基于机器学习算法的华中天然林土壤有机碳特征与关键影响因子

【目的】比较4种机器学习算法在模拟华中地区3种典型天然林土壤有机碳含量上的表现,筛选最优模型算法,明确影响该地区天然混交林土壤有机碳富集与空间分布的关键气候环境因子,为森林土壤有机碳分布格局研究提供技术参考。【方法】以华中地区3种典型天然林(常绿针叶混交林、落叶阔叶混交林和常绿阔叶混交林)为研究对象,引入4种机器学习算法(支持向量机、人工神经网络中的多层感知器、随机森林和分位数回归森林),模拟0~60 cm土层土壤有机碳含量,比较模型解释量及表现稳定性,筛选最优模型算法。【结果】4种机器学习算法均能成功模拟天然林0~60 cm土层土壤有机碳含量,多层感知器、随机森林、分位数回归森林模拟结果明显优于支持向量机,其中随机森林模型表现最稳定,决定系数最高达0.620。母质、土壤密度、孔隙度、地理位置、海拔、植被和水分亏损情况等共同影响华中地区天然林0~60 cm土层土壤有机碳含量,但显著影响表层(0~20 cm)、中层(20~40 cm)与深层(40~60 cm)土壤有机碳含量的因子并不一致且影响机制不同。在0~20 cm土层,显著影响因子最复杂,除土壤密度以外,土壤孔隙度、地形、植被和气候均产生显著影响(P<0.05);在20~40 cm土层,土壤密度和地理位置依然有显著影响(P<0.05),各因子影响呈现复杂性和过渡性;在40~60 cm土层,成土母质是最重要的影响因子,其次为土壤密度和水分亏损指数,植被的影响下降(P<0.05)。从地理分布上看,0~20 cm表层土壤有机碳含量东南高、西北低,中层和深层土壤有机碳含量表现为西部较高、东部稍低;海拔较高的南部山区土壤有机碳含量更高。蒸发强烈或供给森林的水分不足会限制各层土壤有机碳富集。森林土壤有机碳含量随土层加深显著下降,常绿针叶混交林土壤有机碳含量在各土层均最高,落叶阔叶混交林居中,常绿阔叶混交林最低。【结论】华中地区天然林土壤有机碳含量分布呈现明显差异,常绿针叶混交林土壤有机碳贡献最大,成土母质和土壤物理属性对土壤有机碳富集与分布起决定性作用;适宜天然林生长的地理立地条件和气候环境,共同造就该地区天然林土壤有机碳富集。在营林和管理时可加大本地树种混交比重,提升森林土壤碳汇功能。

2种马尾松混交林土壤微生物特性及其与团聚体稳定性耦合关系

【目的】探究2种马尾松人工混交林间土壤微生物群落结构差异,以及2种林分土壤团聚体稳定性与其微生物群落结构、土壤酶活性的耦合关系。【方法】以三峡库区马尾松杉木混交林和马尾松杉木栎类混交林为研究对象,通过比较分析0~10 cm土层的不同粒径土壤团聚体微生物群落结构及微生物生长代谢现状,探究影响团聚体稳定性和微生物群落结构的主要影响因素。【结果】(1)2种马尾松混交林之间的土壤团聚体稳定性、微生物总生物量及其群落多样性均无明显差异;(2)从酶化学计量特征来看,2种马尾松混交林土壤微生物生长代谢受到磷(P)限制;(3)土壤丛枝菌根真菌、放线菌和革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌的生物量在不同粒径土壤团聚体之间无明显差异;(4)土壤全钾含量对微生物群落结构影响程度最大。大团聚体中N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶(NAG)活性是驱动土壤团聚体稳定性的关键因素。【结论】为提高三峡库区马尾松林地土壤质量,应多关注NAG活性对环境变化的响应。为缓解P限制对植被生长发育的影响,可在马尾松人工林中营造P分配能力更强和P利用效率更高的树种。

