中亚热带森林更新方式对土壤磷素的影响

为了深入了解磷(P)在中亚热带森林生态系统内的有效性,在三明市梅列区陈大采育场黄坑工区,选择天然林采伐后采取不同更新方式的多种森林,以米槠天然林为对照,研究森林不同更新方式对中亚热带森林土壤全磷、有效磷及可溶性有机磷的影响。结果显示:在0—100 cm土层,(1)土壤全磷平均含量大小顺序依次为米槠天然林(NF)(0.49±0.09)g/kg,米槠轻度干扰人促更新林(LAR)(0.35±0.04)g/kg,米槠强度干扰人促更新林(HAR)(0.34±0.03)g/kg,马尾松人工林(PIM)(0.32±0.02)g/kg,杉木人工林(CUL)(0.3±0.03)g/kg,人促更新林比人工林高,NF显著高于其它的林分(P0.05);(2)土壤有效磷(Na HCO3提取)平均含量大小顺序依次为NF(0.41±0.39)mg/kg,LAR(0.26±0.2)mg/kg,HAR(0.23±0.16)mg/kg,PIM(0.17±0.05)mg/kg,CUL(0.13±0.06)mg/kg,NF显著高于其它林分,LAR显著比人工林高(P0.05)。(3)在0—10 cm土层,各林分可溶性有机磷含量在夏季最高,冬季最低,温度和降水量的季节变化是影响其重要因子之一;同一季节,人促更新林比人工林高,NF显著高于人工林(P0.05)。结果表明,全磷、有效磷和可溶性有机磷含量随人为干扰强度的增强呈降低趋势,其与年凋落物量和土壤有机碳储量呈显著正相关,与土壤容重呈显著负相关,全磷和有效磷在土壤剖面呈表聚性特征。相比于人工林经营,采取人促天然更新的方式,更有利于中亚热带森林养分的贮存和转化,有利于森林的长期经营和管理。     

降雨隔离和温度增加对杉木幼林土壤可溶性碳氮的影响

土壤可溶性碳氮在森林土壤碳循环和养分循环中起到重要作用,因其对气候变化高度敏感且可被微生物直接利用.本研究通过在2年生杉木人工林内设置隔离50%降雨处理(P)、增温5 ℃+隔离50%降雨处理(WP),利用张力测渗计野外原位收集土壤溶液,研究降雨和温度变化对不同深度土壤可溶性碳氮浓度的影响.结果表明: 降雨和温度变化没有改变土壤可溶性有机碳(DOC)浓度的季节变化,土壤溶液DOC浓度在10月最高.降雨和温度变化增加了不同土层土壤溶液DOC浓度,60 cm处增加量最大,与对照相比,P和WP处理土壤溶液DOC浓度的增加幅度分别为30.4%～88.7%和32.8%～137.6%,10 月的差异值最大,对照土壤溶液DOC浓度随土壤深度增加而降低,但降雨和温度变化后各土层间土壤溶液DOC浓度没有显著差异.WP处理土壤溶液NO₃^--N浓度大幅增加,增加幅度为221.1%～931.0%.在未来全球变化背景下,亚热带地区降雨减少将增加土壤通透性和细根向深层土壤的生长,促进土壤微生物活性和有机质分解,可能增加本地区土壤有机碳氮淋溶流失,而温度增高将加剧碳氮流失风险.     

米槠和杉木人工林土壤呼吸及其组分分析

区分森林土壤呼吸组分是了解生态系统碳循环的重要环节。该文以福建省三明市格氏栲自然保护区米槠(Castanopsis carlesii)人工林和邻近的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象, 于2012年8月至2013年7月, 采用LI-8100开路式土壤碳通量系统, 通过挖壕沟方法, 测定了土壤呼吸及异养呼吸的速率, 同时测定了5 cm深处的土壤温度和0-12 cm深处的土壤含水量。利用指数模型和双因素模型, 分析土壤呼吸及其组分与土壤温度和土壤含水量的关系, 同时计算了土壤呼吸各组分在土壤呼吸中所占的比例, 并分析了不同森林类型对土壤呼吸及其组分的影响。结果表明: 米槠人工林和杉木人工林土壤呼吸及其组分的季节变化显著, 均呈单峰型曲线, 与5 cm深处的土壤温度呈极显著正相关关系。土壤温度可以分别解释米槠人工林土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的70.3%、73.4%和58.2%, 可以解释杉木人工林土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的77.9%、65.7%和79.2%。土壤呼吸及其组分与土壤含水量没有相关关系。米槠和杉木人工林自养呼吸的年通量分别为4.00和2.18 t C·hm^-2·a^-1, 占土壤呼吸年通量的32.5%和24.1%; 异养呼吸年通量分别为8.32和6.88 t C·hm^-2·a^-1, 分别占土壤呼吸年通量的67.5%和75.9%, 米槠人工林土壤呼吸及其组分的年通量都大于杉木人工林。     

