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...     

岷江上游高山森林冬季河流中凋落叶碳、氮和磷元素动态特征

高山森林河流中凋落叶元素释放动态不仅是生态系统物质循环和能量流动的重要组成部分,而且是森林养分流失的主要过程,并可能与冬季雪被和冻融导致的水环境变化密切相关.以岷江上游高山森林4种代表性植物康定柳(Salix paraplesia)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)、方枝柏(Sabina saltuaria)和四川红杉(Larix mastersiana)凋落叶为对象,采用凋落叶分解袋法,研究冬季不同冻融时期(冻结初期、冻结期、融化期)河流中凋落叶碳(C)、氮(N)和磷(P)元素动态特征.康定柳、方枝柏和四川红杉凋落叶C(14.6%-47.7%)、N(22.3%-58.5%)和P(4.8%-20.5%)元素在整个冬季均表现为明显的释放现象,而高山杜鹃凋落叶C(-7.3%)和N(-62.7%)表现为明显的负释放(富集)现象,P(0.7%)表现为微量的释放现象.整体而言,凋落叶分解过程中C、N和P元素在冬季的冻结初期、冻结期和融化期整体表现为释放—富集—释放的模式,但康定柳和方枝柏凋落叶N表现为富集—富集—释放模式,方枝柏凋落叶P表现为释放—富集—富集模式.同时,凋落叶C、N和P元素的释放率受河流水温、p H、电导率和C、N、P营养元素等水体环境因子的显著影响.这些结果表明高山森林河流水环境特征显著影响了凋落叶分解过程中元素动态及其相关的物质循环过程,但影响程度受到凋落叶种类和基质质量的控制.     

中小型土壤动物对川西高山草甸枯落物分解的季节响应

中小型土壤动物是土壤生态系统重要组成部分.为了了解川西高山草甸不同草本植物枯落物中土壤动物季节动态,利用凋落物网袋法,于雪被末期(5月初)和生长季末期(11月初)对6种草本植物残体中的中小型土壤动物群落进行了调查.结果显示,干漏斗(Tullgren)法共分离到中小型土壤动物871只,隶属1门4纲9目27类(科).雪被末期获得562只,隶属1门4纲7目14类群,其中以矮蒲螨科和美绥螨科为优势类群;生长季末期共获得309只,隶属1门4纲9目19类群,其中以丽甲螨科和舟蛾科为优势类群.川西高山草甸枯落物分解的中小型土壤动物群落结构具有显著的季节特征,多样性和类群数受季节变化的影响显著(P<0.05),且常见类群和稀有类群均发生明显变化.禾本类和阔叶杂草两类植物功能群的土壤动物群落多样性无显著差异(P>0.05).两个季节草本植物残体中土壤动物群落Sorensen相似性系数均低于0.5.草本各物种组成对土壤动物群落多样性的影响不显著(P>0.05).以上研究结果表明,川西高山草甸生态系统中,季节交替引起的环境因子变化,特别是日均温和枯落物含水量是影响中小型土壤动物群落结构的主要因素.     

川西亚高山针叶林土壤有机层酶活性

凋落物分解在维持亚高山森林的"自肥"机制及生态系统结构和功能具有不可替代的作用。以川西亚高山森林的岷江冷杉(Abies faxoniana)和粗枝云杉(Picea aspoerata)针叶林土壤有机层的新鲜凋落物层(LL)、半分解层(FL)和腐殖质层(HL)凋落叶以及矿质土壤层土壤为对象,分别模拟凋落叶的不同分解阶段,研究凋落叶不同分解阶段与碳、氮、磷转化相关的酶活性特征。结果表明,两个树种土壤有机层凋落叶有机碳和纤维素含量以及C∶N以LL最高,木质素含量以FL最高。β-1,4-外切葡聚糖酶、β-葡聚糖苷酶和酸性磷酸酶活性随凋落叶分解程度的加深而降低,而多酚氧化酶活性则相反;过氧化物酶活性随凋落叶分解程度加深在云杉林呈降低趋势,在冷杉林则呈升高趋势。云杉林凋落叶的亮氨酸氨基肽酶、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶活性随分解程度加深而先升高后降低,冷杉林的N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶活性随分解程度加深呈下降趋势。凋落叶层次和树种及其交互作用显著影响β-葡聚糖苷酶、过氧化物酶活性、多酚氧化酶、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性,树种对β-1,4-外切葡聚糖酶和亮氨酸氨基肽酶活性影响不显著。β-1,4-外切葡聚糖酶、β-葡聚糖苷酶、过氧化物酶和酸性磷酸酶活性与木质素?N比值呈极显著负相关,亮氨酸氨基肽酶和N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶活性与碳含量呈极显著正相关。以上结果表明基质质量变化是影响川西亚高山森林针叶林凋落叶分解过程中酶活性变化的驱动力。     

