黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区不同森林类型土壤微生物功能多样性分析

土壤微生物在森林生态系统中起着重要作用,因此研究不同森林类型下土壤微生物功能多样性具有重要意义.采用Biolog-Eco微平板法对位于黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区内的3种典型森林类型——白桦林、蒙古栎林、兴安落叶松林下的土壤微生物功能多样性进行研究.结果表明:白桦林、蒙古栎林、兴安落叶松林土壤微生物AWCD（平均颜色变化率）值、Shannon-Wiener指数和McIntosh指数差异显著（P < 0.05）.AWCD随着培养时间的延长而逐渐增加,其中白桦林的AWCD值最高,而落叶松林的AWCD值最低.主成分分析（PCA）结果表明,3种森林类型土壤微生物群落代谢功能差异显著,主成分1和主成分2分别可以解释方差变量的38.81%和30.30%.从碳源利用率来看,糖类和氨基酸类是影响3种森林类型土壤微生物功能的主要碳源.典型相关分析（CCA）表明,w（SOC）（SOC为土壤有机质）、w（TN）（TN为全氮）和pH是影响土壤微生物功能多样性的主要环境因子.研究显示,3种森林类型土壤微生物功能多样性和碳源利用方式均有显著差异,其主要受到土壤pH、w（SOC）和w（TN）的影响.      

松果采摘对小兴安岭主要林型红松土壤种子库和幼苗库的影响

为了探讨人为采摘松果对小兴安岭主要林型红松(Pinus koraiensis)土壤种子库和幼苗库的影响,选择阔叶红松林以及与阔叶红松林相邻的红松人工林、落叶松(Larix gmelini)人工林、白桦(Betula platyphylla)林和云冷杉林,各设置10 m×240 m的样带,调查了红松土壤种子库和幼苗库。主要结果如下:①主要林型间红松土壤种子库数量具有明显的差异,阔叶红松林最多,落叶松人工林次之,白桦林最少;②鼠类取食过或被破坏等动物侵害的种子占81.9%～90.4%,完好种子只有在阔叶红松林和落叶松人工林中发现,分别为4.3%和4.9%;③红松种子主要分布在0～10 cm层中(71.4%～91.3%);④红松幼苗库的密度云冷杉林最高(1 613株.hm-2),红松人工林最低(167株.hm-2),其中阔叶红松林(296株.hm-2)和白桦林(854株.hm-2)的幼苗密度分别为采摘前的1/68～1/9和1/9～1/4.5;⑤从龄级分布上看,松果采摘前阔叶红松林低龄级幼苗的数量较多,随着龄级的增大明显减少,呈倒J型分布;白桦林各龄级幼苗密度相差不大。人为采摘松果后,阔叶红松林各龄级间密度相差不大;白桦林呈倒J型分布。     

微生物多样性对土壤碳代谢特征的影响

土壤微生物群落在生态系统过程中发挥着重要的作用,而关于土壤微生物多样性对生态系统功能的影响无一致结论.为了研究微生物多样性对土壤碳代谢特征的影响,将稀释10~(-1)、10~(-3)和10~(-5)倍(D1、D3和D5)的庞泉沟阔叶混交林土壤悬浮液接种在灭菌的土样中.通过碱式滴定法和Biolog Eco板等实验方法测定了不同多样性梯度下土壤碳矿化速率和碳代谢利用模式的变化.结果表明培养6周后,D1处理的碳矿化速率、累积碳矿化量、平均孔颜色变化率(AWCD)和多样性指数(Shannon、Mc Intosh和丰富度指数)均显著高于D5处理.且相关分析表明,累积碳矿化量和AWCD与丰富度呈显著负相关.对碳源吸光度做主成分分析(PCA)和单因素方差分析发现微生物多样性梯度的土壤碳源利用模式也存在差异.因此,微生物多样性下降影响土壤的碳矿化速率和碳源利用模式,导致陆地生态系统的功能发生改变,在森林土壤管理中,应重视土壤微生物物种多样性变化对生态系统功能的影响.     

