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。

枯落物去除对荒漠草原功能群和生产力的影响

枯落物是草地生态系统的重要组分,影响着植物对水分和养分的吸收和循环。通过对内蒙古短花针茅荒漠草原围封10年的样地进行不同程度的枯落物去除(中度、重度去除和对照)试验,揭示了2014~2017年枯落物去除对荒漠草原功能群和生物量的影响。结果表明:枯落物去除降低了土壤水分含量,重度去除较中度去除的土壤水分下降幅度更大。枯落物重度去除后荒漠草原地上生物量平均增加43%(2015~2017年)。枯落物去除后各功能群在降水充沛的年份表现出显著差异,多年生杂类草、灌木和小半灌木的生物量随着枯落物去除量的增加而增加,而禾草总量则是在中度枯落物去除后达到最大生物量;RDA分析表明,枯落物质量与土壤水分呈正相关关系,枯落物在土壤水分较高时对地上生物量以及各功能群生物量的影响增强;多年生丛生型禾草与一、二年生草本、灌木和小半灌木存在资源竞争。枯落物在水分充足的情况下,调节着荒漠草原植物功能群结构和地上生物量。由此可见,适量的枯落物留存有利于内蒙古荒漠草原生产力的可持续发展。

不同枯落物添加量和处理方式对草地土壤微生物量碳的影响

为研究温带典型羊草草地生态系统土壤微生物量碳特征,以中国科学院东北地理与农业生态研究所长岭草地农牧生态实验站为研究区,开展不同枯落物添加量(0、200、400 g/m^2)和处理方式(保留秋季地上生物量但未补播羊草WL、未补播羊草且收割地上生物量WG、保留地上生物量并且补播羊草ZL、收割地上生物量后补播羊草ZG)对土壤微生物量碳含量的影响研究。结果表明,不同枯落物添加量对土壤微生物量碳具有重要影响,土壤微生物量碳含量随枯落物量增加而增加,且呈现明显的表聚性;各处理方式下,土壤微生物量碳含量不同,ZL处理对0~10 cm表层土壤微生物量碳影响显著高于其他土层。增加枯落物归还量及合理的管理措施,可有效提升土壤微生物量碳含量,维护草地生态系统平衡。

氮和枯落物添加对闽江河口湿地土壤CO2释放的影响

土壤CO2释放是土壤碳转化的关键过程。氮(N)添加及植物枯落物的分解对湿地土壤CO2释放速率有显著影响,在全球大气CO2浓度和气候变化中具有重要作用。本研究选取闽江河口湿地土壤为研究对象,通过24 d的短期培养实验,研究不同氮浓度和不同枯落物添加对闽江河口湿地土壤CO2释放速率的影响。结果表明:(1)短叶茳芏(Cyperus malaccensis)和互花米草(Spartina alterniflora)两种植物枯落物添加处理显著促进了湿地土壤CO2释放速率(P<0.05),也显著增加了闽江河口湿地土壤溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和pH(P<0.05)。两种枯落物添加处理下,培养初期(0~9 d)枯落物可溶性有机碳快速释放和pH升高可能是导致土壤CO2释放峰值时间提前的主要因素。(2)枯落物添加后不同浓度氮输入对湿地土壤CO2释放速率均具有显著影响(P<0.001),但两种枯落物对土壤CO2释放速率的影响并无显著差异(P<0.05)。土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)的变化是影响不同枯落物在氮添加后培养前、后期土壤CO2释放差异的重要原因。

