究,并分析了未来研究的主要方向。环境变化会引起土壤p H、水分及其营养成分的变化,而这些变化会反作用于土壤酶的活性和稳定性。森林土壤酶对增温的响应,不仅与酶的种类以及增温的温度范围和持续时间有关,还与土壤类型有关,是多种因子综合作用的结果。森林土壤酶对氮添加的响应与林分类型和土层类型有关,受复合氮的影响更大。建议未来的研究应加强酶的基本性质对环境变化的响应研究,注重林分类型、土层类型导致的差异,强化多因素的交互作用,并进行长期、综合的观测。     

增温对亚热带杉木枝和叶凋落物理化性质的影响

在区域尺度上,凋落物的底物性质是决定其分解速率的关键因素。本研究以亚热带杉木人工林为对象,通过埋设电缆进行土壤增温,分析气候变暖对杉木枝、叶凋落物理化性质的影响。结果表明: 经过5年的土壤增温试验(4 ℃),杉木枝凋落物的氮(N)、磷(P)含量和可萃取物含量分别增加35.2%、40.8%、7.6%,叶凋落物分别增加41.2%、45.9%、5.9%;枝凋落物的碳(C)含量、纤维素含量和C/N分别降低5.1%、11.6%、28.8%,叶凋落物分别降低5.3%、11.3%、33.3%。土壤增温导致杉木叶凋落物的比叶面积提高29.8%,抗拉强度减小40.7%,但增温对杉木枝和叶凋落物木质素含量和pH值无显著影响。¹³C NMR和红外光谱分析显示,增温后杉木凋落物中氨基酸、多糖、多酚和脂肪族化合物含量变化显著,而且在不同器官凋落物之间有所差别,表现为多糖类物质只在叶凋落物中显著增加,枝凋落物中氨基酸的增加量大于叶凋落物。土壤增温显著改变了杉木枝、叶凋落物的理化性质, N、P养分含量的提高以及抗拉强度减小等特征可能加速初期凋落物的分解速率,而由于复杂大分子化合物的增多,后期凋落物的分解速率可能较慢。     

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。     

土壤增温调节中亚热带森林更新初期植物生物量分配格局

全球变暖提高了温带森林生态系统植物的生产力,但对亚热带森林生产力的影响仍然不清楚。由于亚热带森林植物的碳储量巨大,因此了解全球变暖对亚热带森林植物生长的影响至关重要。采用加热电缆模拟土壤增温(+5℃),探讨中亚热带森林几种主要草本植物和木本植物的生长及其生物量分配格局对温度升高的响应。结果表明:增温显著增加五节芒(Miscanthus floridulus)、山油麻(Trema dielsiana)和东南野桐(Mallotus lianus)的高度,但黑莎草(Gahnia tristis)高度显著降低。增温显著增加木本植物的地上、地下和总生物量,而草本植物的地上、地下和总生物量均显著降低。增温对整个群落的地上和地下部分生物量分配模式无显著影响,但木本植物总生物量在各器官之间分配随温度发生改变,增温显著提高木本植物枝生物量比(BMR),降低干生物量比(SMR),而叶生物量比(LMR)和根生物量比(RMR)无显著影响,但显著降低了细根占总根系生物量比率。结果表明木本植物能够通过调节生物量分配模式应对未来全球气候变暖。     

氮、磷养分有效性对森林凋落物分解的影响研究进展

通过对相关研究文献的综述结果表明,氮(N)和磷(P)是构成蛋白质和遗传物质的两种重要组成元素,限制森林生产力和其他生态系统过程,对凋落物分解产生深刻影响。大量的凋落物分解试验发现在土壤N有效性较低的温带和北方森林,凋落物分解速率常与底物初始N浓度、木质素/N比等有很好的相关关系,也受外源N输入的影响;而在土壤高度风化的热带亚热带森林生态系统中,P可能是比N更为重要的分解限制因子。然而控制试验表明,N、P添加对凋落物分解速率的影响并不一致,既有促进效应也有抑制效应。为了深入揭示N、P养分有效性对凋落物分解的调控机制,"底物的C、N化学计量学"假说、"微生物的N开采"假说以及养分平衡的理论都常被用于解释凋落物分解速率的变化。由于微生物分解者具有较为稳定的C、N、P等养分需求比例,在不同的养分供应的周围环境中会体现出不同的活性,某种最缺乏的养分可能就是分解的最重要限制因子。未来的凋落物分解研究,应延长实验时间、加强室内和野外不同条件下的N、P等养分添加控制试验,探讨驱动分解进程的微生物群落结构和酶活性的变化。     

亚热带不同演替树种米槠和马尾松细根性状对比研究

选择福建省三明市中亚热带演替前期树种马尾松和演替后期树种米槠两种人工林为研究对象,采用土芯法研究两个树种细根(直径2mm)的生物量及其垂直分布、形态以及分支结构等细根性状特征。结果表明:(1)0—80cm土层米槠的细根生物量密度(0.21±0.06)kg/m3、根表面积密度(3.15±1.25)m2/m3和根长密度(2202.84±517.03)m/m3分别为马尾松的1.6、1.2倍和2.2倍,并且3个指标均随土层深度增加而降低,但演替前期树种马尾松细根在土层间分布更均匀,而演替后期树种米槠细根更富集于表层。(2)马尾松细根的直径(0.86±0.04)mm、比表面积(191±32)cm2/g分别是米槠的1.4倍和1.3倍;米槠细根的比根长(10.73±0.46)m/g、组织密度(0.49±0.06)g/cm3分别是马尾松的1.4倍和2.0倍,马尾松细根的较大直径和低组织密度的形态结构能够迅速生长占领土壤空间和适应干旱环境,而米槠细根的较小直径、高比根长和较高的组织密度使其具有较强养分竞争能力和应对取食压力;(3)米槠的比根尖密度(4288±63)个/g、比分叉密度(1164±155)个/g均为马尾松的2.2倍,米槠细根的高分支系统能够迅速利用富养斑块。结论表明处于不同演替阶段的树种细根性状具有明显差异,可能反映了不同的资源获取策略。