川西亚高山森林优势种对CO2浓度倍增的光合生理响应

通过对川西亚高山森林优势种高山柳(Salix paraqplesia)、岷江冷杉(Abies faxoniana)和缺苞箭竹(Fargesia denudata)幼苗光合生理参数的测定,研究了它们净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)对大气CO2浓度倍增(720 μmol·mol-1)的响应.结果显示:CO2浓度倍增对3个物种的Pn有不同程度的促进作朋,高山柳、岷江冷杉和缺苞箭竹最大净光合速率分别提高30%,81%和68%,岷汀冷杉提高幅度最大.CO2浓度倍增与对照CO2浓度(360μmol·mol2)相比各物种Cond、Tr和WUE升降不一.反映出不同物种幼莆对CO2浓度倍增响应的复杂性.作为川西亚高山森林优势种,高山柳、岷江冷杉和缺苞箭竹对CO2浓度升高的不同响应势必影响其生长和未来物种间的竞争,进而影响群落的组成和物种的多样性,甚至可能引起群落演替发生变化.     

生长季节初期高山针叶林小生境土壤动物群落多样性

研究了非生长季节向生长季节转换过程中川西高山森林土壤动物群落结构和多样性的特征,以期解释土壤动物群落的自适应变化.从川西高山原始针叶林下6种小生境共捕获大型土壤动物为3 167只,隶属于2门8纲16目,以林隙小生境内大型土壤动物的个体密度(530.71只/m2)和类群数量(10类)最高;中小型土壤动物为10 585只,隶属于4门8纲8目,以苔藓小生境内中小型土壤动物的个体密度(148 400.00只/m2)和林隙小生境中类群数(8类)最高.林隙小生境中的大型土壤动物群落Shannon-Wiener多样性指数H’和Pielou均匀性指数J最高,Simpson优势度指数C最低,但倒木小生境表现出相反的趋势.林下凋落物小生境的中小型土壤动物群落多样性指数H’最高,C最低,但灌木小生境则相反.     

凋落物季节性输入对川西亚高山森林土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳是土壤有机碳库的活跃组分,在森林生态系统碳循环中具有重要作用;凋落物作为森林土壤有机碳库的主要来源,其季节性输入可能会对土壤活性有机碳动态产生不同的影响.为了解土壤活性有机碳如何响应凋落物输入的季节变化,选取川西亚高山3种不同森林类型(针叶林、混交林和阔叶林),采用凋落物原位控制实验,分别于凋落物输入的枝...     

川西亚高山森林两种优势树种不同径级根系腐殖化特征

亚高山森林根系腐殖化是地下土壤形成和碳吸存的重要途径之一,并可能受到根系直径和物种类型的影响.对川西亚高山两个优势林木粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abies faxoniana)细根(直径≤2 mm)、中根(直径2-5 mm)和粗根(直径5-10 mm)的腐殖化特征进行分析.结果表明:粗枝云杉和岷江冷杉腐殖质碳、富里酸碳、胡敏酸碳含量受根系径级的显著影响,并随根系径级增大而减少.表征腐殖化度的两个指标(Δlog K和E4/E6)在两个林木之间差异显著,粗枝云杉腐殖化程度高于岷江冷杉.单因素方差分析表明粗枝云杉和岷江冷杉腐殖化度受根系径级显著影响,随径级的增大呈减小趋势.两种林木细根、中根和粗根的腐殖化度分别为40.13%-41.66%、36.13%-38.86%、27.19%-27.51%.综上所述,川西亚高山森林林木细根更有利于腐殖化.     

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...     