森林碳汇助力碳中和的几点认识

森林碳汇不是“杯水车薪”,而是国之重器,森林碳汇功能及其对碳中和的贡献已成为全球共识,森林碳汇的形成、提升、监测、计量、核证、交易等已成为科学研究和社会发展的重要领域。本研究探讨人类文明进程中的人碳关系变化特点,梳理森林碳汇全链条中的一些基本问题,包括森林定义对碳汇计量的影响,森林碳的源-汇关系,碳汇计量边界,碳汇的监测、报告和核算,以及碳汇项目开发、碳汇交易的基本要求等,分析我国森林碳汇提升面临的挑战、潜力和路径。研究认为,要进一步加强森林碳汇科技创新体系建设,深入认识生态修复、森林经营、森林利用过程中的碳汇机制;要进一步优化与森林生态系统碳循环相关的社会制度和规则、技术和文化体系的设计和应用,支撑国家碳达峰碳中和战略实施和生态文明发展。

氮添加对马尾松人工林土壤团聚体氮矿化及土壤酶活性的影响

土壤氮库是生态系统氮素重要的源和汇。以三峡库区马尾松(Pinus massoniana)人工林为研究对象,从团聚体视角出发分析土壤养分和酶活性对氮添加的响应规律,以及相应的变化对氮矿化的影响,为预测该地区在大气氮沉降持续增加的背景下土壤氮动态提供参考。设置4种量的氮添加处理(N0:0 kg N hm^(-2)a^(-1);N30:30 kg N hm^(-2)a^(-1);N60:60 kg N hm^(-2)a^(-1);N_(90):_(90) kg N hm^(-2)a^(-1)),将土壤按粒径分为>2000μm(大团聚体)、250—2000μm(小团聚体)和<250μm(微团聚体)3个组分的团聚体,观察团聚体氮矿化特征。结果表明:(1)与对照相比,N30和N60处理提高了有机质(SOM)含量,但土壤SOM和全氮(TN)含量在N_(90)下开始出现下降;氮添加降低了土壤速效磷(aP)含量,在小团聚体中表现最为显著。除微团聚体中的POD和NAG以外,其余3种酶的活性均在N30和N60处理之下被提高。(2)土壤平均净硝化速率整体高于土壤平均净氨化速率;大团聚体和小团聚体中净氨化速率在氮添加处理后显著降低,大团聚体净硝化速率低于其他两个粒径;土壤净氮转化速率在N_(90)处理下最高。(3)土壤养分和无机氮含量与土壤酸性磷酸酶(AP)、N-乙酰-β-D-葡糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(POD)、硝酸还原酶(NR)和脲酶(UE)的活性呈显著相关,酶活性变化是多因子综合作用的结果;RDA分析显示,UE与土壤净氨化速率存在显著正相关,NAG和POD是与净氮转化速率分别存在显著正相关和显著负相关的关键土壤酶。综上所述,硝化作用是土壤净氮转化的主要贡献者,微团聚体在土壤氮矿化中发挥主要作用,NAG和POD是改变土壤净氮转化的主要生物酶。此外,氮添加会引起土壤氮素的流失,引起土壤的磷限制,并对土壤养分循环产生显著影响。

模拟氮沉降和接种外生菌根真菌对马尾松(Pinus massoniana)幼苗营养元素的影响

量化植物地上部和地下部元素含量对于理解和预测植物养分平衡如何响应大气氮沉降的变化至关重要。通过盆栽试验研究了氮沉降增加背景下外生菌根真菌对马尾松幼苗营养元素的影响。对马尾松幼苗进行了接种两种外生菌根真菌:(彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,Pt)与厚环乳牛肝菌(Suillus grevillei,Sg))以及4种氮素浓度添加:0 kg N hm^(-2)a^(-1)(N0)、正常氮沉降30 kg N hm^(-2)a^(-1)(N30)、中度氮沉降60 kg N hm^(-2)a^(-1)(N60)、重度氮沉降90 kg N hm^(-2)a^(-1)(N90),共12个处理,测定了马尾松地上部和地下部大量元素和微量元素的含量。结果表明:施氮改变了营养元素在马尾松幼苗地上部和地下部的含量,马尾松幼苗磷(P)、钙(Ca)、铁(Fe)、锰(Mn)等元素均在N60时达到临界值,而当输入的量超过了马尾松对氮的需求时,氮沉降会使马尾松营养元素含量较最适浓度时降低,地上部碳(C)随施氮浓度的升高先升高后降低,N随施氮浓度的升高而升高,根系和叶片钾(K)、Ca、镁(Mg)均随施氮浓度的升高而降低,施氮也降低了根系C及微量元素的含量。但在同一施氮浓度下,接种外生菌根真菌(EMF)后能够提高大多数元素的含量,N90时接种厚环乳牛肝菌(Sg)和彩色豆马勃(Pt)的叶片N含量与对照相比分别提高112.6%和138.6%,根系N含量分别提高73.1%、71.6%;N60时接种Sg和Pt的植株叶片P含量比不施氮未接种对照分别提高了166.3%、132.9%,根系P含量分别提高了40.8%、38.5%。EMF能够维持植物养分平衡,从而降低高施氮量对植物的影响效果。这为未来气候变化情景中氮沉降增加下接种EMF可以调节植物元素含量,从而达到更适应环境的元素平衡来促进生长提供理论依据。

