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。     

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.     

原始红松林退化演替后土壤微生物功能多样性的变化

为了全面了解原始红松林退化演替为次生林后土壤生境及土壤微生物功能多样性的变化规律,以小兴安岭典型的原始阔叶红松林、退化演替后先锋阶段的白桦林及亚顶级阶段的硬阔叶林为研究对象,采用Biolog-ECO微平板检测法,分析三者0~ < 10 cm和10~20 cm表层土的土壤微生物功能多样性变化规律.结果表明:各林型土壤微生物的AWCD值（平均颜色变化率）随培养时间的延长而增加,培养初期表现为原始阔叶红松林>硬阔叶林>白桦林;培养末期表现为原始阔叶红松林>白桦林>硬阔叶林,三者的AWCD值在0~ < 10 cm土层分别为1.06、0.86、0.81,10~20 cm土层分别为0.68、0.47、0.45,原始林显著高于次生林（P < 0.05）,说明原始林土壤微生物对单一碳源的代谢活性显著高于次生林;同一林型下土壤微生物的AWCD值均表现为0~ < 10 cm土层显著高于10~20 cm土层（P < 0.05）. Shannon-Wiener多样性指数、Simpson指数、McIntosh指数和Richness丰富度指数也均表现为原始林显著高于次生林（P < 0.05）.原始林土壤微生物对各类碳源的综合利用强度均大于次生林,不同林型下土壤微生物群落的优势碳源类型存在一定的差异,碳水类、氨基酸类、羧酸类和多聚物类碳源是原始林退化演替后土壤微生物群落在碳源利用上发生变化的敏感碳源.      

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.     

红壤丘陵区不同森林恢复类型土壤种子库特征研究

研究采用野外取样和室内萌发相结合的方法对湖南红壤丘陵区4种森林恢复类型下土壤种子库进行了比较研究。主要结论为:①草本植物是4种森林类型土壤种子库物种组成和个体数量的主要组成部分,其比例分别达61.9％-86.67％和49.82％-87.27％。4种植被类型种子库密度大小为:杉木林>湿地松林>油茶林>天然次生林;②天然次生林的灌木和乔木植物种子种类与数量多于人工林;③湿地松人工林和杉木人工林的人工抚育导致部分种子埋藏在土壤较深层,土壤8-20cm中种子数分别占种子库的33.09％和26.64％;④对于土壤种子库的物种多样性,天然次生林显著大于人工林,干扰少的油茶林大于干扰较多的湿地松林和杉木林,天然次生林最有利于该区域植物物种多样性的维持与保护;⑤不同森林恢复类型下种子库中种子来源不一致,湿地松林和杉木林土壤种子库中的物种与地表植物物种较一致,共有物种比例达69.2％和43.8％,而油茶林和天然次生林种子库中的物种与地上植被的种类组成差异较大,共有物种比例仅为26.7％和33.3％。研究结果表明,从物种丰富度与群落结构复杂性来看,我国南方红壤丘陵区森林恢复类型以自然恢复最优。对人工林的抚育方式,该区域采用的“全抚”将增加种子库的损失,不利于植被的恢复。     

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.     

冀北山地绣线菊灌丛的土壤种子库特征

为了了解冀北山地退化植被--绣线菊（Spiraea pubescens）灌丛的生态恢复潜力,采用种子萌发法对其可萌发土壤种子库进行了研究,并与其他群落类型进行了比较。结果表明,绣线菊灌丛种子库的种子密度为4 013.33 粒/m²,低于华北落叶松（Larix gmelinii）人工林（4 646.67 粒/m²）,但高于榛子（Corylus heterophylla）灌丛（1 713.33 粒/m²）和天然次生白桦（Betula platyphylla）林（746.67 粒/m²）;绣线菊灌丛土壤种子库以草本植物为主,没有发现乔木和灌木种子。各群落类型土壤种子库的种子密度有随土壤深度的增加以及坡位的上升而下降的趋势。绣线菊灌丛土壤种子库的物种组成与其他3 种群落类型具有一定的相似性,但低于其他三种群落之间的相似程度。由此得出结论,绣线菊灌丛具有数量庞大的草本植物种子库,群落草本层恢复潜力巨大,但木本植物,尤其是乔木较少,这是限制绣线菊灌丛向森林群落演替的主要限制因素,需要通过人工的方法引入乔木树种,加速群落的演替,促进森林植被的恢复。     

