Carbon cycle of larch plantation based on CO2FIX model

Aims
Plantations play important roles in modifying regional carbon budget and maintaining regional carbon balance. In this study, we assessed larch plantation (Larix gmelinii var. principis-rupprechtii) carbon dynamics in Weichang County from a perspective of the forest biomass-soil-wood-products chain. Our objectives were to elucidate the carbon sink capacity of larch plantation and the influences of biomass, soil and wood product pools on carbon balance.
Methods
CO2FIX model was used to evaluate the carbon storage and flow of larch plantation over a time span of 120 years. Input data for model were derived from practical investigations and published papers. We validated the simulated results and found that this model was suitable in the region and the simulated results were reliable.
Important findings
(1) Soil was the largest carbon pool for larch plantation and the wood product pool had the smallest carbon storage. Meanwhile, carbon storage in wood products gradually increased with time. (2) In a rotation of 50 years from secondary poplar-birch forest to larch plantation, 250 t C·hm^-2 was sequestrated by the larch plantation. 70% of the carbon was transferred into soil in the form of litter and logging slash and the other 30% was transferred into wood products. (3) Larch plantation was a carbon sink during most of its growing period and turned to temporary carbon source when it was harvested. Larch plantation could sequestrate about 0.3 t C·hm^-2·a^-1 in the long term. Our results indicated the importance of wood product carbon pool in carbon dynamics of plantation, which facilitated our understanding in the carbon dynamics and capacity of plantation.     

Responses of nitrogen and phosphorus resorption from leaves and branches to long-term nitrogen deposition in a Chinese fir plantation

为了解森林养分内循环对全球变化的响应, 基于长期模拟氮沉降试验, 研究了杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林不同龄级(一年生、二年生和衰老)叶和枝的氮(N)、磷(P)养分分配及其再吸收特征, 并分析了不同模拟N沉降处理时间(7年和14年)杉木叶N、P养分再吸收差异。在12年生杉木中开展模拟N沉降试验, 以尿素(CO(NH₂)₂)为N源, 设N0、N1、N2和N3 4个处理水平, 施氮量分别为0、60、120和240 kg·hm ^-2·a ^-1, 每个处理重复3次。结果表明: (1)叶和枝在衰老过程中碳(C)、N和P含量逐渐降低, 且叶的C、N和P含量比枝高; N含量大小依次为一年生叶>二年生叶>衰老叶>一年生枝>二年生枝>衰老枝, 且N3 > N2 > N1 > N0, 而C:N则呈现相反的趋势; 衰老器官的C:N、C:P、N:P比新鲜器官高; N沉降增加了不同龄级叶和枝(除二年生叶外)的N、N:P和C:P, 但降低了P和C:N。(2)叶和枝的N、P养分再吸收率(RE_N、RE_P)随龄级的增加至衰老有规律地递减, 且RE_P > RE_N; 受长期N沉降的影响, RE_N叶(28.12%) <枝(30.00%), 而RE_P则为叶(45.82%) >枝(30.42%); 杉木叶和枝N:P与RE_N:RE_P之间存在极显著的线性相关关系。(3)随N沉降处理时间的增加, 叶RE_N呈降低态势, 各处理(N1、N2和N3)分别降低了9.85%、3.17%和11.71%; 而RE_P则明显上升, 分别增加了71.98%、42.25%和9.60%。研究结果表明: 不同器官、不同龄级的养分再吸收率随氮沉降处理的水平、处理时间而所有不同; RE_N:RE_P与N:P之间存在紧密关系。     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

连作杨树人工林细根寿命的代际差异及其影响因素

细根寿命是调控森林生产力形成的关键。通过在连作Ⅰ、Ⅱ代杨树人工林固定样地内埋设微根管,对杨树不同根序细根年度生长动态开展连续观测并进行生存分析。结果表明,杨树不同根序细根累积生存率存在显著差异,高级根(3—5级)寿命较长,其累积生存率显著高于1级和2级细根。杨树细根寿命存在显著的代际差异,连作Ⅱ代人工林活根量、死根量和细根总量均高于Ⅰ代林。连作Ⅱ代人工林细根中位值寿命为(90±16)d,显著低于Ⅰ代人工林((102±22)d)。连作Ⅱ代林各根序细根数量、分布比例均高于Ⅰ代林,低级细根累积生存率低于Ⅰ代林而高级细根累积生存率显著高于Ⅰ代林。连作杨树人工林细根寿命显著受制于土壤环境,1级细根寿命与土壤速效氮相关性极显著(r=-0.861),2级细根寿命与土壤物理性状相关性较强且与土壤酚酸含量呈现极显著相关(r=0.870),高级根序细根寿命与土壤物理性质和养分状况等也具有一定相关性。连作杨树人工林土壤酚酸累积和养分有效性下降影响了细根寿命和周转,并进而造成净初级生产力损耗,相关结论为连作杨树人工林生产力衰退机理模型的建立提供了科学依据。     

我国3个桉树人工林种植区生产力影响因素

研究影响桉树人工林生产力的主要因素,对于提高桉树人工林生产力以及经营水平和合理利用树种都具有重要的意义。收集我国3个桉树人工林种植区(广东省、广西壮族自治区、云南省)关于生物量与生产力研究中的相关数据,对海拔、林分密度、林龄、年均温和年降水量与乔木层生物量进行了主成分分析与混合模型分析,探究各因素对我国桉树人工林生物量与生产力的影响。结果显示:年均温、年降水量、林龄、海拔和林分密度均是影响广东、广西、云南这3个省(区)桉树人工林生物量的主要因素,其中年降水量对这3个地区桉树人工林的生物量影响极其显著(P0.01),林龄和林分密度对桉树人工林的生物量影响显著(P0.05)。这是因为这3个地区都位于亚热带,温度都属于桉树生长的适宜温度,而这3个地区存在明显的干湿季,降水量在季节和地域上分布不均匀,导致这3个地区年降水量存在较明显的差异。因此,年降水量成为影响这3个地区桉树人工林生物量的关键因素。     