长期生草对柑橘园土壤化学及生物学性质的影响

以柑橘园清耕、自然生草和人工生草3种管理模式为研究对象,对其土壤化学及生物学性质进行测定,探明了长期生草对柑橘园不同土层土壤碳氮磷、微生物生物量碳氮磷、酶活性的影响及其相互关系。结果表明:生草类型和土层显著影响土壤碳氮磷养分含量、微生物生物量碳氮磷含量和相应的酶活性,但两者互作仅对β⁃葡萄糖苷酶、N⁃乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨基酸氨基肽酶有显著影响(P<0.05)。总体上,土壤生物化学性质在生草类型间表现为人工生草>自然生草>清耕;在土层间表现为0—10 cm>10—20 cm>20—40 cm。冗余分析表明,前两轴土壤化学及生物学指标解释了80.2%土壤酶活性的变化,且主要表现为正效应。土壤化学及生物学指标对土壤酶活性的影响也因生草类型和土层而异,人工生草在各土层中对β⁃葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、多酚氧化酶、N⁃乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨基酸氨基肽酶和酸性磷酸酶6种土壤碳氮磷酶活性的影响均为正效应,而自然生草仅在0—20 cm土层中对β⁃葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶活性产生正效应,两种生草类型土壤酶活性均在0—10 cm土层受土壤碳氮磷等因子影响最为突出。因此,相比于清耕,人工和自然生草覆盖能显著提高柑橘园土壤碳氮磷养分含量、微生物生物量碳氮磷含量和相应的酶活性,其促进作用随土层加深而降低,且人工生草的改善作用强于自然生草。

我国森林土壤全磷密度分布特征

土壤磷可利用性显著影响森林生产力和固碳能力。了解我国森林土壤全磷密度在土壤、气候和植被等不同环境条件下的分布特征,为我国森林质量提升和固碳增汇提供理论指导。收集全国森林土壤调查数据和文献数据中0—20 cm(2571个样地)、20—40 cm(1305个样地)、40—60 cm(701个样地)、60—80 cm(40个样地)和80—100 cm(31个样地)土层土壤全磷含量和容重以估算土壤全磷密度,采用单因素方差分析和Tukey HSD法(或Mann-Whitney U法)检验土壤全磷密度在不同土层、土壤类型、土壤风化程度、气候区、森林起源、森林结构、林龄组、森林类型和树种组之间的差异,利用线性回归分析探讨土壤全磷密度的纬度和经度变化趋势。结果表明:(1)我国森林40—60 cm土层(9.02 t/hm^(2))土壤全磷密度显著低于表层0—20 cm(13.81 t/hm^(2))和20—40 cm(10.84 t/hm^(2))以及深层60—80 cm(11.28 t/hm^(2))和80—100 cm(12.76 t/hm^(2))(P<0.001),0—60 cm土层土壤全磷密度表现为中度风化(11.89—18.86 t/hm^(2))>轻度风化(10.19—11.13 t/hm^(2))>重度风化(5.44—8.89 t/hm^(2)),在土壤类型间差异显著(P<0.001),铁铝土的值最低(5.44—8.89 t/hm^(2));(2)土壤全磷密度随着纬度的增加线性增加,但随着经度的增加线性降低(除0—20 cm土层),自热带向北温带也呈增加趋势;(3)我国森林0—60 cm土层土壤全磷密度表现为人工林(11.54—15.49 t/hm^(2))显著高于天然林(7.14—11.93 t/hm^(2))及纯林(12.16—15.40 t/hm^(2))显著高于混交林(6.06—12.15 t/hm^(2)),在林龄组和森林类型间差异显著(P<0.001),0—20 cm和20—40 cm土层中过熟林(23.10 t/hm^(2)和12.54 t/hm^(2))和落叶针叶林(19.49 t/hm^(2)和15.30 t/hm^(2))土壤全磷密度最高,40—60 cm土层土壤全磷密度随着林龄的增加而降低。总体来看,我国森林0—100 cm土层土壤全磷密度存在明显的空间分布规律,其在土壤、气候和植被类别间差异显著,这些生物与非生物因素是影响我国森林土壤全磷高低和分布特征的重要因子;延长轮伐期和种植混交林是维持和提高我国森林土壤全磷养分可持续利用的重要途径。

