火烧强度对中亚热带人工造林初期土壤呼吸的影响

在热带和亚热带森林中,火烧是一种清理采伐迹地的有效管理措施。尽管许多研究表明,火烧刺激了土壤的碳排放,但对亚热带火强度对土壤呼吸的影响还缺乏了解。在中亚热带米槠常绿阔叶次生林采伐迹地上,设置高火烧强度(HF)、低火烧强度(LF)炼山造林处理,利用LI-8100对造林初期(2012年3月—2012年12月)土壤呼吸进行测定,同时监测观测期土壤温度、含水量以及降雨量等气象因子,分析不同火烧强度对中亚热带造林初期土壤呼吸及排放量的影响,同时探讨影响土壤呼吸变化的主要因素。结果表明:(1)观测期间不同火烧强度对土壤呼吸的影响呈现出明显的时间变化特征:与对照(CT)相比,土壤呼吸在火烧后2个月以内显著增加(P<0.05),HF和LF分别增加76.3%和55.3%;在火烧后2—5个月内三种处理间没有显著差异(P>0.05);但之后,火烧处理土壤呼吸显著低于CT(P<0.05),HF和LF分别降低40%和32.6%;在观测期间火烧处理没有导致土壤CO累计排放量的增加。(2)火烧处理下,仅HF处理中土壤呼吸与土壤温度显著相关(P<0.05),但拟合决定系数较低。(3)单次降水事件会导致火烧处理下土壤呼吸的增加,而对照无明显增加;但连续性降水事件中,降雨早期促进土壤呼吸,而后期呈现出抑制作用。

中亚热带13种树种幼苗叶片和细根可溶性有机碳的数量特征和结构特征

植物叶片和细根输入的可溶性有机碳(Dissolved organic carbon, DOC)是森林生态系统最活跃的组成部分,对生态系统的碳循环有重要作用。以中亚热带13种典型树种为研究对象,测定其幼苗叶片和细根(0—1 mm和1—2 mm)的碳氮含量,淋溶产生的DOC浓度以及傅里叶红外光谱特征,分析不同树种和不同器官之间DOC的数量特征和结构特征。结果表明:(1)浙江桂在叶片和细根(0—1 mm和1—2 mm)的总碳含量上最高,竹柏在叶片和0—1 mm细根的总碳含量上最低,观光木在1—2 mm细根的总碳含量上最低。花榈木和罗汉松在叶片的总氮含量上分别为最高和最低,木荚红豆和观光木分别在0—1 mm和1—2 mm细根的总氮含量上最高,冬青在细根(0—1 mm和1—2 mm)的总氮含量上最低。(2)刨花楠、闽楠和浙江桂等樟科树种在叶片淋溶产生的DOC浓度上最高,而罗汉松和和竹柏等罗汉松科树种在叶片淋溶产生的DOC浓度上最低;花榈木和木荚红豆等红豆属树种在细根(0—1 mm和1—2 mm)淋溶产生的DOC浓度上最高;刨花楠、闽楠和浙江桂等樟科树种在细根(0—1 mm和1—2 mm)淋溶产生的DOC浓度上最低。(3)红外光谱显示,13种树种叶片和细根淋溶产生DOC的红外光谱特征具有一定的相似性,都有6个吸收峰和1个透射峰。浙江桂叶片淋溶产生的DOC在各个波段的吸收率上最高,冬青叶片最低;红豆杉细根(0—1 mm和1—2 mm)淋溶产生的DOC在各个波段的吸收率上最高,木荚红豆0—1 mm细根淋溶产生的DOC在各个波段吸收率上最低,丝栗栲1—2 mm细根淋溶产生的DOC在各个波段吸收率上最低。研究表明在植物生物多样性较高的亚热带常绿阔叶林,树种和器官类型在调节DOC的数量特征和结构特征上起重要作用,相关研究应充分考虑到不同材料之间的差异性。气候变化下树种分布、降雨强度与频率的改变,将强烈影响森林中可溶性有机碳的数量与组成,从而影响到亚热带森林土壤微生物活动与养分循环。因此,通过比较不同树种的叶片与细根产生的DOC数量与组成结构上的差异,为完善和补充气候变化下亚热带常绿天然林碳循环研究提供科学依据。

