川西亚高山不同森林类型土壤酶活性对短期凋落物输入量变化的响应

凋落物输入是生态系统物质循环和能量流动的重要环节,在维持亚高山森林的"自肥"机制及生态系统结构和功能等方面具有不可替代的作用.为进一步了解川西亚高山森林土壤物质循环过程,以该地区典型森林为对象,通过进行凋落物输入控制试验,研究3种森林类型(阔叶林、针阔混交林和针叶林)不同时期(添加时间)凋落物输入变化对土壤碳(C)、氮...     

川西亚高山针叶林凋落物对土壤理化性质的影响

研究了川西地区亚高山人工云杉林及天然林凋落物变化及其对土壤理化性质的影响.结果表明30 a人工云杉林、40 a人工云杉林及次生林和原始林年凋落量分别为2.67×103 kg hm-2、4.38×103 kg hm-2、4.27×103 kg hm-2和4.77×103 kg hm-2,枯枝落叶层贮量分别为3.19×104 kg hm-2、3.64×104 kg hm-2、1.42×105 kg hm-2和1.45×105 kg hm-2,通过凋落物归还土壤的营养元素(N、P、K、Ca和Mg)的年归还总量依次为82.01 kg hm-2、129.04 kg hm-2、130.57 kg hm-2、170.55 kg hm-2,凋落物年失重率分别为24.35%、22.87%、36.96%和32.23%,人工林凋落物分解一半所需时间约为2.5 a,天然林约为1.6 a.各样地土壤含水量、孔隙度和养分含量大致表现为次生林≈原始林>30 a人工林>40 a人工林.森林年凋落量、枯枝落叶层贮量、养分归还量和年失重率与土壤自然含水率、有机质、N、P、K的含量呈正相关,与土壤容重呈负相关.人工云杉林生态功能的恢复滞后于次生林,凋落物分解缓慢是影响该地区土壤水分和养分状况的重要因素.人工云杉林进入旺盛生长期后,凋落量增加,养分归还量增大,此时期森林对土壤肥力有较高的补给潜力;但凋落物分解过缓,大量养分元素累积于枯枝落叶层,不能及时进入土壤,造成土壤理化性质状况较差.图1 表6 参18     

川西亚高山森林不同演替阶段植物凋落物添加对白桦幼苗生长的影响

凋落物分解释放的化学成分会对植物生长产生促进或抑制作用.以往研究主要关注同一植物群落中的凋落物对幼苗更新的影响,不同演替阶段(草地、灌丛、针阔混交林、针叶林)植物物种能与先锋树种短期共存,为了解其产生的凋落物对先锋树种生长的影响研究,选择川西亚高山森林各演替阶段4种代表性植物凋落物进行凋落物添加盆栽模拟实验,研究凋落物...     

川西亚高山森林土壤有机层碳、氮、磷储量特征

同步研究了川西亚高山云杉林、冷杉林和白桦林生态系统土壤有机层(OL)和矿质层(MS)的有机碳、全氮及全磷储量特征.所有土壤剖面上的有机碳和易氧化有机碳含量均随土壤深度增加而降低,即未分解层<半分解层<完全分解层<腐殖质层<淀积层<母质层.云杉林、冷杉林和白桦林土壤有机层的有机碳储量分别为29.38(±1.28)thm-2、22.70(±1.20)thm-2和8.63(±0.95)thm-2,矿质土壤中分别为17.84(±1.92)thm-2、19.74(±1.76)thm-2和14.92(±1.64)thm-2.冷杉林和白桦林土壤剖面上的全氮和全磷含量大小顺序为半分解层<完全分解层<腐殖质层,但腐殖质层>淀积层>母质层.云杉林、冷杉林、白桦林土壤有机层的全氮储量分别为0.85(±0.11)thm-2、0.68(±0.06)thm-2和(0.36±0.03)thm-2,全磷储量分别为0.29(±0.03)thm-2、0.22(±0.03)thm-2和0.06(±0.02)thm-2.图2表2参22     

