CO2浓度升高与氮沉降对南亚热带森林生态系统植物生物量积累及分配格局的影响

CO2浓度升高与氮沉降增加对陆地生态系统的耦合作用已成为全球变化的研究热点。应用大型开顶箱 (OTC) 人工控制手段研究了人工生态系统在1) 高CO2 (700±20μmol·mol-1) +高氮沉降 (100kg N·hm-2·a-1) (CN) ;2) 高CO2 (700±20μmol·mol-1) +背景氮沉降 (C+) ;3) 高氮沉降 (100kg N·hm-2·a-1) +背景CO2 (N+) ;4) 背景CO2+背景氮沉降处理 (CK) 4种处理条件下荷木 (Schima superba) 、红锥 (Castanopsis hystrix) 、海南红豆 (Ormosia pinnata) 、肖蒲桃 (Acmena acuminatissima) 、红鳞蒲桃 (Syzygium hancei) 等主要南亚热带森林植物的生物量积累模式及其分配格局。连续近3年的实验结果表明:不同处理条件下, 各参试植物生物量积累具有不同的响应特征, N+处理显著促进荷木、肖蒲桃及红鳞蒲桃生物量的积累;C+处理显著促进肖蒲桃、海南红豆生物量的积累;CN处理显著促进除红锥外其他物种生物量的积累, 并且具有两者单独处理的叠加效应。不同处理改变物种生物量的分配模式, N+处理降低植物的根冠比, 促进地上部分生物量的积累;C+处理增加红锥和红鳞蒲桃地下部分生物量的分配, 却促进荷木和海南红豆地上部分的积累;CN处理仅促进红磷蒲桃地下部分的积累。群落生物量的积累与分配格局取决于优势物种的生物量及其分配格局在群落中所 占的权重。     

应用叶绿素荧光法测定微藻生物量的方法

为了探求叶绿素荧光值与海洋微藻生物量的关系,利用TD-700型叶绿素荧光仪测定了6种典型海洋赤潮藻在不同生长期(指数生长期和稳定生长期)时的叶绿素荧光值,同时用传统方法测定细胞密度,且利用Leica Qwin软件测量细胞大小。结果显示:微藻在同一生长时期细胞密度与叶绿素荧光值存在极显著的正相关关系,不同生长时期细胞密度也与单位叶绿素荧光值存在较显著正相关关系。因此,利用叶绿素荧光仪测定微藻生物量的方法是切实可行的,具有快捷方便、灵敏度高、可靠性强的优点。     

Community species diversity mediates the trade‐off between aboveground and belowground biomass for grasses and forbs in degraded alpine meadow,Tibetan Plateau

Although many empirical experiments have shown that increasing degradation results in lower aboveground biomass (AGB), our knowledge of the magnitude of belowground biomass (BGB) for individual plants is a prerequisite for accurately revealing the biomass trade‐off in degraded grasslands. Here, by linking the AGB and BGB of individual plants, species in the community, and soil properties, we explored the biomass partitioning patterns in different plant functional groups (grasses of Stipa capillacea and forbs of Anaphalis xylorhiza). Our results indicated that 81% and 60% of the biomass trade‐off variations could be explained by environmental factors affecting grasses and forbs, respectively. The change in community species diversity dominated the biomass trade‐off via either direct or indirect effects on soil properties and biomass. However, the community species diversity imparted divergent effects on the biomass trade‐off for grasses (scored at −0.72) and forbs (scored at 0.59). Our findings suggest that plant communities have evolved two contrasting strategies of biomass allocation patterns in degraded grasslands. These are the “conservative” strategy in grasses, in which plants with larger BGB trade‐off depends on gigantic roots for soil resources, and the “opportunistic” strategy in forbs, in which plants can adapt to degraded lands using high variation and optimal biomass allocation.     

