凋落物和根系输入对亚热带米槠天然林土壤有机碳组分的影响

植物残体添加和去除试验(the detritus input and removal treatments,DIRT)作为一种研究碳输入来源变化对土壤质地与质量影响的试验设计,对研究土壤养分来源以及主要影响机制具有关键作用。选择福建省三明森林生态系统与全球变化研究站的米槠常绿阔叶天然林,设置对照(CT)、去除凋落物(NL)、去除根系(NR)、去除凋落物+去除根系(NI)、添加双倍凋落物(DL)5种处理,于2018年12月对各处理不同土层(0-10,10-20 cm)土壤进行取样,研究其土壤有机碳组分及其影响因子。结果表明:(1)在0-10 cm土层中,DL中NH_(4)^(+)-N与TN含量明显高于其他处理。NR处理的NH_(4)^(+)-N与DON含量显著大于NL与NI处理。在10-20 cm土层中,DL处理在NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、DON以及TN含量显著大于其他处理。NI处理的NH_(4)^(+)-N含量显著低于其他处理。(2)DL处理有机碳含量显著高于NL处理,但DL处理土壤有机碳含量与CT处理无明显差异(P>0.05),其余各处理间差异均不显著。(3)含有凋落物的处理土壤活性碳组分含量显著高于去除凋落物处理,活性碳组分含量顺序为DL>CT>NR>NL>NI。去除凋落物处理(NL)土壤惰性碳组分含量显著高于去除根系处理(NL、NI)。(4)凋落物和根系的输入对0-10 cm土层土壤β-葡萄糖苷酶以及纤维素水解酶活性具有显著影响,呈现与土壤活性碳组分相同的变化趋势。冗余分析表明,土壤有机碳组分的变化主要是受控于β-葡萄糖苷酶。pH以及土壤含水率也是影响土壤有机碳及其组分的关键因子。凋落物的输入有利于提高土壤养分有效性以及土壤质地,加快碳循环;植物根系则对土壤中有机碳的稳定性具有关键作用。

亚热带米槠天然林凋落物和根系输入变化对土壤磷组分的影响

植物残体添加和去除试验(The Detritus Input and Removal Treatments,DIRT)是研究地上凋落物以及植物根系对土壤营养物质循环过程及机制探究的一种试验设计。于2012年6月选择福建省三明森林生态系统与全球变化研究站的米槠常绿阔叶天然林,设置5种处理:对照(CT)、去除凋落物(NL)、去除根系(NR)、去除凋落物与根系(NI)、添加双倍凋落物(DL),在2018年12月对各处理不同土层(0—10cm、10—20cm)土壤磷组分及其影响因子进行研究,结果表明:(1)在0—10cm土层中DL处理总磷含量显著大于NL处理,NI处理无机磷含量最低,在10—20cm中DL处理有机磷含量显著大于其他处理;(2)DL处理活性磷(Resin⁃P、NaHCO^(3)⁃Pi、NaHCO^(3)⁃Po)含量在0—10cm土层中显著大于其他处理。在10—20cm土层中NR处理活性磷以及中等活性磷显著大于NL处理。残留态磷(Residual⁃P)含量最高,但在各处理与土层之间并没有明显差异;(3)酸性磷酸酶在0—10 cm土层不同处理间的变化趋势明显,CT处理活性最高,NI处理活性最低。NR与NL处理在10—20cm土层的差异并不明显。冗余分析表明,土壤磷组分的变化主要受酸性磷酸酶、土壤含水率、可溶性有机氮以及总氮的影响。凋落物的输入对促进土壤磷素增加,改善土壤质量具有重要意义;植物根系则对土壤磷的活化与稳定具有关键作用。

