冻融循环对温带3种林型下土壤微生物量碳、氮和氮矿化的影响

为了解冻融过程对森林土壤有机氮转化的影响,以长白山地区硬阔叶林、红松阔叶林和次生白桦林温带3种典型林型下的0—10 cm层(上层)和10—20 cm层(下层)土壤为试验材料,采用模拟冻融循环过程(-15—5℃)研究了冻融循环中3种林型下土壤微生物量和有效氮素的动态变化。结果表明:冻融培养过程中,多数情况下,3种林型上层土壤微生物量碳(SMBC,Soil Microbial Biomass Carbon)和土壤微生物量氮(SMBN,Soil Microbial Biomass Nitrogen)含量高于冻融循环前的对照处理(5℃恒温培养4 d后的土壤,记为CK)。冻融循环过程中3种林型下0—10 cm土层的SMBC和SMBN均显著高于10—20 cm土层(P0.05),表现出明显的SMBC和SMBN空间异质性特征。冻融过程对土壤NO_3~--N含量影响不明显,每种林型同层次不同冻融频次的土壤NO_3~--N含量间均无显著差异(P0.05)。3种林型0—10 cm层土壤的NH_4~+-N含量随冻融频次的增加表现相似的动态变化趋势,均在第3、4、5次冻融循环时表现出明显的NH_4~+-N释放特征。3种林型氮素矿(硝)化作用对冻融过程的响应明显,冻融温度变化、冻融频次和土壤层次对土壤净硝化率和净氮矿化率影响显著。3种林型下的土壤净硝化率波动偏大,0—10cm层在第2次冻融后出现最大峰值,其次为第7和第5次冻融循环。在3种林型0—10 cm层土壤中,土壤净硝化率与净氮矿化率均表现为:在短期冻融循环后达到峰值,而后呈现不同程度减小的趋势。     

小兴安岭两种森林类型土壤有机碳库及周转

采用室内培养法测定了不同温度下(8、18、28 ℃)小兴安岭原始阔叶红松林和阔叶次生林土壤有机碳的矿化速率和矿化量,并用三库一级动力学模型对有机碳各库进行拟合.结果表明： 基于单位干土质量的阔叶次生林土壤有机碳矿化速率和累计矿化量均大于原始红松林,但有机碳累计矿化量占总有机碳的比率小于原始红松林.2种森林类型土壤活性碳库和缓效碳库随土层加深而减小,其占总有机碳的比例增加.尽管阔叶次生林土壤活性和缓效碳库均大于原始红松林,但其占总有机碳的比例却小于原始红松林,而土壤惰性碳库及其比例均大于原始红松林,表明阔叶次生林土壤有机碳整体上更稳定.土壤活性碳库平均驻留时间(MRT)为9～24 d,且随土层加深而缩短,而缓效碳库MRT为7～42 a,且随土层加深而延长.土壤活性碳库及其占总有机碳的比例随温度升高而线性增加,缓效碳库则降低;原始红松林土壤活性碳随温度的增速大于阔叶次生林,表明原始红松林土壤有机碳库对温度变化反应更敏感.     

长白山三种主要林地土壤甲烷通量

森林土壤甲烷(CH4)通量及主要影响因素的研究对于降低全球温室气体收支评估的不确定性具有重要价值.本研究通过室内培养实验,分析了土壤湿度、温度和氮添加对长白山3种主要林型(白桦林、山杨林和阔叶红松林)土壤甲烷通量的影响.结果表明:3种林型土壤均为甲烷汇,15 d平均吸收速率分别为2.27 μg·kg-1·h-1(山杨林)、1.54μg·kg-1·h-1(阔叶红松林)和1.46 μg·kg-1·h-1(白桦林).重复测量多元方差分析结果显示:林型、温度、土壤湿度及氮素处理对甲烷通量均有极显著影响(P＜0.0l),林型与其他因子交互作用显著;3种林型土壤甲烷吸收的最佳含水量为45％ ～ 60％;在10 ～20℃条件下,甲烷吸收速率随温度增加而增加;氮对甲烷吸收有明显抑制作用.     