不同施肥模式下稻田土壤微生物生物量磷对土壤有机碳和磷素变化的响应

通过15年的红壤稻田长期定位试验,研究了不同施肥模式下土壤微生物生物量磷(MB-P)对土壤有机碳和磷素变化的响应.结果表明红壤稻田有机碳源的长期投入和土壤有机碳的逐年升高使土壤微生物生物量碳(MB-C)维持在较高水平(＞800 mg·kg-1),是稻田土壤MB-P(＞16.0 mg·kg-1)提高的主要原因.长期不施磷肥条件下,土壤全磷含量与试验前相比显著降低(P＜0.05),而土壤有机磷含量平均提高了29.3%;土壤亏损的磷形态主要是无机磷(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P),其中Al-P含量处于最低水平(平均0.5 mg·kg-1).另外,长期不施磷肥土壤的MB-P远高于Olsen法提取态磷(Olsen-P)(＜7.0 mg·kg-1),而稻田土壤MB-P与Al-P呈显著相关(P＜0.05),表明土壤微生物对稻田土壤Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P的利用是促进其向有效磷方向转化的关键途径.磷肥配合有机养分循环利用不仅提高了土壤磷库的积累,而且通过土壤微生物的活化有效地提高了土壤磷的有效性.     

山竹岩黄蓍固沙群落对土壤养分及生物活性的改良效应

以半流动沙丘为对照,对5、10和22年生山竹岩黄蓍人工固沙群落不同层次(0~10、10~20和20~30cm)土壤的养分状况、微生物生物量和土壤酶活性进行了对比研究.结果表明:采用山竹岩黄蓍固定流沙后,随着群落年龄的增长,土壤中C、N、P、K含量及生物活性均明显提高.其中,0~10cm土层的增长幅度显著高于10~30cm土层.0~30cm土层中C/N由7.3增加到8.5;土壤微生物生物量碳、氮、磷含量以及土壤脲酶、磷酸单酯酶、蔗糖酶、蛋白酶、脱氢酶、硝酸还原酶和多酚氧化酶的活性均有所提高.其中,0~10cm土层中蔗糖酶的活性是对照的49.7~284.5倍.土壤微生物生物量碳、氮、磷分别与土壤有机碳、全氮、全磷以及微生物生物量与酶活性之间存在显著的正相关关系.     

长白落叶松与日本落叶松的碳储量成熟龄

通过树干解析求得材积连年生长量和平均生长量,运用Vario EL Ⅲ型元素分析仪测定长白落叶松和日本落叶松不同年龄阶段碳百分含量及碳密度,并对两树种的碳储量成熟龄进行了探讨.结果表明：长白落叶松和日本落叶松的材积数量成熟龄分别为48.3年和49.3年;两树种碳密度变化趋势基本一致,长白落叶松最大值出现在30年,日本落叶松出现在35年;日本落叶松连年碳积累量大于长白落叶松,但达到最大值的年龄较晚;日本落叶松的平均碳积累量大于长白落叶松;对两树种的连年碳积累量和平均碳积累量的曲线方程进行拟合,得到长白落叶松和日本落叶松的碳储量成熟龄分别为48.7年和47.7年.     

红壤丘陵区林下灌木生物量估算模型的建立及其应用

以中国科学院千烟洲生态试验站林下常见的16种物种作为研究对象,构建了单一物种以植冠面积(Ac)为变量的二次方程和以植冠投影体积(Vc)为变量的乘幂方程来估算物种生物量,以及16种物种的混合模型来估算其生物量,并将最佳生物量估算模型应用于不同森林内灌木层生物量的估计.不同森林的灌木层生物量组成存在较大差异.以物种单一模型计算的落叶阔叶林、次生林、人工针叶林灌木层的生物量分别为4773、3175和733kg.hm-2;以物种混合模型估算的结果略低于单一模型,分别为3946、2772和840kg.hm-2.混合模型在未能对所有物种建立单一模型的情况下估算灌木层生物量时,具有简便、实用性的特点.     

