虫害叶损失造成的树木非结构性碳减少与树木生长、死亡的关系研究进展

大规模虫害爆发可造成区域森林死亡, 近年的气候变化进一步增加了虫害的频度和危害程度。森林和林地植物死亡会导致植被生产力降低, 改变生态系统结构和功能, 使森林由一个净的碳汇转变为一个碳源。因此, 加深虫害对树木危害机制的认识有重要意义。虫害造成的叶损失(虫害叶损失)降低树木光合作用能力, 增加非结构性碳(NSC)消耗, 使得树木体内碳储备降低, NSC降低到一定程度会导致树木因碳饥饿而死亡。外部环境和树木自身的补偿性机制也会对这个过程产生正或负的影响。在近年气候变化背景下, 树木死亡在全球尺度上增多, 重新激起了人们对碳饥饿的重视, 碳饥饿被视为解释树木死亡的主要生理机制之一。该文介绍了碳饥饿的定义, 综述了虫害叶损失减少树木NSC储备与树木生长、死亡的关系, 以及树木虫害和叶损失与气候变化之间的关系, 并对今后的研究进行了展望。     

不同轮伐期对杉木人工林碳固存的影响

在全球气候变化背景下, 科学的经营管理是人工林碳汇提升的主要途径。合理轮伐期从一定程度上反映了人工林集约经营的理念, 是实现森林结构调整的主要影响因素之一。杉木(Cunninghamia lanceolata)多代连栽出现立地生产力下降与轮伐期的选择密切相关, 开展不同轮伐期对杉木人工林碳固存影响的研究, 可为其可持续经营提供理论依据。通过设置不同年龄序列的杉木人工林野外观测样地, 应用野外观测数据对FORECAST模型进行验证, 在此基础上模拟不同轮伐期对其碳固存的影响。结果表明: (1)短轮伐期(15年)在150年间的总固碳量较高, 但固碳持久性较低, 每个轮伐期之间的固碳量下降幅度较大, 是一种不可持续的经营模式。(2)正常轮伐期(25年)和长轮伐期(50年)的总固碳量低于短轮伐期, 但长轮伐期固碳持久性更强, 有利于维持每个轮伐期内固碳量的稳定。(3)在好的立地条件下(立地指数(SI) = 27), 轮伐期越短对地力消耗影响越大, 为了碳固存的持久性, 建议杉木人工林的生态轮伐期选择在25年以上。(4)应用FORECAST模型可以定量地评估人工林的固碳能力, 且该固碳能力是基于不同经营管理措施下的可持续固碳能力。     

中国南方喀斯特石漠化演替过程中土壤有机碳的响应及其影响因素分析

以中国南方典型喀斯特石漠化生态系统土壤为研究对象, 运用野外定点取样和实验室分析检测方法, 研究喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布特征及其影响因素; 运用空间代替时间方法, 探讨石漠化演替过程中土壤有机碳的响应及其机制, 旨在为中国南方喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。结果表明: 1)喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳含量较低, 三个研究区平均值分别为23.42、25.78 和26.03 g·kg–1; 2)不同等级石漠化环境土壤有机碳含量存在显著差异, 但土壤有机碳含量并不是随着石漠化程度增加而一直降低, 而是一个先降低后增加的趋势; 3)土壤有机碳与土壤特性有明显的相关性, 与土壤总氮、水解氮、速效钾、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田间持水量和上层渗透性存在极显著地正相关, 与总磷、下层渗透性存在显著地正相关, 与容重存在极显著地负相关,而与pH、总钾、有效磷、土壤呼吸、毛管孔隙度、非毛管孔隙度无明显相关性; 4)土地覆被变化明显影响石漠化生态系统土壤有机碳含量, 而地貌的影响不明显。研究结果不仅对中国南方喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建具有重要的意义, 而且对应对全球变化碳循环的减源增汇同样具有重要的科学价值。     

