根系对寒温带冻土区兴安落叶松林土壤碳通量的影响

土壤碳通量是森林生态系统碳循环的重要组成部分,根系对土壤碳通量起着关键作用,研究根系对土壤碳通量的影响对寒温带冻土区温室气体研究有重要意义。以杜香-兴安落叶松林(DXL)、杜鹃-兴安落叶松林(DJL)和苔藓-兴安落叶松林(TXL)为研究对象,通过壕沟法进行断根处理,采用便携式土壤呼吸仪G4301对土壤碳通量进行日动态和月动态变化测定与分析。结果表明:6—11月,断根对DXL和DJL土壤CH_(4)的吸收起抑制作用,降幅分别为15.16%—54.31%和11.26%—33.84%,对TXL土壤CH_(4)的排放起促进作用,增幅为19.22%—75.52%;对3种类型兴安落叶松林土壤CO_(2)的排放均起抑制作用,其中对TXL影响最大,对土壤CO_(2)降幅为32.29%—87.62%。断根对DXL和TXL土壤CH_(4)的影响在8月最为显著,增幅分别为-54.31%和75.52%,DJL在11月影响最为显著,降幅为33.84%。断根对3种类型兴安落叶松林土壤CO_(2)排放的影响在6—11月均达到显著程度,其中在11月最为显著,降幅为54.94%—87.62%。断根对3种类型兴安落叶松林土壤CH_(4)通量日动态影响差异不显著;而对土壤CO_(2)通量的影响显著,其中在14:00—18:00影响最为显著,降幅为31.87%—62.26%。土壤温度和空气温度是根系影响土壤碳通量变化的主要因子,断根处理增强了土壤温度对其日变化和月变化的影响,减弱了空气温度对其日动态的影响。这表明,根系自养产生的土壤碳通量可能在日动态变化中更活跃,而在月动态变化中更稳定。

寒温带多年冻土区不同林龄白桦林土壤酶活性动态特征

为探究寒温带白桦(Betula platyphylla)次生林土壤酶活性随林龄变化的动态特征,分析土壤酶活性与环境因子的关系,选择大兴安岭北部不同林龄(30、45、66 a)白桦林为研究对象,测定土壤深度(h)为0<h≤5 cm、5 cm<h≤10 cm、10 cm<h≤20 cm、20 cm<h≤30 cm土层土壤碳、氮质量分数及磷转化酶(过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶)活性,并对其动态变化规律及影响因子进行分析。结果表明:6—10月份,3个林龄的白桦林土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性呈单峰曲线变化趋势,变化范围分别为0.85~4.14 mL·g^(-1)、4.77~70.34 mg·g^(-1)、0.90~11.12 mg·g^(-1)、0.07~0.75 mg·g^(-1)。林龄对土壤酶活性有显著影响,林龄为30 a时,白桦林土壤酶活性较低;林龄为45 a时,白桦林土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性相对较高,林龄为66 a时,白桦林土壤脲酶活性较高。林龄为30 a的白桦林土壤过氧化氢酶及酸性磷酸酶活性在各土层均表现为7月份最高,8月份时该林龄表层(0<h≤5 cm)土壤蔗糖酶活性最高。林龄为45 a的白桦林各土层过氧化氢酶活性及表层土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶活性均为9月份最高。林龄为66 a的白桦林表层土壤过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性均为8月份最高,而其他土层在该林龄时这3种酶活性的变化规律差异较大。微生物生物量碳是驱动林龄为30 a的白桦林土壤酶活性变化的主要因子,土壤含水率及可溶性有机碳对林龄为45 a的白桦林土壤酶活性影响较大,林龄为66 a的白桦林土壤酶活性主要影响因子则是硝态氮。林龄对白桦林土壤酶活性影响显著,过氧化氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性随林龄增加呈先增后降的变化趋势,脲酶活性则随林龄增加而增加。