滇中柏木林地枯落物去除对土壤水分物理性质的影响

柏木是云贵川三省常见的造林树种,对区域生态环境优化与水源涵养作用明显。为深入了解柏木林地枯落物层对土壤水分状况的影响,以近35年的人工柏木林为研究对象,在样地调查的基础上,对枯落物不同程度去除后土壤水分物理性质的变化进行了研究。结果表明:随地表枯落物的去除,枯落物层自然含水率呈降低趋势,其变化范围在66.95%~114.54%;表层土壤(0~10 cm)的土壤密度(1.11~1.15 g/cm~3)与亚表层(10~20 cm)土壤密度(1.18~1.27 g/cm~3)的变化不明显。随枯落物的去除,表层和亚表层土壤的总孔隙度和毛管孔隙度均有显著降低,非毛管孔隙度增大。表层土壤饱和持水量均值在353.07~458.96 g/kg,毛管持水量均值在233.27~357.17 g/kg,田间持水量均值在218.80~343.96 g/kg,大小顺序均为未去除>半去除>全去除,亚表层也一致。全去除枯落物对土壤各持水量影响最大,枯落物去除对表层和亚表层土壤水分状况均有明显影响。土壤是林分水源涵养功能的主体,但枯落物也有着减缓地表径流、改善土壤结构等重要作用。

滇中高原云南松林枯落物输入对土壤碳氮储量及其分布格局的影响

为了更好地理解土壤碳氮对枯落物输入变化的响应,通过枯落物添加与去除实验(DIRT)对滇中高原云南松林枯落物输入变化对土壤碳氮储量及其分布格局的影响进行了研究。2018年3月至2019年2月分别设置6种枯落物输处理,分别为对照(CO)、去除枯落物(NL)、双倍枯落物(DL)、去除根系(NR)、无输入(NI)以及去除有机层与A层(O/A⁃Less),研究了不同处理条件下土壤剖面上碳氮储量的分布规律。研究结果表明:(1)不同处理全碳储量为134.49—170.92 t/hm^(2),全碳储量在不同处理间表现为:S_(C(NL))=170.92 t/hm^(2)>S_(C(CO))=168.10 t/hm^(2)>S_(C(NR))=153.26 t/hm^(2)>S_(C(NI))=147.20 t/hm^(2)>S_(C(O/A⁃Less))=143.54 t/hm^(2)>S_(C(DL))=134.49 t/hm^(2),不同处理0—20 cm土层全碳储量占0—60 cm土层全碳储量的40.86%—53.56%;不同处理全氮储量表现为:S_(N(CO))=11.83 t/hm^(2)>S_(N(NL))=9.70 t/hm^(2)>S_(N(DL))=8.70 t/hm^(2)>S_(N(NR))=8.35 t/hm^(2)>S_(N(O/A⁃Less))=8.21 t/hm^(2)>S_(N(NI))=8.09 t/hm^(2)。不同处理0—20 cm土层的全氮储量占0—60 cm土层全氮储量的39.28%—46.04%。云南松林地枯落物添加去除实验发现去除枯落物短期内可以增加土壤碳储量,其他处理均在一定程度上减少了土壤碳氮储量。(2)地上枯落物输入对表层(0—20 cm)土壤碳氮影响显著,根系输入对深层(20—40 cm)土壤碳氮影响显著;(3)土壤C、N存在耦合关系,不同处理土壤全碳含量与全氮含量极显著正相关,并且土壤全碳含量与土壤各化学计量比均呈极显著正相关关系;土壤容重与土壤碳氮含量具有极显著负相关关系。

不同枯落物糙率系数室内试验方法

以曼宁公式和经典水力学基本理论为基础,探讨了不同枯落物室内糙率系数(n)的试验方法,并系统地对该方法中各试验步骤、试验数据计算和数据整理分析过程进行了详细介绍,同时还指出了试验中应注意的问题.

两种乔木枯落物糙率系数的室内分析

对2种乔木树种枯落物的曼宁糙率系数,进行了室内实验.在特定条件下,糙率系数(n)值与被试枯落物量呈现指数相关关系.实验结果显示,刺槐枯落物比油松枯落物对糙率系数的影响程度要大,当枯落物量为0.200g/cm^2(相当于20t/hm^2)时,刺槐和油松枯落物的糙率系数值分别是0.1 784和0.1297.研究结果还显示出枯落物量的增加对糙率系数的增大有一定限度,当单宽流量q为94ml/m·s时,枯落物量的上限值为0.250～0.300g/cm^2(相当于25～30t/hm^2).