冻融作用对大兴安岭典型森林土壤活性有机碳和氮矿化的影响

于2017年10月采集大兴安岭地区樟子松林和白桦林两种典型林型下0～10、10～20、20～30 cm土壤,采用室内模拟冻融实验研究了冻融循环下土壤活性有机碳变化趋势和氮素矿化特征.结果表明:①随着冻融次数增加,土壤溶解性有机碳(DOC)和土壤微生物量碳(MBC)均表现为先增加后降低的趋势,冻融作用在显著增加了土壤DOC含量的同时降低了土壤MBC含量(p0.05),冻融温差对活性碳影响不明显(p0.05);冻融过程中樟子松林0～10 cm土壤DOC含量高于白桦林,10～20、20～30 cm土壤DOC含量低于白桦林,而樟子松林各层土壤MBC含量始终高于白桦林.②随着冻融次数增加,土壤铵态氮表现为先减少后增加的趋势,而硝态氮表现为先增加后减少的趋势,冻融作用显著增加了土壤铵态氮和硝态氮含量(p0.05),较大的冻融温差会促进氮矿化(p0.05);冻融过程中白桦林土壤铵态氮和硝态氮含量始终高于樟子松林.③两种林型下土壤DOC、MBC、铵态氮和硝态氮含量均随着土层深度的增加而降低(p0.05).以上结果表明,冻融作用导致森林土壤DOC含量流失而影响了土壤碳库的积累,但有利于无机氮的累积,为植物生长提供了氮素肥力,且不同植被类型土壤碳、氮含量对冻融作用的响应存在一定的差异.     

马尾松混交林土壤微生物功能多样性的影响

研究不同混交比例对人工马尾松阔叶混交林土壤微生物群落功能多样性的影响,对石漠化地区植被恢复重建具有重要的意义。以贵阳市花溪区6个人工马尾松阔叶混交林为对象,采用Biolog-Eco技术,研究了0~20%(Ⅰ)、21%~40%(Ⅱ)、41%~60%(Ⅲ)、61%~80%(Ⅳ)、81%~100%(Ⅴ)这5种不同针阔混交比例下土壤微生物功能多样性。结果表明,平均颜色变化率(AWCD)表现为ⅣⅡ2ⅤⅡ1ⅠⅢ,Ⅲ与Ⅱ、Ⅳ差异显著(p0.05);土壤微生物量表现为ⅢⅡ1ⅣⅤⅠⅡ2;Shannon-Wiener指数表现为ⅣⅤⅡ2Ⅱ1Ⅰ=Ⅲ,Simpson优势度指数表现为ⅣⅤⅡ2Ⅱ1=ⅢⅠ,Pielou均匀度指数表现为ⅣⅤⅡ2ⅢⅠⅡ1,除Pielou均匀度指数外均表现为Ⅰ与Ⅴ差异显著(p0.05)。主成分分析及聚类分析表明,Ⅳ、Ⅴ、Ⅱ2可归为一类,Ⅰ、Ⅱ1、Ⅲ归为另一类,阔叶树种比例的增加明显提升了马尾松林土壤微生物群落多样性,Ⅲ类样地土壤微生物多样性较低可能与土层薄、可利用基质较少有关;碳水化合物、多聚物、酚酸类3种碳源是不同混交比例的马尾松针阔混交林之间差异的敏感碳源。因此,混交比例的不同导致马尾松阔叶混交林土壤微生物群落功能多样性的差异。     

小兴安岭天然林不同林分汞含量分布特征与生物质汞库估算

植被主要通过叶片气孔吸收大气气态单质汞,森林植被是大气汞重要的汇.量化森林生物质汞库对了解全球汞循环至关重要.为揭示森林乔木层（乔木层分为树干、树叶、树枝、树根和树皮）、灌木层、草本层和凋落物层（凋落物层分为未分解层（Oi）、半分解层（Oe）和已分解层（Oa））汞含量和汞库分配,本研究选取黑龙江省凉水自然保护区小兴安岭原始林阔叶红松林、次生原始林云冷杉林和次生原始林白桦林3种原始林开展植物和凋落物汞含量和汞库调查.结果表明,乔木层各组织中汞含量遵循树皮 > 树叶 > 树枝 > 树根 > 树干的规律,云冷杉林乔木层汞含量总体上高于阔叶红松林及白桦林乔木层汞含量.凋落物中汞含量排序为Oa > Oe > Oi,原始林阔叶红松林凋落物汞含量高于次生原始林白桦林凋落物汞含量,但低于次生原始林云冷杉林凋落物汞含量.进一步估算生物质总汞库发现云冷杉林、阔叶红松林和白桦林分别为212、192和163 μg·m^-2.乔木层地上部分是森林生物质汞库的主体,其树皮汞库占总汞库的37.4%~43.5%,灌木层和草本层仅占总汞库的1%左右.本研究可为进一步评估森林生态系统在大气汞循环中的作用及预测森林火灾发生时生物质燃烧汞释放潜势提供基础数据.     