大兴安岭北部主要乔木树种叶片-土壤碳氮磷生态化学计量特征

以大兴安岭北部多年冻土区典型森林群落主要乔木为研究对象,分析叶片和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及生态化学计量特征,探讨叶片和土壤C、N、P生态化学计量之间的关系,为该地区森林生态系统养分循环研究提供理论依据。结果表明,4种乔木叶片C∶N范围为25.66~47.92,C∶P范围为323.83~603.86,N∶P为10.21~20.59,兴安落叶松叶片C∶P和N∶P均最低,樟子松叶片C∶N和C∶P均最高,白桦C∶N最低,山杨N∶P最高;4种乔木叶片C∶N和C∶P都高于全球植物平均水平,表明这些乔木叶片具有较高的N、P利用效率,同时山杨叶片N∶P>20,其生长主要受P素限制;不同的群落土壤C∶N为13.89~18.46,C∶P为35.43~77.19,N∶P为1.96~5.26,山杨林C∶P和N∶P均为最高,而C∶N最低。白桦林C∶N最高,N∶P最低。樟子松林C∶P最低。冗余分析结果显示,4种乔木叶片C、N、P生态化学计量与土壤之间存在显著相关关系,土壤C、N、P含量及化学计量对乔木固碳及氮磷吸收具有显著影响。由此可见,我国寒温带4种乔木具有较高的N、P利用效率,但山杨生长受到P的限制,叶片C、N、P生态化学计量与土壤生态化学计量显著相关。

大兴安岭火烧迹地天然次生林土壤微生物生物量及酶活性特征研究

探究火烧迹地植被恢复过程中土壤微生物生物量及酶活性的变化规律,为火烧迹地森林恢复途径选择及恢复成效评价提供科学依据。以大兴安岭重度火烧迹地落叶松母树-白桦林(MB)、林下抚育-白桦林(FB)、无干扰白桦林(BB)3种不同类型的白桦林为研究对象,落叶松人工林(LL)为对照,测定0~5、5~10、10~20 cm土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤微生物生物量氮(MBN)和脲酶(URE)、酸性磷酸酶(ACP)、蔗糖酶(SUC)、过氧化氢酶(CAT)活性。结果表明,1)土壤MBC、MBN含量变化为239.16~852.09 mg/kg和37.08~114.99 mg/kg,除10~20 cm土层外MBC、MBN含量由大到小依次为MB、FB、LL、BB。2)MB土壤ACP、CAT和URE活性最高,FB的ACP、SUC、CAT活性均值要高于LL,BB的URE、ACP活性均值低于LL。3)冗余分析表明,0~5 cm土层土壤SOC、SAP、MBN对土壤酶活性的解释率达到了46.8%、24.9%和4.5%,5~10 cm土层土壤NO-3-N、pH、MBC的解释率分别为61.8%、11.4%和4.0%。10~20 cm土层土壤NO-3-N、pH、TN的解释率为53.3%、14.7%和12.4%。研究表明火后保留具有繁殖能力的树木作为母树恢复森林和及时森林抚育管理对土壤微生物生物量和酶活性具有促进作用。

大兴安岭寒温带森林演替过程中土壤碳氮磷含量及生态化学计量特征

通过研究森林演替过程中土壤碳氮磷含量的变化特征及其化学计量比,分析在0~200 cm土层中,不同演替阶段土壤有机碳氮磷含量的变化情况。选择黑龙江漠河森林生态系统国家级定位观测研究站森林演替过程中3个典型阶段的代表群落,即兴安落叶松林、落叶松-白桦混交林和白桦林为研究对象,分别对其碳氮磷含量分析。结果表明,在演替前期(白桦林)的土壤中,C含量范围为5.78~28.29 g/kg,N含量为0.243~1.232 g/kg,P含量为0.243~1.232 g/kg。演替中期(落叶松-白桦混交林)C含量为6.39~29.41g/kg,N含量为0.077~1.472 g/kg,P含量为0.41~1.374 g/kg。而在演替后期(兴安落叶松林)的土壤中,C含量范围为6.36~34.61g/kg,N含量范围为0.353~1.463 g/kg,P含量范围为0.353~1.463 g/kg。不同林型的土壤C、N、P化学计量比也存在差异。在0~90 cm土层中,前期的C∶N范围为4.15~11.13,后期为5.92~21.85,中期为5.58~23.24。在90~200 cm土层中,前期的C∶N范围为7.46~19.8,后期为4.56~13.09,中期为5.88~18.07。在50~200 cm土层中,前期的C∶P为4.02~9.11,后期为2.24~10.51,中期为3.32~10.76。在0~200 cm土层中,前期的N∶P范围为0.51~2.95,后期为0.28~1.61,中期为0.36~2.13。通过分析显示,森林演替过程中土壤碳氮磷含量及其化学计量比存在一定的变化规律,了解这些变化规律有助于更好地评估森林生态系统营养循环和土壤质量的变化,为森林管理和保护提供科学依据。

