酸沉降对森林生态系统碳循环关键过程的影响研究进展

随着经济飞速发展与能源消耗快速攀升,中国已成为全球酸沉降最严重的地区之一.酸沉降能够引起地表植被破坏、土壤酸化等一系列的环境问题,在全球范围受到普遍关注.作为全球最重要的生态系统之一,森林生态系统受到酸沉降的深刻影响.本文通过分析国内外已发表的相关文章,综述酸沉降对森林生态系统碳循环关键过程的影响及可能的机理.(1)对植物光合作用的影响:酸沉降通过改变叶绿素含量、气孔导度及酶活性等影响叶片光合作用,而且叶片光合功能受损程度与酸沉降强度和类型有关;(2)对林木生长的影响:酸沉降通过改变叶片结构和诱导土壤酸化影响林木生长,通常酸沉降会抑制林木生长,但会因酸沉降强度和类型有所差异;(3)对凋落物分解的影响:酸沉降通过改变土壤酶活性、微生物群落结构等对不同森林类型凋落物分解产生影响,其影响程度和方向与土壤的酸缓冲能力和酸沉降类型有关;(4)对土壤呼吸(Rs)的影响:酸沉降对Rs的影响受到根系生物量、微生物、酶活性及温度等多种因素共同作用,Rs的不同组分对酸沉降的响应机制不同;(5)对土壤有机碳(SOC)的影响:通常情况下,酸沉降抑制水溶性有机碳(DOC)的溶解,降低微生物活性及生物量从而有利于SOC的积累与稳定.通过探讨森林生态系统碳动态对酸沉降响应的不确定性因素,建议今后加强以下几方面研究:(1)干湿酸沉降比较;(2)酸沉降对树干呼吸、地下碳分配等其他关键生态过程的影响;(3)酸沉降与其他全球变化因子的耦合;(4)酸沉降对森林生态系统碳循环的长期影响.(图1表2参87)     

模拟酸雨对酸性土壤铝溶出及其形态转化的影响

研究了我国南方酸沉降区主要土壤类型在模拟酸雨影响下,土壤中铝离子释放及铝形态转化的特点。结果表明,酸雨淋洗造成土壤中铝离子释放,酸雨pH值越低,铝离子释放量越大;酸雨淋洗还造成土壤中铝形态发生变化,酸雨pH越低,土壤中羟基态铝和腐殖质铝含量愈低,交换态铝含量越高,土壤中铝对植物和生态系统的危害性也越大。     

酸雨对外来植物入侵的影响

酸雨和外来种入侵都是全球关注的问题。结合外来入侵植物的生态适应特性以及酸雨的危害特征,系统分析了酸雨对外来植物入侵产生的影响。酸雨对外来植物入侵的影响是复杂多样的。酸雨导致群落冠层稀疏,群落透光率增加,加之氮沉降后土壤、水体氮素的增加,有利于生长力强的外来喜阳植物入侵;酸雨加速土壤酸化,促使基本离子淋失以及A1毒等危害植物的生长发育,植物的内源激素以及化感作用发生改变,适应力和耐受力强的外来植物在与本地植物竞争中处于相对优势而成为入侵种;酸雨以及外来植物入侵改变了土壤微生物群落结构,影响本地植物的生长而促使外来植物的入侵。     

用离子平衡计算对酸雨地区酸沉降监测质量保证的探讨

本文根据近年美国大气沉降程序(NADP)和全国趋势监测网(NTN)报道的“离子平衡计算作酸雨监测质量保证”的方法,通过计算机对中国贵州省酸雨分析数据进行了离子平衡计算。结果证明离子百分差是一种评价酸沉降监测质量保证的重要方法。     

江苏省森林受酸沉降影响造成的经济损失研究

江苏省的森林受到了酸沉降不同程度的影响，使森林生产力下降，造成木材直接损失每年可达２８４０万元人民币，因生态效益下降造成的间接损失达２．６亿元人民币。     

模拟酸雨对森林红壤中铝的溶出及不同土层酸度变化的影响

为进一步探明酸沉降对森林红壤及生态环境的影响，模拟长沙地区降水酸度及离子组成，采用浸泡试验对两种森林红壤活性铝的释出及土壤理化性质的变化进行了研究。结果表明，模拟酸雨浸泡初期，土壤活性铝的释出量随浸泡次数的增加而增加，原始土壤pH值愈低，活性铝释出愈多；强酸度、高离子浓度（AR4）模拟酸雨对土壤中活性铝的溶出量远大于基础酸雨（AR3）及弱酸、低离子浓度酸雨（AR2）和对照酸雨（AR1）。模拟酸雨酸度愈大，对土壤pH值的影响愈明显，不同土层间，以A层土壤pH值下降最明显，B、C层土壤则下降较小。模拟酸雨模拟浸泡土壤25年后，土壤阳离子交换量均有不同程度下降，有机质含量高，原土壤阳离子交换量大的土壤下降幅度也大。     

