种植花椒对喀斯特石漠化地区土壤有机碳矿化及活性有机碳的影响

以贵州西南部典型石漠化治理示范区内5年、17年、30年生花椒林和乔木林(约60年)土壤为对象,采用室内模拟培养方法研究了0~15、15~30、30~50 cm这3个剖面土壤有机碳的矿化特征及活性有机碳的含量变化.结果表明,30年生花椒林土壤有机碳累计矿化量在各层土壤中均高于对应的乔木林土壤,而5年、17年生花椒林地各层土壤则均低于对应的乔木林土壤,3种花椒林土壤有机碳累计矿化量分配比在各层均高于对应的乔木林土壤.长期种植花椒增加了土壤有机碳的矿化量,降低了土壤有机碳的稳定性.乔木林土壤易氧化有机碳和颗粒有机碳在各层均显著高于对应的3种花椒林土壤(P0.05).随花椒种植年限增加,土壤易氧化有机碳和颗粒有机碳含量在0~15 cm和15~30 cm土层先增加后减少,在30~50cm土层则为先减少后增加.短期花椒种植有利于土壤活性有机碳的增加,长期则降低了0~15 cm和15~30 cm层土壤活性有机碳含量,花椒种植有利于深层(30~50 cm)土壤活性有机碳的积累.     

井冈山重要森林生态系统碳密度对比

采用生物量模型与实际测量相结合的方法,从植被层(包括乔木与林下植被)、枯落层和土壤层(表层1 m)比较了井冈山5种重要森林生态系统碳密度. 结果表明:①森林生态系统平均碳密度为29.047 kg/m2,常绿阔叶林>针阔混交林>人工杉木林>落叶阔叶林>毛竹林;②土壤碳密度平均值为22.453 kg/m2,占森林总碳密度的77.3%,5种森林类型土壤碳密度排序与总碳密度相同,且差异较小;③植被层碳密度差异最大,针阔混交林碳密度最大(12.039 kg/m2),是碳密度最小的落叶阔叶林(1.322 kg/m2)的9.1倍;④乔木层碳密度排序为针阔混交林>常绿阔叶林>人工杉木林>毛竹林>落叶阔叶林,乔木地上碳密度占乔木总碳密度的61.4%(人工杉木林)～75.8%(落叶阔叶林);⑤灌木层总碳密度差异大,常绿阔叶林和落叶阔叶林的灌木总碳密度分别为最大(0.153 kg/m2)和最小(0.027 kg/m2),前者是后者的5.6倍,灌木地上碳密度占灌木总碳密度的78.3%(针阔混交林)～81.0%(常绿阔叶林);⑥草本层总碳密度差异较小,在0.074 kg/m2(人工杉木林)～0.108 kg/m2(毛竹林)之间,地下碳密度略高于地上;⑦枯落层碳密度最低,不同森林类型间枯落层碳密度差异不大,在0.064～0.084 kg/m2之间.      

不同植被恢复模式对土壤有机碳分子结构及其稳定性的影响

为揭示不同植被恢复模式对土壤有机碳分子结构及其稳定性的影响机理,分别在浙江凤阳山国家级自然保护区的石梁岙和凤阳湖设置样地,采用13C核磁共振技术分析常绿阔叶林与杉木林、柳杉林与针阔混交林全土和不同粒级(0~0.5、>0.5~2.0、>2.0~5.0、>5.0 mm)土壤团聚体中有机碳的质量分数及其分子结构特征. 结果表明:①常绿阔叶林0~20 cm层全土w(有机碳)(12.84 g/kg)显著高于杉木林(9.98 g/kg),柳杉林(13.93 g/kg)显著高于针阔混交林(11.54 g/kg) (P<0.05). 不同植被恢复模式下,土壤团聚体w(有机碳)总体上均随着粒径的增大呈降低趋势. ②与杉木林相比,常绿阔叶林全土有机碳中w(烷氧碳)较高,w(烷基碳)、w(芳香碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)则较低,显示常绿阔叶林全土有机碳稳定性较差;与针阔混交林相比,柳杉林全土有机碳中w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)较高,w(烷氧碳)则较低,显示柳杉林全土有机碳稳定性较好. 与0~20 cm层相比,不同植被恢复模式下>20~40 cm层全土w(烷氧碳)均明显降低,w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)均明显升高,有机碳稳定性变好. ③随着粒径的增大,不同植被恢复模式下土壤团聚体的w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)均呈降低趋势,w(烷氧碳)均呈升高趋势,说明团聚体结合的有机碳稳定性逐渐变差. 研究显示,不同植被恢复模式下的不同树种组成是影响土壤有机碳质量分数及其分子结构、稳定性差异的主要因素.      