粤北亚热带山地森林土壤有机碳沿海拔梯度的变化

选择位于南岭国家级自然保护区的广东第一峰——石坑崆,从海拔300 m起到山顶部1 900 m范围,每隔100 m高程设置1条10 m×120 m的样带,共17条样带,研究土壤有机碳含量沿海拔梯度的变化规律及其与植被类型和凋落物层厚度的关系。结果表明,0～20 cm和>20～40 cm土层有机碳含量均随海拔梯度变化呈极显著差异(P<0.001),并随林分类型不同而呈高度显著差异(P<0.01),土壤有机碳含量总体上呈随海拔上升而升高的变化趋势。凋落物层厚度仅对0～20 cm土层有机碳含量有显著影响(P<0.05)。可见,海拔梯度变化是影响土壤有机碳含量的综合和主导因素,而最表层土壤有机碳含量还易受林分因子的影响,这些因子反映了土地利用变化及自然保护历史。该研究结果提示,减少人类活动的干扰和保持林地适合的凋落物层厚度有助于增加森林生态系统的碳储量。     

基于Meta分析的土壤呼吸对凋落物输入的响应

凋落物输入是影响土壤呼吸的一个重要因素,然而从国内外目前研究结果来看,土壤呼吸响应凋落物输入的影响因素尚不清楚。利用国内外已发表的30篇研究论文共1393对有效数据,通过Meta分析,从凋落物管理措施、气候、植被、地形、土壤理化性质等因素揭示凋落物输入对土壤呼吸的影响程度。研究发现:与清除凋落物处理相比较而言,(1)凋落物输入后显著增加了土壤呼吸,且土壤呼吸的增加程度呈现出倍增凋落物处理是自然凋落物处理的1.33倍;(2)不同气候条件下的土壤呼吸增加程度呈现出强降雨(>1000 mm)是微弱降雨(<1000 mm)的1.34倍,以及高温气候(>20℃)是低温气候(<20℃)的1.7倍;(3)土壤呼吸的增加程度在不同植被带下呈现出针叶林带(34.1%)>阔叶林带(28%)>混交林带(22%)>草地(17.3%)的趋势;(4)不同海拔梯度条件下土壤呼吸的增加程度呈现出高海拔(59.6%)>中海拔(34.2%)>低海拔(26.7%)的趋势;(5)不同土壤理化性质条件下的土壤呼吸增量呈现出低容重(77.5%)分别是中容重(26.9%)和高容重(18.0%)的2.9倍和4.3倍,同时中性土壤(79.6%)的呼吸增量远远大于酸性(28.2%)和碱性(24.1%)土壤的呼吸增量,以及高土壤碳氮比(81.2%)的土壤呼吸增量远远大于低土壤碳氮比(19.4%)和中土壤碳氮比(29.6%)的土壤呼吸增量。由此可见,凋落物输入后会导致土壤呼吸的显著增加,但是不同气候、不同植被、不同地形、不同土壤理化性质等条件下其土壤呼吸增加的幅度不同。     

“非正常”凋落物对冰雪灾后南岭森林土壤有机碳的影响

2008年初,一场百年罕见的冰雪灾害袭击了我国南方地区,对南方19个省（区）的林区,相当中国森林面积的13%（1.86×107 hm2）的森林植被遭受整体性、毁灭性破坏,导致的大量“非正常”凋落物必将对森林土壤碳循环产生深远影响。本研究以广东乐昌杨东山十二度水省级自然保护区不同海拔梯度上受灾的常绿阔叶混交林3种森林群落为研究对象,采用去除冰雪灾害导致的“非正常”凋落物与受损林地进行对照试验,对冰雪灾害所导致“非正常”凋落物对土壤碳的影响进行了研究。研究结果表明：灾后3种森林群落中不同深度土壤的有机碳质量分数和储量持续增加,同一深度土壤有机碳质量分数和碳储量在不同年份之间差异显著。直至2011年“非正常”凋落物分解完毕时,10~50 cm的土壤有机碳质量分数与上一年相比有减少趋势;0~10 cm的土壤有机碳质量分数稍比2010年高,但变化差异不显著(p=0.36),说明在“非正常”凋落物分解结束后土壤有机碳质量分数有减小的趋势,致使土壤碳储量下降。去除“非正常”凋落物样地与对照样地相比,各土壤深度的土壤有机碳质量分数明显下降,年平均下降百分比例变化范围为12.14%~55.34%,0~10 cm和10~30 cm土壤的有机碳质量分数下降变化波动幅度要比30~50 cm大;不同深度土壤有机碳质量分数与凋落物有机碳失质量间具有显著的线性相关性。可见,冰雪灾害导致的“非正常”凋落物对土壤有机碳质量分数和储量都有十分显著的影响,“非正常”凋落物的分解输入能显著提高土壤有机碳质量分数和储量。     

