去除根系或枯落物对湿地松和尾巨桉人工林土壤碳氮库的影响

【目的】研究地上枯落物和地下根系在土壤碳氮循环中的作用,为提高滨海沙地人工林土壤碳氮保留能力提供科学依据,为促进沿海地区人工林可持续经营提供启示。【方法】以福建长乐滨海沙地2种典型人工林(湿地松和尾巨桉)为研究对象,设置去除根系、去除枯落物以及对照3种处理,1 a后采集土壤样品,测定土壤碳氮及其组分。【结果】滨海沙地湿地松林和尾巨桉林碳氮储量差异不明显,去除地上枯落物使尾巨桉林土壤可溶性有机碳含量显著下降,去除地下根系使湿地松林土壤可溶性有机氮含量显著上升,去除根系或枯落物处理均降低了2种人工林土壤微生物有机碳和微生物有机氮含量,湿地松人工林去除根系或枯落物后土壤矿质氮含量均有所升高,尾巨桉人工林则与之相反。回归分析表明不同碳输入下土壤DOC与DON、MBC、MBN之间存在极显著正相关关系,与土壤NO_(3)^(-)-N之间存在显著正相关关系,土壤MBC与土壤NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N之间存在显著正相关关系。【结论】去除根系或枯落物处理对不同树种人工林土壤碳氮库的影响存在显著差异,调控地上、地下有机物输入会影响土壤碳氮及其组分,进而影响土壤碳氮库,表明根系和枯落物是土壤碳氮库的重要影响因素,其影响作用会因树种类型而异。

不同处理方式下湿地松人工林土壤呼吸及温度敏感性变化

研究碳输入处理对沿海地区湿地松人工林土壤碳排放的影响,分析不同碳输入下各组分(植物根系、凋落物层及矿质土壤)的呼吸速率及其贡献,为人为干扰下滨海沙地碳循环模式和未来沿海地区气候变化提供参考。在福建省长乐大鹤国有防护林场的湿地松人工林中,采用随机区组试验改变湿地松人工林地上、地下碳输入方式,设置对照(SC)、去除根系(SR)、去除凋落物(SL)、环割(SG)、环割+去根(SGR)、环割+去凋落物(SGL)6个处理,采用开路式碳通量测定系统Li-8100测定不同处理样地每月的土壤呼吸速率、土壤温度和土壤湿度,并计算不同呼吸组分的速率和温度敏感性(Q_(10))。结果表明:1)观测期间,不同处理土壤呼吸年通量由大到小依次为对照(23.82 t·hm^(-2))、环割(20.04 t·hm^(-2))、去除凋落物(19.74 t·hm^(-2))、去除根系(14.4 t·hm^(-2))、环割+去凋落物(14.39 t·hm^(-2))、环割+去根(14 t·hm^(-2)),与对照相比碳输入减少后土壤呼吸均有所降低。2)不同处理间的土壤湿度差异极显著(P<0.01),土壤温度差异不显著(P>0.05)。3)湿地松林地异养呼吸在总呼吸中占比60.4%,自养呼吸占比39.6%。各组分呼吸速率对总呼吸速率的贡献率分别为矿质土壤呼吸(43.3%)、根系呼吸(39.6%)、凋落物层呼吸(17.2%)。4)不同处理使土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))均有所升高(除环割+去根处理),各处理Q_(10)依次为环割+去凋落物>去除凋落物>去除根系>环割>环割+去根=对照。不同碳输入处理对土壤CO_(2)排放有明显影响,碳输入方式是影响森林土壤呼吸速率的重要因子。

根系和凋落物去除对3种人工林土壤CO_(2)通量日变化的影响

[目的]探究不同碳输入下,滨海人工林林地CO_(2)通量的昼夜动态变化和土壤CO_(2)的日排放量。[方法]采用Li-8100碳通量自动测量系统对尾巨桉、纹荚相思、湿地松3种滨海人工林土壤CO_(2)排放速率进行了监测,同时测定了0~10 cm土层土壤温湿度。[结果]土壤CO_(2)通量日变化幅度较小,尾巨桉和纹荚相思林地白天土壤的CO_(2)排放量高于夜晚,湿地松林地则相反。非生长季纹荚相思和尾巨桉、湿地松林地土壤CO_(2)通量日动态变化均存在显著差异(P<0.05),生长季不同人工林间的土壤CO_(2)通量日动态变化均存在显著差异(P<0.05);非生长季3种人工林去除根系或凋落物后土壤CO_(2)通量降低幅度较小,而生长季去除根系或凋落物后土壤CO_(2)通量均显著降低(P<0.05)。土壤CO_(2)通量与土壤温度呈指数相关关系,土壤CO_(2)通量与土壤湿度呈二次曲线相关关系。[结论]林地土壤CO_(2)排放量因树种和季节而异,土壤CO_(2)通量对根系或凋落物去除的响应也有差异,与植物根系、凋落物输入的数量和质量以及土壤温湿度的影响有关。