黑河流域中游芦苇湿地土壤碳垂直分布特征

黑河流域是中国的第二大内陆河流域, 在该流域中游分布的湿地面积有170411.2 hm2, 其中水陆交错带芦苇湿地面积30000 hm2。以黑河流域中游芦苇湿地为例, 探讨了其土壤剖面中碳的垂直变化规律。结果表明, 土壤剖面0-20 cm 土层的容重较小, 容重均值为 0.365 g·cm3, 在 20-50 cm 容重均值急剧升高; 50 cm 以下, 容重均值均在1.29 g·cm3 以上, 容重随土壤深度增加呈“S”型增长; 土壤有机碳主要集中在土壤表层0-40 cm 处, 40 cm 以下不同土层有机碳含量之间无显著性差异(p<0.01), 土壤有机碳随土层深度的增加呈指数下降趋势; 土壤有机碳含量和土壤容重之间存在显著的相关性。     

荒漠微藻的碳氧转换与调控

为了提高微藻的生物燃料生产效率及其在密闭环境中的碳氧转换效率,以两株荒漠微藻BG18-3、BE6-2和一株淡水蓝藻7924为研究对象,对其进行逆境条件培养,发现荒漠微藻BG18-3在各种逆境中表现最佳。在静态培养中,荒漠微藻BG1-3也具有明显的优势,其生物量干重达到0.26 g/L,硝态氮和磷酸盐去除率分别为36%和99%。在荒漠微藻BG18-3的通气培养中,生物干重量最高（3% CO₂通气培养16天）达到2.63 g/L,生物量产率为164.0 mg/L·d,出口CO₂浓度最低降到0.04%,O₂净含量增加0.68%,这表明荒漠微藻BG18-3具有较高的碳氧转化效率,具有生产生物燃料的潜质。最后根据18s rDNA分析结果将荒漠微藻BG18-3鉴定为栅列藻Scenedesmus littoralis。     

张广才岭西坡不同起源林分土壤碳收支机制研究

对五常凤凰山林场皆伐迹地上45年生不同起源（人工更新、人天混更新、天然更新）形成的次生阔叶林、落叶松与阔叶树混交林和人工更新土壤碳输入和输出的季节动态进行研究,探讨不同起源对林分土壤碳收支的影响。结果表明：（1）不同起源土壤有机碳含量为针阔混交林显著高于落叶松纯林(P＜0.05),次生阔叶林居中,且与二者差异不显著（P＞0.05）;（2）不同起源林分叶凋落物总量表现出次生阔叶林＞针阔混交林＞落叶松纯林,且次生阔叶林显著高于落叶松纯林（P＜0.05）;（3）3种起源林分凋落物分解速率顺序为次生阔叶林>针阔混交林>落叶松纯林;（4）不同起源林分不同季节土壤呼吸速率均以次生阔叶林最高,落叶松人工林最低;（5）不同起源林分土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤易氧化碳（ROC）6~10月平均值表现出针阔混交林>次生阔叶林>落叶松纯林,而土壤水溶性有机碳（WSOC）则为次生阔叶林>针阔混交林>落叶松纯林;（6）不同起源林分凋落物分解失重率与3种土壤活性碳的相关性均显著（P<0.05）,土壤呼吸速率与ROC和WSOC呈极显著负相关（P<0.01）。综合分析土壤碳收支过程表明,人天混更新更利于土壤碳的周转和贮存。     

秦岭典型林分土壤活性有机碳及碳储量垂直分布特征

采用野外调查结合室内分析的方法,2013年8月分析了秦岭典型林分锐齿栎(马头滩林区,Ⅰ)、油松(Ⅱ)、华山松(Ⅲ)、松栎混交林(Ⅳ)、云杉(Ⅴ)、锐齿栎(辛家山林区,Ⅵ)土壤剖面上活性有机碳及碳储量的分布规律.结果表明: 研究区各林分土壤的有机碳、微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳含量均随着土层深度的增加而不断减小;在整个土壤剖面(0～60 cm)上,云杉和松栎混交林的土壤有机碳和水溶性碳含量明显高于其余林分,不同林分的土壤有机碳和水溶性碳含量的平均值大小均为Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅵ;各林分不同土层的微生物生物量碳在71.25～710.05 mg·kg^-1,不同林分的土壤微生物生物量碳大小依次为Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅵ;整个土壤剖面上,松栎混交林的土壤易氧化态碳含量降幅最大,不同林分土壤易氧化态碳含量的平均值大小为Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅵ.3种活性有机碳占有机碳的比例在不同林分类型中没有表现出一致的规律性.各林分0～60 cm土层的有机碳储量大小为Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅵ＞Ⅱ.各林分的土壤微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳两两之间均表现为极显著相关,各林分的土壤微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳与土壤有机碳、全氮之间的相关性均表现为显著或极显著水平,与碳氮比、pH、土壤水分、土壤容重的相关关系不显著.     