活性有机碳含量在凋落物分解过程中的作用

土壤凋落物的分解不仅是生态系统养分循环的重要环节,也是生态系统碳释放源之一。将呼伦贝尔森林草原过渡带的草原凋落物、白桦林凋落物、落松林凋落物分别添加在棕色针叶林土里进行恒温培养,探讨了不同凋落物类型有机碳分解速率差异及其影响因子。结果表明:不同凋落物的有机碳矿化速率和矿化累积总量在分解初期不一致,但由高到低的次序均为:草原凋落物→白桦林凋落物→落叶松林凋落物,40d的有机碳矿化累积量分别为76.53、47.42、20.56mg/g。这主要与凋落物的化学性质有关,主要决定于凋落物中易被微生物分解的热水溶性有机碳含量和易分解有机物含量,而与凋落物的总有机碳含量、全氮含量、w(C)/w(N)比等关系不明显。     

林窗对川西亚高山6种植物凋落叶纤维素降解的影响

凋落物纤维素降解是森林生态系统碳循环的关键过程,其可能受到林窗直接或间接的影响.采用凋落物分解袋法,通过3年连续监测,研究川西亚高山6种常见木本植物凋落叶(岷江冷杉、红桦、四川红杉、方枝柏、康定柳和高山杜鹃)在不同林冠环境下(林窗中心、林缘林窗、扩展林窗和郁闭林下)冬季和生长季纤维素降解特征.结果显示:川西亚高山6种凋...     

川西地区7种常见彩叶树种凋落物分解

凋落物分解是森林土壤碳和养分的重要来源.彩叶林为川西地区重要的生态系统类型之一,为探索川西地区常见彩叶树种凋落物分解速率与养分释放,采用尼龙分解袋法研究常见彩叶物种葛罗枫(Acer grosseri)、落叶松(Larix kaempferi)、青榨槭(Acer davidii)、元宝枫(Acer truncatum)、...     

川西亚高山/高山森林土壤微生物对季节性冻融的响应

通过研究川西亚高山/高山森林矿质土壤层微生物群落丰度和结构在季节性冻融期间的变化,可为深入认识亚高山/高山森林冬季土壤生态过程提供理论依据.于2009年8月至2010年8月,在植物生长季节、土壤冻结阶段(包括土壤冻结期和土壤深冻期)和土壤融化阶段(包括土壤融冻期和土壤融化后期),采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和实时定量PCR技术同步研究不同海拔冷杉次生林(3 023 m)、天然混交林(3 298 m)和岷江冷杉原始林(3 582 m)矿质土壤层微生物类群的变化特征.结果显示,随着土壤冻结的开始,土壤细菌数量显著降低(P<0.05),而在随后的融化过程中又显著升高;土壤真菌数量具有和细菌数量相似的变化趋势,在融化阶段显著升高;土壤古菌数量在土壤冻结阶段得到升高,表现出与细菌数量相反的变化趋势.并且,Shannon-Wiener指数(H)随森林类群的变化而变化,在土壤冻结阶段,细菌H主要表现为3 582 m处<3 298 m处<3 023 m处,古菌H表现为3 298 m处<3 023 m处<3582 m处,真菌H表现为3 023 m处<3 582 m处<3 298 m处;而在土壤融化阶段3种菌落的H均表现为3 582 m处<3 023m处<3 298 m处.综上,季节性冻融期间强烈的环境变化极大地影响了土壤微生物群落的数量和结构,但不同微生物类群在不同海拔表现出一定的差异.     