滨海防护林土壤CO_(2)排放和土壤因子对计划火烧的响应

为研究林火对滨海沙地森林生态系统碳循环的干扰作用,以尾巨桉防护林(Eucalyptus urophylla×Eucalyptus grandis)和木麻黄防护林(Casuarina equisetifolia)为研究对象,利用LI-8100土壤CO_(2)通量全自动测量系统测定不同防护林火烧迹地和对照样地的土壤CO_(2)通量,同时测定样地内土壤温湿度和土壤pH、全量碳氮和矿质氮含量,并分析不同林地土壤CO_(2)通量与水热因子关系以及土壤理化特性的变化。结果表明:2种防护林火烧迹地土壤CO_(2)通量均显著低于对照样地,尾巨桉林火烧迹地和对照样地土壤CO_(2)通量月平均值分别为2.47,3.32μmol/(m^(2)·s),木麻黄林分别为2.48,3.28μmol/(m^(2)·s)。林火干扰后2种防护林土壤温度和湿度均高于对照样地,在指数函数模型中尾巨桉林和木麻黄林10 cm处土壤温度解释土壤总呼吸的10.4%~21.4%,在二项式函数模型中尾巨桉林和木麻黄林10 cm处土壤湿度解释土壤总呼吸的15.8%~29.4%,在双变量回归模型中土壤温湿度以及其交互作用共同解释土壤总呼吸的33.1%~66.8%。轻度火干扰对尾巨桉和木麻黄林地土壤pH、全量碳氮和矿质氮含量的影响较小,2种防护林火烧迹地土壤pH均有所升高,NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N含量均有所下降。综上所述,林火干扰导致研究区内2种防护林土壤碳排放显著降低,不同样地土壤温度、湿度的双变量模型拟合效果均优于单因素模型,土壤碳排放受到两者的共同影响,为气候变暖背景下林火干扰对滨海沙地防护林土壤碳平衡影响的研究提供参考数据和理论支持。

去除根系和凋落物对滨海沙地3种防护林土壤碳氮库的短期影响

以福建长乐滨海沙地上3种人工林(尾巨桉、纹荚相思、木麻黄)土壤为研究对象,设置去除凋落物、去除根系和对照3种处理,观测1年后分析改变地上、地下有机质输入对沙地土壤碳氮储量、可溶性有机碳(DOC)氮(DON)和微生物量碳(MBC)氮(MBN)的影响。结果表明:不同树种人工林间土壤碳氮储量无显著差异;不同树种人工林间土壤活性碳氮组分差异显著,木麻黄土壤DOC含量显著高于纹荚相思,纹荚相思土壤DON显著高于木麻黄和尾巨桉,尾巨桉土壤MBN显著高于木麻黄和纹荚相思。改变地上地下有机质输入对滨海沙地土壤碳氮库有显著影响且这种影响随树种而异。去除凋落物后纹荚相思、木麻黄土壤碳储量分别下降38.0%、25.1%,氮储量分别下降12.9%、12.5%;去除凋落物后尾巨桉、纹荚相思、木麻黄土壤DOC分别下降37.5%、30.6%、52.9%,MBC分别下降31.0%、56.9%、29.7%,MBN分别下降50.7%、34.9%、42.2%;去除根系后尾巨桉、纹荚相思土壤MBC分别下降57.7%、15.4%。回归分析显示,滨海沙地土壤DOC、MBC与土壤碳储量呈显著正相关,土壤DOC和MBC分别能够解释土壤碳储量变化的47.7%和57.7%。研究表明:树种通过调控地上、地下输入影响可溶性有机碳氮和微生物量碳氮,进而影响土壤碳氮库。