四川盆地亚热带常绿阔叶林土壤动物对几种典型凋落物分解的影响

亚热带常绿阔叶林土壤动物对植物生长不同关键时期凋落物分解的贡献可能具有显著差异,但一直缺乏必要关注。以四川盆地亚热带常绿阔叶林典型人工林树种马尾松(Pinus massoniana)和柳杉(Cryptomeria fortunei),次生林树种香樟(Cinnamomum camphora)和麻栎(Quercus acutissima)凋落物为研究对象,采用凋落物分解袋试验,根据植物叶片物候规律在非生长季节(秋末落叶期、萌动期和展叶期)和生长季节(叶片成熟期、盛叶期和叶衰期)不同关键时期动态研究土壤动物对凋落物失重率的影响。土壤动物对4种典型物种凋落物分解均表现出明显贡献,其作用的凋落物失重率分别为：17.78%(麻栎)>14.23%(柳杉)>9.61%(香樟)>8.21%(马尾松)。相对于其他时期,四个树种的土壤动物贡献率均在秋末落叶期最小,除马尾松在叶衰期土壤动物贡献率最大以外,其余3个物种均在盛叶期土壤动物的贡献率最大,且土壤动物对阔叶分解的贡献率大于针叶。相关分析表明,除温度显著影响各关键时期土壤动物对凋落物的贡献外,整个第一年土壤动物作用的凋落物失重率及贡献率与纤维素含量和C/N显著相关,但在非生长季节主要与N含量、C/N和木质素/纤维素密切相关,而生长季节主要相关于木质素/N。这些结果为深入理解亚热带常绿阔叶林物质循环及其与植物生长过程的关系提供了一定的基础数据。     

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3个优势树种细根形态特征

林木细根(直径2 mm)拥有庞大而复杂的分枝系统,在森林生态系统养分循环过程中发挥重要作用,因此研究不同树种细根构型形态对树种地下生态位分离、共存和森林生态系统功能过程具有重要意义.选取川西亚高山3个优势树种——岷江冷杉(Abies faxoniana)、粗枝云杉(Picea asperate)和红桦(Butula albosinensis),采用挖掘法采集完整的细根根系,依据根序分级方法,测定细根形态参数(直径、根长、比根长和比表面积).结果表明:细根形态在不同根序间差异显著,3个树种细根直径、根长随根序的升高而升高,比根长和比表面积随序级的升高而降低.不同树种间细根形态也表现出极显著差异,岷江冷杉、粗枝云杉和红桦细直径变化范围分别为0.31-0.85 mm、0.29-0.65 mm和0.23-0.55 mm,两个针叶树种(岷江冷杉和粗枝云杉)直径与根长均大于红桦.红桦的比根长和比表面积则高于两个针叶树种.综上所述,低级别根吸收能力更强而构建消耗更低;红桦比岷江冷杉和粗枝云杉根系吸收能力更强.     

林窗对川西亚高山云杉人工林土壤呼吸的影响

为了解林窗对川西亚高山粗枝云杉(Picea asperata)人工林土壤呼吸的影响,采用CO2通量全自动监测系统对川西亚高山粗枝云杉人工林林窗和林内土壤呼吸及土壤温度、水分进行为期两年的连续观测,比较分析林窗和林内环境因子和土壤呼吸速率的变化.结果表明:川西亚高山粗枝云杉人工林林窗和林内的土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率均具有显著的季节动态.在生长季节(4-10月),林窗效应使土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率较林内分别增加了48.8%、19.3%和18.6%;而冬季(11月-翌年3月)两种环境之间并无显著差异.林窗和林内土壤呼吸速率和土壤温度均呈显著指数相关(P0.01),与土壤水分呈显著线性相关(P0.05).林窗和林内的土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))分别为2.46和3.01.综上所述,林窗效应对川西亚高山森林土壤呼吸具有显著刺激作用,且有明显的季节动态特征.(图3表1参33)     

红松人工林与天然次生林大型土壤动物功能类群

为了解不同森林恢复类型对生态系统物质循环和能量流动的影响,对红松人工林与天然次生林生态系统(硬阔叶林和蒙古栎林)大型土壤动物功能类群时空分布的差异进行分析.在以往研究的基础上将捕获的大型土壤动物划分为腐食性、植食性、捕食性和杂食性土壤动物4个功能类群,并对比红松人工林和天然次生林生态系统土壤动物功能类群.结果表明:(1)水平分布上,天然次生林与红松人工林中4种功能类群大型土壤动物均有分布,其中腐食性土壤动物密度和生物量占绝对优势,但类群组成略有不同;(2)垂直分布上,红松人工林各功能类群土壤动物个体密度及类群数在不同土层差异显著(P0.05),均表现出明显的表聚性;而天然次生林中除腐食性和捕食性土壤动物外,在垂直方向无显著差异(P0.05),0-10 cm层腐食性动物个体密度以及类群数最大;(3)时间变化上,红松人工林与天然次生林土壤动物功能类群表现出一致的变化规律,均以腐食性最高,各类群密度、类群数均为5月、10月高于其他各月,生物量以9月最高.红松人工林和天然次生林土壤动物功能类群时空规律比较研究可为森林经营提供科学依据.     

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.     