川西亚高山3种典型森林土壤氮矿化特征

采用室内培养法对川西亚高山3个典型森林群落(天然林、云杉人工林和桦木次生林)有机层和矿质层土壤铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)积累量及净氮矿化速率进行测定.结果表明:培养4周后,天然林、云杉人工林和桦木次生林土壤有机层铵态氮含量分别增加356.85%、258.33%和176.81%,硝态氮含量分别增加872.92%、326.25%和120.32%,净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率总体表现为天然林桦木次生林云杉人工林.方差分析表明,森林类型和土壤层次及其交互作用对土壤无机氮积累量和矿化速率均有显著影响.土壤净氮矿化速率和土壤初始化学性质之间存在显著相关关系.综上所述,森林转化显著影响川西亚高山森林土壤氮矿化潜力,主要体现在土壤有机层;川西亚高山土壤净氮矿化速率在很大程度上受控于底物数量和质量.     

川西亚高山针叶林人工恢复过程的土壤性性质变化

研究川西岷江上游高山针叶林区不同年龄阶段的人工云杉林地凋落物及其养分贮量和土壤养分及主要理化性质的变化趋势,结果表明：（1）人工云杉林的凋落物及其氮、磷、钾贮量、以60年代抚育成熟林最高,40年代抚育成熟林大幅度下降,分别下降34．1％及49．8％,70．5％,46．7％;（2）人工云杉林地表土的有机质、全氮、全磷随林龄的增加而降低,据典型土壤剖面资料,40年代比60年代抚育林土壤分别降低72．4％,78．6％,42．2％;（3）相应于土壤有机质的变化,与60年代人工云杉成熟林相比,40年代成熟林土壤的自然含水量、总孔工、保肥力（CEC）和交换性盐某养分等均明显降低,表现出肥力退化的趋势,因此,当人工云杉林达到成熟林后,后采取诸如适当间伐等措施,以改善林地生态条件,避免土壤肥力退化,图4表6参11。     

川西亚高山、高山森林土壤微生物生物量和酶活性动态特征

为深入了解川西亚高山/高山森林冬季生态学过程,于2008年11月─2009年10月,在土壤冻结初期、冻结期和融化期及植被生长季节,研究了不同海拔岷江冷杉林（Abies faxoniana）土壤微生物生物量和酶活性动态。各海拔森林土壤在冬季维持着较高的微生物生物量含量和酶活性,并随土壤冻融过程不断变化。土壤有机层和矿质土壤层冬季微生物生物量碳和氮含量及转化酶和尿酶活性均表现出受冻结初期土壤冻融循环影响显著降低,在冻结期变化不明显,在融化期急剧增加至融化后显著降低的趋势,且土壤有机层微生物生物量含量和酶活性在融化期具有一个明显的年高峰值。海拔变化显著影响了土壤酶活性,但对土壤微生物生物量不显著。土壤温度与土壤微生物生物量含量相关显著。这表明季节性冻融期是土壤生态过程的重要时期,土壤冻融格局显著影响川西亚高山/高山森林土壤微生物生物量和酶活性动态。     