大兴安岭北部2种不同生活型针叶树种叶片生态化学计量特征研究

【目的】研究寒温带落叶树种和常绿树种针叶生态化学计量特征的差异及随龄级增加的变化规律,揭示不同生活型针叶树种生态化学计量特征与生长阶段之间的关系,为寒温带植物生长与养分供给的研究提供依据。【方法】以大兴安岭北部兴安落叶松和樟子松为对象,研究5-9月针叶C、N、P含量及化学计量特征,利用内稳性指数和Pearson相关系数分析C、N、P之间及与环境因子的相关性。【结果】(1)不同生长阶段兴安落叶松和樟子松针叶N、P月平均含量表现为随龄级的增长而降低,C含量则是随龄级的增加而增加,且5-8月兴安落叶松针叶N、P含量高于樟子松,C含量则低于樟子松。(2)兴安落叶松针叶C∶N、C∶P和N∶P月平均值均高于樟子松,4个龄级兴安落叶松针叶N∶P均小于14,而樟子松在5-7月N∶P小于14,8-9月N∶P大于16。兴安落叶松针叶N、P以及N∶P稳定性大于樟子松。(3)土壤含水率与2树种针叶生态化学计量特征呈极显著相关,樟子松针叶N含量与C、N、P化学计量比呈显著相关,兴安落叶松针叶C含量与N∶P、土壤铵态氮和硝态氮显著相关。【结论】大兴安岭北部不同生活型的2种针叶树种,叶片生态化学计量对寒冷气候和冻土生境的适应策略不同,兴安落叶松是本区的顶级群落优势种,但其生长受到N的限制,而樟子松生长的限制因子因季节变化而不同。

多年冻土区白桦次生林蒸腾特征及其对影响因子的响应

探究多年冻土区白桦次生林蒸腾特征对影响因子的响应,为准确评估该地区森林生态系统水文效应提供科学参考。运用热扩散式探针法,从2021年5—9月对多年冻土区的白桦树干液流进行监测,并同步观测影响因子变化情况。结果表明:整个观测期,白桦次生林蒸腾表现出明显的小时、日、月变化。(1)白桦次生林小时蒸腾特征表现为优势木>中等木>被压木,蒸腾动态在晴天呈单峰曲线,在雨天呈双峰曲线。日尺度上,白桦次生林蒸腾平均值为1.47 mm/d,且最大值出现在7月。在整个观测期,林分蒸腾表现出明显的月变化,即7月>6月>8月>9月>5月,分别为65.08,62.43,54.27,22.92,19.84 mm;(2)林分累计蒸腾量共计224.54 mm,占同期降雨量的32.41%,其中优势木为林分蒸腾的主要贡献者,占林分总蒸腾量的62.64%;(3)在小时尺度上,林分蒸腾量主要受大气温度和饱和水汽压差所影响;日尺度上,林分蒸腾与潜在蒸散、空气温度、太阳辐射、饱和水汽压差、叶面积指数以及土壤温度极显著正相关(p<0.01);与空气相对湿度极显著负相关(p<0.01);与土壤含水量关系不显著(p>0.05),潜在蒸散、叶面积指数、饱和水汽压差以及空气温度是驱动林分日蒸腾的主要影响因子;月尺度上,空气温度对林分蒸腾的影响最大,其对林分蒸腾的解释度高达93.90%。

寒温带4种乔木树种不同径级根系分解及碳氮释放动态

【目的】探讨我国寒温带地区不同树种不同径级根系分解及碳、氮养分释放特征,为了解我国寒温带地区乔木树种根系分解和碳、氮养分循环提供科学参考。【方法】在2020年8月-2021年8月采用网袋分解法,连续1年对我国大兴安岭地区主要乔木树种白桦、山杨、兴安落叶松和樟子松的(细根(≤2 mm)、中根(2~5 mm)和粗根(5~10 mm))的分解速率及碳、氮元素动态进行研究。【结果】(1)分解1年后,白桦、山杨、兴安落叶松和樟子松各径级根系年分解率分别波动在(29.75%~39.92%)、(33.90%~39.45%)、(22.08%~28.80%)和(22.62%~33.75%)之间,且不同径级间根系分解率表现为细根>中根>粗根,白桦和山杨高于兴安落叶松和樟子松,且分解初期(0~61 d)分解速率较高,243~365 d分解速率较低。(2)利用Olson指数衰减模型计算各树种根系年分解系数k发现:同一树种根系年分解系数均随直径增大而减小,白桦细根分解系数最高,为0.5085。同一径级不同树种间,白桦和山杨根系年分解系数显著高于兴安落叶松和樟子松,且樟子松中根和粗根年分解系数仅为山杨的50%左右。(3)不同分解时期,4个树种各径级根系碳和氮表现出不同程度的释放或富集,碳和氮释放率均在分解初期(0~61 d)表现为最大,碳释放率在分解243~273 d时较小,分解304~365 d时氮富集较多。分解1年时间,4个树种各径级根系均表现为碳和氮的释放,释放率分别在(18.68%~34.21%)和(14.90%~28.92%)之间,且白桦和山杨碳和氮的释放率高于兴安落叶松和樟子松,细根碳释放率最大,而中根和粗根氮释放率相对较高。【结论】不同树种、不同径级根系在不同分解时期分解速率及碳、氮养分释放率存在较大差异,白桦和山杨分解速率及碳、氮释放率均高于兴安落叶松和樟子松。

