氮添加对亚高山针叶林土壤结构及水分入渗性能的影响

为探究大气氮沉降增加导致的土壤团聚体结构变化规律及其对土壤水分入渗性能的影响,在贡嘎山针叶成熟林和中龄林内分别设计2种氮肥形态[(NH_(4))_(2)SO_(4)、KNO_(3)]和4个浓度水平(0,10,20,40 kg/(hm^(2)·a)N)的添加试验,研究不同形态大气氮沉降对亚高山森林土壤团聚体结构和土壤水分入渗特征的影响。结果表明:(1)随施氮量增加,中龄林土壤大团聚体含量逐渐增加,土壤持水量、孔隙度和水分稳定入渗率逐渐增大;成熟林土壤大团聚体含量、土壤持水量、孔隙度和水分稳定入渗率均表现出先增加后降低的趋势;(2)不同形态氮添加对土壤团聚体结构、孔隙度及水分稳定入渗率的作用无显著差异;(3)土壤持水能力、孔隙度和团聚体结构是土壤入渗性能的主要影响因子,外源氮添加增加中龄林土壤持水量和孔隙度,改善中龄林土壤团聚体结构稳定性和水分入渗性能。

亚高山针叶林不同恢复阶段群落物种多样性变化及其对土壤理化性质的影响

研究了亚高山针叶林不同恢复阶段物种多样性的变化 ,并用逐步多元回归分析法探讨了 17种土壤理化指标对多样性变化的响应。结果表明 :人工林物种多样性随着恢复年代的增加呈逐渐增加的趋势 ,乔、灌、草各层物种组成也发生相应的变化 ,但多样性的恢复十分缓慢。不同土壤理化性质对物种多样性变化的响应不尽相同 ,其中土壤容重、土壤含水量等表征土壤水源涵养功能的物理指标 ,随着物种多样性指数的增加而得到改善 ;枯枝落叶贮量、有机质含量、水解性酸和 Ca、Mg、P含量等土壤营养功能指标也随乔、灌层物种多样性的增加而增加 ,土壤 K2 O含量随草本层物种多样性的增加而减少 ;并建立了上述 9项指标与物种多样性的相关数学模型。其余 8项指标与多样性指数没有直接的线性关系。

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 :30a人工云杉林、4 0a人工云杉林及次生林和原始林年凋落量分别为 2 .6 7× 10 3 kghm-2 、4 .38× 10 3 kghm-2 、4 .2 7× 10 3 kghm-2和 4 .77× 10 3 kghm-2 ,枯枝落叶层贮量分别为 3.19× 10 4kghm-2 、3.6 4× 10 4kghm-2 、1.4 2× 10 5kghm-2 和 1.4 5×10 5kghm-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 .0 1kghm-2 、12 9.0 4kghm-2 、130 .5 7kghm-2 、170 .5 5kghm-2 ,凋落物年失重率分别为 2 4 .35 %、2 2 .87%、36 .96 %和 32 .2 3% ,人工林凋落物分解一半所需时间约为 2 .5a ,天然林约为 1.6a .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 >30a人工林 >4 0a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 。

亚高山针叶林人工恢复过程中凋落物动态分析

从森林凋落物入手 ,采用空间代替时间的方法对不同恢复阶段的 10龄、30龄、4 0龄、5 0龄及 6 0龄的亚高山人工云杉林的生态学过程进行了研究 ,并以原始林为对照 ,比较了人工恢复与自然演替不同恢复途径下森林凋落物动态特征的差异 .结果表明 ,人工林恢复过程中 ,森林地表枯枝落叶层贮量、养分贮量及最大持水量总体上呈现先减少后增加 ,在恢复后的 5 0年达到最大 ,并逐渐趋于平缓或略微减少的变化趋势 .6 0龄人工林枯枝落叶层贮量、养分贮量及最大持水量比原始林存在较大差距 ,分别为 70 2 1× 10 3 、4 73× 10 3 和 89 98× 10 3 kg·hm-2 ,仅占原始林枯枝落叶层各特征的 4 8 4 0 %、4 6 79%和 4 6 99% .人工林和次生林恢复约 4 0年后 ,森林凋落节律、年凋落量及养分归还量相似 ;但凋落物组分含量、地表枯枝落叶层贮量及结构、养分贮量及最大持水量差异较大 ,说明人工林生态功能的恢复滞后于次生林 ,生物多样性的不同是导致这种差异的主要原因之一 .