长白山原始森林土壤养分及其对土柱置换试验响应

自然垂直带典型温带原始森林土壤养分状况及其对温度升高的响应,对碳估算及森林生态系统管理具有重要意义。研究对比长白山北坡垂直小样带3种典型原始森林土壤养分状况,并将岳桦林(海拔1996 m)采集土柱分别置换到云冷杉林(海拔1350m)和阔叶红松林(海拔740m)样地,将云冷杉林采集土柱置换到阔叶红松林样地中进行1年野外模拟增温培养。结果发现,土壤碳、氮、磷含量表现为岳桦林>阔叶红松林>云冷杉林,并且0～10cm>10～20cm土层。0～20cm土壤碳、氮、磷密度表现为阔叶红松林>岳桦林>云冷杉林,分别为5.64～12.75、0.24～0.89、0.04～0.14 kg·m^-2。3种林型土壤溶解性有机碳(DOC)差异不显著,经过1年野外土柱置换模拟增温培养后,DOC有增加趋势,土壤溶解性氮明显增加。     

不同浸提剂提取的森林土壤溶解性有机质比较

基于温带森林演替不同阶段2种林分矿质层不同深度土壤(0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm)以及有机层样品,研究冷水、热水、冷CaCl_2和热CaCl_2溶液以及冷K_2SO_4溶液浸提这些样品的溶解性有机质含量变化规律,并分析它们各自与微生物碳和微生物氮有效性之间的关系。2种林分有机层样品溶解性有机质、微生物碳和氮以及总有机碳和总氮含量均显著高于矿质层土壤,森林演替顶级群落的阔叶红松混交成熟林矿质层土壤(0~10cm)显著高于次生白桦林,且随土层深度的增加呈现递减趋势。5种浸提剂提取的溶解性有机碳和溶解性有机氮含量表现为热水热CaCl_2溶液冷K_2SO_4溶液冷水冷CaCl_2溶液,不同浸提剂对两种林分有机层样品和0~10 cm矿质层土壤浸提的溶解性有机质含量存在显著性差异,而对10~20 cm和20~30 cm土壤差异性不显著。阔叶红松混交成熟林和次生白桦林矿质层土壤微生物碳/土壤总有机碳含量比例范围分别为0.94%~1.84%和2.56%~2.86%,土壤微生物氮/土壤总氮含量比例范围分别为1.23%~3.23%和2.06%~3.72%,并随土壤深度的增加而减少。相关分析结果显示,5种浸提剂所浸提的林地有机层和矿质层样品溶解性有机质含量分别与微生物碳/总有机碳和微生物氮/总氮比例呈显著的正相关关系,热水提取的相关系数最大。因此,热水浸提剂较适用于研究森林土壤活性有机质含量,这为研究不同立地条件下森林土壤溶解性有机质含量及其生物有效性以及对环境变化的响应规律提供重要支撑。     

铀尾矿污染土壤微生物活性及群落功能多样性变化

采用常规微生物活性评价法和Biolog方法研究了铀尾矿区不同污染程度、不同深度土壤微生物活性及群落功能多样性的变化特征。结果表明,尾矿区土壤微生物活性发生了显著的变化,微生物生物量和可培养细菌数量显著降低,而土壤基础呼吸和代谢熵则明显升高,在取样深度方面,15 cm处土壤的微生物活性指标值基本都低于30 cm处。与对照相比,矿区土壤微生物群落结构多样性有所降低,其中放射性核素含量与Shannon指数、Simpson指数呈正相关关系,与AWCD值和McIntosh指数呈负相关关系;在深度上,上层土壤微生物的AWCD值、Shannon指数、Simpson指数均高于下层,随污染程度的增加,对碳源的选择性利用上也存在差异,在深度方向上则变化不一。该文研究结果可为尾矿区环境质量评价以及生态修复提供一定参考。     

天然林土壤有机碳及矿化特征研究

通过野外调查和室内分析培养,研究了马尾松林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、红松林和油松林这6种天然林林下土壤有机碳含量及有机碳矿化特征.结果表明,林下土壤有机碳含量都表现出随土壤深度增加而逐渐降低的趋势;双指数方程可以很好拟合出天然林土壤有机碳的矿化过程,准确反映出各天然林土壤的矿化反应特征.天然林各层土壤矿化反应趋势相同,但强度各异.其中,红松林0~10 cm土壤反应强度最为强烈,其下各层土壤的矿化反应强度也显著高于其他天然林的同层土壤;对落叶阔叶林和针阔混交林土壤矿化特征比较发现,凋落物种类差异对土壤活性有机碳含量产生较强烈影响,因此呈现出不同的矿化反应特征.     

