川西高寒森林溪流好氧不产氧光合细菌多样性

为了探明好氧不产氧光合菌(AAPB)在川西高寒森林溪流极端环境中的生态分布和群落结构及其环境影响因子,本实验结合同步温度动态和水环境特征监测,采用实时荧光定量PCR和克隆文库的方法,检测了川西高寒森林溪流季节性冻融循环3个关键时期(冻结前期、深冻期和融化期)AAPB的丰度和多样性变化及其与环境因子之间的相关性.结果表明:AAPB丰度在冻结前期非常低,仅(2.80±0.19)×10~4bp/mL;深冻期迅速增加到(4.65±0.30)×10~4bp/mL;融化期达到(5.79±0.19)×104~bp/mL.系统发育分析显示,冻结前期AAPB类群主要为α-变形菌纲细菌;而深冻期和融化期以β-变形菌纲细菌占据主要地位.相关性分析表明,在季节性冻融循环过程中,叶绿素a、可溶性有机碳和温度是AAPB菌群丰度和多样性的主要影响因子.实验结果表明冬季的川西高寒森林溪流中,AAPB类群的丰度低,但是它们高度动态变化,并且与其他淡水环境中的该类群的同源性低.     

长江上游高山森林小溪流磷输出及其汇流特征

长江上游水源涵养地高山森林溪流磷输出不仅是森林生态系统磷输出的主要形式,而且与下游水域环境密切相关,但对此人们一直缺乏必要的关注.因此,为了解森林溪流磷的最大输出潜力,于2013年8月中旬溪流流量较大的季节,调查了海拔3600~3700 m的高山森林18条溪流的磷输出及其从源头到尽头的变化特征.结果表明:在所选样地内,溪流中总磷储量为8120.1 mg,单位水体面积储量为5.4 mg·m-2,单位水体面积总输出量为150.3 kg·km-2·d-1,单位集水区面积总输出量为0.2 kg·km-2·d-1,集水区潜在年输出总量约为67.7 kg·km-2.溪流中总磷含量维持在检出限0.01~0.6 mg·L-1之间,所有溪流上游总磷含量和储量均明显高于下游;溪流尽头总磷储量仅为源头总储量的29.2%,尽头平均浓度为源头平均浓度的30.9%.这些结果表明,高山森林溪流具有明显的磷输出特征,但从源头到尽头的汇流过程中,溪流水体能显著降低总磷含量及储量,表现出明显的自净能力,这也是高山森林生态系统养分传输纽带的重要体现.     

长期地上凋落物处理和氮添加对油松-辽东栎混交林表层土壤碳氮组分的影响

气候变化引起的土壤碳源和氮源输入变化对森林生态系统碳、氮动态有潜在的重要影响.了解不同团聚体和化学成分的碳、氮组分对碳源和氮源输入的响应,对进一步揭示和预测未来气候变化下土壤碳、氮的响应特征具有重要意义.为了探究土壤不同碳、氮组分及其计量比对土壤碳源和氮源输入变化的响应特征,本研究基于在温带油松-辽东栎混交林样地建立的长期（8年）地上凋落物处理和氮添加实验,测定和分析了土壤不同团聚体碳、氮组分、可溶性碳、氮组分和微生物生物量碳、氮等指标.结果表明：长期叶凋落物加倍和混合凋落物加倍（含枝、叶和球果）均显著增加了土壤总有机碳、全氮、可溶性碳、活性碳及大团聚体（250~2000 μm）和微团聚体（53~250 μm）碳、氮组分的含量;氮添加显著增加了土壤总有机碳、全氮、可溶性氮及活性碳组分的相对和绝对含量;但土壤黏粉粒（2~53 μm和<2 μm）碳、氮组分、微生物生物量碳、氮及各碳、氮组分比值在不同处理之间均无显著性差异;地上叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理显著增强了土壤团聚体的稳定性并降低了土壤可溶性有机质的芳香性.这些结果表明,高质量和数量凋落物的输入及氮添加量的增加显著促进了土壤不同碳、氮组分的含量,但并没有显著改变各碳、氮组分的比值.     