Effects of long-term nitrogen addition and precipitation changes on CH4 flux in an alpine steppe北大核心CSCD

土壤是甲烷(CH4)重要的源和汇.氮沉降和降水格局变化正在急剧改变土壤碳循环,进而可能对土壤CH4通量造成深刻影响.高寒生态系统是巨大的碳库,对氮沉降和降水变化十分敏感.然而,目前多数研究集中在短期实验上,缺乏对长期氮沉降和降水变化背景下CH4通量的响应及其调控因素的认识.以青藏高原高寒草原为研究对象,在2013年搭建模拟氮沉降和降水格局改变实验平台.基于静态箱–气相色谱法测定2020年生长季(5-10月)土壤CH4通量.结果显示,高寒草原土壤呈CH4的汇.氮添加没有显著改变生长季和植物生长高峰CH4通量.然而,降水变化显著改变了生长季和植物生长高峰CH4通量,其中降水增加(+50%降水)降低了CH4的吸收(分别为–16%和–45%),降水减少(–50%降水)增强了CH4的吸收(分别为+73%和+33%).进一步研究发现,与植物属性和功能基因丰度相比,土壤环境因子主导了CH4通量变化(解释率>90%).其中CH4通量与土壤含水量和温度显著正相关,与土壤pH显著负相关.综上所述,在未来全球变化情景下,降水格局改变更能调节青藏高原高寒草原CH4通量的变化.(图6表1参37)     

酸沉降下加速土壤酸化的影响因素

酸沉降对土壤和水域的酸化影响是土壤环境化学研究前沿的热点问题之一。酸沉降的化学组成对酸性土壤的进一步酸化起着催化剂的作用。在酸雨影响下,SO42-、NO-3、有机阴离子是加速土壤酸化和盐基淋溶损失的主要阴离子,外源H+的进入会加速铝离子水解。自然因素与人为因素导致土壤酸化的实际酸化速率差异表明:HCO3-、RCOO-在土壤剖面中的淋失状况可反映自然土壤的酸化速率,而SO42-和NO-3淋溶产生的质子负荷揭示土壤受人为因素影响的酸化速率。通过计算酸沉降的主要化学成分进入土壤前后的质子负荷平衡,与酸中和容量(ANC)相结合,反映酸沉降加速土壤酸化的进程。     

微塑料对陆生植物生长发育和根际环境影响研究进展

由于农业活动、大气沉降和地表径流等原因,土壤已成为微塑料重要聚集地。微塑料在土壤中积累会影响陆生植物生长发育,并威胁陆地生态系统及食物链安全。因此,研究微塑料对陆生植物生长发育影响具有重要意义。该文在综述微塑料对陆生植物生长发育和根际环境影响等方面研究进展的基础上,提出加强相关研究的展望和建议。微塑料能吸附在植物表面,并通过根尖进入植物体内,影响种子萌发和根系发育,诱导氧化应激反应,改变光合作用强度,产生细胞毒性和遗传毒性,影响植物新陈代谢和营养吸收等。微塑料的植物毒性受到微塑料特征(浓度、大小、形状、电荷和成分等)以及不同植物及其生长阶段的影响。同时,微塑料还能改变植物根际土壤特性和微生物群落,间接影响植物生长。最后,总结了微塑料对陆生植物生长发育和根际环境影响,并对未来土壤-植物系统中微塑料相关研究进行展望,为土壤及陆地生态系统微塑料污染风险防控和治理提供科学依据和技术支撑。     

广元地区降水化学事件研究

本文报道1987年7月在四川省北部广元地区降水化学事件研究的结果,当一场大雨由北向南推进时,在广元地区观测到硫酸型酸雨。从降水化学特征推论:外地输送来的SO_2在云中和H_2O_2反应生成硫酸降落到该地区,在广元市区云下降雨洗脱SO_2使降雨进一步酸化,在郊区云下洗脱NH_8和颗粒物部分中和了降雨的酸度,然而,这次降雨事件中无论是酸沉降或是硫沉降主要来自降雨云。     