珠江三角洲地区森林生物量及其动态

利用生物量转换因子连续函数法,通过69组不同龄级的森林样地实测数据,拟合了珠江三角洲主要森林类型的生物量和蓄积量之间的回归方程,并结合3个时段森林清查资料,估算了区域森林生物量及其动态.结果表明：珠江三角洲的中幼林面积占森林总面积的80％以上,其林下植被生物量约占森林总生物量的33％,充分考虑林下植被生物量能提高区域森林生物量估算的精度.在1989—1993年、1994—1998年、1999—2003年3个研究时段,珠江三角洲森林生物量共增加了14.67×10⁶ t.其中,马尾松林、常绿阔叶林和针阔混交林的生物量约占区域总生物量的80％,是区域森林生物量的主体;而中、幼林的生物量所占比例达90％,但呈逐年下降趋势.珠江三角洲快速城市化和经济发展对区域森林生物量的积累并没有产生明显影响,区域森林面积基本保持不变,而区域森林生物量呈逐年增长趋势,年增长率为1.2％.随着珠江三角洲区域中、幼林不断发育成熟,区域森林的生物量将不断增加,其环境效应也将不断增强.     

玉米地土壤呼吸作用对土壤温度和生物因子协同作用的响应

基于2005年玉米(Zea mays)生长季土壤呼吸作用及其影响因子的动态观测资料,分析了玉米地土壤呼吸作用的日和季动态及其对土壤温度和生物因子协同作用的响应。结果表明,玉米地土壤呼吸作用的日变化为不对称的单峰型,其最小值和最大值分别出现在6∶00~7∶00和13∶00左右;玉米生长季中,土壤呼吸速率波动较大,其均值为3.16 μmol CO₂·m^-2·s^-1,最大值为4.87 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在7月28日,最小值为1.32 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在5月4日。在土壤呼吸作用日变化中,土壤呼吸速率(SR)与10 cm深度土壤温度(T)呈显著的线性关系:SR=αT+β。在整个生长季节,玉米净初级生产力(NPP)与直线斜率(α)呈显著正相关,生物量(B)也明显影响直线的截距(β)。基于此,建立了玉米地土壤呼吸作用动态模型SR=(aNPP+b)T+cB²+dB+e。土壤呼吸作用季节变化的大部分(97%)可以由土壤温度、NPP和生物量的季节变化来解释。当仅考虑土壤温度对土壤呼吸作用的影响时,指数方程会过大或过小地估计了土壤呼吸强度。该文的结果强调了生物因子在土壤呼吸作用季节变化中的重要作用,同时指出土壤呼吸作用模型不仅要考虑土壤温度的影响,在生物因子影响土壤呼吸作用的温度敏感性时,还应该把生物因子纳入模型。     

土壤微生物对气候变暖和大气N沉降的响应

气候变暖和大气N沉降是近一、二十年来人们非常关注的全球变化现象,它们所带来的一系列生态问题已成为全球变化研究的重要议题。它们不仅影响地上植被生长和群落组成,还直接或间接地影响土壤微生物过程,而土壤微生物对此做出的响应正是生态系统反馈过程中非常重要的环节。该文分别从气候变化对土壤微生物的影响(土壤微生物量、微生物活动和微生物群落结构)和土壤微生物对气候变化的响应(凋落物分解、养分利用与循环以及养分的固持与流失)两个角度,综述近期土壤微生物对气候变暖和大气N沉降响应与适应的研究进展。气候变暖和大气N沉降对土壤微生物的影响更多地反映在微生物群落的结构和功能上,而土壤微生物量、微生物活动和群落结构的变化又会通过改变凋落物分解、养分利用和C、N循环等重要的土壤生态系统功能和过程做出响应,形成正向或负向反馈,加强或削弱气候变化给整个陆地生态系统带来的影响。然而,到目前为止土壤微生物的响应对陆地生态系统产生的最终结果仍是未决的关键性问题。