10年氮添加未显著影响苦竹林土壤磷组分

土壤磷(P)的可利用性是影响植物生长发育的重要因素。以研究氮(N)添加对土壤P组分的影响为切入点,探讨长期N沉降增加对竹林生态系统中土壤P素可利用性及P循环的影响,对预测该区域大气N沉降持续增加背景下人工竹林系统P素状态的变化具有重要意义。于2007年10月在苦竹(Pleioblastus amarus)林中建立模拟N沉降试验样地,设置对照(CK,0g·m^(-2)·a^(-1))、低N(LN,5g·m^(-2)·a^(-1))、中N(MN,15g·m^(-2)·a^(-1))和高N(HN,30g·m^(-2)·a^(-1))4个处理,每个处理设置3个重复。从2007年10月—2017年10月,每月下旬进行N添加处理。在连续N添加处理10a后,于2017年4月采集0~10cm土壤样品并测定土壤P组分、土壤微生物生物量P含量、土壤酸性磷酸酶活性及土壤pH。结果表明:该苦竹林土壤总P质量分数为0.64mg·g^(-1),其中残渣P约占77.0%,有机P占15.0%,无机P占8.0%。CK处理下,碳酸氢钠和氢氧化钠提取的无机P组分(NaHCO3-Pi和NaOH-Pi)质量分数分别为0.26mg·kg^(-1)和4.26mg·kg^(-1),N处理分别使其增加了100.0%~157.7%和43.2%~70.0%,但未达到统计学显著水平(P>0.05)。另外,N添加处理未显著影响土壤pH、土壤酸性磷酸酶活性和土壤微生物生物量P(P>0.05)。研究结果表明,长期N添加未显著影响苦竹林土壤酸性磷酸酶活性、土壤总P含量以及各个P组分的分配(P>0.05),这说明长期N添加未显著影响土壤P素可利用性。在未来一段时间内,该林分的P素循环可能不会受到大气N沉降增加的强烈影响。

10年模拟氮沉降对苦竹林根际与非根际土壤铝组分的影响

长期高速率的氮(N)沉降将大量的活性N输入到陆地生态系统,使得部分森林生态系统的土壤酸化问题日益严重。酸化导致的土壤中交换性铝(Al)的增加直接威胁着植物生长和生态系统安全。为探索长期不同N沉降情形下竹林土壤Al组分的响应,于2007年10月在苦竹(Pleioblastus amarus)林中建立模拟N沉降样地,分别设置对照(CK,N 0 g·m^(−2)·a^(−1))、低N(LN,N 5 g·m^(−2)·a^(−1))、中N(MN,N 15 g·m^(−2)·a^(−1))和高N(HN,N 30 g·m^(−2)·a^(−1))4个处理,每个处理设置3个重复。在连续10 a的N添加处理后,于2017年7月采集0—10 cm根际与非根际土壤样品并测定土壤pH和土壤Al组分。结果表明,模拟N沉降显著降低了根际土壤pH,HN处理显著降低了非根际土壤pH。在对照处理下,根际土壤pH比非根际大0.56个单位。模拟N沉降对根际交换态Al组分含量有显著的影响,对碳酸态Al、有机络合态Al、铁锰氧化态Al和残留态Al组分含量无显著影响;模拟N沉降对非根际土壤的各个Al组分含量无显著影响。相关性分析结果表明根际土壤与非根际土壤的pH均与交换态Al组分含量呈极显著的负相关关系,根际土壤pH与有机络合态Al组分含量呈显著的负相关关系,与其余Al组分含量无显著相关性。研究结果表明长期N沉降导致的土壤酸化使得土壤交换态Al显著增加,苦竹根系或将遭受到Al毒害,对竹林生态系统健康存在潜在危害。