人工林土壤碳的影响途径研究进展

人工林已成为森林资源的关键组成部分和巨大的陆地碳储库,在土壤碳固存中发挥着重要作用。随着全球气候变化加剧,有关人工林土壤碳固存的研究愈发成为关注焦点。因此,综合探讨人工林土壤碳的影响途径可为其生态恢复和经营模式提供基础理论依据,对未来应对全球气候变化提供参考,在实现森林永续利用、维护生态系统平衡方面具有重要意义。本文综述了造林树种选择、植被和根系凋落物分解、土壤呼吸、土壤微生物活动、人为扰动对人工林土壤碳固存的影响,总结了当前诸多研究中有关土壤碳周转的侧重点,梳理了相关研究中存在的矛盾性观点,并对以后有关人工林土壤碳的研究作出展望:1)应加深多种生态环境途径综合作用的研究。2)拓展对不同尺度人工林土壤碳的探索。3)重视土壤微生物−土壤理化性质−植被根系之间的互作关系。4)构建更精确的人工林经营措施体系。5)建立对人工林土壤碳的长期动态监测网络。6)细化对人工林土壤碳组分的研究。

油杉属的地理分布及其分类学研究

油杉属是松科中第四纪大冰期后残存的一个原始类群,世界上有11种、2个变种。中国有9种、2个变种,是遗传多样性中心;主要分布于我国秦岭以南地区,南抵海南和台湾地区,个别种分布至越南和老挝。白垩纪至中新世曾广布欧亚大陆和北美洲西部,大冰期以前我国东北地区仍有大量分布。预测未来该属有潜在扩张的趋势。油杉属目前虽然从形态学角度确定了13个类群,但各类群的分类地位还不十分清楚;现阶段已经结合细胞学、同工酶到DNA分子技术手段开展了系统进化学研究,并对油杉的起源和进化已经有了初步的理解和认识。油杉属的地理分布和系统进化学研究为该属的保护利用和遗传改良提供理论依据,今后可构建一个高分辨率的油杉属全分布区的系统发育树,来统一各类群的分类地位与系统演化关系。

三峡库区柑橘园地不同施氮模式的氨挥发特征

【目的】三峡库区柑橘园氮肥施用量大、肥料种类多,系统评估园地不同施氮模式的土壤氨排放及氮损失,为园地施肥管理提供科学依据。【方法】采用原状土柱的海绵通气法收集氨气,选取尿素氮肥(Urea-N)、硝态氮肥(NO_(3)^(-)-N)和铵态氮肥(NH_(4)^(+)-N)3种氮素来源,分别设置减量(250 kg·N·hm^(-2))、常量(500 kg·N·hm^(-2))和增量(750 kg·N·hm^(-2))3种施氮量水平处理及不施肥对照,共10种处理,观测园地土壤在不同施氮种类和施氮量条件下的氨挥发特征。【结果】施氮种类、施氮量水平均对氨挥发累积量有显著影响(P<0.05)。在3个施氮量水平下,施用尿素的氨挥发通量均在前期(1~7 d)显著高于硝态氮和铵态氮处理(P<0.01),施用尿素氮肥土壤的氨挥发累积量显著高于硝态氮和铵态氮处理,铵态氮和硝态氮肥施用之间无显著差异。3种氮肥的氨挥发量及损失率均随施氮量升高而增加,尿素施用处理在常量和增量施肥水平的氨挥发累积量分别为221.85和298.28 mg·m^(-2),是铵态和硝态氮肥处理的3.0和3.4倍。在施用尿素氮肥处理中,尿素增量施肥的损失率为28.9%,是其减量和常量水平的1.28倍和1.03倍。【结论】施氮种类和施氮量均对园地土壤的氨挥发有显著影响,增加施氮量导致氮素损失率升高,施用尿素氮肥在3种施氮量水平下的氨挥发量及损失率均高于其他氮肥施用处理。因此,园地氮肥施用应减少尿素施用量,适当增加铵态氮肥和硝态氮肥并减量施肥,以减少土壤氮素的氨挥发损失。