寒温带多年冻土区白桦树干液流及对降雨的响应

【目的】为研究寒温带白桦树干液流对降水的响应,对不同降雨等级下的树干液流特征进行分析探究,为大兴安岭地区白桦用水策略以及管理提供依据和参考。【方法】2021年5—9月运用热扩散式探针法对寒温带白桦树干液流进行监测并同步观测气象因子和降水量。【结果】白桦树干液流在无雨天气下呈单峰形平滑曲线,峰值较高,优势木的峰值高达17.30 g·cm^(-2)·h^(-1),为中等木和被压木的1.18和2.48倍,而降雨天气下液流呈单峰或双峰形波动曲线,变化幅度相对比较平缓。相较于无雨日,3个降雨等级下的优势木日均液流均出现显著下降(P<0.05),在小雨、中雨以及大雨等级下,优势木日均液流量减少了43.02%、71.36%和56.27%,中等木液流分别减少了38.04%、48.79%和41.97%,被压木减少值依次为39.74%、59.42%和58.54%。此外,降雨前后的液流总体表现为叶盛期>展叶期>落叶期,在展叶期,降雨后的液流明显高于降雨前(P<0.05),优势木、中等木和被压木雨后液流在叶盛期变化不显著(P>0.05),落叶期优势木和中等木的雨后液流呈下降趋势(P<0.05)。相关性分析和逐步回归分析结果表明,在无雨日和降雨日,白桦树干液流均与空气温度、太阳有效辐射以及蒸气压亏缺呈正相关关系,与相对湿度呈负相关关系。小雨等级下,白桦液流变化主要取决于空气温度和蒸气压亏缺;中雨等级下,白桦液流变化主要受空气温度、相对湿度以及蒸气压亏缺的影响;大雨等级下,液流变化主要由太阳有效辐射和空气温度所驱动。【结论】降雨明显改变了不同分化等级白桦液流变化趋势及其对气象因子的响应,影响程度因降雨等级而异。

寒温带森林根际土壤微生物量碳氮含量生长季内动态变化

【目的】研究寒温带森林根际土壤微生物量碳氮含量的动态变化,为揭示森林土壤碳氮养分利用机制和碳氮循环提供参考,为研究区森林保护与合理经营提供科学依据。【方法】以我国寒温带针阔混交林为研究对象,选择主要组成树种樟子松、兴安落叶松、白桦和山杨,采用抖落法采集根际和非根际土壤样品,对土壤微生物量碳氮含量动态特征进行研究,探讨不同树种根际土壤微生物量碳氮的富集程度、差异性和生长季变化以及其对土壤营养库的贡献率。【结果】不同树种根际土壤微生物量碳氮含量月际变化差异显著,根际土壤微生物量碳含量波动范围为114.14~451.05 mg ·kg -1 ,氮含量波动范围为40.38~185.00 mg ·kg -1 。根际土壤微生物量碳富集率依次为樟子松(87.99%)>白桦(78.22%)>兴安落叶松(73.14%)>山杨(56.96%),微生物量氮富集率依次为山杨(81.50%)>白桦(77.63%)>樟子松(76.42%)>兴安落叶松(51.40%)。土壤微生物量碳氮比为1.42~5.24,樟子松、兴安落叶松、白桦、山杨根际和非根际土壤微生物量碳氮比生长季变幅分别为1.42~5.24、1.57~3.79、1.67~4.55、1.55~2.59和1.79~3.53,其均值分别为2.64、2.63、2.81、2.11和2.36。根际微生物量碳对土壤有机碳库的贡献率为0.83%~0.95%,微生物量氮对土壤有机氮库的贡献率为3.63%~5.08%。【结论】寒温带针阔混交林主要树种生长季根际土壤微生物量碳氮含量均显著高于非根际,根际效应显著;在生长季末期,针叶树种根际效应相比阔叶树种更为强烈;针叶树种根际土壤微生物量对土壤结构和功能的影响高于阔叶树种。