不同碳输入方式对沿海防护林土壤氮库的影响

为探究凋落物和根系在滨海沙地人工林土壤氮循环中所扮演的角色,设置去除凋落物、切断根系、对照3种处理,分析3种典型沿海防护林(尾巨桉、纹荚相思、木麻黄)土壤氮素对不同碳输入的响应。结果表明:滨海沙地土壤矿质氮含量(2.91-4.49 mg·kg^(-1))远低于内陆森林土壤;3种人工林土壤矿质氮含量表现为纹荚相思>木麻黄>尾巨桉,其中纹荚相思与尾巨桉土壤矿质氮含量差异显著(P<0.05);不同树种土壤硝态氮(NO_3^--N)含量存在显著差异,表现为纹荚相思>木麻黄>尾巨桉。树种对切断根系或去除凋落物的响应不一致,切断根系后纹荚相思和木麻黄土壤NO_3^--N含量显著高于对照,对铵态氮(NH_4^+-N)含量影响不显著;切断根系和去除凋落物处理后土壤硝化作用均增强,对尾巨桉的影响达显著水平(P<0.05);切断根系和去除凋落物均显著降低尾巨桉和纹荚相思土壤微生物量氮(MBN)含量,对土壤可溶性有机氮(DON)的影响与之相反。土壤NO_3^--N与土壤MBN之间存在极显著的负相关关系(r=-0.671,P<0.01),与土壤DON呈极显著正相关(r=0.900,P<0.01),土壤DOC与NO_3^--N、NH_4^+-N之间分别存在显著的负相关(r=-0.413,P<0.05)和极显著的正相关关系(r=0.461,P<0.01)。

不同年龄序列杉木人工林凋落物数量、组成及动态变化

在福建南平地区,对8年、14年、21年、46年生杉木人工林凋落物数量、组成及季节动态进行研究。结果表明：8年、14年、21年、46年生杉木林年凋落物总量分别为：1.60、5.10、6.28、5.32 t/hm2。各年龄段杉木林凋落物均以落叶为主,8年、14年、21年、46年生杉木林叶凋落量分别占到年总凋落物量的61.9%、54.13%、61.9%、44.2%,落枝,杂叶和落果在凋落物中所占的比例较大。经方差分析检验,8年、14年、21年、46年生杉木林的落叶、落枝、杂叶、落果、碎屑等组分差异显著（P〈0.05）。各年龄段杉木林凋落物量均显示出明显的季节动态,8年、14年、21年、46年生杉木林凋落物量季节变化曲线均呈多峰型,均在3月、5月、8月、11月出现峰值;各年龄段杉木林的落叶、落枝、落果变化模式相同,均在3月、5月、8月、11月出现峰值,而凋落的杂叶和碎屑物变化模式不尽相同。

滨海沙地纹荚相思人工林凋落物及养分归还动态研究

2011年10月至2012年9月,通过对福建长乐滨海沙地纹荚相思人工林凋落物量进行为期12个月的定位监测,并对凋落物养分特征及归还动态进行研究。结果表明,纹荚相思人工林年凋落物量为5.3 t/hm2,具有明显的季节动态,呈单峰型,最大值出现在2012年6月;叶子是凋落物的主要形式,占总凋落物量的67.85%,其次是落枝、杂叶、碎屑、杂果、落果、花、杂枝、皮;5种营养元素在凋落物中的平均含量大小表现为N>K>Ca>Mg>P。5种元素的年通量大小为127.98kg/(hm2·a),其中氮元素年通量最大,为75.63 kg/(hm2·a),磷元素年通量最小,为2.24kg/(hm2·a);纹荚相思人工林叶凋落物N、P、K、Ca、Mg 5种养分元素的归还动态模式相似,归还量均在7月达到最大值,Fe、Mn、Zn、Cu 4种微量元素的年归还量为1.272、2.261、0.192、0.023kg/(hm2·a)。凋落物各组分中微量元素Mn含量最高,其次是Fe、Zn,而Cu最低。

环境因子对沿海防护林土壤呼吸季节动态的影响

为探究闽南沿海地区人工防护林土壤呼吸速率的季节动态特征及其对土壤温度和湿度季节变化响应,以滨海沙地纹荚相思、尾巨桉、肯氏相思、木麻黄和湿地松防护林为研究对象,采用Li-8100自动土壤CO_(2)通量测量系统测定各林地不同季节的土壤呼吸速率,同时测定土层10 cm深处的土壤温度和湿度。结果表明:5种典型人工防护林土壤呼吸速率的季节平均值依次为尾巨桉林(3.51 μmol·m^(-2)·s^(-1))>纹荚相思林(3.33 μmol·m^(-2)·s^(-1))>木麻黄林(3.02 μmol·m^(-2)·s^(-1))>肯氏相思林(2.95 μmol·m^(-2)·s^(-1))>湿地松林(2.06 μmol·m^(-2)·s^(-1)),均表现出夏季高、冬季低的季节变化特征。湿地松林土壤呼吸速率与土壤温度显著相关(P<0.05),另外4种防护林土壤呼吸速率与土壤温度均极显著相关(P<0.01);纹荚相思林土壤呼吸速率与土壤湿度极显著正相关(P<0.01),另外4种防护林土壤呼吸速率与土壤湿度均不显著相关(P>0.05)。5种防护林的土壤呼吸速率对温度敏感性系数(Q_(10)值)存在差异,4种阔叶林Q_(10)值均大于针叶林(湿地松林)。研究发现,不同类型防护林土壤呼吸速率均存在差异,土壤温度是影响该地区土壤呼吸速率季节变化的主要环境因子。

