马尾松林下栽植闽粤栲对生态系统养分循环的影响

通过定位监测和取样分析,研究了马尾松林下栽植闽粤栲对生态系统养分循环的影响.结果表明:林木各组分养分含量排列顺序表现为叶>枝>皮>根>干.总体而言,在马尾松林下套种阔叶树后,除N、Ca元素外,各组分其它养分含量普遍高于纯林.土壤养分元素含量排列顺序为K>Mg>Ca>N>P,混交林土壤中N、P元素含量要高于纯林.马尾松混交林中,林木5种元素总量为3 801.45 kg hm-2,比纯林高71.57%;养分元素的年净积累量为267.74 kg hm-2a-1,是纯林养分净积累量的2.30倍;养分总归还量为426.27 kg hm-2,是纯林的1.69倍.混交林养分利用系数为:N(0.14),P(0.10),K(0.49),Ca(0.16),Mg(0.20);周转时间(a)为:N(15.52),P(94.70),K(2.66),Ca(9.87),Mg(7.53).纯林养分利用系数为:N(0.13),P(0.06),K(0.31),Ca(0.16),Mg(0.20);周转时间(a)为:N(16.83),P(105.27),K(3.95),Ca(8.69),Mg(6.91).林下栽植阔叶树使林木的N、P、K元素的周转期缩短,养分利用系数增加.因此,将现有的马尾松纯林改造成混交林是解决目前马尾松纯林地力衰退的一个非常好的途径.     

氮沉降对杉木人工林凋落物叶分解过程中养分释放的影响

凋落物的养分释放是生态系统养分循环的重要组成部分,是维持森林生态系统养分平衡的关键过程。近几十年来,森林生态系统正受到氮沉降增加的影响,开展氮沉降全球化背景下凋落物养分释放的研究,有助于揭示森林养分循环对氮沉降的响应机制。以亚热带有代表性的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林(福建官庄国有林场1992年造林)为研究对象,自2004年1月开始进行氮沉降模拟试验,设置4个氮沉降处理,分别为0(N0)、60(N60)、120(N120)、240(N240)kg·hm~(-2)·a~(-1),采用分解袋法进行原位分解试验,将分解袋随机投放至林地表面,每隔60天取样1次,共持续660 d,探讨凋落物叶在分解过程中养分(P、K、Ca、Mg、Mn、Zn、Fe)的释放动态。结果表明,在模拟氮沉降初期,氮沉降总体上促进了养分元素的释放,相对于N0处理,氮沉降分别使K的周转期缩短22.14%-26.09%,Ca周转期缩短15.31%-34.59%,Mg的周转期缩短5.25%-27.03%,Mn的周转期缩短17.85%-46.80%,Zn的周转期缩短20.51%-33.18%;就P和Fe而言,仅有N_2处理对其表现为促进作用,周转期分别缩短11.02%和26.01%。在各氮沉降水平中,120 kg·hm~(-2)·a~(-1)的施入量对凋落物养分释放作用最显著,说明此时杉木人工林还未达到氮饱和状态,随着时间的推移,当杉木人工林生态系统达到氮饱合时,则有可能对凋落物的养分释放产生不利的影响。     

闽西北马尾松人工林营养元素的积累与分配格局

通过定位监测与取样分析,研究了41 a生马尾松人工林生态系统中的林木、林下植被、地被物及土壤等各组分营养元素含量、积累及分配特征.对林木的养分含量分析显示,除Ca元素外,针叶的养分含量最高,其次是枝、根、皮,树干的养分含量最低.林下植被层的养分含量比较高,其养分含量大小排列顺序为Ca＞N＞K＞Mg＞P;凋落物中各元素的含量与林木养分含量基本一致;土壤中K含量最高,其次是Mg,而Ca、N、P的含量则比较低.通过对林木生产力的分析表明,马尾松的养分年积累量为110.79 kg·hm-2·a-1,其中叶占34.47%,树干占22.56%,皮、枝和根分别占21.43%、10.91%和10.63%.马尾松林生态系统养分总贮量为187864.77 kg hm-2,其中土壤占98.70%,林木占1.18%,林下植被和凋落物养分元素总贮量较低,仅占总贮量的0.12%.     