中亚热带典型人工针叶林土壤溶解性有机碳浓度变化特征研究

土壤溶解性有机碳（DOC）是土壤有机碳库的活性组分,DOC降解影响土壤有机碳的迁移转化过程、生态系统的养分平衡和微生物的能源供给。当前大气氮沉降的增加是影响我国南方森林生态系统碳固定过程的重要因素,已引起各方广泛关注。论文基于中亚热带红壤丘陵区三种人工针叶林过去5 a 的施肥试验,重点分析了不同树种土壤DOC季节及0~30 cm土壤垂直剖面上的动态变化特征,对比分析了施肥对于不同人工林土壤DOC的影响。研究发现：① DOC浓度季节变化：湿地松林为秋季 >春季 >夏季 >冬季;马尾松林为秋季 >春季 >冬季 >夏季;杉木林为秋季>夏季>冬季>春季。DOC浓度剖面变化特征如下：湿地松林为10 cm>20 cm>30 cm;马尾松林为20 cm >10 cm >30 cm;杉木林为20 cm >30 cm >10 cm。②湿地松林土壤DOC浓度：施P肥 >对照 >施N+P肥 >施N肥;马尾松林土壤DOC浓度：对照、施N+P肥>施N肥>施P肥;杉木林：对照>施P肥>施N肥、施N+P肥。论文通过研究不同施肥条件下人工林DOC浓度在季节和剖面上的变化,可为了解大气氮沉降对中亚热带人工针叶林土壤DOC的可能影响提供重要的科学依据。     

汤旺河国家公园不同演替阶段森林土壤细菌多样性变化规律

为了解红松湿生演替系列过程中土壤生境及土壤细菌多样性的变化规律,以小兴安岭汤旺河国家公园的白桦次生林、人工针阔混交林和原始云冷杉红松林为研究对象,分别代表湿生演替系列的演替先锋群落、演替中期群落和演替顶级群落,采用高通量测序的方法分析森林土壤细菌的多样性变化规律.结果表明:汤旺河国家公园从先锋演替到顶级演替阶段,森林土壤中w（OC）、w（TN）、w（AN）、w（AP）和w（AK）升高,而pH降低.此次分析土壤细菌包括16门27纲52目60科75属,其中Acidobacteria、Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes为共有的优势菌门（相对丰度>1%）.演替先锋阶段（白桦次生林）Proteobacteria相对丰度最高,然而演替后期（云冷杉红松林）Acidobacteria相对丰度最高.通过冗余分析和相关性分析发现,不同演替阶段的森林土壤细菌多样性与土壤中w（OC）呈显著负相关,与土壤中w（TK）呈显著负相关,与土壤中w（AK）呈极显著负相关.研究显示,土壤细菌群落结构和多样性在不同湿生演替阶段有明显差异,主要可能受到土壤中w（OC）、w（TK）和w（AK）的影响.      

Dynamics of soil inorganic nitrogen and their responses to nitrogen additions in three subtropical forests, south China

Three forests with different historical land-use, forest age, and species assemblages in subtropical China were selected to evaluate current soil N status and investigate the responses of soil inorganic N dynamics to monthly ammonium nitrate additions. Results showed that the mature monsoon evergreen broadleaved forest that has been protected for more than 400 years exhibited an advanced soil N status than the pine （Pinus massoniana） and pine-broadleaf mixed forests, both originated from the 1930＇s clear-cut and pine plantation. Mature forests had greater extractable inorganic N pool, lower N retention capacity, higher inorganic N leaching, and higher soil C/N ratios. Mineral soil extractable NH4^＋-N and NO3-N concentrations were significantly increased by experimental N additions on several sampling dates, but repeated ANOVA showed that the effect was not significant over the whole year except NH4^＋-N in the mature forest. In contrast, inorganic N （both NH4^＋-N and NO3^--N） in soil 20-cm below the surface was significantly elevated by the N additions. From 42% to 74% of N added was retained by the upper 20 cm soils in the pine and mixed forests, while 0%-70% was retained in the mature forest. Our results suggest that land-use history, forest age and species composition were likely to be some of the important factors that determine differing forest N retention responses to elevated N deposition in the study region.     