三峡库区城市富营养化河流凋落物的混合分解效应

以三峡库区重庆市主城段清水溪为典型的城市富营养化河流代表,选取河岸带3种常见凋落叶为分解对象,设计了7种凋落物组合（3个单种和4个混合物种）和3种孔径的分解袋（50μm、250μm和2mm）,开展原位实验,探讨混合凋落物的性状、功能多样性与底栖分解者类群及其交互作用对叶片质量损失和混合效应的影响.结果表明,仅有50%的处理表现为显著非加和效应（且均为负值）,这与凋落物的性状密切相关.随着混合凋落物功能离散度的增加,尤其组合中含高木质素等难分解物质的凋落物时,分解变慢.微生物在富营养化河流混合凋落物的分解中占主导作用,小型和大型底栖动物均抑制了混合凋落物的分解过程.在富营养化河流的修复过程中,需重视河流凋落物分解功能,注重调整河岸带植物的配置,以及提升底栖动物的生物多样性并恢复底栖动物在凋落物分解中的正面效应.     

管理措施对黄土高原油松人工林土壤水溶性碳氮及其三维荧光特征的影响

为研究不同管理措施(凋落物去除、油松幼林、灌木和草地)下土壤水溶性碳、氮含量的变化以及土壤溶解性有机质(SDOM)的组分,选取黄土高原油松人工林为研究对象,以未皆伐油松人工林作为对照,对土壤水溶性碳、氮以及SDOM荧光组分等相关重要特征量进行研究分析.结果表明,灌木和油松幼林的土壤水溶性有机碳含量显著高于其他管理措施,并且土壤水溶性有机碳含量随土层深度的增加而降低,土壤水溶性有机碳/土壤有机碳(WSOC/SOC)值随深度增加呈上升趋势;土壤水溶性氮含量的变化和水溶性碳的变化趋势一致,油松幼林土壤水溶性氮组分含量高于其他管理措施,总体上随深度的增加而降低.不同管理措施对SDOM组分影响显著,基于三维荧光光谱技术结合平行因子(EEM-PARAFAC)分析可知SDOM有4种组分,主要分为类腐殖质、类蛋白和可溶性微生物代谢产物三大类,其中SDOM的主要成分为富里酸类腐殖质,油松幼林土壤中富里酸含量最高.本研究表明,管理措施对土壤水溶性碳氮含量变化和SDOM组分具有一定的影响,特别是油松幼林和灌木影响较大.两种管理措施提高了土壤水溶性有机碳以及水溶性氮组分的含量,增强其在土壤中的迁移转化能力,同...     

闽江口秋茄红树林凋落物产量及分解动态

于2017年以闽江口粗芦岛秋茄(Kandelia obovata)红树林为研究对象,分别采用凋落物收集框和分解袋法,研究秋茄凋落物产量及其碳(C)、氮(N)、磷(P)含量月动态及凋落叶分解过程中C、N、P含量与水解酶活性.结果表明:①秋茄凋落物年产量为618.79 g·m~(-2)·a~(-1),其中,叶占61.2%,果、枝和花分别占23.7%、10.5%和4.6%.②凋落叶总氮(TN)含量8月显著高于其他月份(p0.05),而TP含量在1—3月显著高于其他月份;C/N在8月显著低于其他月份(p0.05),而C/P及N/P在9月显著升高(p0.05).③在凋落叶分解过程中,C、N、P含量及其化学计量比随时间存在明显差异(p0.01),并且地上组TC、TN、C/N和C/P明显不同于地下组(p0.05).④在分解过程中,4种水解酶随时间存在明显差异(p0.01).⑤凋落叶酸性磷酸酶活性与土壤温度、电导率和凋落叶TP含量存在显著相关关系(p0.01).这些结果说明,秋茄凋落物产量及元素含量随季节变化存在明显差异;沉积作用对凋落叶分解过程中元素含量有显著影响,水解酶活性主要受凋落叶元素含量和土壤环境因子的控制.     