湿地松林分结构调整对土壤活性有机碳的影响

以21 a湿地松纯林为对照,研究了间伐后补植阔叶树(间伐补阔,补植枫香)对不同年限(3、6、9 a)湿地松林分和21 a湿地松×枫香混交林土壤活性有机碳的影响.结果表明：间伐补阔后,6和9 a湿地松林分的土壤可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物生物量碳(MBC)含量均比21 a湿地松纯林显著增高;21 a湿地松×枫香混交林的土壤各活性碳组分含量显著高于3、6、9 a湿地松林分,其DOC、ROC和MBC含量分别比21 a湿地松纯林增加113.1%、53.3%和54.6%.说明间伐补阔结构调整是改善人工湿地松纯林土壤生态功能的有效措施.     

两种药用植物生长和水分利用效率对干旱胁迫的响应

以田间持水量的30%、50%和75%为3个水分处理梯度,研究了决明子和菘蓝2种药用植物在不同水分处理和生长阶段的生长特性,并对稳定碳同位素分辨率(Δ¹³C)和水分利用效率(WUE)特征及二者之间的关系进行了分析．结果表明：与田间持水量的50%和30%相比,决明子和菘蓝在田间持水量75%的条件下具有较高的生长指标,说明这2种植物在充足或适当的水分条件下具有较高的生产力.随干旱胁迫程度的增加,决明子和菘蓝地上生物量和总生物量的Δ¹³C均逐渐减小,而地上生物量和总生物量的WUE均逐渐增加.决明子和菘蓝在不同水分处理之间各指标差异较小,说明这2种药用植物对干旱胁迫反应不敏感．菘蓝WUE与地上生物量和总生物量均呈显著负相关,决明子WUE与根冠比呈显著正相关.     

大气CO2浓度上升和氮添加对南亚热带模拟森林生态系统土壤碳稳定性的影响

大气CO₂浓度升高和氮(N)添加对土壤碳库的影响是当前国际生态学界关注的一个热点。为阐述土壤不同形态有机碳的抗干扰能力, 运用大型开顶箱, 研究了4种处理((1)高CO₂浓度(700 µmol·mol^-1)和高氮添加(100 kg N·hm^-2·a^-1) (CN); (2)高CO₂浓度和背景氮添加(CC); (3)高氮添加和背景CO₂浓度(NN); (4)背景CO₂和背景氮添加(CK))对南亚热带模拟森林生态系统土壤有机碳库稳定性的影响。近5年的试验研究表明: (1) CN处理能明显地促进各土层中土壤总有机碳含量的增加, 其中, 下层土壤(5-60 cm土层)中的响应达到统计学水平。(2)活性有机碳库各组分对处理的响应有所差异: 不同土层中微生物生物量碳(MBC)的含量对各处理的响应趋势基本一致, 各土层中的MBC含量均为CN > CC > NN > CK, 其中0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm 3个土层的处理间差异都达到了显著水平; 10-20 cm与20-40 cm两个土层中的易氧化有机碳处理间有显著差异; 而对于各土层中水溶性有机碳, 处理间差异均不明显。(3)各团聚体组分中的有机碳含量的响应也有所差异: 20-40 cm与40-60 cm土层中250-2000 μm组分的有机碳含量存在处理间差异; 40-60 cm土层中53-250 μm组分的有机碳对各处理响应敏感, CC处理和NN处理都有利于该组分碳的深层积累, 尤其CN处理下的效果最为明显; 在各处理10-20 cm、20-40 cm及40-60 cm土壤中, < 53 μm组分中的碳含量间差异显著。大气CO₂浓度上升和N添加促进了森林生态系统中土壤有机碳的增加, 尤其有利于深层土壤中微团聚体与粉粒、黏粒团聚体等较稳定组分中有机碳的积累, 增加了土壤有机碳库的稳定性。