不同水分处理和枯落物分解对闽江河口湿地土壤CO2释放的影响

水分和枯落物分解是影响湿地土壤CO2释放的重要因子,以闽江河口短叶江芏(Cyperus malaccensisvar.brevifolinus)湿地土壤为研究对象,通过设置不同水分条件[70%、100%、130%土壤饱和含水量(SSM)]和枯落物添加处理,研究湿地土壤CO2释放对不同水分处理以及枯落物添加的响应。结果表明:(1)各处理的土壤CO2释放速率在30 d的培养期内均呈现先升高后波动下降的趋势,各水分处理的土壤CO2累积释放量均随培养时间的增加而增加,在前8—15 d增长较快,后15 d增长较慢;(2)不同土壤水分处理对湿地土壤CO2释放影响显著,未添加枯落物处理中,100%SSM处理的土壤CO2释放速率和累积释放量显著最高,130%SSM的处理显著最低(P<0.01);枯落物添加处理中,130%SSM处理的土壤CO2释放速率和累积释放量显著最高,70%SSM处理的显著最低(P<0.01);(3)枯落物的添加并未改变土壤CO2释放速率随时间变化的趋势,但显著促进各处理的土壤CO2释放量(P<0.01)。

荒漠草原土壤氨氧化细菌群落结构对氮添加和枯落物输入的响应

为了解荒漠草原表层土壤氨氧化细菌(AOB)对枯落物输入及氮添加的响应,该研究以宁夏回族自治区盐池县荒漠草原为实验平台,选择4种常见植物——苦豆子(Sophora alopecuroides)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、短花针茅(Stipa breviflora)和沙芦草(Agropyron mongolicum)的枯落物设置枯落物输入处理,设置对照(0 g·m^(-2)·a^(-1))、氮添加(9.2 g·m^(-2)·a^(-1))2个处理,运用荧光定量PCR、高通量测序等分子生物学技术,探究了荒漠草原0-5 cm表层土壤AOB对氮添加和不同枯落物输入的响应。研究结果显示,在氮添加和枯落物输入条件下,荒漠草原土壤表层AOB共有3门4纲6目7科8属17种。实验所测AOB群落物种主要来源于β-变形菌纲(beta-Proteobacteria)中的亚硝基单胞菌属(Nitrosomonas)和亚硝基螺旋菌属(Nitrosospira),且以亚硝基单胞菌属为优势种群。与对照相比,氮添加显著降低了AOB-氨单加氧酶(amoA)基因拷贝数,表明施氮会抑制荒漠草原表层土壤中的硝化作用。在不同种类的枯落物输入下,AOB-amoA基因丰度的响应具有差异性,枯落物输入能够在一定程度上缓解氮添加对土壤AOB-amo A基因丰度的抑制,但总体上不会改变其变化趋势。冗余分析结果表明土壤有机碳、全磷、硝态氮和铵态氮含量是影响AOB-amoA基因丰度的主要土壤理化因子。研究结果表明,氮添加能够显著降低荒漠草原土壤表层AOB-amo A的基因丰度,该结果有助于丰富和拓展未来干旱半干旱荒漠草原地区氮沉降变化对土壤表层氮循环功能基因丰度的影响和机制的认识。

玉米秸秆不同构件添加对土壤N_2O排放的影响

通过室内培养试验,研究玉米秸秆不同构件及按比例混合添加对土壤N2O排放的影响。试验设置无枯落物土壤对照（CK）及四种枯落物添加处理:茎+土壤（CKS）、叶+土壤（CKL）、鞘+土壤（CKLS）、混合枯落物（茎∶叶∶鞘=5∶3∶2）+土壤（CKM）。结果表明:培养初期添加枯落物对土壤N2O产生激发作用,培养6d之后趋于稳定,但各添加枯落物处理高于对照;培养结束各添加不同构件及混合枯落物土壤N2O累积排放量都显著增加（p<0.05）,添加茎和混合枯落物土壤N2O排放量显著高于添加叶和鞘枯落物（p<0.05）。枯落物混合对土壤N2O排放的影响在培养前期（1028d）有一定的促进作用,培养后期不同枯落物之间无相互作用。培养结束后各枯落物全氮含量显著高于初始值,C/N显著低于初始值（p<0.05）。枯落物混合培养结束后剩余质量实测值低于预测值,全氮含量实测值高于预测值,枯落物碳氮比实测值低于预测值,土壤N2O累积排放量差异不显著,表明枯落物混合有利于枯落物分解和氮累积,但是对N2O累积排放影响不大。