大兴安岭白桦林和兴安落叶松林土壤活性有机碳动态特征

为探讨大兴安岭地区顶级植被和次生植被土壤活性有机碳库的差异,以兴安落叶松林与白桦林为研究对象,对其生长季内土壤活性有机碳质量分数及其分配比例进行研究。结果表明:不同森林类型土壤易氧化有机碳、轻组有机碳、颗粒有机碳质量分数均随土层深度增加递减。在土层深度(d) 0<d≤5 cm、5 cm<d≤10 cm的土层,兴安落叶松林土壤活性有机碳质量分数在生长季初、末期均高于白桦林。兴安落叶松林各活性有机碳质量分数呈生长季初、末期高,旺期低的特征,且不同土层生长季动态较为一致;白桦林各活性有机碳质量分数在8月较高。兴安落叶松林和白桦林土壤易氧化有机碳分配比例分别为7.76%～24.03%,10.56%～22.57%;轻组有机碳分配比例分别为11.38%～52.38%,10.88%～55.74%;颗粒有机碳分配比例分别为12.54%～52.77%,11.83%～53.05%。各活性有机碳间及其与土壤总有机碳、全氮、碳氮比均达到极显著相关(P<0.01),与p H呈显著负相关,兴安落叶松林各活性有机碳对土壤含水率的响应高于白桦林。在生长季末期,兴安落叶松林土壤各活性有机碳均存在积累的过程,而白桦林则不同;在生长季旺期,兴安落叶松林土壤各活性有机碳质量分数要低于白桦林,且分配比例也较白桦林低。可以认为,兴安落叶松林对土壤碳库的积累相比白桦林较好。

恢复湿地土壤重金属含量变化及污染评价

【目的】为探究退耕还湿对土壤重金属含量及其潜在危害的影响。【方法】取黑龙江三江国家级自然保护区内大豆田、不同退耕年限的杂草草甸或湿地和天然臌囊苔草—小叶章沼泽土样,测定土壤重金属含量。利用Hankanson潜在生态危害指数法,进行潜在生态危害评价。【结果】三江自然保护区退耕湿地恢复过程中土壤重金属污染物主要为Pb,其次是Cu,而Zn、Mn和Cr的影响很小。随土壤深度增加,Cu、Pb、Zn、Mn和Cr含量呈波动变化。Cu和Pb含量在退耕还湿11年之前,在0~10 cm土壤深度含量最高,而在退耕还湿11年之后,在40~50 cm土壤深度含量最高。其他重金属含量随着土壤深度变化没有表现出一定的规律。退耕恢复期间,土壤Cu、Pb、Zn与Cr含量随退耕时间先增加后减少,但Zn含量增加与减少未达到显著程度(P> 0.05)。而退耕样地土壤Mn含量从恢复第1年开始就显著低于大豆田(P <0.05)。大豆田和退耕前6年的恢复样地具有强烈的潜在生态风险危害,退耕8、11年样地和天然沼泽的潜在生态风险危害指数为中度,退耕15和25年样地的潜在生态风险危害指数为轻度。【结论】随着退耕还湿时间的延长,土壤中Cu、Pb、Zn和Cr含量先增加后减少,分别在退耕15、12、2和10年左右恢复到天然湿地水平。而土壤Mn含量在退耕开始后便与天然湿地没有显著性差异(P> 0.05)。随着退耕年限增加,生态系统潜在生态风险危害逐渐降低。