六盘山森林土壤的石砾对土壤大孔隙特征及出流速率的影响

石砾广泛分布于山地林区的土壤中,它对土壤的大孔隙及水分运动特征具有重要影响,是还较少研究的与森林水文过程有关的重要因素。基于对田间持水量与饱和含水量之间的土壤孔隙为大孔隙的定义,在宁夏六盘山南侧香水河小流域调查分析了典型植被样地土壤的石砾体积含量和大孔隙特征（半径、密度、面积比）及其之间的关系,并评价了它们对水分出流速率的影响。结果表明,土壤大孔隙的平均半径和密度都对水分出流速率影响显著,特别是半径〉1．4mm的大孔隙密度的影响格外显著,虽然其密度仅占大孔隙总密度的6．86％,但可解释稳定出流速率变异的67．4％;作为综合反映大孔隙半径与密度的参数,土壤断面的大孔隙面积比能更好地解释稳定出流率变化,稳定出流速率随大孔隙面积比增大而线性增加,线性回归关系式的确定系数高达0．8361。石砾含量与稳定出流速率的关系比较复杂,在0～60cm土层内,石砾含量〈15％时,稳定出流速率随石砾含量增大而增加,之后转而减少;但在60～80cm土层,则呈相反的变化趋势。石砾含量增加能导致土壤大孔隙半径增大,特别是半径大于1．4mm的较大大孔隙的密度增大,但对较小半径的大孔隙密度影响较弱,说明石砾在一定程度上通过影响土壤大孔隙的半径和密度特征来影响土壤水分出流速率。土壤稳定出流速率随土层深度而变化,在作为主根系层的0～60cm土层随土壤加深而降低,在〉60cm土层则随土壤加深而提高,这是因为土壤大孔隙和稳定出流速率在主根系层更多地受植物改良土壤作用影响,在深层土壤则更多地受石砾含量增加的影响。     

冻融期去根处理对小兴安岭6种林型土壤微生物量的影响

春季冻融期,在小兴安岭的阔叶红松(Pinus koraiensis)林、谷地云冷杉(Picea koraiensis-Abies nephrolepis)林、阔叶红松择伐林、白桦(Betula platyphylla)次生林、红松人工林、兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林的去根处理样地和对照样地进行野外取土实验,分析了根去除对上述林型土壤微生物量的影响以及与土壤环境因子的关系。结果表明:冻融循环期间对照样地和去根处理样地的林型、土壤层次、取样时间均显著地影响土壤微生物量碳(MBC)(P0.05),对照样地中各林型的土壤微生物量氮(MBN)差异显著,而去根处理样地中各林型的MBN没有显著差异(P0.05);冻融循环期间去根处理显著地减少了大部分林型及土层(谷地云冷杉林0—10 cm及择伐林外)的MBC,而去根处理对大部分林型及土层(阔叶红松林0—10 cm,谷地云冷杉林和择伐林的10—20 cm除外)的MBN没有显著影响。说明在小兴安岭春季冻融期根系对土壤微生物量的影响不可忽视。     

去除地面枯落物对加勒比松(Pinus caribaea)林土壤特性的影响

通过去除地表凋落物(处理)和保留凋落物(对照)的样地比较,研究了加勒比松(Pinus caribaea)林的土壤特性对去除地表枯落物的响应,为了解人工干扰的加勒比松林土壤的退化机理提供依据.去除地表枯落物后的样地林木平均胸径和平均树高分别显著下降了21%和8%.人为干扰造成了土壤质量的全面下降.与对照相比,去除地表枯落物的土壤容重增加了14%,土壤毛管孔隙和总孔隙的比例分别减少了13%和18%,非毛管孔隙也因为人为干扰而显著下降了37%,土壤毛管持水量下降了24%.去除地表枯落物没有对土壤pH造成影响,但是土壤有机质、全N、全P和全K含量比对照分别减少了42%、46%、16%和39%,水解N、速效P和速效K含量分别比对照减少了20%、15%和41%,土壤中<0.01 mm 粘粒的比例下降了27%.去除地表枯落物后的土壤细菌、真菌和放线菌数量分别下降了50%、19%和13%,土壤脲酶、土壤磷酸酶和过氧化氢酶活性分别比对照下降了35%、49%和49%.去除地表枯落物从林地以凋落物的形式直接取走大量养分,使林地有机质含量降低,导致土壤孔隙减少,保持水分功能减弱,养分状况的恶化,微生物数量减少和酶活性下降,最终引起林木生长下降.     

人为干扰对黄土高原子午岭油松人工林土壤物理性质的影响

研究了放牧、收集枯落物及清灌等人为干扰活动对黄土高原子午岭油松林土壤结构及抗蚀性的影响。结果表明,随人为干扰强度的增加,0～50cm土壤中砂粒含量比无干扰时分别增加了11.83%、37.80%和51.60%;粉粒下降了8.16%、11.83%和15.55%;粘粒下降了8.10%、20.84%和30.72%,土壤表现出粗骨化趋势;＞0.25mm水稳性团聚体含量比无干扰林地分别下降了16.59%、43.12%和61.13%,＞1.0mm的团聚体含量仅为无干扰林地土壤的27.78%和24.34%,1.0～0.25mmm的团聚体下降幅度较小;＞0.05mm微团聚体的比例分别下降了19.39%、32.62%和33.47%。而<0.05mm微团聚体所占比例随干扰程度的增加而大幅度上升。土壤容重增加了0.11～0.41g/cm3。土壤总孔隙度分别降低了13.64%、25.47%和39.14%,毛管孔隙下降了7.79%、11.54%和29.32%,非毛管孔隙下降了28.47%、60.79%和64.08%。说明表层土壤非毛管孔隙对人为干扰更为敏感。最大持水量分别下降23.42%、37.15%和52.92%;毛管持水量下降33.79%、43.01%和52.22%;自然含水量下降31.03%、39.34%和46.28%,饱和持水量下降16.14%、28.80%和49.68%;田间持水量下降了12.39%、33.92%和47.47%;土壤有效水含量下降了9.55%、20.55%和58.91%。土壤前3min初渗率下降了38.74%、51.45%和63.23%;稳渗速率下降了54.06%、71.63%和84.10%,相应地受人为干扰林地前30min累计入渗量也较未受人为干扰林地土壤分别低48.15%、65.93%和73.35%。饱和导水率较对照下降了8.73%、33.33%和51.00%。土壤的结构系数,由79.12%下降到27.32%,团聚度由59.48%下降到11.11%,分散率上升了1倍多,分散系数上升了4倍多。土壤枯落物层及有机质的减少是引起土壤物理性质恶化的主要原因,其次是放牧和踏实等活动。     