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。     

亚热带常绿阔叶林89种木本植物一级根直径的变异

细根直径变异是根系形态变化的常见形式, 对细根变异研究具有重要意义。为了揭示亚热带天然常绿阔叶林一级根直径变异特征, 该研究选取福建省建瓯市万木林自然保护区天然常绿阔叶林的89种木本植物进行研究。每个树种选取胸径或地径相近的3株, 用完整土块法进行根系取样, 用根序法对根系进行分级。采用单因素方差分析分别检验叶片习性(常绿、落叶树种)、生长型(乔木、小乔木或灌木、灌木)和主要科之间一级根直径的差异; 通过计算Blomberg’s K值以检验系统发育信号; 利用线性回归方法, 分析科水平的分化时间与一级根直径的相关性。结果显示: 1)亚热带常绿阔叶林一级根直径变异系数为23%; 2)常绿树种与落叶树种一级根直径没有显著差异, 但灌木一级根直径显著小于小乔木或灌木、乔木; 3)一级根直径系统发育信号不显著, 科水平分化时间与一级根直径呈正相关关系。研究结果表明, 亚热带天然常绿阔叶林木本植物一级根直径变异受系统发育影响较小, 但受生长型影响, 表现为一定的趋同适应。     

福建三明米槠次生林在不同更新方式下的初期细根产量

福建三明米槠次生林皆伐后形成人促更新幼林(AR)与米槠人工幼林(CC)、杉木人工幼林(CL),以保留的米槠次生林(CK)为对照,利用微根管法比较不同更新方式初期细根(直径≤2 mm)生物量和生产力的差异.结果表明： 1年内,AR、CC、CL和CK细根的年均生物量分别为422.5、253.1、197.2和162.8 g·m^-2.4种林分细根总生产力大小为：AR (284.0 g·m^-2·a^-1)＞CC (182.6 g·m^-2·a^-1)＞CL (136.7 g·m^-2·a^-1)＞CK (15.4 g·m^-2·a^-1).AR和CC春季生产力最大,CL秋季最大,CK冬季最大.CC表现为其他植物细根生产力多于目标树种,CL表现为目标树种细根生产力多于其他植物.AR和CC总细根的月生产力与各月降水量呈显著正相关,CL的其他植物细根月生产力与月均气温呈显著正相关.3种更新方式下幼林细根的年生产力和年均生物量都以20～40 cm土层最大,且以0～1 mm细根占主体.采用人促更新方式的幼林细根生物量和生产力大于人工更新方式的幼林,人促更新方式更有利于增加林地有机物归还、提高土壤肥力、维持较高生产力和降低更新初期林地碳源.     

树种多样性对亚热带米槠林细根生物量和形态特征的影响

采用土芯法获取福建省三明市米槠人工林、米槠人促更新林和米槠天然更新林的细根(直径2 mm),研究树种多样性对细根生物量、垂直分布及形态特征的影响.结果表明:米槠人工林、米槠人促更新林和米槠天然更新林0~80 cm土层的细根生物量分别为(182.46±10.81)、(242.73±17.85)和(353.11±16.46)g·m-2,细根生物量随树种多样性的增加呈增加趋势.3种米槠林分0~10 cm土层细根生物量占细根总生物量的35%以上,各林分细根生物量均随土层变化显著.林分类型和土层深度对细根分布没有显著的交互作用,表明树种多样性的增加没有引起米槠林细根空间上的生态位分化.3种米槠林细根的根表面积密度和根长密度均以米槠天然更新林最高,米槠人工林最低.比根长的大小顺序为米槠人促更新林米槠人工林米槠天然更新林,比表面积的大小顺序为米槠天然更新林米槠人工林米槠人促更新林,林分类型和土层的交互作用对二者均无显著影响,表明林分水平的细根形态可塑性对树种多样性响应不显著.     