天津滨海盐碱湿地土壤种子库特征研究

对天津滨海新区典型盐碱湿地土壤种子库进行了研究。通过选取三个标准样地进行野外调查,采用种子萌发实验确定土壤种子库的活性、种类及数量;对土壤种子库的物种组成和数量、物种多样性指数、相似性指数及时空分布等特征进行分析,结果表明,滨海新区盐碱湿地土壤种子库共有26植物,种子库的密度在6809～30644粒/m2之间;种子库的生态优势度在0.51～0.81之间,多样性指数相对较低,其中Shannon-Wiener指数最高为1.78;土壤种子库与地面植被之间的相似性指数较低,最低为0.21;种子库的垂直分布特征较为明显,其中0～5cm层种子数量最多,种子数量层间差异显著或极显著;此外,还研究了土壤种子库萌发随时间变化的规律,得出其萌发数量随时间变化的曲线,为今后土壤种子库应用于植被恢复提供了参考。     

温度和水分对大兴安岭多年冻土区森林土壤有机碳矿化的影响

温度和水分是影响土壤有机碳矿化的重要因素,而北方高纬度地区对气候变化响应敏感.本文选取大兴安岭多年冻土区落叶松和樟子松两种森林土壤(0～15 cm)为研究对象,通过测定不同温度(5、10和15℃)及水分(设置土壤含水率分别为30%、45%和60%)处理下的土壤有机碳矿化速率,以明确多年冻土区土壤有机碳矿化对不同梯度环境变化及其交互作用的响应.结果表明:研究区土壤累积碳矿化量为0.39～2.29 mg·g~(-1),落叶松林土壤高于樟子松林土壤,且矿化率随着培养时间延长呈先降低后稳定的趋势;土壤有机碳矿化程度随温度升高而显著增加(p0.001),但其对水分的响应因林型而异,落叶松土壤有机碳矿化程度随水分增加而降低,樟子松土壤有机碳矿化程度随水分增加而增加;温度和水分的交互作用对土壤有机碳矿化程度的影响未达到显著水平;土壤有机碳矿化的温度敏感性以土壤含水量为30%的落叶松土壤培养时最低(2.11),以土壤含水量为60%的落叶松土壤培养时最高(2.50),水分和林型对其影响不显著.     

阔叶红松林林隙土壤水分微环境变异特征分析

以小兴安岭阔叶红松林林隙为研究对象,采用地统计学方法对林隙0~20cm(表层)和20~40cm(下层)土壤水分的微环境异质性进行了系统分析。结果表明：①阔叶红松林林隙各层土壤水分生长季内变化规律不同,表层与下层土壤水分差别显著,各层次土壤水分变异程度均属中等变异;②阔叶红松林林隙各层土壤水分在生长季内均表现出不同程度的空间异质性,空间自相关部分的空间异质性在土壤水分总空间异质性中占主要部分;③阔叶红松林林隙内不同层次土壤水分空间分布均以中低等级斑块为主,相对较高等级的斑块仅分布在表层土壤中。     

土壤种子库特征及与地上植被的关系——以福建省三明市杉木人工林为例

以杉阔混交林和杉木人工纯林为研究对象,采用野外调查、取样和室内种子萌发法,研究土壤种子库的物种组成、密度、垂直分布特征及其与地上植被的关系.结果表明：混交林土壤种子库由24科30属的30种植物组成,纯林由20科24属的24种植物组成,种子密度分别为656.94±89.59粒/m²和486.11±77.66粒/m²,物种组成均以草本植物为主.两林分土壤种子库中的种子主要集中于0~2cm和2~5cm土层,占69.0%~75.2%.乔木种子主要分布于凋落物层中,灌木、草本和藤本植物的种子主要分布于0~2cm土壤层中.混交林和纯林土壤种子库与各自地上植被的相似性指数分别为0.40和0.33,整体相似程度较低.总体而言,杉木纯林和杉阔混交林林内种源充足,可满足林下植被更新的需求,混交林林下草本植被的更新潜力大于纯林.杉木种源不是其更新障碍的主要因素,林内较厚的凋落物以及林下较弱的光照可能是主要障碍因素,但尚需进一步研究.     