大兴安岭北部天然针叶林土壤氮矿化特征

采用顶盖埋管法对大兴安岭地区天然针叶林(樟子松林、樟子松-兴安落叶松混交林和兴安落叶松林)土壤铵态氮(NH^+_4-N)、硝态氮(NO^-_3-N)、净氮矿化速率进行研究,并探索土壤理化性质与氮矿化之间的相关性,为大兴安岭地区森林生态系统土壤养分管理及森林经营提供帮助。结果表明:观测期内(5—10月)3种林型土壤无机氮变化范围为31.51—70.42 mg/kg,以NH^+_4-N形式存在为主,占比达90%以上,且与纯林相比混交林土壤无机氮含量较高。3种林型土壤净氮矿化、净氨化、净硝化速率月变化趋势呈V型,7、8月表现为负值,其他月份为正值。净氮矿化速率变化范围樟子松林为-0.54—1.28 mg kg^(-1) d^(-1)、樟子松-兴安落叶松混交林为-0.13—0.55 mg kg^(-1) d^(-1)、兴安落叶松林为-0.80—1.05 mg kg^(-1) d^(-1)。土壤净氨化过程在土壤氮矿化中占主要地位,占比达60%以上。3种林型土壤净氮矿化、净氨化及净硝化速率垂直差异显著,0—10 cm土层矿化作用明显高于10—20 cm土层(P<0.05)。土壤氮矿化速率与土壤含水量、土壤有机碳含量、土壤C/N、枯落物全氮含量和枯落物C/N均存在显著相关性。不同类型的森林土壤及枯落物的质量也存在差异,进而影响土壤氮矿化特征。

不同地形樟子松天然林土壤呼吸特征及其影响因素

为研究不同地形(平地、坡下、坡中和坡上)天然樟子松林的土壤呼吸及其组分特征,于2018年6月至10月,用LI-6400光合仪对大兴安岭地区的平地和坡地天然樟子松林土壤呼吸进行测定,同时进行影响因素测定。研究结果表明:①不同地形樟子松天然林土壤总呼吸及各组分呼吸月动态均为单峰曲线,总呼吸峰值出现在7-8月,波动范围1.00~8.78μmol/(m2·s);异养呼吸和矿质土壤呼吸峰值均在7月,波动范围分别是0.49~7.86μmol/(m2·s)和0.13~6.74μmol/(m2·s),观测期内平地的土壤总呼吸、异养呼吸和矿质土壤呼吸均值显著高于坡下和坡中(P<0.05),与坡上差异不显著(P>0.05);自养呼吸波动范围0.35~3.21μmol/(m2·s),坡地均值显著高于平地(P<0.05);枯落物呼吸在0.19~2.22μmol/(m2·s)之间波动,各地形异不显著(P>0.05)。②土壤总呼吸、异养呼吸和矿质土壤呼吸在不同地形表现出相似的月变化趋势,6-7月大幅上升,7-10月大幅下降,且在6-8月平地土壤总呼吸、异养呼吸和矿质土壤呼吸均极显著高于坡地(P<0.01)。③土壤温度为樟子松林土壤总呼吸的关键影响因子,各地形土壤总呼吸与土壤10 cm温度(T10)均存在极显著的指数相关(P<0.01),且坡地的相关性要强于平地;坡中和坡上的土壤总呼吸与土壤10 cm湿度(W10)存在显著线性正相关(P<0.05)。各地形条件樟子松林土壤总呼吸与0~10 cm土壤总有机碳呈极显著正相关(P<0.01);全氮、碳氮比、pH与土壤总呼吸呈正相关关系,且在部分地形相关性达极显著水平(P<0.01)。结论:不同地形樟子松天然林土壤总呼吸及其组分存在显著差异,土壤温度和土壤有机质为不同地形樟子松林土壤呼吸主要影响因子,土壤湿度、全氮、碳氮比和pH对土壤呼吸影响较弱。

林下植被和凋落物对我国寒温带天然林土壤CO_(2)通量的短期影响

【目的】为研究林下植被和凋落物对我国寒温带天然林土壤CO_(2)通量的影响,对不同处理下CO_(2)通量排放特征进行分析探究,为大兴安岭地区森林生态系统的经营管理和土壤温室气体研究提供参考。【方法】在2019年5-9月采用静态箱-气相色谱法对大兴安岭北部4种主要林型(白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林)土壤CO_(2)通量排放特征进行原位监测研究。【结果】4种林型不同处理后的土壤CO_(2)通量都呈现相似的单峰曲线变化趋势,峰值出现在7月或8月。去除凋落物会提高阔叶林土壤呼吸,降低针叶林土壤呼吸,但变化幅度较小,没有达到显著水平(P>0.05)。与自然状态相比,去除林下植被后,白桦林、山杨林和兴安落叶松林的CO_(2)通量均值分别升高了27.57%、15.84%和24.13%,达到显著水平(P<0.05),但樟子松林则下降了0.68%(P>0.05)。去除林下植被和凋落物状态下,白桦林、山杨林和兴安落叶松林土壤CO_(2)通量均值升高了20.05%~25.34%,但樟子松林则下降了12.36%,且去除林下植被和凋落物的阔叶林的平均通量显著大于针叶林(P<0.05)。【结论】凋落物和林下植被的存在与否会对土壤CO_(2)通量产生不同影响,且影响程度因林型而异,科学合理的林下管理对调控森林生态系统CO_(2)排放和生态环境保护都有着重大的作用。