阿哈水库枯水期入库河流可溶性氮、磷含量分布特征

以贵阳市阿哈水库五条入库河流为研究对象,研究了阿哈水库枯水期入库河流水体可溶性氮、磷含量分布特征,可溶性氮组分比例及沿程变化规律。结果表明：五条入库河流水体可溶性氮、磷含量差异较大,可溶性总氮（DTN）、可溶性总磷（DTP）平均含量分别为1.71~9.74 mg/L和0.03~0.52 mg/L。蔡冲河、烂泥沟河、金钟河受人类活动影响较大,水体DTN、DTP含量较高。不同河流水体可溶性氮组分比例差异显著,受人类活动影响小的游鱼河、白岩河,其水体可溶性氮以可溶性有机氮（DON）为主,DON占DTN的比例高达94%。受人类活动影响大的蔡冲河、烂泥沟河、金钟河则相反,以可溶性无机氮（DIN）为主。不同河流氮、磷含量自上到下游沿程波动较大,人为源造成的氮、磷污染远高于自然源。金钟河的DTN、DTP年输入量分别为97.03 t、46.64 t,对阿哈水库的DTN、DTP输入贡献最大,分别达到45%和66%。     

黄土高原区不同植物凋落物可溶性有机碳的含量及生物降解特性

以黄土高原区刺槐、小叶杨、沙棘、沙柳、苜蓿和长芒草等6种植物凋落物为研究对象,利用2种浸提剂(水和0.01 mol·L^-1CaCl₂)浸提了不同大小(2 mm粉碎样和1 cm长)植物凋落物,测定了其中可溶性有机碳(SOC)的含量,并利用室内培养试验(25℃)评价了可溶性有机碳的生物降解特性.结果表明,不同植物凋落物可溶性有机碳含量在4.21～76.25 g·kg^-1之间,占其全碳的比例在0.99%～19.84%之间.平均来看,乔木凋落物可溶性有机物含量及其占全碳的比例大于灌木,而灌木又高于草本.经过7 d的培养,不同凋落物可溶性有机碳的生物降解率在34.7%～75.1%之间,平均56.3%,不同种类凋落物的生物降解率相比为乔木＞灌木＞草本.紫外及荧光光谱法测定法表明,培养结束后SOC溶液中结构较为复杂的可溶性有机物的比例呈显著上升,这与其中易降解组分的降解有关.     

气候变暖对冻结期黑土碳氮循环关键过程及指标的影响

冬季土壤碳氮循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分,对气候变暖的响应极为敏感.为更好地了解气候变暖对冻结期黑土碳氮动态的影响,本试验采用红外辐射仪模拟土壤增温,并进行了两种不同水平的增温研究（W1和W2）.结果表明,在冻结期（2019年11月至翌年1月）,与对照处理（C）相比,模拟增温使表层土壤温度（0 cm土壤温度）分别上升1.54℃（W1）和4.10℃（W2）,并显著增加了土壤含水量,这很可能是由于积雪融化造成的.两种增温水平均降低了积雪覆盖厚度、土壤冻结深度、土壤有机碳（SOC）含量及活性有机碳（LC）含量.而冻结期增温对黑土氮循环关键过程及指标的影响则相对更复杂,随着增温幅度的提升,硝态氮（NO₃^--N）含量显著降低、全氮（TN）含量及净氮硝化速率明显增加,而铵态氮（NH₄⁺-N）、总无机氮（TIN）含量及净氮矿化速率则显著地呈现出先增加后降低的趋势.气候变暖将给冻结期黑土带来更为温暖湿润的环境,并且由此引起的土壤碳氮含量及转化过程的变化将会对随后生长季植物和微生物群落的结构组成、生产力及碳氮循环等过程产生深远的影响.这为研究冻结期东北黑土碳氮循环机制提供了一定的科学依据.     