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.     

长白山自然保护区生态系统碳平衡研究

运用已建立的EPPML生物地球化学循环模型,对1995年长白山自然保护区生态系统的碳平衡状况进行了模拟.模拟结果表明,该保护区植被的年净初级生产力[NPP(碳量)]为1.332×10⁶t·a^-1,以阔叶红松林和云冷杉林最高,分别为0.540×10⁶t·a^-1和0.428×10⁶t·a^-1.这2种林型是长白山面积最大、生产力最高的林型,其生产力的模拟结果对整个保护区的碳循环和碳平衡影响最大,前者的准确性决定了后者的可靠性.总的来说,模拟值不仅在整个保护区不同植被带和气候带的相对比较中是符合常规的,而且在与相当分散的实测数据的绝对比较中也是比较准确的.该保护区的植被具有明显的碳汇功能,主要表现为植被碳量的增长,每年增长约1.058×10⁶t·a^-1.阔叶红松林的年碳量增长最大(0.452 × 10⁶t·a^-1),云冷杉林其次(0.339×10⁶t·a^-1)这2种林型对整个保护区的碳汇功能起着至关重要的决定性作用.其它依次为:长白落叶松林、阔叶林、草甸、灌丛、高山苔原、岳桦林和高山流砾滩草类.1995年该保护区土壤有机质的分解碳量比凋落物碳量高0.169×10⁶t·a^-1,除草灌土壤出现有机质的积累,高山苔原和高山流砾滩土壤有机质的分解与积累处于近似平衡状态外,乔木林下土壤有机质的分解量均为凋落物量的1.5～2.0倍.     

威远江自然保护区思茅松种群的林窗更新研究

在野外考察的基础上,运用径级结构、高度结构的方法对思茅松种群的林窗更新进行研究,研究结果表明：思茅松纯林的林窗更新与灌草层盖度,尤其是草本层盖度密切相关。灌木层盖度的大小影响幼苗的存活,灌木层盖度小,幼苗存活率高。草本层盖度的大小影响种子的萌发,草本层盖度小,种子萌发率高。在针阔混交林林窗中,当常绿阔叶树稀少或土层浅薄时,思茅松更新个体年龄差异大,当常绿阔叶树长势好且密度较大时,思茅松更新个体年龄普遍差异较小。     

中亚热带5种类型森林土壤微生物群落特征

采用PLFA(phospholipid fatty acids,磷脂脂肪酸)分析法研究江西省九连山国家级自然保护区杉木纯林、马尾松纯林、杉木阔叶混交林、马尾松阔叶混交林与天然常绿阔叶林的土壤微生物群落结构特征,探讨植被特征和土壤理化特征对土壤微生物群落的影响. 结果表明:①杉木阔叶混交林土壤细菌、放线菌和总微生物生物量最高,分别为7.77、1.74和18.21 nmol/g,而马尾松纯林均最低. ②针阔混交显著提高了土壤微生物生物量及其丰富度. 土壤微生物生物量及其丰富度均与土壤含水率、w(AN)(AN为有效氮)、w(TC)、w(TN)呈显著正相关(R为0.426~0.701),而与C/N〔w(TC)/w(TN)〕呈显著负相关(R分别为-0.447、-0.518). ③w(AN)对土壤微生物群落结构的解释率达55.8%. 尽管林下灌木、草本层生物量对土壤微生物生物量影响不大,但对微生物群落结构有一定影响,解释率分别为5.5%和6.3%. 灌草层丰富度与土壤微生物生物量及其丰富度呈显著正相关(R为0.369~0.452). 可见,阔叶树种和林下灌草层能够显著影响土壤微生物群落组成.      