基于高通量测序的黄河三角洲4种人工林土壤细菌结构及多样性研究

为研究黄河三角洲不同人工林土壤细菌群落特征,应用高通量测序技术,比较分析了刺槐、榆树、白蜡、臭椿4种人工林土壤细菌结构及多样性,并结合土壤理化性质进行相关性分析。结果表明:人工林土壤中共有31门细菌;4种人工林土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门细菌以及刺槐、臭椿人工林土壤中硝化螺旋菌门细菌是土壤中的优势群落。不同人工林土壤中酸杆菌门、变形菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、广古菌门、泉古菌门、蓝藻菌门细菌丰度差异显著。刺槐人工林土壤细菌多样性最高;白蜡人工林土壤细菌多样性最低。土壤pH、含水量、有机质含量与酸杆菌门细菌丰度呈显著负相关关系,土壤pH与变形菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门细菌丰度呈极显著正相关关系;土壤pH、有效磷含量与人工林细菌多样性呈显著正相关关系。以上研究结果表明,黄河三角洲不同人工林土壤细菌群落存在一定差异,土壤pH、含水量、有机质、有效磷含量是影响土壤细菌结构和多样性的主要土壤因素。     

模拟增温对中亚热带杉木人工林土壤磷有效性的影响

气候变暖改变与土壤磷循环相关的生物地球化学过程,对陆地生态系统磷循环产生直接或间接影响。为研究亚热带地区杉木人工林土壤磷有效性对增温的响应,开展了模拟增温实验。实验设置对照组及增温组(5℃),经过1.5a的短期增温,对杉木人工林的土壤全磷、有机磷、微生物量磷、有效磷、酸性磷酸酶活性及相关土壤理化性质进行测定,结果表明:增温处理下,土壤酸性磷酸酶活性提高约1.5倍,土壤全磷、微生物量磷以及有机磷含量分别减少了6%、34%和12%,土壤有效磷含量增加25%。可见,短期增温通过提高土壤磷酸酶活性进而促进土壤有机磷矿化和降低土壤微生物固磷量,从而增加土壤磷有效性,但是增温导致潜在可利用的土壤微生物量磷大幅度的降低,将有可能加剧亚热带杉木人工林土壤磷限制。     

樟子松沙地人工林直径分布模拟

利用反 Weibull函数模拟了章古台沙地樟子松人工林的直径分布规律 .结果表明 ,反 Weibull分布函数模拟樟子松人工林的直径分布效果好 ,具有精度高、适应性强等特点 .分别建立了反 Weibull分布函数 3个参数与林分年龄及密度之间的关系方程以及直径分布与 3个参数的回归方程 ,这些方程可用来预估林分产量、出材量以及评价经营效果     

管理措施对人工林土壤质量的影响

可持续性生产力是人工林发展的一个关键问题。然而,人工林培育过程中常出现土壤质量退化和人工林生产力下降等问题。管理措施是人工林发展过程中土壤质量变化的一个重要因素,正确的管理措施能够维护和提高林地的土壤质量。管理措施主要包括整地、施肥、林地收获与凋落物管理和营造混交林等。不同的整地方式、整地强度、整地时间等能改变土壤物理、化学和生物学性状,进而对其土壤质量产生一定的影响;施肥措施能改善土壤质量、提高人工林生产力,而过量施肥能够导致林地养分的流失和地下水质的恶化;木材收获和林地凋落物焚烧导致人工林系统养分的大量流失,加强对人工林系统有机物质的保护有利于林地土壤质量的改善;营造混交林在一定程度上有利于土壤质量维护,由于物种间存在复杂的相互关系,其对混交树种、混交方式和立地条件的选择等管理措施均能影响土壤质量。最后,文章对今后人工林管理措施对土壤质量影响的重点研究方向作了展望。     

改变碳输入对亚热带人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响

通过在亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)和米老排(Mytilaria laosensis)人工林中设置互换凋落物、去除凋落物、去除凋落物+去除根系和对照处理来分析改变地上、地下碳输入对人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响。结果显示,改变地上、地下碳输入对土壤微生物生物量碳、氮的影响因树种而异。在米老排林中,土壤微生物生物量不受碳源的限制。而在杉木林中,加入米老排凋落物、去除凋落物和去除凋落物+去除根系3种处理中土壤微生物生物量碳、氮具有明显增加的趋势。磷脂脂肪酸分析结果显示,杉木林中,添加高质量的米老排凋落物后,革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了24%、24%、53%、25%、28%,革兰氏阴性细菌和丛枝菌根真菌的相对丰度均有显著增加。与对照相比,杉木林中去除凋落物后革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了22%、29%、44%、25%、52%,真菌与细菌比值显著增加了21%。但是,去除凋落物+去除根系处理对两个树种人工林土壤微生物群落组成均无显著影响。米老排和杉木林土壤微生物生物量碳、氮的季节变化格局不同,土壤养分有效性可能是驱动土壤微生物生物量季节变化的主要因子。未来研究需要关注凋落物和根系在不同树种人工林中对土壤微生物群落的相对贡献。