川西亚高山针叶林土壤呼吸速率与不同土层温度的关系

采用密闭气室红外CO2分析法(IRGA),在野外连续定位测定了川西亚高山冷杉原始林的土壤呼吸,并对其不同土层(0、5、10、15和20cm)的温度进行了同步测定.在此基础上,分析了土壤呼吸的日、季节动态变化,及其与不同土层温度的关系和土壤呼吸Q10值变化.结果表明:冷杉原始林土壤呼吸呈现明显的日变化和季节变化.土壤呼吸的日最高值出现在12:00—14:00,最低值出现在8:00—10:00,与土壤表面温度的日变化一致;土壤呼吸的季节变化表明:7—8月的土壤呼吸高于9—11月,与不同土层温度季节变化规律一致;土壤呼吸与不同土层温度呈显著的指数增长关系,土壤呼吸速率与土壤15cm深处温度的相关性明显高于其它土层;利用Q10模型计算0～20cm各土层的Q10值分别为2·36、4·75、4·90、6·27和5·46,表明海拔高、温度低的环境条件下,土壤呼吸的Q10值偏高.

川西亚高山针叶林人工恢复过程的土壤性质变化

研究川西岷江上游亚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 6 0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 6 0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 6 0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、总孔隙度、保肥力 (CEC)和交换性盐基养分等均明显降低 ,表现出肥力退化的趋势 .因此 ,当人工云杉林达到成熟林后 ,应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

增温对川西亚高山针叶林内不同光环境下红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响

川西亚高山针叶林是青藏高原东部高寒林区的重要组成部分,也是研究全球变化对森林生态系统影响的重要森林类型。开展亚高山针叶林不同树种对气候变暖响应差异的研究,可为预测未来气候变暖背景下亚高山针叶林植被组成和森林动态提供科学依据。我们以川西亚高山针叶林两种主要树种——红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究材料,采用开顶式增温法(Open-top chamber,OTC)模拟气候变暖,研究了增温对全光条件和林下低光环境中(约为全光的10%)生长的红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响。在人工林环境下,OTC使增温框内平均气温和地表温度分别升高了0.51和0.33℃;而在林外空地处,OTC使二者分别升高了0.69和0.41℃。研究结果显示,增温总体上促进了两种幼苗的生长和生理过程,并促使幼苗将更多的生物量投入到其同化部位——叶,使幼苗的根冠比(R/S)显著降低。增温通过增加叶片的光合色素含量和表观量子效率等光合参数,促进了幼苗的光合过程和生长。然而,增温对两种幼苗生长和生理的影响效果与植物种类及其所处的光环境有关。增温仅在林外全光条件下显著影响红桦幼苗的生长和生理过程。岷江冷杉幼苗对增温的响应与红桦相反,即增温仅在林下低光环境下对岷江冷杉幼苗的生长和生理过程有明显促进作用。这种响应差异可能赋予这两种植物在未来气候变暖背景下面对外界环境变化时具有不同的适应能力和竞争优势,从而对亚高山针叶林生态系统物种组成和森林动态产生潜在影响。

亚高山针叶林人工恢复过程中物种多样性变化

通过样方调查 ,以空间代替时间的方法 ,对亚高山人工针叶林恢复过程中 ,乔木、灌木和草本层物种多样性的变化进行了研究 ,探讨了不同恢复阶段各层物种的相关系数 .结果表明 ,亚高山人工针叶林恢复过程中物种的丰富度、多样性和均匀性都在波动中逐渐增加 ,云杉人工林恢复过程中总体上是朝着有利于物种多样性恢复的方向发展 .在人工林恢复序列中群落乔木物种的平均相关系数为 4 1 88% ,灌木为5 0 6 1% ,草本为 37 2 2 % ,说明在 70年的人工林恢复过程中 ,灌木种类具有较高的连续性和稳定性 ;草本植物则随着人工林环境条件的改变而出现较大的消亡和更新 ,显示出较大的波动性 .乔木层物种的稳定性和连续性介于灌木和草本植物之间 .