不同发育阶段杉木人工林土壤碳库稳定性研究

森林土壤有机碳在全球碳循环中的重要作用主要取决于有机碳的稳定性。为科学评价杉木人工林土壤的碳汇功能及固碳潜力,对湖南省会同县不同发育阶段的杉木人工林土壤有机碳的生化特征和物理保护程度进行了研究。结果表明,在杉木人工林发育过程中,土壤总有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、活性碳库Ⅰ(LPⅠ)、活性碳库Ⅱ(LPⅡ)和重组有机碳(HOC)含量以及微生物熵(MQ)均在中龄林阶段出现最低值,而轻组有机碳(LOC)和顽固性组分(RF)随林龄增加呈现持续上升趋势。土壤RF占SOC的比例(顽固性碳指数,Ir,C)则表现为先增加后减少,即在中龄林阶段比例最高,在成熟林阶段为41.9%~57.6%,高于幼龄林阶段的38.7%~43.0%;HOC占SOC的比例从幼龄林阶段的86.4%~87.5%下降到成熟林阶段的82.5%~83.9%。总体而言,杉木人工林的发育过程是土壤有机碳积累的过程,在这个过程中,土壤有机碳自身的顽固性增强,但受到的物理保护程度减弱。此外,各组分中以LP I对土壤微生物的有效性最高。     

杉木多代连栽后土壤肥力变化

通过选择邻近分布,母岩一致,树龄相近且为近成熟林等可比性较强的一代、二代、三代杉木林标准地,研究杂木林及不同栽杉代数杉木林土壤水分物理性质、土壤养分和腐殖质及土壤生化活性的差异,并采用主成分分析（PCA）法对不同林分类型土壤肥力进行排序。结果显示表层土壤（0～20cm）肥力以杂木林最高,其次为一代杉木林的,二代和三代杉木林的则最差;底层土壤(20～40cm)肥力以杂木林最高,一代、二代和三代杉木林的均较差。建议降低人为干扰频率和强度及改善林分群落结构来提高杉木人工林土壤肥力,从而实现杉木林的可持续经营。     

杉木林取代阔叶林后土壤生物学活性变化的研究

通过对福建省南平市溪后安曹下取代阔叶林的70a生杉木车产林（山坡）、32a生杉木“青年林”（山坡）及前茬阔叶林（山脊）土壤生物学活性连续2a的比较研究结果表明，与山脊上前茬的阔叶林相比，70a生杉木丰产林土壤微生物总数、生理类群的数量减少、活性下降；土壤酶活性减弱；呼吸作用强度（内源）及添加基质的外源呼吸作用强度降低，土壤中有机质分解和腐殖质再合成程度降低．32a生杉木“青年林”土壤生物学活性下降则更为明显，说明从杉木取代阔叶林（头耕土）起，土壤生化活性及土壤肥力就存在明显下降现象，轮伐期缩短或林地连栽杉木代数增加，而不采取恢复地力措施，杉木林地地力衰退将更为明显．     

杉木观光木混交林和杉木纯林群落细根生产力、分布及养分归还

研究了福建三明27a生杉机光木混交林和杉木群落细根（d＜2mm）的生产力、分布、和养分归还。结果表明，混交林细根生物量、N、P养分现存量分别为5．381thm^2、48．085kghm^-2和4．174kghm^-2，分别比杉木纯林增加17．4％、27．2％和20．0％，混交林林细根的年净生产力达4．124thm^-2a^-1，比纯林高出16．9％，混交林杉木和观光木细根均在表层土壤富集，而在较深层土壤再会得分布具镶嵌性；与混交林杉林相比，纯林杉木土吉表层细根量较少，最大分布层次下移，混交林中观光木细根的周转速率咪1．16，杉木为0．96和0．95；而林下植被层细根周转速率（1．46－1．52）均同于相应的乔木层，混交林细根的年死亡量、N和P养分年归还量分别达2．119thm^-2、18．559kghm^-21．565kgkhm^-2，分别是纯林的1．21倍、1．23倍和1．14 倍，其中林下植被细根占有较为重要位置，对细根分布与土壤性质的相关分析表明，细根的垂直分布与土壤全N的相关性最强（0．87－0．89）。     

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。     

苏南丘陵区主要林分类型土壤抗蚀性分析

以苏南丘陵区杉木、马尾松、麻栎、毛竹等4种林分土壤为研究对象,研究了该区域内不同林分类型土壤的抗蚀性。结果表明：不同林地土壤的抗蚀指数、抗冲指数、抗剪强度均表现出明显的规律性,即随着土壤深度的增加,呈减小的趋势;对不同林地土壤的抗蚀指数（S）随浸水时间（t）的变化过程进行拟合,发现本研究区内土壤的抗蚀指数与浸水时间呈二次多项式函数关系,其通式为S=at2＋bt＋c;选取土壤理化性质、土壤团聚体特征、抗冲、抗剪等17个指标,以主成分分析为基础,筛选出了土壤抗蚀性的最佳评价指标体系;计算各林地土壤的抗蚀性综合指数,得出各林地土壤抗蚀性由强到弱依次为：毛竹（1.33）,杉木（0.35）,麻栎（-0.75）,马尾松（-0.89）。     