氮沉降对杉木人工林生长及林下植被碳库的影响

在12年生的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林中开展5年的模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为NO(对照)、N1、N2、N3,N沉降量依次为0、60、120、240 kg·hm-2·a-1,研究氮沉降增加对林木胸径、树高生长及林下植被碳库的影响.在氮沉降试验的前3年,N0、N1、N2、N3处理样地林木平均胸径年增长率分别为3.52%、3.77%、4.32%和4.55%,表明胸径增长随氮沉降水平的增加而增加.各处理样地平均树高年增长率依次为9.95%、10.02%、9.34%和7.99%,说明中-高氮处理(N2、N3)抑制了树高的生长;在氮沉降试验的后2年,各处理样地林木平均胸径年增长率分别为3.65%、4.52%、2.46%和3.55%,树高年增长率分别为7.19%、8.28%、6.41%和6.33%,表明低氮处理(N1)促进了林木的生长,而中-高氮处理在一定程度上抑制了林木生长.各处理样地的林下植被碳储量由大到小的顺序为NO、N1、:N2、N3,与对照相比,N1、N2、N3处理使林下植被碳储量分别降低了0.164.、0.373和0.482 t·hm-2,平均每年减少C 0.041、0.093和0.120 t·hm-2,相当于N1、N2和N3处理使林下植被每年吸存的二氧化碳量减少了0.151、0.342和0.441kg·hm-2.     

陆地生态系统植物和土壤微生物群落多样性对全球变化的响应与适应研究进展

生态系统植物和土壤微生物群落多样性受氮沉降、气候变暖、大气CO_2浓度升高(eCO_2)、极端干旱等全球变化的强烈影响,深入认识和理解全球变化下植物群落-土壤微生物群落的关系对生物多样性保护至关重要。文章综述了陆地生态系统植物和土壤微生物群落多样性对以上4种全球变化单因子和多因子(双因子、三因子及四因子)交互作用的响应与适应规律。主要结论为,(1)氮沉降、气候变暖和极端干旱均改变了植物和土壤微生物的群落组成,呈现降低、增加和无影响3种效应,大多数研究结果是降低效应,例如高氮沉降和长期低水平氮沉降减少了植物多样性,微生物群落多样性的下降幅度随氮沉降时间和量的增加而加强;气候变暖改变了植物的物候,降低了植物多样性,促使土壤微生物群落的演替分异;极端干旱导致植物组成发生了方向性的变化,植物多样性降低并促进盐生植物的生长,土壤微生物量和活性降低并促使转向渗透胁迫型策略。(2)eCO_2增加促进植物光合作用从而刺激植物的生长,对植物多样性的影响取决于资源可利用性,一般增加根际细菌和土壤真菌的相对丰度以加快土壤的碳源利用。(3)全球变化多因子交互作用下植物-土壤微生物群落多样性的关联效应主要为协同、累加、抵消或非加性等,其中氮沉降×气候变暖为累加;氮沉降×eCO_2对植物生物量的影响为协同增效,而对植物群落可能是相反或抵消;气候变暖×eCO_2对土壤微生物群落为累加;三因子和四因子交互作用对植物和土壤微生物群落为非加性,较难预测。最后指出当前的研究不足和今后的发展方向:(1)加大不同时空尺度的植物和土壤微生物群落研究;(2)精确全球变化多因子交互作用对植物和土壤微生物群落多样性影响的估算。     

连续年龄序列桉树人工林土壤微量元素含量及其影响因素

对连续年龄序列(2 a、3 a、4 a、5 a、6 a)桉树人工林土壤三种微量元素(Fe、Mn、Zn)的含量及其影响因素进行了分析,探讨了土壤微量元素含量随林分年龄的变化规律.土壤养分之间的相关性分析表明,所有年龄阶段的桉树人工林中土壤Fe、Mn、Zn含量与土壤pH值之间呈极显著的正相关,说明土壤微量元素含量强烈受土壤酸度的影响.土壤三种微量元素含量与土壤全K、全ca、全Mg等大量养分元素含量之间均存在显著或极显著的正相关,而与土壤有机C、全N、全P的相关性不明显(0～20 cm表层土壤的Zn除外).总的来说,土壤微量元素含量随桉树人工林年龄的增加呈下降趋势,其中6 a生桉树人工林各土壤层(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)的Fe、Mn、Zn含量分别比2a生林分下降13.7%～21.8%、55.6%～57.2%和71.0%～73.2%.在当前桉树人工林种植方式下,随着林分年龄的增加,应增施有机、无机肥和Fe、Mn、Zn等微量元素肥料,以有效控制土壤地力衰退和实现桉树人工林可持续经营.     

连续年龄序列尾巨桉人工林养分循环

为探究尾巨桉乔木层养分随林龄变化的趋势,对闽南山区连续年龄序列(2年、3年、4年、5年、6年)尾巨桉(Eucalyptus urophylly×E.grandis)人工林乔木层的养分积累、分配和循环特征进行了研究.结果表明:(1)尾巨桉各组分中氮(N)的含量最高,其次是钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg),最低的为磷(P).(2)尾巨桉养分贮量随林龄增长而增加,各林龄5种养分元素的总贮量依次为753.26、882.07、1 010.22、1 087.51、1 704.79 kg hm-2,其中树干的养分贮量最大,枝的贮量最小.(3)各年龄段人工林对5种养分元素的年净积累量分别为383.37、392.25、424.21、400.89、505.36 kghm-2a-1.(4)各林分养分年吸收量随林龄增加而增加,而养分归还量则呈相反趋势.(5)林分对营养元素的利用系数分别为0.51、0.44、0.42、0.37、0.30,随林龄增加而逐渐减小;循环系数分别为0.18、0.19、0.24、0.24、0.16;周转时间分别为8.76、9.75、7.58、9.39、17.47年.因此,尾巨桉在生长初期对养分的利用效率较小,中期归还给林地的养分多,到了后期对养分利用增加的同时,归还速率也变小,容易引起林地养分的匮乏,在尾巨桉生长初期和后期中应通过施肥、增加林下植被种类和数量来维持林地地力.     