马尾松纯林和混交林不同粒径土壤团聚体养分含量和微生物群落特征

【目的】研究马尾松(Pinus massoniana)纯林和混交林不同粒径土壤团聚体的养分含量分布,分析微生物多样性和群落结构对团聚体大小和养分含量的响应,为马尾松人工林土壤肥力维持提供科学指导。【方法】选择10年生的马尾松纯林和马尾松−杉木(Cunninghamia lanceolata)混交林,采集表层(0~10 cm)土壤,按照沙维洛夫干筛法筛分出大团聚体(>2 mm)、中团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(<0.25 mm)3类,测定不同马尾松林土壤团聚体的粒径占比、养分含量、微生物生物量。【结果】马尾松混交林土壤大团聚体比例显著高于纯林,中、微团聚体比例低于纯林;土壤微团聚体的全磷、全钾、全氮、有机碳含量最高,且混交林各团聚体有机碳、全氮含量均高于纯林,而全钾含量显著低于纯林;2种林分类型团聚体微生物的磷脂脂肪酸(PLFAs)含量主要集中在微团聚体,其中,马尾松混交林土壤团聚体微生物PLFAs总量、微生物多样性均高于纯林;在马尾松混交林中,土壤团聚体有机碳、全氮、全磷含量与微生物PLFAs含量呈正相关,且影响微生物群落结构的主要因素是全磷含量;在马尾松纯林中,团聚体有机碳、全氮含量和微生物PLFAs含量呈正相关,影响微生物群落结构的主要因素是有机碳含量。【结论】马尾松混交林提高了土壤肥力,改善了土壤团聚体结构,为土壤肥力维持提供了良好基础。

陆地生态系统生态化学计量学研究进展

【目的】探讨陆地生态系统生态化学计量学研究进展,以期推动对陆地生态系统物质循环及能量流动的进一步认识。【方法】利用Web of Science、CNKI等数据库,查阅相关文献,对陆地生态系统生态化学计量学研究进展进行综述。【结果】陆地植被生态化学计量学特征研究表明,C、N、P是生态化学计量学领域研究的主要对象,其中N和P是陆地植被生长2种最重要的限制元素;土壤中的碳氮磷比值是评价土壤质量重要指标,从全球尺度研究发现,土壤中的碳氮磷比值基本为恒值;陆地生态系统养分限制判断研究表明,N∶P比值是植物生长养分限制的敏感性指数,常被用于确定养分限制的阈值,同时N、P含量也可用于确定养分限制类型;气候、地理、土壤等因子是陆地植物生态化学计量学特征的主要影响因素。【结论】在陆地生态系统生态化学计量学研究进展中,C、N、P是学者们关注的重要因子,其比值在研究土壤质量评价、养分限制阈值等方面发挥重要作用。