东北典型林区土壤黑碳分布特征及影响因素

以长白山、小兴安岭和大兴安岭三大东北林区为研究对象,研究了各区域森林土壤的黑碳含量和密度等分布特征,并对比林型、地形和火烧强度等研究结果,探讨了上述因素对黑碳分布特征的影响.研究表明,东北森林土壤的黑碳分布在垂直方向上差异显著,表现为表层(A11层)亚表层(A1 2层)(p0.01),3个区域内表层土壤黑碳含量大小表现为:大兴安岭长白山小兴安岭,黑碳密度大小为:长白山大兴安岭小兴安岭.长白山林区不同林型的黑碳含量和密度存在明显差异,杨桦次生林显著高于原始阔叶红松林(p0.01);小兴安岭林区,同一土层不同坡位土壤黑碳含量和密度均表现为:下坡上坡(p0.01),不同坡向均表现为:阳坡阴坡(p0.05);不同火烧强度下大兴安岭森林土壤黑碳含量和密度也有差异:对照轻度火烧中度火烧重度火烧,且对照与中度、重度火烧强度间均差异显著(p0.01).综上可知,林型、坡位和火烧强度是影响东北森林土壤黑碳分布的重要因素,但各林区主控因素不同.     

汶川地震灾区不同气候区土壤微生物群落碳源代谢多样性

为探讨汶川地震灾区不同气候区土壤微生物群落功能代谢的变化,采用Biolog-ECO生态板技术,研究了亚热带湿润季风气候和半干旱干热河谷气候未受损区、受损治理区、受损未治理区土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征.结果表明,平均颜色变化率(AWCD)在未受损区和受损治理区表现为亚热带湿润季风气候区半干旱干热河谷气候区,在受损未治理区表现为半干旱干热河谷气候区亚热带湿润季风气候区,不同气候区内受损未治理区AWCD值均处于最低水平;亚热带湿润季风气候区土壤微生物的碳源利用类型明显多于半干旱干热河谷气候区,在不同气候类型区内碳源利用种类均表现为受损治理区未受损区受损未治理区的趋势;不同气候区土壤微生物群落碳源代谢多样性特征差异显著,其中多样性指数和均匀度指数均表现为未受损区受损治理区受损未治理区,而受损治理区均具有最高的丰富度指数;土壤微生物群落的碳源代谢特征与土壤养分、地上植被生物量及植被覆盖度具有一定的相关性,表明地震及其次生灾害主要通过对地表植被和土壤环境的作用间接影响土壤微生物群落的碳源利用能力,在不同气候类型区与不同的受损治理情况下土壤微生物群落的碳源代谢特征具有显著差异.     

黔中地区不同林龄马尾松小气候特征研究

以黔中地区不同林龄马尾松人工林为研究对象,采用时空替代法,选取农田（对照）、林窗、中林龄、近熟林、成熟林和过熟林6个样地,每月选择代表日分时段测量光照强度、光通量密度、气温、相对湿度、蒸气压亏损和风速等小气候指标,同时对样地内不同垂直高度（0.5,1.0和1.5m）观测指标进行比较.结果表明：（1）除风速随测量高度变化（1.5m > 1.0m > 0.5m）差异极显著外（P<0.01）,其余观测指标随测量高度均无显著差异（P>0.05）.（2）观测时段内,不同林龄马尾松林小气候均存在显著性差异（P<0.05）,其中光照强度、光通量密度、气温、蒸气压亏损和风速变化为农田 > 林窗 > 马尾松林;相对湿度变化为马尾松林 > 林窗 > 农田.（3）与农田相比,马尾松林分别降低了光照强度、光通量密度、气温、蒸气压亏损和风速的917.36%、837.35%、5.33%、30.77%、193.58%,增加了6.39%的相对湿度,具有显著的遮阳降温、增湿保湿、维持林冠下小气候稳定的作用.在演替前期,抵挡阳光和风速的效果明显,而在后期,降温增湿以及保湿效果显著.舒适度评价显示,除冬季外,黔中地区马尾松林可发挥良好的森林康养和游憩生态功能.