北京松山国家级自然保护区典型植被类型表层土壤碳密度及周转速率特征

为阐明不同植被类型下表层土壤有机碳的分布特征,本文选取北京松山国家级自然保护区内胡桃楸阔叶林、蒙古栎阔叶林、油松针叶林、针阔叶混交林、灌丛和草甸6种典型植物群落作为研究对象,基于野外调查、采样与实验室分析对不同植被类型下表层土壤有机碳含量、密度及周转速率进行了研究。结果表明：草甸表层土壤有机碳含量和密度最高,分别为188.5 g/kg和10.9 kg/m²,周转速率最低,为0.019 6/a;针阔叶混交林表层土壤有机碳含量和密度最低,分别为68.6 g/kg和5.7 kg/m²,周转速率为0.074 9/a;灌丛表层土壤有机碳周转速率为0.077 4/a。土壤有机碳含量整体上随土壤深度增加而逐渐减少。土壤水分的增加和土壤温度的下降使表层土壤有机碳含量及密度呈上升趋势,而使有机碳周转速率呈下降趋势。土壤有机碳密度随海拔升高呈逐渐上升趋势。海拔通过影响不同植被群落土壤水热条件来影响微生物活动及凋落物的分解,进而影响表层土壤有机碳含量、密度和周转速率。本文为松山国家级自然保护区典型植被类型土壤碳储量和周转研究提供了有效参考。     

缙云山不同林分下土壤有机碳及矿化特征

土壤有机碳库是陆地最大的有机碳储存库,其微弱的变化就能影响大气CO2浓度的显著变化,其中森林土壤碳库约占全球土壤碳库的70%,因此如何实现森林生态系统土壤有机碳库的高效管理成为目前的研究热点.本研究以缙云山5种典型林分:阔叶林、针叶林、针阔叶混交林、竹林及研究区内弃耕15 a的荒草地(对照土壤)为对象,采用矿化培养实验,分析了不同林分的土壤在不同土层(0～20、20～40、40～60、60～100 cm)中的有机碳矿化特征.结果表明,林分类型、培养时长和土层深度均对土壤有机碳矿化速率有显著影响.不同林分土壤有机碳矿化速率均随着土层加深而降低,其中0～20 cm土层的矿化速率[11. 97～25. 12 mg·(kg·d)-1]均显著高于其他土层(P 0. 05),其他土层间矿化速率[4. 79～6. 51mg·(kg·d)-1]无显著性差异. 5种林分的土壤有机碳累积矿化量均随着土层加深而降低,0～20 cm土层中竹林和阔叶林土壤有机碳累积矿化量最高,分别为177. 66 mg·kg~(-1)和120. 38 mg·kg~(-1),随着土层加深在60～100 cm土层中,针叶林累计矿化量最高达到了46. 96 mg·kg~(-1).双库一级动力学方程可以较好地拟合缙云山不同林分下土壤有机碳矿化过程,不同林分下土壤易分解有机碳含量均随土层加深而降低,针叶林土壤矿化能力较强,对难分解有机碳库的利用程度较高,而竹林和阔叶林土壤微生物活性较高,可以有效促进碳循环,提高土壤固碳能力.     

珠江三角洲森林生态系统碳密度分配及其储量动态特征

 在测定植被的含碳率与土壤有机碳含量的基础上,研究了南亚热带珠江三角洲地区森林生态系统碳密度分配及其储量动态.结果表明:植被平均含碳率为35.81%~51.60%,按照生物量加权的含碳率为46.57%~52.45%;土壤有机碳含量及其差异程度为表层最高,随土壤深度增加,有机碳含量及其差异逐渐减小;相同龄级的植被含碳率与土壤含碳量均表现为阔叶林>针阔混交林>针叶林,不同龄级的森林均表现为成龄林>中龄林>幼龄林.植被碳密度与土壤碳密度范围分别为23.58~139.18,55.54~151.16t/hm2,而且土壤分配比例均大于植被分配比例,但土壤分配比例随着龄级的增长呈下降趋势.1989~2003年间,珠江三角洲森林生态系统总体碳储量及其碳密度均呈上升趋势,这说明在改革开放高速发展时期珠江三角洲森林生态系统由于生物量的增加,起到了重要的碳汇功能,而且其碳汇功能正逐步提高.     