连续年龄序列桉树人工林碳库

随着桉树人工林栽培面积的扩大,桉树人工林对生物多样性与土壤过程的影响,引发学术界的广泛讨论,更值得关注是的短论轮伐期桉树人工林对森林碳汇增加的贡献缺乏定量化的评估。因此,要合理评价桉树人工林对于生态系统碳吸存的影响,开展野外定位研究十分必要。正是基于这种考虑,项目组对闽南山区连续年龄序列(2a、3a、4a、5a、6a)的尾巨桉人工林碳库进行了分析,以空间替代时间的方法探讨了桉树人工林生长发育过程中的碳库动态,以期对桉树人工林可持续发展提供理论指导。研究结果显示:连续年龄序列桉树人工林生态系统碳库总量分别为152.88、199.97、241.67、221.94和210.95t·hm-2,表现为先期随年龄增加而增加,4年生后则出现下降趋势。其中乔木层C储量次为20.49、32.57、41.86、49.84和83.16 t·hm-2,占总贮量的13.54%～30.09%;林下植被C贮量分别为2.24、2.97、2.46、1.76和4.01 t·hm-2,占3.39%～9.74%;地被物C贮量分别为1.76、2.49、1.44、2.19和6.43 t·hm-2,占0.60%～3.05%;土壤C贮量所占比例最大(56.96%～84.17%),且主要分布在0-40 cm土层。各年龄段桉树人工林生态系统净初级生产力分别为22.86、26.07、32.64、32.71和46.69 t·hm-2.a-1,年固C量分别为10.37、11.72、14.98、15.02和21.51 t·hm-2.a-1,表现为固碳能力随林龄的增大而增大。由此可见,大力发展集约经营的桉树人工林,是解决大气中CO2浓度升高,缓解温室效应潜在的重要途径之一。     

杉木人工林针叶养分含量对模拟氮沉降增加的响应

由于人类活动加剧,世界许多地区的大气氮沉降出现明显的增加,对森林植物和土壤产生明显影响.在福建沙县,通过野外模拟试验研究了杉木人工林针叶养分含量对氮沉降增加的响应.试验设计为4种处理,分别为NO (N,0kg hm-2 a-1,对照)、N1(N,60 kg hm-2a-1)、N2(N,120 kg hm-2a-1)和N3(N,240 kg hm-2a-1),每处理重复3次.通过3a监测发现,相对于NO处理,N1、N2和N3处理分别使杉木针叶平均N含量增加18.25%、11.68%和13.14%,而C/N比值分别下降15.07%、9.96%和12.01%.尽管养分含量随时间变化表现出一定的波动,但氮沉降增加在一定程度上降低了针叶中的P、K、Ca、Mg含量,致使N/P、N/K、N/Ca、N/Mg比值上升,影响了针叶的养分平衡.图2表1参33     

模拟氮沉降对土壤酸化和土壤盐基离子含量的影响

在温室内对1年生盆栽杉木幼苗进行模拟试验,以研究氮沉降对土壤酸化和土壤盐基离子含量的影响.以NH4NO3为外加氮源,设置5种处理,分别为N0(对照,0 g m-2 a-1,以N计,下同)、N1(6 g m-2 a-1)、N2(12 g m-2 a-1)、N3(24 g m-2 a-1)和N4(48 g m-2 a-1),每处理重复6次.经过18个月的处理后,对盆栽土壤进行取样分析.结果显示,随着氮沉降量的增加,土壤pH值逐渐下降,而土壤交换性酸度和交换性Al3+则不断增加.经N1、N2、N3和N4处理后,土壤交换性盐基总量分别下降6.29%、8.94%、10.07%和10.38%,土壤阳离子交换量分别下降5.07%、7.27%、8.53%和8.83%.随氮沉降量的增加,土壤NH4+-N、NO3--N含量逐渐增加.低氮处理(N1、N2)使土壤交换性K+、Ca2+、Mg2+含量增加,而高氮处理(N3、N4)则呈相反趋势.氮沉降由于增加了土壤活性氮的含量,加速了土壤酸化,从而导致了盐基离子的淋失.图3表3参41