气候变化对亚高山暗针叶林土壤温室气体排放的影响

利用生物地球化学模犁Forest-DNDC模拟气候变化对贡嘎山亚高山暗针叶林土壤温室气体的释放的影响.以位于贡嘎山东坡海拔3 000 m的峨眉冷杉(Abies fabri)中龄林为研究对象,以1999-2006年8年的日气候数据进行平均得到的日平均最高温度、日平均最低温度和日平均降水总最作为基线(Base)气候情景,另外设置了温度+2℃(升)、温度.2℃(T-)、降水量+20%(P+)、降水量-20%(P-)、温度十2℃同时降水量+20%(T+P+)、温度-2℃同时降水量-20%(T-P-)、温度+2℃同时降水量-20%(T+P-)、温度-2℃同时降水量+20%(T-P+)8种气候变化情景.结果显示:贡嘎山峨眉冷杉林土壤CO_2释放随着温度增加而增加,土壤N_2O释放对降水量改变敏感,而土壤NO的释放对温度和降水的改变均比较敏感,二者表现为协同作用.温度+2℃同时降水量+20%(升P+)情景下土壤CO_2释放最高,高于基线情景的36.08%;温度-2℃同时降水量+20%(T-P+)情景下土壤CO_2释放最低,低于基线情景的36.89%.土壤N_2O释放随着降水量的增加而升高,随着降水量减少而降低;温度和降水最同时增加时土壤NO释放均高于单一增加温度或降水量情景,而温度和降水量同时降低时土壤NO释放均低于单一降低温度或降水量情景.     

重庆四面山五种人工林土壤有机碳储量研究

对重庆四面山杉木纯林、杉木×马尾松、杉木×马尾松×木荷、木荷×石栎×枫香×香樟、木荷×石栎人工林进行了有机碳储量研究。运用网格取样法取样,每个样地各层各取样81个,共计取样810个。结果表明：（1）林分类型不同,A层土壤有机碳含量总体差异显著（p〈0.05）。在此五种林分类型中,土壤平均有机碳含量以杉木人工纯林为最高,石栎木荷枫香香樟人工混交林为最小;B层土壤有机碳含量总体差异不显著（p〉0.05）。在垂直剖面上,五种人工林均差异显著（p〈0.05）,且表现出随着土层深度的增加,林下土壤有机碳含量随之减小,体现出土壤有机碳含量的表聚作用。（2）有机碳储量规律基本与土壤有机碳含量规律一致。在垂直剖面上,此五种人工林有机碳储量均差异显著（p〈0.05）,表现出随着土层深度的增加而减小的规律。不同林种类型、同一土层深度或是不同土层深度、同一林种类型其有机碳储量变异系数大小均不一样,这说明此五种林地土壤普遍存在空间异质性且其异质程度不一样。（3）就 A 土层而言,本研究区五种人工林平均有机碳密度为5.34 kg·m^-2,比相关研究的重庆市土壤有机碳密度3.11 kg·m^-2,全国森林土壤有机碳密度4.24 kg·m^-2,全国土壤有机碳密度2.67kg·m^-2等分别多出71.70%,25.94%,100%。     

东北北部温带森林和干草地土壤养分分布及影响因素

土壤是陆地生态系统碳储存的重要场所,其养分变化与全球陆地碳循环密切相关。土壤养分是植物生长的重要保证,而土壤各养分之间是紧密联系的。理解土壤养分变化与环境因素的关系有助于更好地了解陆地生态系统碳、氮、磷循环。本研究以东北北部自东向西沿降水量梯度变化纬度带上的温带森林与干草地生态系统为研究对象,利用气象数据和野外土壤实测数据,分析了纬度带上不同植被类型土壤的有机碳、全氮、碳氮比、速效磷的空间分布格局及其与环境因子（年降水量、年均温、土壤pH值）的关系。研究纬度带上降水量自东向西逐渐减少,植被类型从温带森林过渡到干草原,与降水量和植被类型对应,植被生物量也自东向西呈现从高到低的分布梯度。研究结果表明：从整个研究带上来说,降水量与土壤pH值是土壤养分空间分布的决定因素,沿纬度带从东到西,随着降水量逐渐减少,土壤pH值逐渐增加,而土壤有机碳、全氮、碳氮比、速效磷含量逐渐减少。但如果将森林和草地分别讨论则发现,森林和草地生态系统的土壤养分环境控制因素有较大差别。对于草地生态系统而言,降水量和土壤pH值仍然是其土壤养分含量的控制因子,但森林生态系统由于所处区域降水量充足,降水量不再是其土壤养分的控制因子,降水量只与森林土壤碳氮比呈显著正相关。研究还发现森林土壤的速效磷含量与温度呈正相关,与土壤pH值呈负相关,说明温度对东北北部温带森林的土壤养分含量具有一定的控制作用。