华西雨屏区典型人工林对降雨过程中NH_4~+-N和NO_3~--N的过滤作用

氮沉降已成为河流、湖泊及城市等生态系统的主要污染威胁因素之一,森林生态系统能从林冠、地被和土壤自上而下截留过滤大气降雨中的NH+4-N和NO-3-N,是区域大气环境污染生态防治的重要途径.选取华西雨屏区几种典型人工林森林生态系统为研究对象,采用定位监测与室内分析相结合的研究方法,于2011年4—12月对大气降水、穿透雨、树干茎流、地表径流和地下渗滤NH+4-N和NO-3-N的含量与分配进行了研究.结果表明:观测期内40次降雨总雨量为492.72 mm,NH+4-N和NO-3-N的总沉降量分别为13.248 kg·hm-2和16.320 kg·hm-2;3种人工林林冠层对NH+4-N和NO-3-N的过滤能力表现为香樟林混交林柳杉林,而地表和土壤层均表现为混交林香樟林柳杉林;无林地、香樟林、柳杉林和混交林生态系统无机氮截留过滤净输入量分别为19.557、44.079、42.331、64.896 kg·hm-2,对无机氮的综合过滤作用表现为混交林香樟林柳杉林无林地.这些结果说明华西雨屏区合理配置混交林能更加有效地降低大气氮沉降对生态系统的影响.     

国内外土壤种子库研究情况对比分析

摘要：土壤种子库是植被更新和生态恢复的自然来源。对生物多样性维护和植被的演替过程具有重要作用。通过查阅近年来国内外发表的关于土壤种子库的代表性文献,运用文献分析与管理软件EndnoteX3、Refviz和Excel数据处理软件对该领域的国内外研究情况进行了分析。同时,对国内外研究领域的扩展、土壤种子库的鉴别方法、土壤种子库的个体特征及群落结构的变化、土壤种子库的研究内容进行了系统对比,最后提出国内外对土壤种子库研究存在的问题,并就这些问题提出展望,为今后土壤种子库的研究工作提供了参考策略。     

森林类型对土壤表层有机碳空间异质性的影响

对西南山地阔叶林区的天然阔叶混交林、天然次生林和人工柳杉林的土壤表层有机碳（SSOC）进行了测定,并用地统计学理论构建了3种亚热带森林生态系统在小尺度上的SSOC半方差理论模型。结果表明,不同森林生态系统间SSOC含量差异性显著,表现为天然阔叶混交林>天然次生林>人工柳杉林,SSOC含量与土壤含水率、容重、孔隙度和有机质相关性显著;天然阔叶混交林的SSOC空间相关性最强,次生林次之,人工林较弱;天然阔叶混交林SSOC在45°方向上空间变异最明显,天然次生林和人工林在各个方向上的变异均较弱;天然阔叶混交林SSOC的等值线较密,梯度变化急剧,天然次生林次之,人工林等值线稀疏,梯度变化不明显。总之,不同森林类型对SSOC含量和分布有着重要影响。     

冀西北水源涵养区不同类型人工针叶林生态功能差异性评估

人工造林被认为是增加碳汇、保持水土和提高水质最有效的方法之一,造林林种的不同将产生不同的生态效应。通过调研土壤、气象及生态化学计量参数等对CENTURY模型进行本地化,模拟冀西北水源涵养区主要针叶造林树种 [落叶松（dahurian larch）、油松（pinus tabulaeformis）、侧柏（oriental arborvitae）和樟子松（Pinus sylvestris var. mongolical）] 的生态效应,并结合文献数据评价模型拟合精度。模型模拟结果显示：与幼龄林相比,落叶松、油松、侧柏和樟子松中龄林的土壤C、N、P总储量分别增加了3.37%、3.98%、2.84%和1.82%,土壤含水量增加了151.25%、73.62%、41.83%和94.98%。不同林种两个林龄平均蒸发量比较显示,落叶松（338.85 mm）<油松（399.86 mm）<侧柏（400.52 mm）<樟子松（401.82 mm）。落叶松可以作为水源涵养区造林的优选树种。樟子松和落叶松具有较强的N、P吸收能力,建议在农业污染的下游区域推广樟子松和落叶松的种植。