川西亚高山/高山森林凋落物分解过程中土壤动物群落结构及其多样性动态

为进一步了解土壤动物对高寒森林凋落物分解的影响,于2011年11月至2012年10月在凋落物分解的不同时期即冻结前期、冻结期、融化期、生长季节初期、生长季节中期以及生长季节末期,采用凋落物分解袋法,研究了川西亚高山/高山森林代表性物种康定柳(Salix paraplesia)、方枝柏(Sabina saltuaria)、红桦(Betula albosinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落物中土壤动物的群落结构及其多样性动态.结果显示:(1)共捕获土壤动物7 082只,隶属2门9纲15目57科(类),不同物种凋落物中土壤动物捕获量差异显著,依次为岷江冷杉(36.01%)红桦(29.19%)康定柳(19.59%)方枝柏(15.21%).(2)冻融季节土壤动物捕获量显著小于生长季节,但仍占到总捕获量的17.69%.(3)凋落物分解的不同时期,土壤动物优势类群差异显著,但主要以弹尾目和甲螨亚目为主.(4)土壤动物功能类群以菌食性(64.17%)最多,其次是捕食性(23.89%),植食性(8.94%)次之,腐食性(3.00%)最少.(5)土壤动物多样性受温、湿度影响显著,其Shannon-Wiener多样性指数与水热条件变化趋于一致.这些结果表明凋落物质量及水热条件综合作用于川西亚高山/高山森林凋落物分解过程中土壤动物群落结构及其多样性.     

不同粒径土壤活性有机碳测定方法的探讨

选择不同肥力的沙质栗钙土、潮褐土和草甸栗钙土三种土壤.采用干筛法对其进行处理,获得四种不同粒级的土壤,分别为:<0.15 mm、0.15～0.25 mm、0.25～0.50 mm和0.5～1.0 mm,用目前最常用的两种化学方法分别对不同粒级土壤活性有机碳进行了测定.结果表明:不同粒级土壤活性有机碳含量差异显著(P<0.05),并且土壤活性有机碳含量随粒级增大而降低,其大小顺次为:小于0.15 mm土壤>0.15～o.25mm土壤>0.25～o.5 mm土壤>0.5～1.0mm土壤;与KMnO4氧化法相比,0.2 mol·L-1(1/6K2Cr2O7-1:3H2SO4)氧化,130～140℃油浴煮沸5 min测定土壤活性有机碳的方法结果稳定,重现性好,变异系数小,且时间短,适宜大批土壤样品活性有机碳的测定.     

模拟雪被变化对红桦和四川红杉凋落叶碳氮磷释放动态的影响

凋落叶碳和养分的归还是森林生态系统物质循环的重要环节,且可能受到气候变暖所引发雪被格局变化的影响.通过野外雪被控制（雪被减少和雪被去除）和凋落物分解实验,探究亚高山森林落叶树种红桦（Betula albosinensis Burkill）和四川红杉（Larix mastersiana Rehder&E.H.Wilson）凋落叶分解过程中碳（C）、氮（N）、磷（P）释放动态在各关键时期（雪被形成期、覆盖期、融化期和生长季）对雪被变化的响应.结果表明：红桦和四川红杉凋落叶在分解第一年呈现C释放和N、P累积,其中,C含量减少了8.7%-11.5%,N、P含量分别增加了25.0%-36.4%和21.2%-43.4%.分解一年后,相较于自然雪被,凋落叶C在雪被减少和去除条件下释放更快,而N、P累积更少.不同物种凋落叶在分解过程中表现出不同趋势,红桦凋落叶N、P在冬季即开始呈现富集,而四川红杉N、P的富集延后发生在生长季.另外,混合线性模型和相关性分析结果表明雪被、分解时期、物种及三者之间的交互作用显著影响了凋落叶C、N、P的变化,其释放率与日均温显著相关,且N释放率与凋落叶初始质量显著相...     