坡位对寒温带天然樟子松林土壤微生物生物量碳氮的影响

【目的】研究我国寒温带天然樟子松林土壤微生物生物量碳、氮含量与坡位之间的关系,了解樟子松林对立地条件的响应,揭示天然樟子松林土壤微生物生物量变化特征及影响因素。【方法】以大兴安岭北部不同坡位天然樟子松林为研究对象,选择坡上、坡中和坡下3种立地条件,采用氯仿熏蒸浸提法测定了0~10 cm和10~20 cm土层土壤微生物生物量碳、氮含量。对其季节动态变化规律及影响因素进行分析比较。【结果】在观测期内(5—9月),樟子松林土壤微生物生物量碳、氮含量均呈现出波动式下降趋势,其变化范围分别是74.33~515.33 mg/kg和15.33~240.57 mg/kg,土壤微生物生物量碳氮比在1.04~5.73之间。坡位对土壤微生物生物量碳、氮和碳氮比产生显著影响(P <0.01),坡下和坡中樟子松林土壤微生物生物碳、氮含量均值显著高于坡上(P <0.05);不同土层间土壤微生物生物量碳、氮含量也存在显著差异,0~10 cm土层显著高于10~20 cm土层(P <0.05)。土壤微生物生物量碳、氮与土壤总有机碳、全氮和土壤含水量呈显著正相关,但与土壤温度和pH值相关性不显著。【结论】坡位对天然樟子松林土壤微生物生物量影响显著,其含量存在明显的立地分异规律性,土壤总有机碳、全氮和土壤含水量是导致土壤微生物生物量碳、氮差异的主要影响因子。

春季冻融期寒温带主要森林类型土壤氮矿化特征

【目的】春季冻融期是连接冬季与生长季的关键时期,期间强烈的温度变化可能深刻影响土壤生态过程。研究春季土壤冻融过程对氮素矿化的影响,揭示我国寒温带地区冻融对土壤氮矿化的影响规律,为寒温带地区森林生态系统氮素研究和森林生产力评价提供理论依据。【方法】本研究以寒温带地区3种典型森林(兴安落叶松林、樟子松林、白桦林)为研究对象,利用树脂芯法测定和分析了在春季解冻期间土壤无机氮(NH4+-N、NO3--N)以及净氨化速率、净硝化速率、氮矿化速率的动态变化。【结果】寒温带春季冻融期3种林型土壤无机氮含量均表现出释放特征,且在冻融末期有大幅增加趋势,但不同林型其变化规律有所不同,3种林型土壤铵态氮含量占无机氮含量的83.91%~97.22%,是春季冻融期土壤无机氮的主要存在形式。冻融循环期间兴安落叶松林、樟子松林和白桦林0~10 cm土层土壤净氮矿化速率分别增加了1.86、6.18和0.25倍。10~20 cm土层土壤净氮矿化速率除兴安落叶松林有所降低外,樟子松林和白桦林土壤净氮矿化速率分别增加了4.09和2.25倍。土壤净氨化速率占土壤净氮矿化速率的73.47%~96.76%,土壤氮矿化以氨化作用为主。土壤含水量是土壤有机氮矿化作用的主要影响因素。【结论】寒温带冻融作用有利于土壤有机氮的矿化,且阔叶林土壤氮矿化对冻融循环的响应强于针叶林。