贵州省主要森林类型土壤有机碳密度特征及其影响因素

森林土壤有机碳是全球土壤有机碳库的重要组成部分,研究森林土壤有机碳对于减缓大气中CO2浓度持续升高具有重要的意义。本研究采用野外调查和室内分析相结合的方法,以贵州桦木、栎类、柏木、云南松、杉木、马尾松、华山松等7种主要森林类型为主要对象,分析贵州主要森林类型土壤有机碳密度特征,探讨不同植被类型和环境因子对其的影响。结果表明:(1)贵州森林土壤有机碳密度约为180.62Mg/hm2,高于同纬度地区江西省森林土壤平均有机碳密度102.1Mg/hm2,表现出贵州森林土壤具有较高的固碳能力;(2)不同森林类型土壤有机碳密度变化范围为:114.52~388.29Mg/hm2,且差异显著(P0.05)。各种森林类型土壤有机碳密度大小为:华山松林杉木林柏木林栎类林马尾松林桦木林云南松林;(3)不同植被类型下各层土壤有机碳密度大小均以表层土壤为最大,且随土壤深度增加而降低;(4)在立地条件上,贵州森林土壤有机碳密度与海拔显著相关,与坡度、经度、纬度相关关系均不显著。     

南长山岛不同土地利用方式下的土壤有机碳密度

土壤有机碳库是陆地生态系统中重要的碳库之一,以往对海岛生态系统土壤有机碳储量估算及其影响因素的研究较少.因此,本研究在南长山岛实测了不同土地利用方式下表层土壤的有机碳密度,比较了相互之间的差别,分析了与土壤理化性质的相关性.结果表明,南长山岛不同土地利用方式土壤有机碳密度差异显著(p0.01),表现为:针阔混交林刺槐黑松侧柏农田水库沿岸草地果园;森林土壤有机碳密度高于其他类型土壤.森林土壤有机碳密度与坡度(r=-0.459,p=0.085)、海拔相关性不显著.在土壤理化性质中,土壤全氮(r=0.763,p0.01)、有机质(r=0.833,p0.01)含量与森林土壤有机碳密度呈显著正相关.     

基于InVEST模型的北京山区森林生态系统碳储量评估分析

本文基于北京山区遥感影像数据和标准样地调查数据,利用In VEST模型碳储量模块,评估分析了北京山区森林生态系统的碳储量。结果表明,北京山区森林生态系统的平均碳密度为99. 95 Mg/hm~2,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层平均碳密度分别为10. 51、3. 16、0. 86、8. 61、76. 81 Mg/hm~2。植被碳密度与土壤碳密度呈现显著正相关关系,土壤碳密度与凋落物碳密度呈现显著正相关关系。各林分类型平均碳密度表现为落叶针叶林(153. 99 Mg/hm~2)针阔混交林(132. 45Mg/hm~2)落叶阔叶林(125. 10 Mg/hm~2)常绿针叶林(111. 78 Mg/hm~2)灌木林(72. 26 Mg/hm~2)。北京山区森林生态系统总碳储量为77. 41 Tg,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层的碳储量分别为8. 14、2. 45、0. 67、6. 67、59. 48 Tg。各林分类型总碳储量表现为落叶阔叶林(43. 23 Tg)灌木林(25. 90 Tg)常绿针叶林(6. 21 Tg)针阔混交林(1. 42 Tg)落叶针叶林(0. 65 Tg)。落叶阔叶林和灌木林是北京山区森林生态系统碳储量的主要贡献者,分别占55. 84%和33. 46%。在北京山区各个区县中,怀柔区碳储量最高(15. 37 Tg),平谷区碳储量最低(4. 89 Tg)。北京山区森林生态系统碳储量分布不均,总体表现为北京山区北部区县较高,西部区县偏低,中部和东部最低。     