模拟氮沉降对湿性常绿阔叶次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响

为了研究氮沉降对次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响,以华西雨屏区湿性常绿阔叶次生林为对象,从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验,分别设置对照(CK,+0 g/(m^2·a))、低氮(LN,+5 g/(m^2·a))和高氮(HN,+15 g/(m^2·a))3个氮添加水平。在氮沉降进行27个月后,按照腐殖质层和淋溶层表层进行取样,测定不同土层土壤总有机碳(TOC)、可浸提溶解性有机碳(EDOC)、易氧化碳(ROC)、全氮(TN)、硝态氮(NO_3^-—N)和铵态氮(NH_4^+—N)含量以及蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性。结果表明:模拟氮沉降显著增加该次生林腐殖质层土壤的TOC和NH_4^+—N含量,显著增加腐殖质层和淋溶层表层土壤的NO_3^-—N含量,腐殖质层土壤C/N显著升高。淋溶层表层土壤TOC、NH_4^+—N、C/N以及2层土壤的EDOC、ROC、TN和NH_4^+—N/NO_3^-—N均无显著影响。2层土壤的多酚氧化酶活性均随着氮添加量的升高而降低,其中淋溶层表层达到显著差异。模拟氮沉降对蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均无显著影响。腐殖质层中,NH_4^+—N和NO_3^-—N含量与TOC含量存在极显著正相关关系。2层土壤的多酚氧化酶活性均与NO_3^-—N含量呈极显著负相关。结果说明,模拟氮沉降使该次生林中原本较高的腐殖质层土壤TOC含量进一步显著增加,并且促进土壤无机氮的积累,而模拟氮沉降对多酚氧化酶的抑制作用更加有利于土壤有机质的积累。

目标树经营对马尾松人工林林下更新的影响

为明确目标树经营对林分天然更新的作用,本研究以川东低山区目标树经营密度为100、150、200株·hm^(-2)的马尾松人工林为对象,分析不同经营密度下冠层结构、植物多样性、土壤理化性质对马尾松人工林林下更新的影响。结果表明:更新指数随着经营密度的增加而增加,经营后的马尾松人工林更新指数相较未经营地增加0.08~0.10。在150株·hm^(-2)目标树密度下,群落内更新树种增加9种,数量增加800株·hm^(-2),草本层优势种的地位不突出但林分冠层结构得到改善,增强了林下植物更新动力。各生境因子对更新指数的影响排序为:土壤总孔隙度(0.591)>叶面积指数(-0.536)>Shannon指数(-0.085)>有效磷(0.053)>全氮(-0.007)>Pielou指数(-0.005)。目标树经营通过改善土壤孔隙条件,降低叶面积指数,减少草本植物多样性指数,促进马尾松人工林林下更新,在目标树经营作业中经营密度以150株·hm^(-2)更为合理。

目标树初期经营对马尾松人工林灌草层生态位的影响

目标树经营是近自然森林经营的一项主要措施,研究马尾松人工林灌草层生态位对目标树经营具有指导作用,可为马尾松人工林的可持续经营提供参考意见.以华蓥市天池林场36年生马尾松人工林为研究对象,设置3种目标树密度(100、150、200株/hm2),辅之对照林分(CK),分析目标树经营3年后对马尾松人工林林下灌木和草本层生态位宽度和生态位重叠度的影响.结果表明:(1)与CK相比,不同密度目标树经营后的灌草层物种丰富度指数均显著增大;(2)实施3种不同密度的目标树经营后,林下灌草层优势种不同,但优势种之间生态位重叠;(3)目标树经营后灌木层的优势种为樟(Cinnamomum camphora)、枹栎(Quercus serrata)、木姜子(Litsea pungens)、毛桐(Mallotus barbatus);草本层的优势种为皱叶狗尾草(Setaria plicata)、黑足鳞毛蕨(Dryopteris fuscipes)、芒(Miscanthus sinensis)、芒萁(Dicranopteris dichotoma),这些物种占据群落重要地位并能充分利用该生态系统的资源;(4)灌木和草本层的喜阳植物分别占比67.6%和62.5%;而喜阴植物很少,分别占灌木和草本层14.7%和4%;(5)草本层植物生态位宽度和重叠度处于较低水平,不能充分利用资源且彼此竞争不激烈.本研究结果表明马尾松人工林不同目标树经营处理的林下植被生态位和重叠度表现不同,但具有促进群落向更稳定方向发展的作用.(图1表15参50)