大兴安岭北部主要树种生长季根际土壤氮素含量特征

为了探讨大兴安岭地区主要树种(樟子松、兴安落叶松、白桦和山杨)根际土壤氮素的富集程度和差异性,选用抖落法采集根际和非根际土壤样品,对其全氮、铵态氮与硝态氮含量特征进行研究。结果表明:1)4个树种根际土壤全氮含量5—10月波动在1.22～5.43 g·kg-1之间,最大值均在5月;根际土壤铵态氮和硝态氮分别波动在22.41～53.75 mg·kg-1和0.79～2.06 mg·kg-1之间,含量均在7、8月较低,且兴安落叶松根际土壤月平均铵态氮和硝态氮含量均为最高。2)研究区无机氮素以铵态氮为主,占95%以上;根际土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量均显著(P <0.05)高于非根际土壤,分别高出101.77%、29.26%和9.07%;兴安落叶松根际土壤全氮富集率达101.25%,铵态氮、硝态氮富集率均最高为39.37%和15.34%;樟子松根际土壤全氮、铵态氮、硝态氮富集率分别为95.98%、34.86%和7.84%;白桦全氮的富集率最高为125.73%,铵态氮、硝态氮富集率为30.30%和7.31%;山杨根际土壤氮素富集率最小。3)根际土壤铵态氮与全氮、硝态氮均呈极显著正相关,而全氮与硝态氮之间相关性不显著。4)4个树种根际土壤对氮素养分含量均具有明显的正根际效应,其中针叶树种对无机氮素的富集能力强于阔叶树种,且兴安落叶松对氮素的富集能力最强。因此,在森林经营和调整林分结构时可适当调整兴安落叶松树种比例,以提高森林生产力。

林下植被和凋落物对寒温带森林生长季土壤CH_(4)通量的影响

为进一步探究林下植被和凋落物管理对我国寒温带森林生长季土壤CH_(4)通量的影响,采用静态箱-气相色谱法对大兴安岭北部4种林型(白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林)4种处理(自然状态、去除凋落物、去除林下植被以及去除林下植被和凋落物)的土壤CH_(4)通量排放特征进行观测研究。结果表明:该地区森林生长季土壤均表现为CH_(4)的汇,4种林型不同处理后土壤CH_(4)通量表现为单峰变化趋势,吸收峰值出现在7月或8月。自然状态4种林型土壤CH_(4)平均吸收通量表现为白桦林(-79.23±14.92)μg m^(-2)h^(-1)>山杨林(-64.27±9.60)μg m^(-2)h^(-1)>樟子松林(-62.54±15.48)μg m^(-2)h^(-1)>兴安落叶松林(-48.73±12.26)μg m^(-2)h^(-1),兴安落叶松土壤CH_(4)平均吸收通量显著小于其他三种林型(P<0.05)。相比于自然状态,4种林型在去除凋落物后土壤CH_(4)吸收通量提高了2.12%—12.15%,但变化幅度均没有达到显著水平(P>0.05)。去除林下植被后4种林型CH_(4)吸收通量提高了0.84%—20.55%,且只有山杨林吸收增加达到显著水平(P<0.05)。同时去除林下植被和凋落物后,对白桦林和樟子松土壤CH_(4)通量影响不显著(P>0.05),但对山杨林和兴安落叶松林影响显著(P<0.05)。总之,去除凋落物或林下植被均会提高土壤对CH_(4)吸收,去除林下植被对土壤CH_(4)通量的影响要大于去除凋落物的影响,但不同林型不同处理之间还存在差异。

寒温带地区非生长季典型森林群落凋落物分解及养分释放

【目的】研究寒温带森林凋落物在非生长季的分解及养分释放特征,可为寒温带地区森林养分循环及森林生产力评价提供理论依据。【方法】选取寒温带地区4种典型森林(白桦林、山杨林、兴安落叶松林和樟子松林)为研究对象,采用埋袋法进行分解试验,分析秋季、冬季和春季冻融期凋落物分解和养分释放动态变化。【结果】秋季是非生长季凋落物质量损失率和养分释放最高的时期,4种林型凋落物质量损失率在17.50%~30.60%之间,白桦林凋落物分解最快,兴安落叶松林分解最慢。冬季凋落物质量损失率在0.52%~5.12%之间,春季冻融期在3.12%~7.65%之间。非生长季白桦林分解最快,分解速率达1.37 g/(kg·d),兴安落叶松林最慢,为0.87 g/(kg·d)。4种林型秋季凋落物中C、P、K元素均处于释放状态,且释放率在17.45%~65.90%之间,其中白桦林C、P释放率最大,分别为28.14%、65.90%,山杨林K释放率最大为58.19%。冬季4种林型凋落物中C、P、K释放率大幅降低,N呈现累积状态,累积率在1.44%~51.54%之间。春季冻融期间,凋落物养分释放率有所回升,但不同林型受土壤温湿度影响,波动性较大。【结论】寒温带4种林型在非生长季凋落物质量损失率在21.60%~42.37%之间,除山杨林N整体上呈现累积状态外,其他林型凋落物C、N、P、K元素均表现为释放,凋落物质量损失率、元素C、P、K释放均以秋季为主,而N释放则以春季为主。