滨海沙地两种防护林土壤呼吸月际动态及影响因素

森林土壤呼吸是全球碳循环的重要流通途径,其变化会对大气CO_(2)产生影响.为探究未来沿海地区气候变化和人为干扰下滨海沙地的碳循环模式,以滨海沙地木麻黄防护林和纹荚相思防护林为研究对象,对两种林分3种不同处理[去除根系(RT)、去除地上部分凋落物(RL)以及对照(CK)]的土壤呼吸速率、土壤水热因子年变化规律进行分析结果显示:在观测期间(2019年9月至2020年8月),对照、去根和去凋落物处理木麻黄防护林平均土壤呼吸速率分别为2.63μmol m^(-2)s^(-1)、2.51μmol m^(-2)s^(-1)、2.14μmol m^(-2)s^(-1),纹荚相思防护林分别为2.75μmol m^(-2)s^(-1)、2.23μmol m^(-2)s^(-1)、1.81μmol m^(-2)s^(-1).两种林型不同处理的土壤呼吸速率与5 cm深度土壤温度之间呈指数相关关系(P<0.05),与土壤微生物量碳和微生物量氮之间呈极显著正相关(P<0.01),土壤呼吸速率和土壤温度、土壤湿度的拟合模型可以更好地解释土壤呼吸与土壤温湿度之间的关系.本研究表明不同植物残体去除处理通过改变土壤碳输入和土壤环境因子从而影响森林土壤碳排放,且不同类型森林土壤呼吸速率对改变植物残体(碳源)输入方式的响应存在差异性,两种林地不同植物残体去除后土壤呼吸速率均有所下降,木麻黄林地凋落物去除比根系去除对土壤呼吸速率的影响更为显著,纹荚相思林地两种处理对土壤呼吸速率均有显著影响.

轻度火烧对滨海沙地人工林土壤呼吸速率和非生物因子的影响

探究轻度火烧后土壤呼吸及其组分变化规律以及对林地环境因子的影响,可为林火干扰条件下滨海沙地人工林土壤碳排放估算提供科学依据。该研究以闽南沿海地区木麻黄(Casuarina equisetifolia)人工林火烧迹地和对照样地为研究对象,于2019年9月至2020年8月采用LI-8100土壤碳通量自动测量系统测定土壤总呼吸速率(RS)和异养呼吸速率(RH),同时测定10cm深处的土壤温度(T10)、湿度(W10)和0-10 cm土壤的物理化学性质,探讨轻度火烧对林地土壤RS和RH以及非生物因子的影响。结果表明:火烧迹地土壤全年平均RS和RH分别为(2.37±0.65)和(2.05±0.63)μmol·m^(-2)·s^(-1),对照样地土壤全年平均RS和RH分别为(2.86±1.08)和(2.51±1.08)μmol·m^(-2)·s^(-1),火烧迹地与对照样地土壤呼吸速率及其组分存在显著差异。除对照样地土壤RH外,两块样地土壤呼吸速率及其组分与土壤温度呈极显著指数相关关系,与土壤水分的相关关系均未达到显著水平。土壤呼吸速率与土壤可溶性有机碳、土壤微生物生物量氮含量呈极显著正相关关系,与土壤可溶性有机氮含量呈显著正相关关系,与土壤微生物生物量碳含量呈显著负相关关系。轻度火烧对木麻黄人工林土壤呼吸及其组分均有抑制作用,说明林火干扰对森林生态系统土壤呼吸和碳循环具有重要影响。