柏木低效人工林开窗初期草本层植物多样性及生态位

草本层对环境变化较为敏感,能更快反映改造带来的影响.为改善柏木人工林生态服务功能,精准提升其森林质量,以川中丘陵区柏木低效人工林为研究对象,采用3种不同开窗尺度(50 m^(2)、100 m^(2)和200 m^(2))的改造方式,分析开窗1年后不同面积林窗的草本层植物多样性和生态位变化规律.结果显示:与对照林分相比,开窗后林地草本植物Simpson指数、Shannon-Wiener指数和丰富度指数显著提高(P<0.05),并在100 m^(2)林窗内均达到最优,随着林窗面积(50-200 m^(2))的增大,不同指数的变化不尽相同,均匀度指数持续增加,Simpson指数、Shannon-Wiener指数均先增后稳,丰富度指数先稳后降,100 m^(2)为变化趋势转变的分界点.对照林地内喜阴植物地果生态位宽度最大,开窗后更新物种如喜阳植物五节芒对环境的适应和利用资源的能力更强,生态位宽度不断拓宽;随着林窗面积(50-200 m^(2))的增大,林地内草本群落整体呈现阳性-中性的演替格局,由于开窗时间较短,更新物种还处于资源利用扩张阶段,各处理草本植物间生态位重叠度值均低(<0.1),生态位分化差异较大,种间竞争小,生态位宽度与生态位重叠度之间的变化规律并不明显,其中100 m^(2)林窗内草本层整体生态位分化更均匀.本研究表明开窗初期能够提升林地草本层植物多样性,改变草本群落结构,从生物多样性功能提升和生态系统稳定的角度考虑,100 m^(2)是较合适的开窗面积.

扁刺栲不同根序细根形态和化学特征及其对短期氮添加的响应

研究川西亚热带次生常绿阔叶林优势树种扁刺栲1~5级细根形态和化学特征,及其对氮添加的响应.结果表明:随根序等级的增加,扁刺栲根直径、根组织密度、K含量增加,而比根长、比表面积及N、P、Mg含量降低.氮添加显著增加了扁刺栲细根N含量,降低了Mg含量和C/N,使细根Ca含量呈下降趋势,对根序C、P、K、Na、Al、Mn、Fe含量无显著影响.氮添加未显著影响扁刺栲细根直径、比根长、比表面积和根组织密度.在所有处理中,细根P含量均与各形态特征呈显著线性回归关系.氮添加处理下,细根Mg含量与形态特征之间的线性关系由不显著变为显著,而细根N含量与形态特征之间的线性关系由显著变为不显著.氮添加会影响根系营养元素含量,并增强植物对P和Mg的需求.

目标树初期经营对杉木人工林林下植物多样性和土壤理化性质的影响

目标树经营为近自然林业的重要手段,研究其林下植物多样性与土壤理化性质对目标树经营密度的响应机制对于人工林经营有着重要的参考意义.以宜宾市高县月江国有林场杉木人工林为研究对象,分析3种不同目标树密度(100株/hm^(2)、150株/hm^(2)、200株/hm^(2))在经营1年后的林下植物多样性和土壤理化性质的变化情况.结果显示:(1)目标树经营后,灌木层植物生态优势度指数、多样性指数、丰富度指数均有显著增加(P<0.05),阳生性的灌木与草本物种开始出现,森林植被组成向健康的演替方向发展;(2)目标树经营各处理均显著提高了土壤总孔隙度、非毛管孔隙、全氮、有机质、速效钾(P<0.05),土壤水解氮有显著下降(P<0.05);(3)植物各多样性指数与土壤全氮、速效钾、有机质密切相关.本研究表明杉木人工林目标树经营初期在不同处理水平下表现变化不一,但总体表现为对林下植被多样性与土壤理化性质改善作用良好.(图3表4参52)

根系隔离和氮添加对湿性常绿阔叶林土壤碳氮组分的影响

持续增加的氮（N）沉降改变了森林生态系统土壤的养分状况和光合产物的分配,从而影响了根系分泌物质和量以及根凋落物分解过程.为揭示根系在土壤碳（C）、N组分响应N沉降增加中的作用,于2013年4月起在瓦屋山湿性常绿阔叶林中开展N添加试验,N添加1年后利用壕沟法在各样地设置根系隔离子样方.N添加和根系隔离分别处理3.5年和2.5年后,取土样分析各处理腐殖土壤层（A层）和矿质土壤表层（B层）的C、N组分.结果表明：根系隔离显著降低了A层土壤的总有机C和总N含量（P〈0.05）;N添加显著提高了A、B土壤层硝态N含量而降低了土壤pH值,且土壤pH值与土壤硝态N之间呈极显著的负相关关系（P〈0.05）;N添加与根系隔离交互效应不显著.本研究表明根系对湿性常绿阔叶林土壤C、N储存有重要影响,而N沉降可提高土壤N可利用性并导致土壤酸化.