海拔梯度对祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度的影响

以祁连山西水林区青海云杉典型林分为研究对象,按照青海云杉分布界限海拔2500—3300 m,采用梯度格局法,研究祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度沿海拔梯度的空间分布特征,以期为准确估算祁连山青海云杉林碳储量变化影响因素提供科学依据。结果表明:(1)青海云杉林生物量平均值为115.83 t/hm^2,碳密度平均值为60.23 t/hm^2。生物量整体随海拔梯度增加表现为先增加后波动降低的趋势,在海拔2800 m处达到最高值(197.10 t/hm^2),海拔3300 m处达到最低值(7.66t/hm^2),且不同海拔梯度间差异显著。林分各器官生物量分配格局在各海拔处均表现为干>根>枝>叶。(2)土壤有机碳含量平均值为54.80 g/kg,变化范围为31.49—76.96 g/kg。随着土壤层次的增加,除海拔3200 m和3300 m的土壤有机碳含量未表现出规律变化外,其他海拔梯度则均呈现出逐渐降低趋势。土壤有机碳密度在海拔2900 m最高,为245.40 t/hm^2,在海拔2700 m处最低,为130.24 t/hm^2;海拔2500—2700 m表现为平缓降低趋势,在2800 m处急剧上升,且海拔2800—3200 m呈现无显著性轻度波动变化,在海拔3300 m又急剧降低。(3)青海云杉林生态系统平均总碳密度为255.15 t/hm^2,乔木层和土壤层占总碳密度的比例分别为23.61%和76.39%,且不同海拔梯度间存在极显著差异。土壤有机碳密度与海拔、年均降水量、土壤有机碳含量、土壤全氮呈显著正相关,与年夏季平均气温呈显著负相关;乔木层碳密度与年夏季气温、林分密度、胸高断面积呈显著正相关,与海拔和土壤全氮呈显著负相关。(4)祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度均随海拔梯度变化受水热条件组合的改变而呈现规律变化,以中部海拔区段2800—3200 m碳密度较高。

森林自然更新研究进展

森林自然更新是一个复杂的生态学过程,它保证了种群的繁衍、维持了群落结构稳定,对森林群落的发展具有重要意义,是森林生态学研究的热点。伴随着森林经营向多目标化和生态系统经营模式的转变,人们逐渐开始强调自然过程所达到稳定的森林生态系统,对自然更新的研究也开始关注在自然状态下的更新过程。综述了森林自然更新的方式以及影响森林自然更新的生物和非生物因子,讨论了火、采伐和林窗等干扰对森林自然更新的影响。对森林自然更新的研究大多从野外调查资料和现象对自然更新过程进行描述性分析,很少从生理生态方面揭示森林自然更新的机制。研究对象多是主要的森林类型,局限于林窗的更新及森林群落的建群种,主要以种群为研究对象。对干扰频发森林中的萌生更新重视不够,促进自然更新困难树种更新的对策研究不足。森林自然更新的范围和深度尚待扩展和加深。对森林自然更新的研究应加强以下几个方面:(1)综合研究各种因子的作用;(2)扩展自然更新的研究尺度;(3)深入研究萌生更新的生理机制和生态作用;(4)重视加大更新困难树种以及珍惜濒危物种和生态脆弱区的更新研究力度;(5)开展种子幼苗对于二氧化碳浓度升高,水热条件变化的生理响应;(6)加强各种类型不同强度和频度干扰对种子幼苗影响的研究。(7)加强森林群落更新与生物多样性的关系研究,进一步揭示森林群落的更新规律。总结了森林自然更新研究的现状和问题,并为今后的研究提出了建议,旨在为森林经营和生态恢复准备理论,为林业生产应对气候变化以及珍稀濒危植物的保护提供参考,为森林的可持续利用、维护生态系统平衡和保护生物多样性提供依据。

森林固碳释氧服务价值与异养呼吸损失量评估

固碳释氧是森林最重要的生态系统服务之一,将森林碳收支与固碳释氧服务价值评估相结合对于准确评估生态系统服务价值具有重要意义。应用森林碳收支模型(CBM-CFS3),分别基于净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)评估了2009—2030年湖北省兴山县森林生态系统总、净固碳释氧服务价值的时空动态,量化了异养呼吸造成的固碳释氧服务价值损失。模拟期间兴山县森林生态系统NPP逐渐增加(0.46—0.70 Tg/a),NEP由0.12 Tg/a先增加至0.21 Tg/a,然后逐渐下降至0.18 Tg/a;所对应的森林总、净固碳释氧服务价值范围分别为7.59—11.53亿元/a和2.21—3.70亿元/a。异养呼吸逐年增加,导致固碳释氧价值每年损失平均值为7.29亿元/a或4509元hm^(-2) a^(-1),约占总价值的68.6%。兴山县东南部异养呼吸造成的森林固碳释氧服务价值损失较高,而中部及西南部森林净固碳释氧价值较高。模拟期间兴山县森林为碳汇,稳定地提供固碳释氧服务。与NPP相比,使用NEP评估固碳释氧服务价值更为合理。忽视异养呼吸将严重高估森林生态系统固碳释氧服务价值;因而必须将物质循环过程与生态系统服务评估相结合,以降低评估结果的不确定性、提高生态系统服务的评估能力。