人为干扰对川西亚高山针叶林土壤物理性质的影响

研究了川西亚高山针叶人工林在几种不同强度人为干扰下林地土壤物理性质 .结果表明 ,随人为干扰强度的增加 ,土壤中细土 (粉粒、粘粒 )和大团聚体数量减少 ,小团聚体和原生土壤颗粒增加 ;土壤表层孔隙度减小 ,尤其是大孔隙明显减少 ;土壤有效水降低 ,持水供水能力减弱 ,渗透系数减小 .川西亚高山人工针叶林土壤生态功能随人为干扰强度的增加而减弱 ,建议在最易受人为干扰的造林地区 ,最好是在造林初期封山育林 .图 1表 5参

亚高山针叶林人工恢复过程中生物量和材积动态研究

研究了近 70年不同林龄亚高山人工云杉林的地上部分生物量及材积变化规律 .结果表明 ,2 0年林龄前的云杉单株生物量增长缓慢 ,以小枝和叶生长为主 ,约占 5 0 % ;2 0年以后 ,单株生物量增长加快 ,以树干积累为主 ,大体上超过 6 0 % ;30年后增长速度相对减慢 ,自 4 0年开始并保持快速增长 .云杉种群生物量表现出类似的增长 ,但林龄在 30至 5 0年间增长速度减慢 .群落生物量总体上持续增长 ,但灌木层生物量在初期快速增长 ,从 2 0年林龄后逐渐减少 ;草本层生物量则一直减少 ,到 70年时仅占不足 0 2 % .在近70年人工恢复过程中 ,云杉单株材积平均生长量和连年生长量都逐渐增大 ,越在后期生长越迅速 ;林分蓄积则在 30至 5 0年林龄之间有一段连年生长量相对减小的时期 .根据树干解析资料 ,建立了 70年人工云杉林的单株材积与胸径和树高的数学模型 .

川西亚高山针叶林土壤硝化作用及其影响因素

采用BarometricProcessSeparation(BaPS)技术对川西亚高山针叶林土壤总硝化作用速率的季节动态进行了研究,并分析了各影响因素与总硝化速率的关系.通过土壤温度和水分含量的控制实验,对温度和水分含量与总硝化速率之间的关系进行了一次线性和曲线模拟.结果表明,6至10月各月份之间的总硝化速率存在显著差异(P<0.01),在7月总硝化速率达到最大值;土壤温度和水分含量与总硝化速率显著正相关(P<0.05),对总硝化速率的影响存在明显的交互作用,水分含量可能对总硝化速率的影响更大,在季节变化中温度和水分含量可能对硝化过程产生直接和间接两种作用;pH值与总硝化速率之间的相关性不明显;森林凋落量与总硝化速率间没有显著相关性,但若仅考虑6至9月,森林凋落量与总硝化速率极显著相关(P<0.01).总之,土壤温度和水分含量很可能是影响总硝化速率的两个最主要的因素.

川西亚高山针叶林植物群落演替对生物学特性的影响

通过对川西亚高山针叶林人工重建过程中土壤微生物数量、酶活性及其与土壤养分性状的关系研究表明,云杉人工成熟林土壤微生物数量、酶活性明显低于云杉人工幼林地,也低于同龄的次生阔叶林地,人工云杉林随着林龄的增加土壤肥力严重退化。土壤微生物数量、酶活性与土壤有机质、全N、全P和碱解N等养分指标呈显著相关关系,土壤生物学指标能较好地反映土壤肥力状况。解决当前人工成熟云杉林土壤退化的主要措施应因地制宜地进行抚育间伐,改善林地的微生态条件,尽量避免营造针叶纯林,建议营造针阔混交林。

短期夜间增温对亚高山针叶林云杉幼苗根系分泌物速率和化学成分的影响

以连续7a红外辐射增温处理下的云杉幼苗为对象,定量分析了增温对植物根系碳(C)、氮(N)分泌速率以及主要挥发性化学成分的影响。结果表明:(1)增温显著增加了云杉幼苗根系C分泌速率,而对N分泌速率无显著影响,并伴随着根系分泌物C∶N化学计量比显著增加;(2)不同化学组分输入含量变化对增温的响应具有明显差异,其响应幅度和方向与化学组分种类有关。其中糖类、氨基酸和酚类化合物的含量在增温处理下均显著增加,而酯类、醚类相对含量显著降低;(3)进一步分析表明,同组分中不同化合物成分含量对增温的响应也有所差异。例如,增温仅导致酚类化合物中2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和4-叔丁基杯[4]芳烃含量显著增加(分别比对照增加了88.9%和375.7%),而对其余酚类化合物成分含量无显著影响。结果表明增温可导致植物根系分泌物各组分相对含量发生深刻地变化,这对于进一步认识不同环境变化下根系分泌物输入及其所诱导的特异性土壤微生物养分过程具有重要的理论意义。