降雨季节岷江上游高山森林溪流非木质残体氮和磷贮量特征

高山森林生态系统氮和磷可随溪流非木质残体的输出和降解而流失,进而影响下游水体环境,但目前缺乏必要关注.因此,本文以岷江上游高山森林为研究对象,于2013年8月(雨量最大季节)调查了18条溪流中的非木质残体(树皮、树叶和1 cm树枝)氮和磷贮量特征.结果表明,该区域溪流中非木质残体氮在单位面积集水区的贮量为2684 mg·hm-2,在单位面积溪流的氮贮量为774 mg·m-2,其中,树皮、树叶和1 cm树枝在单位面积溪流的贮量分别为112、154和508 mg·m-2,分别占总氮贮量的14%、20%和66%;溪流中非木质残体磷在单位面积集水区的贮量为468 mg·hm-2,在单位面积溪流的磷贮量为135 mg·m-2,其中,树皮、树叶和1 cm树枝在单位面积溪流的贮量分别为15、31和89mg·m-2,分别占总磷贮量的11%、23%和66%.回归分析结果表明,非木质残体氮和磷贮量均随溪流长度和面积的增加而显著增加,但随溪流流量的增加表现为先增加再降低的趋势.这些结果为深入认识岷江上游高山森林氮和磷流失途径及其对下游生态系统的潜在影响提供了新的思路.     

Scaling Uncertainties in Estimating Canopy Foliar Maintenance Respiration for Black Spruce Ecosystems in Alaska

A major challenge confronting the scientific community is to understand both patterns of and controls over spatial and temporal variability of carbon exchange between boreal forest ecosystems and the atmosphere. An understanding of the sources of variability of carbon processes at fine scales and how these contribute to uncertainties in estimating carbon fluxes is relevant to representing these processes at coarse scales. To explore some of the challenges and uncertainties in estimating carbon fluxes at fine to coarse scales, we conducted a modeling analysis of canopy foliar maintenance respiration for black spruce ecosystems of Alaska by scaling empirical hourly models of foliar maintenance respiration (R_m) to estimate canopy foliar R_m for individual stands. We used variation in foliar N concentration among stands to develop hourly stand-specific models and then developed an hourly pooled model. An uncertainty analysis identified that the most important parameter affecting estimates of canopy foliar R_m was one that describes R_m at 0 ^∘C per g N, which explained more than 55% of variance in annual estimates of canopy foliar R_m. The comparison of simulated annual canopy foliar R_m identified significant differences between stand-specific and pooled models for each stand. This result indicates that control over foliar N concentration should be considered in models that estimate canopy foliar R_m of black spruce stands across the landscape. In this study, we also temporally scaled the hourly stand-level models to estimate canopy foliar R_m of black spruce stands using mean monthly temperature data. Comparisons of monthly R_m between the hourly and monthly versions of the models indicated that there was very little difference between the estimates of hourly and monthly models, suggesting that hourly models can be aggregated to use monthly input data with little loss of precision. We conclude that uncertainties in the use of a coarse-scale model for estimating canopy foliar R_m at regional scales depend on uncertainties in representing needle-level respiration and on uncertainties in representing the spatial variability of canopy foliar N across a region. The development of spatial data sets of canopy foliar N represents a major challenge in estimating canopy foliar maintenance respiration at regional scales.     

模拟氮沉降对森林土壤有机物淋溶的影响

在重庆铁山坪马尾松林内施加与大气氮沉降量相当的硝酸铵(NH4NO3)和硝酸钠(NaNO3),研究氮沉降加倍对土壤溶液可溶性有机物浓度的影响,分析氮沉降对森林土壤碳库的潜在作用.2005年起为期5a的现场观测表明,施氮后凋落物层土壤溶液的可溶性有机碳(DOC)浓度和通量在起初2a内与对照样区相比有明显升高,但之后反而降低.施氮还会降低凋落物层土壤溶液的DOC与DON(可溶性有机氮)比值,以及矿质土壤上层的DOC浓度,但对矿质土壤下层的DOC淋溶通量几乎没有影响.总体来看,在试验期内氮沉降对土壤碳库无显著影响,但土壤有机物可能有从富碳有机物向富氮有机物转化的趋势,氮沉降的成分(NH4+和NO3-)对土壤有机物的影响则没有明显差异.     