改变凋落物和根系输入对米槠天然林土壤微生物群落的影响

伴随气候变化下亚热带地区米槠天然林净初级生产力变化,凋落物以及植物根系输入亦会发生改变,这将显著影响土壤微生物群落。于2019年7月在设置7年的米槠天然林植物残体添加和去除试验(the detritus input and removal treatments,DIRT)样地采集不同处理(对照、去除地上凋落物、去除地下根系、无凋落物输入、添加双倍地上凋落物)的2个土层土壤(0—10,10—20 cm),测定微生物磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)含量,计算各微生物群落比值以及多样性,进一步揭示凋落物和植物根系输入对亚热带米槠天然林土壤微生物群落组成和多样性的影响。结果表明:(1)不同处理下0—10 cm土层微生物磷脂脂肪酸含量约为10—20 cm土层的2倍;(2)地上凋落物变化均使得革兰氏阳性菌、阴性菌及放线菌等细菌含量出现不同程度的下降,但不会对丛枝菌根等真菌含量产生影响,而去除根系处理显著降低丛枝菌根真菌含量;(3)微生物群落Shannon-wiener、Simpson多样性指数不受凋落物输入的影响,凋落物去除降低表层土壤微生物群落的Margalef丰富度,提高Pielou均匀度,表明0—10 cm土层微生物群落含量与分布状况受凋落物输入变化影响较大;(4)地下植物根系存在可提高真菌(如丛枝菌根真菌)含量,而地上凋落物输入主要改变细菌丰度以及群落结构。可溶性有机碳以及矿质氮是影响不同处理土壤微生物群落组成和多样性的主要因素。可见,凋落物和根系输入通过土壤理化性质的变化而影响了微生物群落,研究结果可为全面认识植物、土壤与微生物间的相互作用对森林生产力的影响提供科学依据。

不同处理采伐剩余物对营造杉木幼林土壤胞外酶活性的影响

土壤酶对森林生态系统生物化学过程有重要作用,能快速反映土壤环境(如养分含量和有效性)的变化。采伐剩余物是林地土壤养分的重要来源,其处理方式会对森林土壤的养分含量和有效性产生影响。为探讨采伐剩余物不同处理方式对杉木幼林土壤酶活性的影响,在福建省三明市格氏栲自然保护区40年生的杉木成熟林采伐迹地上对采伐剩余物进行不同处理(保留RR、火烧RB、去除R)并种植杉木幼林,通过采集0-10,10-20 cm土层土壤,对6种胞外酶活性进行研究。结果表明:(1)采伐剩余物处理4年后,相比保留处理,火烧和清除处理的土壤可溶性有机碳、可溶性有机氮、无机氮、硝态氮含量均显著下降。其中火烧处理下硝态氮下降幅度显著高于清除处理,2个土层下降幅度平均分别为88%和51%;(2)相比保留处理,火烧和清除处理土壤微生物生物量碳和微生物生物量磷含量以及6种土壤酶活性,即酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、过氧化酶、酚氧化酶均明显更低,而且火烧处理两土层微生物生物量碳和微生物生物量磷含量显著低于清除处理;(3)冗余分析表明,0-10 cm土层土壤酶活性与微生物生物量磷、微生物生物量碳含量显著相关,而可溶性有机氮、硝态氮、微生物生物量碳是影响10-20 cm土层土壤酶活性变化的关键因子。保留采伐剩余物有利于提高土壤养分和酶活性,是土壤肥力维持和森林生产力提高的有效经营管理措施。

采伐剩余物不同处理方式对杉木幼林土壤有机氮组分的影响

采伐剩余物不同处理方式会改变输入土壤的有机质数量和质量,直接或间接影响土壤的养分组成与含量。氮作为重要的土壤养分之一,其有机氮组分对采伐剩余物不同处理方式的响应仍不明确。本研究在福建省三明市格氏栲自然保护区内,对50多年生的杉木成熟林皆伐后的采伐剩余物分别进行清除、保留、火烧处理,并种植杉木5年时,采用H_(2)SO_(4)水解法对不同土层(0~10、10~20 cm)土壤有机氮组分及其影响因素进行研究。结果表明:保留处理显著提高了土壤有机氮及活性组分的含量。0~10 cm土层中,保留处理土壤有机氮含量(3.36 g·kg^(-1))分别是清除处理、火烧处理的1.5和1.3倍,活性氮Ⅰ、Ⅱ含量也以保留处理最高;10~20 cm土层中,保留处理土壤有机氮和活性氮Ⅱ含量(2.20、0.73 g·kg^(-1))也显著高于清除和火烧处理,而且保留处理的活性氮指数Ⅱ(33.9%)显著高于火烧处理(26.1%)。两个土层均以保留处理的总碳、可溶性有机碳、可溶性有机氮含量,以及微生物生物量碳、氮最高。与清除处理相比,保留处理显著提高0~10 cm土层细菌(革兰氏阳性菌、阴性菌)含量;10~20 cm土层中,保留处理的真菌含量最高,放线菌含量最低。相关分析表明,土壤有机氮及活性组分与土壤总碳、可溶性有机碳、可溶性有机氮、微生物生物量及土壤细菌(革兰氏阳性菌、阴性菌)、真菌呈显著正相关,与放线菌呈显著负相关。保留处理有利于提高土壤有机氮及活性氮组分含量,改善土壤生化性质,对土壤微生物群落组成具有积极的影响,是维持土壤肥力和提高森林生产力的有效经营管理措施。