亚热带北缘次生阔叶林土壤性状和菌根真菌多样性随坡位的变化

菌根真菌的侵染和共生有助于林木对土壤氮、磷等养分的吸收利用,是林木适应瘠薄土壤条件和困难立地的有效方式。以位于宁镇山脉中部空青山的次生阔叶林为对象,利用自然地形变化所产生的立地条件的差异,分别采集上、中、下坡的林木根系及土壤样品,分析菌根真菌侵染率和多样性,以及相应的土壤性状,研究亚热带北缘次生阔叶林林木根系的菌根真菌侵染情况随坡位的变化,并探讨其与土壤养分供应之间的关系。结果表明,不同坡位林地土壤的含水量、pH值、有效磷含量以及微生物生物量氮含量差异不显著,但均随坡位下降而升高。下坡和中坡的土壤有机碳含量、全氮含量、无机氮含量以及微生物生物量碳含量整体上均显著高于上坡。上、中、下坡林木菌根平均侵染率分别为92.1%、84.7%和74.6%,随着坡位的下降侵染率显著降低。不同坡位菌根真菌的Shannon-Wiener指数、Simpson指数和丰富度指数差异显著,表现为上坡>中坡>下坡,菌根真菌的均匀度指数在不同坡位间没有差异。不同坡位菌根真菌侵染率以及Shannon-Wiener指数均与土壤有机碳和硝态氮含量呈显著负相关,此外,菌根真菌Shannon-Wiener指数还与土壤pH显著负相关,与铵态氮含量显著正相关。菌根真菌的丰富度指数则与土壤含水量、有机碳含量、有效磷含量以及微生物生物量氮含量呈显著负相关。综合结果表明,亚热带北缘丘陵山区次生阔叶林菌根真菌侵染与土壤养分状态之间存在一定的权衡关系,上坡硝态氮的相对匮乏促使更多的菌根真菌侵染以及更高的菌根真菌多样性,通过林木与菌根真菌的互利共生保障林木的氮素获取和正常生长。

杨树人工林幼林阶段林下植被管理对土壤微生物生物量碳、氮酶活性的影响

为了探讨林下植物物种多样性对杨树(Populus spp.)人工幼林阶段土壤微生物区系的影响,在林下设计了林下植被物种数量递增的3种处理,即清除林下植被(无林下植物)、保留单一林下植物(一种林下植物)和保留物种多样的自然林下植被(多种林下植物),于处理1年后采样分析土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)含量、基于Biolog-ECO微平板的土壤微生物群落代谢特征以及与土壤碳、氮转化相关的胞外酶活性的差异,以期从土壤养分转化和供应的角度为科学管理人工林林下植被提供依据。结果表明,林下植被处理对8月份0—5 cm土层的土壤MBC、MBN含量以及酶活性有较大影响。与清除林下植被处理相比,保留单一林下植物处理8月份0—5 cm土层的土壤MBC、MBN含量以及β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和芳基酰胺酶活性显著增加,增幅分别为27.91%、54.48%、14.74%、32.53%和6.20%,而保留物种丰富度高的自然林下植被处理林地土壤的上述指标进一步分别增加了4.88%、14.93%、9.22%、13.63%和12.86%。此外,林下植被处理还改变了土壤微生物群落代谢特征,8月份0—5 cm土层的土壤微生物Shannon指数随着林下植被物种数量的增加而显著增大。清除林下植被处理的土壤微生物主要利用的碳源包括部分糖类、氨基酸类和酯类,与清除林下植被处理相比,保留单一林下植物处理的土壤微生物提高了对上述几种碳源的利用能力,同时对糖类、氨基酸类、酯类和有机酸类碳源的利用种类范围明显扩大,而保留物种多样的自然林下植被的土壤微生物对31种碳源基本上可以全面有效利用。因此,保留林下植被,特别是提高林下植被的物种丰富度,有利于增加土壤微生物生物量,提高土壤微生物的代谢功能和分解活性,可以在一定程度上加快土壤的物质转化和养分循环功能。

杨-桤短期混交的林地土壤养分异质性

以江苏省泗洪县陈圩林场5年生的具有不同混交比例的南林95杨(Populus×euramericana‘Nanlin-95’)和江南桤木(Alnus trabeculosa)混交林为对象,对混交5年后所产生的林地局部土壤养分异质性以及碳、氮、磷生态化学计量特征进行研究,从养分供应和平衡角度探讨引入固氮树种进行混交后在短期内所产生的混交效应,为杨树人工林养分管理及杨树混交林营造提供理论依据。研究结果表明,杨-桤混交5年整体上提高了林地土壤p H值,但其提高程度随桤木比例的增加而下降。杨-桤2∶1混交林分中由杨树与桤木围成的行间0~10 cm土层的土壤pH值为6.98,显著低于由2行杨树所围成的区域(7.29),表现出明显的异质性。土壤有机碳和全氮含量在各种混交比例林分的不同区域变化不大,而全磷含量则表现为混交林分略高于杨树纯林。4种混交比例林分土壤中硝态氮占无机氮总量的98%以上,同一混交林分中靠近桤木行区域的0~10cm土层土壤的铵态氮含量整体上高于靠近杨树行的区域,其中杨-桤1∶2混交林分中由2行桤木所围成的区域的0~10 cm土层土壤铵态氮含量(0.60 mg·kg^(-1))是杨树纯林的2.14倍。杨-桤2∶1混交林分中由杨树与桤木围成的区域0~10 cm土层土壤C∶N比(9.48)和C∶P比(29.13)均显著低于杨树纯林(分别为12.46和39.64),反映了混交引起的林地养分提高效应以及生态化学计量学特征的改变。整体而言,固氮树种桤木的引入在混交5年后即导致混交林地土壤出现一定程度的养分异质性,提高了林地局部区域的土壤养分含量、供应能力,并改变了其生态化学计量学特征。

南方型黑杨生长和生理特性对持续干旱和复水响应的性别差异

干旱是限制南方型黑杨分布和生长的关键环境因子,而不同性别的黑杨无性系对干旱胁迫可能具有不同的耐受性和相应的生理响应。本研究以南方型黑杨雌性无性系南林895杨(Populus×euramericana‘Nanlin-895’)和雄性无性系南林3804杨(P.deltoides‘Nanlin-3804’)1年生扦插苗为试验材料,通过盆栽方式进行持续干旱和干旱-复水处理,从生长和生理响应方面比较雌、雄无性系对干旱胁迫的耐受和恢复能力,并对其抗旱能力产生差异的生理机理进行探讨。结果表明:持续性的干旱明显抑制南方型黑杨雌、雄无性系1年生扦插苗的生长,叶片细胞和组织膜脂过氧化,导致膜系统受到破坏,同时叶片丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶(SOD和POD)活性以及游离脯氨酸含量均升高,直至植株死亡;重度干旱后植株叶片快速失水,叶绿素出现"浓缩"现象;与雌性无性系相比,雄性无性系在持续干旱下地上部分生物量较小,但更大程度地增加根系的生物量,从而增强植株吸水能力,并降低蒸腾耗水;同时能更早以及更大幅度地提高叶片的抗氧化酶活性,且更长时间维持较高的酶活性,从而降低和缓解干旱胁迫所产生的膜脂过氧化,维持细胞和组织的正常生理功能,延缓植株的死亡;复水后,雄性无性系能更快速地恢复至正常生理状态,从而维持一定的生长量。总体而言,南方型黑杨雄性无性系比雌性无性系具有相对较强的耐旱能力,可以优先选择用于山地造林。