应用高频观测探讨不同森林经营方式下矿质土壤呼吸的昼夜动态特征

矿质土壤呼吸是森林生态系统土壤碳库损失的重要途径之一,也是森林生态系统碳(C)平衡估算中的关键因子。了解矿质土壤呼吸在不同时间尺度上的变化,对理解森林生态系统C循环应对全球变化的响应至关重要,而高频观测是探讨矿质土壤呼吸在不同时间尺度变化的重要手段之一。通过高频自动观测系统与Li-8100土壤CO2通量测量系统,对福建省三明市陈大镇国有林场的米槠(Castanopsis carlesii)次生林在不同森林经营方式下(CK对照,RR皆伐,RB火烧)的矿质土壤呼吸与土壤温度和含水量的昼夜动态进行分析,并比较2种采样策略下矿质土壤呼吸的年、日均通量差异。结果表明:1)不同森林经营方式的矿质土壤呼吸与土壤温度和土壤含水量均存在着明显的季节动态,矿质土壤呼吸速率年均值表现为CK(2.18μmol m~(-2)s~(-1))RB(1.93μmol m~(-2)s~(-1))RR(1.89μmol m~(-2)s~(-1))。2)在不同森林经营方式下,采用手动观测的矿质土壤呼吸年平均日通量显著低于高频观测结果,而采用高频观测09:00—11:00时间段内观测数据计算日通量与高频自动观测系统全天(24h)结果无显著差异;3)不同森林经营方式下的林地,土壤水热条件的变化是影响矿质土壤呼吸的重要因素之一。双因子模型拟合结果表明,土壤温度和含水量共同解释了CK、RR和RB矿质土壤呼吸速率的年变化的96.8%,62.8%,95.4%,拟合结果明显优于以温度为单因子的指数模型。因此,未来气候变化背景下,为准确评估和预测不同森林经营方式对土壤与大气间碳通量交换的影响,采用高频自动观测技术观测矿质土壤呼吸,将有利于提高碳通量估算精度。     

亚热带6种树种细根序级结构和形态特征

以福建省建瓯市万木林自然保护区内占优势的6种天然林树种(沉水樟Cinnamomum micranthum,CIM;观光木Tsoongiodendron odorum Chun,TOC;浙江桂Cinnamomum chekiangense,CIC;罗浮栲Castanopsis fabri,CAF;细柄阿丁枫Altingiagracilipes,ALG;米槠Castanopsis carlesii,CAC)为研究对象,对其1—5级细根的结构,形态特征及生物量进行了分析。结果表明:沉水樟,细柄阿丁枫和米槠细根分支比表现出在1,2级(4倍以上)明显大于其它序级(3倍左右);其余3种树种则是在3,4级的细根分支比最大,其中浙江桂达到8.65倍,其它序级则大致为3倍左右。6种树种1,2级细根数量占到总数的70%—90%。6种树种细根直径,根长,组织密度随序级升高逐渐增大,比根长减小,生物量未表现出一致的变化规律,6种树种生物量主要集中在高级根部分。方差分析表明,树种对细根分支比例有显著影响(P<0.05),浙江桂和米槠细根分支水平对分支比例有极显著影响(P<0.01),其余4种树种分支水平对分支比例有显著影响(P<0.05),树种和分支水平的交互作用对6种树种细根分支比均有极显著的影响(P<0.01);树种对细根根长,直径以及生物量均有极显著影响(P<0.01),对比根长有显著影响(P<0.05),而对组织密度的影响则不显著(P>0.05);树种和序级的交互作用对细根根长,直径以及生物量均有极显著影响(P<0.01),对组织密度有显著影响(P<0.05),对比根长影响不显著(P>0.05)。序级对6种树种细根根长,直径,比根长以及生物量的影响并未达到一致,对6种树种细根组织密度有极显著影响(P<0.01)。树种间1—4级根的比根长变异主要由组织密度引起,而5级根的比根长变异则由直径引起,同时在1级根中组织密度与直径呈现出权衡的关系。6种树种细根数量,直径,根长,比根长,组织密度以及生物量与序级之间回归分析发现它们与序级之间具有指数函数,线性函数,二次函数,三次函数或者幂函数关系。     

闽楠人工林细根寿命及其影响因素

采用微根管技术对闽楠(Phoebe bournei (Hemsl.) Yang)人工林细根生长动态进行了连续2a的观测,通过Kaplan-Meier方法估计细根寿命,使用对数秩检验(Log-rank test)比较单一因素(细根直径、序级、出生季节和土层)对细根寿命的影响;并分析细根化学性质对细根寿命的影响.结果表明:出生季节极显著影响闽楠细根寿命(P＜0.01),细根主要在春季出生(82.36％),夏季出生的细根平均寿命和中值寿命皆最长,分别为(218±23)d和(175±65)d;土层对闽楠细根寿命的影响不显著(P＞0.05),下层(20-40 cm)细根平均寿命为(126±4)d高于表层(0-20cm)的(116±5)d;细根平均寿命随直径增大而极显著增大(P＜0.01),0-0.3 mm的细根平均寿命为(109±4)d,0.3-0.6 mm的为(123±5)d,0.6-1 mm的为(139±11)d,1-2 mm的为(185±25)d.随着径级增大,闽楠细根碳含量极显著增大(P＜0.01),氮含量极显著减小(P＜0.01),碳氮比极显著增大(P＜0.01),磷含量极显著减小(P＜0.01).细根平均寿命随序级增大亦显著增大(P＜0.05),其中一级根平均寿命和中值寿命分别为(120±4)d和(89±1)d,高级根的则为(137±7)d和(123±1)d.以上结果表明闽楠细根寿命受到细根形态结构(直径和序级)、出生季节以及细根化学性质的影响.