中亚热带米槠天然林粗木质残体储量特征

粗木质残体(coarse woody debris,CWD)是森林生态系统的重要组成部分,在森林生态系统的结构性和功能性方面有着重要的作用。以福建三明米槠(Castanopsis carlesii)天然林为研究对象,采用样方法调查了样地内粗木质残体的分解等级和径级分布,研究米槠天然林粗木质残体的储量特征。结果表明:(1)米槠天然林粗木质残体储量为16.13 t·hm^(-2)。其中,倒木是主要贡献者,占粗木质残体储量的55.13%;其次为枯立木,占粗木质残体储量的44.87%。(2)样地内倒木和枯立木的储量均随着径级的增加而逐渐增大,在20~40 cm径级占据优势地位,分别达到倒木和枯立木储量的48.86%和66.25%。(3)样地内倒木Ⅴ分解等级超过60%,处于分解的后期,是倒木的主要部分,可能是由于本区较好的水热条件,促进了微生物对粗木质残体的分解作用。总体而言,米槠天然林粗木质残体储量低于亚热带常绿阔叶林的平均水平,这与天然林年龄、自然干扰和气候等紧密相关。因此,未来应加强对亚热带不同区域不同森林类型的粗木质残体储量进行研究。

不同园地的土壤夏季无机氮含量及氮矿化速率研究

通过运用埋管矿化培养试验法对不同园地的土壤夏季无机氮矿化速率进行测定,探究其土壤无机氮矿化差异。结果表明,不同土壤无机氮含量大小关系为:西瓜地>草地>蔬菜地,NH4^+-N均为其主要存在形式;矿化培养期间不同土壤无机氮的淋溶量大小关系为:西瓜地>蔬菜地>草地,同样以NH4^+-N形式淋溶为主,从淋溶的无机氮占比分析来看,蔬菜地的氮保持能力最弱;土壤氮矿化速率为:蔬菜地>西瓜地>草地,蔬菜地的矿化速率最大,蔬菜地土壤供氮潜力最强。本试验研究为研究区域的园艺栽培管理提供理论指导。

土壤和大气增温对杉木幼树细根生物量和叶片性状的影响

为揭示不同增温方式对杉木幼树细根生物量和叶片性状的影响,设置土壤增温(电缆增温4℃,不增温)×大气增温(开顶箱被动式增温,不增温)双因子实验,对杉木幼树细根生物量和叶片性状进行研究。结果表明:大气增温、土壤和大气同时增温使杉木细根总生物量显著减少,土壤增温后细根总生物量无显著变化;大气增温、土壤增温、土壤和大气同时增温显著降低了0~10 cm土层细根生物量,大气增温、土壤和大气同时增温显著降低了10~20 cm土层细根生物量;而各处理20~40 cm土层细根生物量与对照无显著差异;大气增温、土壤增温显著减少1年生叶片组织密度及比叶质量;土壤增温、土壤和大气同时增温显著减少2年生叶片面积,显著增加了叶组织密度及比叶质量;大气增温显著减少了2年生叶片面积;未来气候变暖下杉木幼树可能会通过改变细根生物量的土层分布以及不同年龄叶片的性状来适应增加的温度。因此,为更真实、准确揭示增温对植物的影响,应考虑不同增温方式对植物性状的影响,尤其是应加强地上和地下同时增温的控制实验。

增温对杉木幼树不同季节叶片非结构性碳水化合物及碳氮同位素的影响

为揭示植物叶片非结构性碳水化合物(NSC)以及碳氮同位素特征对全球变暖的响应,在福建三明森林生态系统与全球变化国家野外科学观测研究站陈大观测点内开展土壤增温实验,设置对照(CT)和增温(电缆加热,+4℃)(W)两种处理,于2016年3月份开始增温,以杉木幼树为研究对象,分析杉木叶片NSC含量以及碳氮同位素的季节变化特征.结果表明:(1)增温处理显著降低春季叶片可溶性糖、淀粉、NSC含量,而其他季节两种处理间无显著性差异.(2)增温后春、冬季节叶片δ13C显著增加,各季节叶片δ15N均表现出增加趋势.(3)增温处理下,叶片δ13C、δ15N与NSC含量未表现出相关关系,而对照条件下,δ15N与δ13C、糖淀比表现为负相关关系,与淀粉表现为正相关关系.综上所述,植物在增温条件下会通过调整不同季节体内NSC含量进行渗透调节,同时改变养分循环特征,进而影响植物水分和养分利用策略维持植物的生长.未来应进一步研究长期增温背景下植物体内NSC含量以及碳氮同位素在各器官间的季节变化特征以及NSC含量与碳氮循环间的关系.(图4表2参40)