黄土丘陵区刺槐林深层土壤有机碳矿化特征初探

土壤剖面100 cm以下的深层土壤有机碳储量在土壤碳储量中占有很大比例,研究深层土壤有机碳矿化特征以揭示其稳定性,可为深层土壤碳汇认证提供依据.本文以浅层土壤(0～100 cm)为对照,模拟深层土壤温度和水分条件(温度15℃、土壤含水量8%),研究了黄土丘陵区刺槐林深层土壤(100～400 cm)有机碳矿化特征.结果表明:①土壤有机碳总矿化量随着土壤深度增加呈下降趋势,亚深层(100～200 cm)、深层(200～400 cm)有机碳总矿化量分别占浅层(0～100 cm)土壤总矿化量的88.1%和67.8%;②亚深层、深层与浅层土壤有机碳矿化过程相似,分为3个阶段.快速分解阶段:亚深层、深层(0～10 d)的矿化量占总矿化量的比值约为浅层(0～17 d)的50%;缓慢分解阶段:亚深层、深层(11～45 d)的矿化量占总矿化量的比值约为浅层(18～45 d)的150%;相对稳定阶段:3个层次(46～62 d)矿化量占总矿化量的比值无明显差异.③浅层、亚深层、深层土壤有机碳矿化率差异不显著(P>0.05),有机碳稳定性基本一致.研究结果反映了深层土壤有机碳也参与土壤碳循环,在评估黄土丘陵区土壤固碳效应时应充分考虑深层土壤有机碳的变化.     

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.     

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。     

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。     

缙云山不同土地利用方式下土壤植硅体碳的含量特征

植硅体碳是长期封存土壤有机碳的一种形式,对土壤固碳有重要意义.以西南地区常见的6种土地利用方式(针阔叶混交林、竹林、果园、旱地、水田和荒草地)为研究对象,探讨了不同土地利用方式下植硅体碳含量在不同剖面上(0～20、20～40、40～60和60～100 cm)的分布规律,并估算了植硅体碳储量,分析了陆地生态系统碳汇特征.结果表明,在6种土地利用方式中,竹林土壤有机碳和植硅体含量在土壤剖面上的平均值均为最高,分别为16. 75 g·kg-1和59. 66 g·kg-1.在4个土层,竹林土壤植硅体含量均显著高于其他土地利用方式(P 0. 05).对植硅体碳而言,6种土地利用方式下的土壤植硅体碳平均含量变化范围在0. 55～1. 96 g·kg-1,其中竹林各土层的植硅体碳含量都高于其他土地利用方式.竹林土壤植硅体碳总储量(23. 45 t·hm-2)显著高于其他土地利用方式土壤植硅体碳总储量(P 0. 05).统计分析表明,土壤全硅与土壤植硅体、土壤植硅体碳均表现出极显著的正相关关系(P 0. 01).不同土地利用方式下土壤植硅体与植硅体碳的含量总体表现为随着土层深度的增加而下降,存在一定的表层富集现象.     

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.      

喀斯特常绿与落叶阔叶混交林过去50年来的碳循环模拟

通过对Forest-DNDC模型的植被和土壤参数本地化校准,以气象插值数据为输入,模拟了贵州省普定县高原型喀斯特次生常绿与落叶阔叶混交林1965~2014年的土壤、植被和生态系统碳循环特征。结果表明,与冷模拟和实测值相比,参数本地化校准后的模型能更准确地模拟春、秋、冬3个季节的土壤呼吸动态,而模拟的夏季土壤呼吸偏小;但统计检验指出,参数修订后的Forest-DNDC模型能够较好地模拟喀斯特森林土壤呼吸,降低了模拟误差,可用于喀斯特常绿与落叶阔叶混交林碳动态的模拟。进一步分析发现,1965~2014年喀斯特森林的碳通量除模拟早期的前3~4年急剧增加之外,随后总初级生产力(GPP)保持相对稳定,植物呼吸(Rplant)和生态系统呼吸(R_(ecosystem))随着森林发育而增加,土壤呼吸(R_(soil))减少,植被净初级生产力(NPP)呈迅速减小趋势;净生态系统碳交换量(NEE)亦较迅速下降,在2013年达到最低值-0.17 t C/ha,喀斯特森林由碳汇变为弱碳源。相关分析表明,年均温度和年降水对喀斯特常绿与落叶阔叶混交林的GPP和R_(soil)没有显著影响,但却显著影响NPP、R_(plant)、R_(ecosystem)和NEE。