尾巨桉人工林火烧迹地土壤呼吸组分特征及其与土壤因子的关系

为探究滨海地区人工防护林火烧迹地土壤总呼吸速率及其组分的动态变化规律以及与之相关的影响因素,利用壕沟法区分土壤异养呼吸和自养呼吸,采用Li-8100碳通量自动测定系统,对福建省滨海沙地尾巨桉人工林火烧迹地土壤呼吸进行测定,同时测定0~10 cm处的土壤温度(T10)和土壤体积含水量(W10),分析火烧迹地和对照样地土壤呼吸及其组分与林地水热因子的月动态变化,探讨土壤呼吸速率与土壤温度、土壤水分以及土壤理化性质的相关关系。结果表明:火烧迹地土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的月平均速率分别为2.20、1.87和0.33μmol·m^(-2)·s^(-1),对照样地土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的月平均速率分别为2.96、2.15和0.81μmol·m^(-2)·s^(-1),火烧迹地土壤呼吸及其组分均显著下降(P<0.05);全年火烧迹地和对照样地土壤呼吸及其组分与T10均表现出极显著指数相关,全年火烧迹地和对照样地土壤总呼吸速率与W10均表现出显著正相关,火烧迹地土壤异养呼吸与W10无显著相关,对照样地土壤异养呼吸与W10表现出极显著正相关,火烧迹地土壤总呼吸和异养呼吸的Q10值相同,且稍低于对照样地的Q10值;林地土壤呼吸速率与土壤NO_(3)^(-)-N、无机氮均存在极显著正相关,与NH_(4)^(+)-N存在显著正相关;在尾巨桉人工林中,林火干扰对土壤呼吸速率有显著影响,土壤异养呼吸和自养呼吸均显著降低。通过建立回归模型可知,土壤总呼吸与土壤温度和体积含水量均显著相关,进一步证明土壤温度和含水量是影响林地土壤呼吸速率的主要因子,且林火干扰还会导致土壤碳氮组分发生改变,从而影响土壤碳排放速率。

林火干扰对滨海沙地人工林土壤碳氮库的影响

为了解林火对滨海沙地人工林土壤碳氮库的影响,选择滨海沙地上受轻度林火干扰的尾巨桉和木麻黄人工林为研究对象,对比其土壤碳氮储量、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)和矿质氮含量与对照林分之间的差异.结果显示:轻度林火干扰对滨海沙地木麻黄人工林土壤碳氮库产生显著影响,对尾巨桉影响不显著.林火干扰3年后,尾巨桉人工林土壤碳储量、氮储量、DOC、MBC与对照林分相比分别升高13.5%、27.7%、2.9%、13.7%,DON、MBN、矿质氮含量分别下降51.3%、14.7%、58.0%,而木麻黄人工林土壤碳储量、氮储量、DOC、DON、MBC、MBN、矿质氮含量分别下降27.9%、24.6%、38.6%、41.1%、24.5%、25.4%、31.7%.两种人工林的土壤p H值与硝态氮、DON、MBN极显著相关.本研究表明,轻度林火通过干扰土壤碳氮储量和易变性碳氮,进而对土壤碳氮库产生影响,且这种影响因树种而异.

杉木宿存叶片的分解及稳定性碳氮同位素和化学组成

杉木枯死枝叶由于长期宿存于树冠,不易脱落,且生物量大,其分解和养分释放对杉木人工林营养循环具有重要意义。用比叶质量法估算了我国亚热带地区福建南平17年生杉木树冠层不同高度宿存叶片的分解程度,测定了碳氮含量、碳氮稳定性同位素及有机碳化学组成。结果表明：杉木宿存叶片的比叶质量呈现出由上向下逐渐减小的趋势,树冠8~10 m处宿存叶片的比叶质量（26.02 mg·cm-2）显著大于刚死杉木叶片的比叶质量（23.12 mg·cm-2）和6~8 m处宿存叶片的比叶质量（15.39 mg·cm-2）,而0~2、2~4和4~6 m这3层宿存叶片的比叶质量无显著差异。刚死杉木叶的碳含量（50.67%）和氮含量（0.75%）显著低于不同高度宿存叶片的碳氮含量,而不同高度宿存叶片的碳氮含量和碳氮比均无显著差异。刚死杉木叶片的碳氮比（67.58）显著高于不同高度宿存叶片的碳氮比。当杉木宿存叶片的C/N为45.91±0.45时开始净氮释放。刚死杉木叶片和8~10 m高度处宿存叶片δ15N值显著高于其他高度宿存叶片,而其他高度宿存叶片的δ15N含量无显著差异。不同高度杉木宿存叶片的δ13C无显著差异。杉木宿存叶片中多糖碳和乙缩醛碳首先被分解,而烷基碳、芳碳、酚碳和羧基碳的分解速度比多糖碳和乙缩醛碳的慢。