马尾松人工林干扰对土壤微生物群落结构的短期影响

【目的】揭示马尾松林土壤微生物群落结构对不同干扰的响应特征,初步探究响应机制,评估不同干扰方式对地下生态系统的影响。【方法】对马尾松人工林样地分别采取除灌、轻度干扰(清除少量非马尾松乔木)、重度干扰(清除较大胸径马尾松),以未经处理的样地为对照。对每个样地多点混合采集0～10 cm表层土壤,采用Illumina Miseq高通量测序方法,获取并分析了不同干扰方式下土壤微生物群落组成与结构的响应特征,并结合相似性和系统发育指数初步探究微生物响应机制。【结果】1)马尾松人工林土壤中细菌的优势菌群主要是变形菌门、酸杆菌门和放线菌门等;真菌的优势菌群是担子菌门、子囊菌门、接合菌门。在门水平上对细菌群落相对丰度进行组间差异显著性检验表明,拟杆菌门、β-变形菌门、δ-变形菌门和γ-变形菌门相对丰度的组间差异显著(P<0.05)。不同干扰方式分别与对照样地的土壤微生物比较:轻度干扰样地的变形菌门、β-变形菌门、δ-变形菌门和γ-变形菌门相对丰度显著降低;重度干扰样地的拟杆菌门、δ-变形菌门相对丰度显著降低(P<0.05);而除灌样地在门和纲水平上都无显著变化。2)主成分分析结果表明不同样地的土壤微生物(细菌和真菌)群落结构能够明显分开,非参数多元方差分析表明不同样地的土壤细菌与真菌的群落结构整体差异显著(P<0.05);不同样地土壤微生物的群落结构与对照相比,只有除灌样地土壤的细菌群落无显著差异,而轻度干扰和重度干扰样地有显著差异(P<0.05);除灌、轻度干扰和重度干扰样地土壤的真菌群落结构与对照均有显著差异(P<0.05)。3)与对照相比,细菌的相似性在轻度干扰和重度干扰时显著降低(P<0.05),真菌的相似性在除灌、轻度干扰和重度干扰均产生显著差异(P<0.05)。4)基于零模型的差异分析表明,只有轻度干扰样地土壤的微生物群落谱系多度和谱系多样性变化达到显著水平(P<0.05)。【结论】马尾松人工林的干扰措施显著影响土壤微生物群落的组成和结构特征,降低了土壤养分有效性;显著降低了土壤微生物群落的相似性,导致土壤微生物群落稳定性下降;改变了土壤微生物谱系多样性,即土壤微生物的养分含量和生态位多样性,降低了生态系统的稳定性。轻度干扰和重度干扰都显著降低了土壤质量,导致土壤养分含量下降,因此,不宜进行轻度和重度干扰。

马尾松林土壤微生群落结构对不同营林处理的响应

以不同营林处理措施(对照、除灌、采伐1(15%)、采伐2(70%)后不同时期(处理后2个月,2013年12月;处理后15个月,2014年12月)三峡库区马尾松飞播林为研究对象,采用磷脂脂肪酸分析法对其土壤微生物生物量、微生物群落结构进行测定,同时比较了不同处理土壤理化性质特征,结果表明:1)处理后1年,除丛枝菌根真菌外,除灌、采伐1和采伐2微生物群落各类群生物量以及总生物量与对照相比均呈现减少的趋势,而在处理后初期并无规律性变化;2)主成分分析表明(PCA)不同处理措施在实施后初期并未对微生物群落结构产生显著影响,而在处理后1年,除灌和采伐1、采伐2的微生物群落结构显著区别于对照,且与土壤微生物群落多样性相关的2个主成分分别解释变量变化的50.40%和26.70%;3)2013年真菌生物标记(20:1 w9c)与主成分1极显著相关,而在2014年与主成分1极显著相关的生物标记物变为革兰氏阴性细菌(16:1w7c);4)冗余度分析表明,土壤湿度、土壤温湿度比值、土壤微生物熵(微生物量碳(MBC)/土壤有机碳(SOC))是影响不同时期微生物群落结构的显著环境因子(P<0.05)。