松嫩草地植物功能生态学研究

随着功能生态学的发展,植物功能生态学研究越来越受到重视。以松嫩草地为对象,调查该区域植被状况及功能性状特征,通过控制试验研究刈割、施氮、植被低矮稀疏化等干扰条件下羊草(Leymus chinensis)性状和羊草群落特征的变化,探讨在自然和干扰条件下物种丰富度、功能群丰富度、物种多样性指数、功能性状多样性与群落地上生物量的关系。松嫩草地66种草本植物7个叶片性状特征表明:叶片厚度变异系数最大,比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量、叶绿素含量和类胡萝卜素含量之间存在显著的正相关关系;叶片干物质含量与叶片磷含量没有显著的相关关系,但是与其他叶片性状成显著的负相关关系;叶片厚度与叶片干物质含量和比叶面积成显著的负相关关系,但是与其他叶片性状不相关。方差分析表明,叶片十物质含量、比叶面积、叶片厚度、叶片氮、叶片磷含量在4个功能群(多年生根茎禾草、多年生丛生禾草、多年生杂类草、1年生或2年生植物)间差异显著,叶绿素含量和类胡萝卜素含量在各个功能群间差异不显著。多年生根茎禾草和多年生丛生禾草有较高的叶片干物质含量和较低的比叶面积、叶片厚度和叶片氮和磷含量。松嫩草地草本植物叶片氮和磷含量分别为22.7±0.9 mg·g^(-1)和1.8±0.0 mg·g^(-1),氮磷比为13.0,氮相对缺乏。松嫩草地植物群落生产力高,群落饱和度低,优势种在群落中占的比例大。多年生根茎禾草和多年生杂类草群落物种丰富度最高,各群落间功能群丰富度没有显著差异.1年生或2年生植物群落地上生物量最高。地上生物量与多样性关系表明,株高、叶面积和叶片氮含量等功能性状多样性比物种丰富度、功能群丰富度、均匀度和辛普森指数等多样性指标能更好的预测生产力的变化,支持质量比假说,草地管理中应集中于优势种的管理。秋季或春季不同时间刈割,对群落植物物种丰富度和功能群丰富度都没有显著影响。群落高度性状与地上生物量有显著的正相关关系,物种丰富度、功能群丰富度和功能群多样性与地上生物量关系不显著。氮添加对羊草的叶绿素a和b含量、类胡萝卜素含量、叶片氮含量、叶片干物质含量、比根长都有显著的作用;羊草的叶绿素a和b含量、类胡萝卜素含量、叶片氮磷含量、叶片干物质含量、比茎重、株高与羊草的地上生物量都有显著的相关性。氮添加处理对羊草群落的物种丰富度和功能群丰富度均没有显著的影响。氮添加当年,地上生物量随着物种丰富度和功能群丰富度的增加有减少的趋势,但是不显著。不同高度和密度立枯物处理间羊草的比叶面积、比茎重、植株高度、叶片数、叶绿素a和b含量、类胡萝卜素含量及叶片氮含量都有显著的差异。随着植被低矮稀疏化,群落物种丰富度和地上生物量均有降低趋势。植被高度变化对羊草性状、群落特征的影响要大于植被密度。

森林对坡面产流的影响研究

20世纪以来,森林与坡面产流的研究取得了长足进展,尤其在我国研究得比较深入与广泛。观测实验依然占绝对优势,径流小区实验仍是最广泛采用的方法。森林对坡面产流机制、坡面流态、产流量、产流过程、产流临界值都有影响,森林枯落物层对径流也有重要影响。坡面产流模型在森林水文学领域得到了应用。