中国西南亚高山针叶林的生态学问题

中国西南地区的亚高山针叶林是该区天然林保护工程的主体 ,是重要的生态屏障。本文对亚高山针叶林进行了界定 ,简要介绍了中国西南亚高山针叶林的种类组成、分布和类型 ,讨论了亚高山针叶林退化演替途径及其恢复与重建等生态学问题 ,并进一步提出有关亚高山针叶林的快速恢复等对策与加强相关生态学研究的建议。

川西亚高山针叶林不同恢复阶段土壤的硝化和反硝化作用

采用气压过程分离(Barometric process separation,BaPS)技术对川西亚高山针叶林不同恢复阶段土壤的总硝化和反硝化作用速率进行了测定,结果表明川西亚高山针叶林不同恢复阶段土壤的总硝化和反硝化速率差异不显著(p<0.05),不同恢复阶段土壤总硝化作用的Q10值差异不显著(p<0.05);总硝化作用速率与土壤含水量呈显著正相关(p<0.05),与土壤pH值、土壤有机质、全氮及C/N相关不显著;不同恢复阶段土壤反硝化速率均维持在一个较低的水平,反硝化速率与土壤中的C/N显著正相关(p<0.05),与土壤含水量、pH值、有机质及全氮相关不显著。与反硝化作用相比,硝化作用对亚高山针叶林土壤氮损失的影响可能更大。

亚高山针叶林土壤有机层有效氮动态及其对外源C、N增加的响应

为了解川西亚高山针叶林土壤有机层有效N的动态及其对外源C、N增加的响应,2005年4～10月采用人为施加C、N的控制实验方法,研究了川西亚高山紫果云杉(Picea purpureaMasters)林和岷江冷杉(Abies faxonianaRehder&E.H.Wilson)林下土壤有机层(OL)的半分解层(FL)和完全分解层(HL)及矿质土壤层(MS)有效氮(NH4+-N+NO3--N)动态及其对外源C、N的响应。云杉和冷杉林FL和HL的有效氮含量均显著高于MS。云杉林FL、HL和MS的NH4+-N分别为总有效氮含量的77.4%、72.4%和76.6%,而冷杉林分别为65.2%、57.6%和67.2%。有效氮和NH4+-N含量均以10月份最高,而NO3--N含量以8月份最高。外源C输入使云杉林土壤FL、HL和MS有效氮含量提高了14.6%、21.2%和28.0%,使冷杉林提高了16.7%、25.3%和5.2%。外源N输入使云杉林土壤FL、HL和MS有效氮含量提高了53.9%、11.6%和13.2%,冷杉林提高了14.2%、23.8%和50.5%。OL对外源C、N输入的响应比MS更敏感,且云杉林大于冷杉林。处理时间越长,外源C、N输入对OL和MS有效氮含量的影响越大。

滇西北亚高山针叶林林窗大小与更新的初步分析

分析了云南西北部碧塔海自然保护区的亚高山针叶林林窗大小对林窗植被和更新的影响 .调查区域出现I级林窗 (面积 <5 0m2 )占 36 % ,II级 (5 0～ 75m2 ) 2 1% ,III级 (75～ 10 0m2 ) 19% ,IV级 (10 0～ 12 5m2 ) 13%和V级 (>12 5m2 ) 11% .结果表明 ,亚高山针叶林因林窗大小不同而导致小环境条件的差异 ,使林窗植被和更新与林窗干扰密切相关 .林窗大小对林窗植被的物种多样性、结构、密度分布以及云冷杉更新苗的空间分布都有不同程度的影响 .小林窗(I级 )的物种多样性比大林窗 (IV级和V级 )、中林窗 (II级和III级 )高 .云冷杉更新幼苗以中、小林窗较多 ,且在小林窗中呈随机分布 ,主要分布在林窗中心和过渡区域 (88% ) ;在大、中林窗中则呈集群分布 ,主要分布在过渡区域 ,占4 4 %～ 5 0 % .同时 ,研究表明该区亚高山针叶林有效更新的林窗阈值面积大约为 75m2 .图 4表 3参 2