林龄和气候变化对三峡库区马尾松林蓄积量的影响

【目的】林龄增长和气候变化是影响森林蓄积量变化的关键因素,研究这两种因素对区域尺度森林蓄积的影响具有重要意义。【方法】本文基于生态过程模型(3-PG)、森林资源规划设计调查数据及3种未来气候情景(BS、RCP4.5和RCP8.5),量化了林龄和气候变化对三峡库区马尾松林蓄积的影响。【结果】2009-2050年林龄促使三峡库区马尾松林蓄积年均增长2.60×106 m^3/a或2.60 m^3/(hm^2·a);而气候变化对蓄积生长的促进作用较小,年均增量为1.70×10^5~2.00×105 m^3/a或0.17^0.20 m^3/(hm^2·a),相当于林龄影响的6.55%^7.67%。林龄和气候变化对马尾松林蓄积生长的促进作用在三峡库区中部最强,而在库区南部最弱。林龄促进马尾松林单位面积蓄积年均增长最高和最低的地区分别是万州区和巴南区,对应值为4.54和1.17 m^3/(hm^2·a)。气候变化对开州区单位面积蓄积年均增长的促进作用最高,为0.40 m^3/(hm^2·a),而对涪陵区的促进作用最低,为0.03 m3/(hm^2·a)。【结论】林龄和气候变化均促进马尾松林蓄积生长,其共同作用将使万州区和开州区马尾松林单位面积蓄积年均增量最高,而使巴南区蓄积年均增量最低。未来需重点关注巴南区马尾松林生长,通过加强抚育管理、调整林龄结构以维持区域森林资源增长。

不同营林措施对马尾松林物种组成及空间结构的短期影响

为揭示常规营林措施对人工马尾松林分物种组成和空间结构的影响,以三峡库区马尾松飞播林为研究对象,按照未采伐、除灌、伐除非马尾松、伐除优势马尾松4种营林措施建立固定监测样地,分析了马尾松林群落的物种组成和数量特征,并运用角尺度、大小比数、混交度3个林分结构参数,研究不同营林措施处理对马尾松林分空间结构的影响。结果表明:不同营林措施对马尾松林物种组成和优势程度存在明显影响,乔木层生物多样性降低,林下灌草层多样性明显提升。除灌对林木空间分布格局未造成显著改变,伐除非马尾松和伐除优势马尾松均提高了林分空间结构的聚集程度,且林木平均聚集程度随着采伐强度增加而增加。不同营林措施对林分整体大小分化程度影响不大,但采伐明显改善了林分的混交程度。单纯调整某个树种或单个层次的结构来开展森林经营,不利于林分空间结构的整体优化,应根据各树种生物学特性以及功能地位来综合确定采伐木和保留木,并采用中度择伐强度更有利于林分结构调整。

2002-2010年中国典型生态系统辐射及光能利用效率数据集

辐射是陆地生态系统能量的主要来源,其利用效率表现为光能利用率,反映了生态系统转化光能、生成有机物质的能力。揭示典型生态系统的辐射及光能利用效率可以为评估区域光能资源及其利用效率提供参考,也为评估区域有机物质固定能力及碳吸收能力提供依据。基于中国陆地生态系统通量观测研究联盟(ChinaFLUX)的长期观测结果及已发表文献的公开数据,构建了2002–2010年中国典型生态系统辐射及光能利用效率数据集,包含51个生态系统126个站点年辐射、光能利用效率及吸收光能利用效率的观测记录。另外,本数据集还包含生态系统代码、年份、经度、纬度、海拔、生态系统类型、年均气温、年总降水量、年均CO2质量浓度、年均叶面积指数、最大叶面积指数等生物气候信息。本数据集可以为评估生态系统生产能力、应对气候变化等方面的研究提供数据支持。