酸雨区不同用地类型土壤有效态Cd含量季节变化及关键影响因子

探明污染土壤重金属有效态含量的季节变化特征及其敏感影响因子,对农业生产过程中减低重金属生态风险具有重要的参考价值.研究于湘江中下游典型Cd超标农业小流域中选取稻田、旱作蔬菜地、丘陵林地这3类主要用地类型,分析不同用地类型Cd活性的季节变化特征及其与土壤基本理化参数的关联.为期1 a的原位监测结果显示,研究区为典型酸雨区,雨水p H值呈现冬、春季节低于夏、秋季.稻田土壤总Cd含量显著高于旱作蔬菜地,菜地显著高于林地,3种用地类型土壤总Cd含量季节特征相似,均为夏秋季节略低于冬春两季.3种用地类型Cd有效态季节变化与总Cd含量无明显的相关性,稻田土壤有效态Cd含量在5~9月的作物生长季明显低于其他月份,而菜地和林地则恰好相反.稻田土壤Cd有效性的最关键影响因子为Eh,呈显著正相关,与土壤p H负相关,菜地土壤与土壤TOC明显负相关,而林地土壤Cd有效性与水溶性有机碳、TOC呈现明显的正相关关系.研究可为Cd超标土壤污染阻控与农业安全生产提供一定的数据参考.     

Dissolved Organic Carbon in Upland Forested Watersheds Underlain by Continuous Permafrost in Central Siberia

Hydroclimatic variability and plant species ecology cause mosaics in forested watersheds in permafrost zones. Measurements of organic matter accumulation, stock of dissolved organic carbon (DOC), DOC concentrations in litter leachates, subsurface flow, stream and seasonal and annual export were made in two contrasting slopes and valleys in the northern taiga of Central Siberia. Increased organic carbon accumulation in litter was found in poor hydroclimatic conditions of the north-facing slope and bottom valleys. In contrast, DOC contents and its export to soil were almost two-fold higher in warmer well-drained sites of the south-facing slope. The overall DOC flux to mineral soil from the beginning of June to mid-September was 17 g C m⁻² in the south-facing slope sites and only 9 g C m⁻² in the north-facing slope sites. DOC export was positively correlated with precipitation stimulating leaching of mobilizable organic matter. Accordingly intra-seasonal and inter-annual variability of the DOC fluxes was tightly coupled with water input. Meanwhile DOC export in Sphagnum and feathermoss sites showed different behavior in dry and wet years. The presence of permafrost preventing deep seepage of organic solutes results in higher stream DOC fluxes compared to permafrost-free or island permafrost regions. However, thawing of seasonally frozen soil layer during the growing season led to the decreasing concentrations of DOC in the stream from June to September. For two seasons of continuous stream water sampling (June and August–September), the riverine DOC flux constituted about 14% of DOC entering mineral soil on both slopes. The ratio of hydrologic DOC loss to NPP of larch forests of the region was estimated to be 1.1%.     

The effects of temperature on decomposition and allelopathic phytotoxicity of boneseed litter

Decomposition of plant litter is a fundamental process in ecosystem function, carbon and nutrient cycling and, by extension, climate change. This study aimed to investigate the role of temperature on the decomposition of water soluble phenolics(WSP), carbon and soil nutrients in conjunction with the phytotoxicity dynamics of Chrysanthemoides monilifera subsp. monilifera(boneseed) litter. Treatments consisted of three factors including decomposition materials(litter alone, litter with soil and soil alone), decomposition periods and temperatures(5–15, 15–25and 25–35°C(night/day)). Leachates were collected on 0, 5, 10, 20, 40 and 60 th days to analyse physico-chemical parameters and phytotoxicity. Water soluble phenolics and dissolved organic carbon(DOC) increased with increasing temperature while nutrients like SO-24 and NO-13 decreased. Speed of germination, hypocotyl and radical length and weight of Lactuca sativa exposed to leachates were decreased with increasing decomposition temperature. All treatment components had significant effects on these parameters. There had a strong correlation between DOC and WSP, and WSP content of the leachates with radical length of test species. This study identified complex interactivity among temperature, WSP, DOC and soil nutrient dynamics of litter occupied soil and that these factors work together to influence phytotoxicity.     