川西亚高山冷杉和白桦细根生物量与碳储量特征

为了解川西亚高山地下生态过程和细根在森林碳(C)库中的作用,采用钻取土芯法,研究了川两亚高山岷江冷杉(Abies faxoniana)和白桦(Betula platyphylla)2006年一个生长季节内的细根生物量动态及其C储量特征.冷杉细根现存量显著大于白桦,二者分别为(6.5790±0.220)thm-2和(3.334±0.182)t hm-2.细根生物最具有明显的月变化规律,以10月最高,6月最低.同时,每次细根大量发牛后,都随之产生大量细根死亡.细根生物量和C储量均随着土壤深度的增加而减少.冷杉83.24%的细根分布于土壤表层0～10 cm范嗣内,11～20 cm为16.76%;而白桦50.26%的细根分布在土壤表层0～lOcm的范围内,0～20 cm层为80.39%.活细根在各层中占总细根量的73%以上.冷杉和白桦细根C含量分别为47.21%±2.56%和42.71%±0.89%,对应的细根C储量分别为(3.106±0.104)t hm-2和(1.377±0.078) thm-2.图1表3参37     

川西亚高山天然次生林生态功能恢复综合评价

川西亚高山原始针叶林遭受大规模采伐后自然恢复形成的次生林已成为该区域的主要森林类型之一,具有重要的生态功能.现有森林生态功能评价大多为水源涵养等单一生态功能,尚缺乏针对多种生态功能的综合评价.采用空间代替时间的方法,以岷江冷杉原始林为参照,基于植物群落学与生物量调查,以及植物和土壤样品采集与测定,分析次生林植物多样性、...     

亚高山森林不同演替阶段物种间作用对土壤酶的影响及其对不同肥料的响应

为揭示西南亚高山森林恢复过程中不同演替阶段物种间相互作用对土壤酶活性的影响,采用盆栽试验,选取亚高山森林演替后期针叶树种云杉(Picea asperata)和阔叶树种红桦(Betula albo-sinensis)以及演替中期灌丛树种高山柳(Salix oritrepha),研究物种间相互作用对土壤酶活性的影响及其对不同施肥种类(无机肥和有机肥)的响应.结果表明:(1)与对照相比,添加有机肥提高了土壤多酚氧化酶、转化酶、纤维素酶和蛋白酶活性;添加无机肥后,土壤转化酶活性增加了16%-41%,纤维素酶和蛋白酶活性却显著降低;多酚氧化酶活性在单栽高山柳土壤中增加129%,而在红桦土壤中降低了43%.(2)对照组中,蛋白酶活性表现为在高山柳土壤显著低于红桦、云杉土壤;无机肥组中,蛋白酶活性表现为云杉土壤红桦土壤高山柳土壤;转化酶活性在无机肥和有机肥组中均表现为云杉根系土壤显著低于红桦和高山柳根际土壤;(3)物种混栽后,在对照组中,除云杉-红桦混栽土壤蛋白酶活性低于单栽红桦和云杉土壤蛋白酶活性外,其余物种两两混栽后土壤酶活性与单栽植物土壤酶活性没有显著差异性;但是添加无机肥和有机肥后,与单栽植物土壤酶活性相比,物种混栽可提高土壤蛋白酶和转化酶活性.(4)不同土壤酶活性受不同的土壤因子调控.可见,不同种类植物根际土壤酶活性对无机肥和有机肥的响应不同,而且物种间相互作用对土壤酶的影响及其对肥料的响应因物种而异;本研究结果不仅为认识亚高山森林恢复演替过程中微生物功能和养分循环对植物作用与施肥的响应机制提供了重要的科学依据,还为深入了解西南亚高山森林植被更新与恢复的影响机制提供了重要支撑.(图3表2参27)     

川西亚高山冷杉林和白桦林土壤酶活性季节动态

研究了川西亚高山冷杉林和白桦林中与土壤碳氮元素循环有关的土壤脲酶、蛋白酶、转化酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和脱氢酶活性的季节变化规律．结果表明：(1)在两个群落中，腐殖质层(A)中6种土壤酶活性均高于淀积层(B)和母质层(C)中的酶活性；(2)白桦林A层土壤酶活性显著高于冷杉林A层土壤，而C层的脲酶和过氧化氢酶活性以冷杉林明显高于白桦林，但C层的其它4种酶活性没有明显差异；(3)土壤酶活性的高峰期主要出现在温度较高的7、8月份(冷杉林A层土壤中的蛋白酶、过氧化氢酶和脱氢酶，白桦林A层土壤中的蛋白酶、蔗糖酶和脱氢酶)，或是凋落物高峰期的10月份(冷杉林A层土壤中的脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶，白桦林A层土壤中的多酚氧化酶)．可见，不同土壤酶的活性对温度的敏感程度是不一样的，有一些土壤酶的活性(如多酚氧化酶)明显受凋落物动态的影响．图1表2参18