川西亚高山三种森林恢复途径对土壤生物有效磷的影响

土壤生物有效磷在提高森林生产力和生物地球化学循环中起着至关重要的作用,研究不同森林恢复途径对土壤生物有效磷的影响对于退化森林的适应性恢复和可持续经营具有重要意义。选取川西亚高山不同恢复途径下形成的3种森林类型,即粗枝云杉人工林（人工种植,PF）、岷江冷杉-红桦天然次生林（自然更新,NF）和粗枝云杉阔叶混交林（人工种植后自然更新,MF）,采用基于生物有效性的土壤磷分级方法测定土壤生物有效磷（CaCl₂-P、Citrate-P、Enzyme-P和HCl-P）,探究不同森林恢复途径对土壤生物有效磷的影响。结果表明：不同森林恢复途径对土壤生物有效磷影响显著（P<0.05）,NF和MF的土壤Citrate-P和Enzyme-P显著高于PF（P<0.05）,而PF的土壤HCl-P显著高于NF（P<0.05）。自然更新是3种森林恢复途径中最能提高土壤生物有效磷的方式。3种森林恢复途径下的土壤生物有效磷组分与速效磷均呈现显著的正相关关系,且NF的土壤速效磷与生物有效磷的相关性更强（CaCl₂-P除外）。显著影响NF土壤生物有效磷的土壤理化性质有全钾、铵态氮含量和pH值,且全钾对NF的土壤生物有效磷变异的解释程度最高（r²=0.63,P=0.001）。土壤pH值、钙和可溶性有机碳含量是显著影响MF土壤生物有效磷的主要土壤理化性质（P<0.05）。对PF的土壤生物有效磷具有显著影响的土壤理化性质是土壤有机碳、铁和可溶性有机碳含量。土壤理化性质对3种恢复途径下森林土壤生物有效磷的解释率均超过了80%,森林恢复途径对土壤生物有效磷的影响与土壤理化性质有关。     

甲硫氨基酸对亚热带森林土壤硝化作用和N2O排放的影响

为探讨甲硫氨基酸对亚热带红壤硝化作用和N₂O排放的影响,选择福建省建瓯市万木林保护区的山地红壤为研究对象,在土壤饱和持水量(WHC)60%和90%的条件下,开展室内培养试验.试验分为对照(CK)、添加甲硫氨基酸(M)、甲硫氨基酸和硫酸铵(MA)、甲硫氨基酸和亚硝酸钠(MN)、甲硫氨基酸和葡萄糖(MC)5个处理.结果表明: 与对照相比,M处理使土壤NH₄⁺-N平均含量显著提高0.8%～61.3%,而NO₃^--N含量显著降低13.2%～40.7%;60%WHC条件下,MC处理土壤NO₂^--N含量高于M处理,MA、MN处理NO₃^--N含量高于M处理,且MN处理高于MA处理,M处理于试验后期最低,表明甲硫氨基酸抑制了硝化作用的亚硝化过程.碳添加处理使甲硫氨基酸在一定程度上降低NH₄⁺-N含量,抑制了土壤自养硝化,并且甲硫氨基酸和碳源共同作用下NO₃^--N含量变化与土壤水分条件有关,在90%WHC条件下,碳加入后反硝化作用更明显;而NO₃^--N含量降低不足以表明是异养硝化受到抑制所致.甲硫氨基酸在一定程度上促进土壤N₂O的释放,90%WHC条件下较60%WHC条件下释放量更大,且葡萄糖添加的促进效果更明显.     

鼎湖山森林土壤渗透水酸度和无机氮含量对模拟氮沉降增加的早期响应

在林地分别喷加0、50、100和150kg N hm^-1a^-1,研究鼎湖山马尾松林、马尾松针阔混交林和季风常绿阔叶林中土壤20cm深渗透水酸度和无机氮含量在开始9个月的变化。结果表明,3种森林对照样方土壤渗透水pH值为3．82—4．24,外加氮处理使其平均降低了0．08—0．18。3个森林对照样方土壤渗透水无机氮平均含量分别为6．14、6．66和11．64mg L^-1,铵态氮占15．0％、11．9％和3．0％。外加氮处理使3种森林土壤渗透水铵态氮和硝态氮含量均有不同程度的提高,这表明外加氮处理不但增加了无机氮从森林土壤流失的潜力,而且使土壤进一步酸化。