中亚热带常绿阔叶林湿沉降过程中盐基离子变化特征

基于野外实验和室内实验相结合的方法,于2012年9月至2013年8月对四面山常绿阔叶林大气降水、穿透水、地表枯透水、土壤渗滤液进行了持续一年的森林不同层次盐基离子季节动态变化特征的研究.结果表明,四面山大气降水全年pH平均值为4.90,最大值为5.14,大气降水明显偏酸性;土壤层和林冠层能使降雨的p H值有所升高,其中土壤层对p H值的调升幅度最大,其次为森林冠层;森林冠层只对Na~+有一定的截留作用,降雨能够淋溶森林冠层的Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+;研究结果也表明,枯枝落叶的降解是导致各盐基离子质量浓度在枯透水中增加的主要原因;枯透水下渗的过程淋溶了森林土壤中的Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+.四面山大气降水经过森林生态系统后Ca~(~(2+))、Mg~(2+)、Na~+、K~+的总截留率分别为33.82%、-7.06%、74.36%、42.87%,森林生态系统对Ca~(2+)、Na~+、K~+表现出了截留作用,其中对Na~+截留率最大.     

西南喀斯特土地利用变化对植物凋落物-土壤C、N、P化学计量特征和土壤酶活性的影响

以贵州关岭花江喀斯特峡谷原生林、灌木林、草地和坡耕地这4种典型土地利用方式下的凋落物-土壤为研究对象,研究土地利用变化对西南喀斯特植物凋落物-土壤C、N、P化学计量特征和土壤酶活性的影响及其驱动机制.结果表明,4种不同土地利用方式的凋落物-土壤C、N、P含量和土壤酶活性存在显著差异.与其他区域相比,凋落物和土壤分别具有高C低N高P、低C低N高P的格局.脲酶、蔗糖酶和淀粉酶表现出原生林灌木林草地坡耕地,碱性磷酸酶则是原生林灌木林坡耕地草地.未来的生态建设应重视原生林的保护.土壤养分受凋落物C、N、P及其计量比的显著影响,但土壤酶活性与凋落物无显著联系.冗余分析表明,土壤酶活性与土壤TN、SWC、C∶N极显著相关(P 0. 01),与p H和N∶P显著相关(P 0. 05),重要性大小依次为TN SWC C∶N p H N∶P.     

季节性冻融格局变化对高山森林土壤氮素淋溶损失的影响

气候变化情景下冻融格局的改变可能导致寒冷生物区土壤氮的淋溶损失,从而改变土壤养分循环和森林溪流的水体环境.因此,为了解季节性冻融循环及其变化对高山森林土壤氮淋溶损失的影响,于2010年5月到2012年4月期间,采用土柱培养实验,利用海拔形成的温度差异模拟气候变暖过程,将高山森林(海拔3600 m)土壤分别培养在海拔3600 m(A1)、3300 m(A2)和3000 m(A3)的森林地表,研究了生长季节与冻融季节不同关键时期的土壤氮淋溶特征.结果表明:川西高山森林土壤氮素淋溶损失随着海拔增加而增加,其损失量为(1.85±0.39)kg·hm-2·a-1(A3)(1.87±0.34)kg·hm-2·a-1(A2)(2.94±0.73)kg·hm-2·a-1(A1),其中,62%以上的氮损失发生在季节性冻融期间.冻融季节高山森林土壤氮素淋溶流失的主要形式为铵态氮和硝态氮,且铵态氮的淋溶损失量高于硝态氮,而生长季节土壤氮素淋溶损失的主要形式是可溶性有机氮.这意味着冻融循环格局在很大程度上控制着高山森林土壤氮素淋溶损失特征,未来气候变暖可能降低高寒森林土壤氮素肥力,增加森林溪流中的氮含量.