四种亚高山针叶林树种的表型可塑性对不同光照强度的响应

以青藏高原东缘亚高山针叶林群落演替后期种岷江冷杉、演替中后期种粗枝云杉和青榨槭、及先锋树种红桦为材料,研究了不同光强下生长的4种树苗生长、生物量分配、叶片形态和光合特性,探讨植物幼苗的形态和生理特征的表型可塑性与光适应的关系。结果表明:(1)弱光环境中生长的4种植物的基茎、相对生长速率、叶片厚度、根重比、最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率较低,而比叶面积、地上/地下生物量、茎长/茎重、叶重比和茎重比较高。(2)大部分光环境下岷江冷杉幼苗的最大净光合速率和暗呼吸速率低于粗枝云杉,青榨槭幼苗的最大净光合速率和暗呼吸速率略低于红桦。(3)高光强下生长的粗枝云杉和红桦幼苗的相对生长速率分别大于岷江冷杉和青榨槭,但在低光强下则与之相反。(4)粗枝云杉和红桦幼苗的11种可塑性指数平均值则分别大于岷江冷杉和青榨槭。岷江冷杉适应弱光环境的能力略强于粗枝云杉和红桦,但适应强光的能力较差。生理适应的可塑性指数大于形态适应的可塑性指数,表明前者在4种植物幼苗光适应方面起到了重要的作用。研究结果支持树种的生理生态特性决定了其演替状况和生境选择的假说。

大熊猫栖息地亚高山针叶林结构和动态特征

亚高山针叶林是大熊猫适宜的栖息环境 ,其结构和动态规律严重影响大熊猫的生存和繁衍及其进化潜力的维持 ,是恢复退化大熊猫栖息地的唯一科学依据。通过样方法和中心点四分法调查了大熊猫栖息地 4个亚高山针叶林样地和该样地所在森林的 6 2个林窗 ,研究了该类森林的结构及其更新与大熊猫主食竹生长、林窗干扰的关系 ,以期揭示亚高山针叶林的动态规律 ,为大熊猫栖息地的恢复提供科学依据。研究结果表明 :岷江冷杉 Abies faxoniana和紫果云杉 Picea purpurea是亚高山针叶林的主体 ,其所构成的森林是大熊猫重要的栖息环境。岷江冷杉种群年龄呈现连续分布格局 ,而紫果云杉种群年龄呈间歇性分布 ,其在 2 5 0～ 5 0 0 a之间没有更新。该类森林中普遍存在着林窗干扰和更新现象 ,90 %的林窗下分布有岷江冷杉和紫果云杉更新的幼苗、幼树和大树。但林窗内不同树种更新密度不同 :岷江冷杉更新幼苗、幼树和大树占所有更新树种的 82 .5 % ,而紫果云杉和糙皮桦的更新幼苗、幼树和大树占 11.3%。岷江冷杉和紫果云杉的更新同时受林下大熊猫主食竹生长状况的影响 :主食竹盖度高 ,更新树种幼苗、幼树的密度低 ,即主食竹的生长抑制了岷江冷杉和紫果云杉的更新。

亚高山针叶林土壤动物和土壤微生物对针叶分解的作用(英文)

通过 8 0片亚高山针叶林土壤有机物层切片的显微观察和统计 ,并结合微生物 (CFU)的培养观察 ,对亚高山针叶林土壤有机物分解过程中土壤动物和土壤微生物的作用进行了研究。根据可见针叶数目和C/N比率在土壤有机物层的垂直分布变化将分解过程分为 3个阶段。真菌数量 (CFU)在第一阶段 (表层 0～ 2cm)明显高于第二和第三阶段 (深层 ) ;与此相反细菌的数量 (CFU)却表层少深层多。具有虫便的针叶在表层 (0～ 2cm)为最多 ,而深于 2cm后便急剧减少 ,至 4.5cm处为零。综合以上结果并结合微形态观察我们认为针叶的分解过程随着深度的增加而增加 ;真菌首先定着和破坏针叶表皮层使得内居性动物大量侵入针叶的内部 ;由于动物的取食可视针叶的数量从 2cm到 4.5cm逐渐消失 ;最后破损的针叶逐渐变成碎削和粪便 ,致使碎片的体积越来越小而有机物表面积却相对变大 ,微生物便很容易定着并分解这些碎片 ,在深层起主要作用的可能是细菌。