纳版河流域土地利用方式对土壤总有机碳以及活性有机碳的影响

近年来,不同土地利用方式下的土壤碳循环备受关注。土壤活性有机碳变化可以作为土壤碳变化的指示指标。文章以自然林、玉米地、水稻田、不同种植年限橡胶林土壤为研究对象,探讨了纳版河流域土地利用方式的改变对土壤总有机碳(TOC)、土壤微生物量碳(SMBC)、土壤可溶性总碳(DOC)、土壤易氧化碳(ROC)以及土壤颗粒有机碳(POC)在土壤中的质量分数及其分配比例的影响。结果显示:较之自然林(ck),玉米地的TOC、SMBC、DOC、ROC以及POC质量分数分别显著下降了35.04%、42.86%、42.33%、34.39%以及45.91%(P<0.05);水稻田的TOC、SMBC、DOC、ROC以及POC质量分数分别显著下降了38.46%、57.90%、58.56%、27.14%以及39.94%;1、5、10、15、20 a以及25 a橡胶林TOC以及SMBC质量分数均显著降低,TOC质量分数降幅分别为29.05%、24.78%、20.08%、20.08%、23.07%以及34.18%,SMBC质量分数降幅分别为53.44%、43.17%、66.68%、23.84%、30.96%以及27.25%;1、5、10 a以及15 a橡胶林DOC质量分数分别显著下降了47.24%、27.91%、71.35%以及21.77%;一年以及五年橡胶林ROC质量分数分别显著下降14.35%和22.81%;1、5、10、15、20 a以及25 a橡胶林POC质量分数分别显著下降了29.39%、38.54%、22.48%、22.42%以及23.71%;水稻田、1、5 a以及10 a橡胶林SMBC的分配比例显著降低了31.36%、34.16%、24.20%以及58.18%;水稻田、玉米地、1 a、5 a橡胶林DOC的分配比例显著降低了32.92%、11.55%、25.91%以及64.28%;玉米地以及5 a橡胶林POC的分配比例显著降低了16.74%以及18.29%。相关和回归分析表明:TOC与POC之间呈显著(P<0.05)正相关关系;SMBC与DOC之间呈极显著(P<0.01)正相关;ROC与POC之间极显著正相关;SMBC以及DOC均与土壤pH呈极显著的负相关关系;TOC、ROC以及POC均与土壤表层5 cm平均温度呈极显著负相关关系。土地利用方式由自然林向农用地(玉米地和水稻田)和橡胶林的转变降低了土壤的碳汇功能。     

川西亚高山3种森林土壤碳氮磷及微生物生物量特征

以空间代替时间的方法,对川西亚高山天然针叶林、桦木次生林、人工云杉林有机层和矿质层土壤碳、氮、磷化学计量以及土壤微生物生物量和呼吸进行比较分析.结果表明,天然针叶林转化为次生林和人工林,土壤有机层碳、氮、磷,微生物生物量碳、氮含量及微生物呼吸均显著下降,其中微生物生物量碳依次为天然林(727.98 mg/kg)次生林(554.56 mg/kg)人工林(239.83 mg/kg),微生物生物量氮为天然林(72.56 mg/kg)次生林(50.42 mg/kg)人工林(20.78 mg/kg),而矿质层各测定变量在3个森林群落之间差异基本不显著.各森林群落有机层土壤碳、氮、磷,微生物生物量及呼吸均显著高于矿质层,而碳氮比和微生物生物量碳氮比在土壤层次之间差异不大.相关分析表明,土壤碳、氮、磷及化学计量比及微生物变量之间存在显著相关关系.综上所述,森林转换显著影响川西亚高山土壤碳、氮、磷化学计量及微生物生物量,且影响主要体现在土壤有机层.     

土地利用对湿地土壤活性有机碳的影响研究进展

湿地生态系统土壤碳库的周转及碳源/汇过程对全球气候变化起着极其重要的作用,而土壤碳库中的活性碳组分对环境因子变化响应最为敏感,湿地土壤活性有机碳在湿地土壤碳、氮、磷等养分元素的生物地球化学循环方面起着十分重要的作用。不同的土地利用方式对湿地土壤活性有机碳组分的特征分布影响显著,综述了土壤活性有机碳内涵、组分及土地利用方式变化对湿地土壤活性有机碳多种组分的影响研究进展,展望不同土地利用方式下湿地土壤活性碳库的未来研究方向,并提出今后应加强不同土地利用方式下湿地生态系统土壤活性碳库与土壤微生物及土壤酶活性的关系研究,以期为评估湿地生态系统碳源/汇功能提供理论基础。