南方红壤侵蚀区不同恢复年限马尾松人工林土壤和叶片氮磷养分含量及生态化学计量特征

植被恢复是我国水土侵蚀地区的重要治理措施.南方红壤丘陵区是我国第二大水土流失区,但针对该地区植被恢复过程中土壤氮(N)和磷(P)养分动态研究依然不足,尤其关于1 m深土壤N和P养分特征尚未见报道.以南方红壤严重水土侵蚀区不同植被恢复年限林地(裸地、10年、20年和30年生马尾松人工林和天然次生林)为研究对象,比较植物叶片和1 m深度土壤N和P含量及生态化学计量比特征.结果显示:随着马尾松人工林恢复年限增加,0-10 cm土壤N含量显著提高,但深层(> 10 cm)土壤N含量并无显著差异,与地带性天然次生林相比,马尾松人工林各土层土壤N含量依然显著偏低;随着恢复年限增加,马尾松人工林各层土壤全P含量未显著提高,且裸地、10年、20年生马尾松人工林和天然次生林各土层土壤全P含量差异不显著;随着恢复年限增加,植物叶片N和P含量呈增加趋势,与未经治理的裸地相比,30年生马尾松人工林叶片N和P含量分别增加42.26%和27.17%,且植物叶片N和P含量与各层土壤N和P养分存在显著正相关关系.本研究表明南方红壤严重侵蚀区土壤N和P养分对植被恢复的响应存在差异;与土壤P养分相比,土壤N养分能够不断增加.施加磷肥措施促进了红壤水土侵蚀区植被恢复,并促进单一马尾松人工林转变为地带性天然次生林植被.

亚热带典型森林地上和地下凋落物输入对土壤新老有机碳动态平衡的影响

凋落物是森林土壤有机碳(SOC)形成、稳定和周转的重要影响因子。目前针对亚热带不同类型森林地上和地下凋落物对新SOC累积和老SOC输出动态平衡的影响仍不清楚。本研究以中亚热带常绿阔叶天然林、马尾松人工林和杉木人工林为对象,基于C3/C4植物-土壤置换试验,利用稳定同位素13C示踪方法开展3年野外定位试验,分析了森林地上、地下凋落物输入对SOC周转的影响。结果表明:森林类型、凋落物处理和时间均能显著影响SOC含量、土壤δ^(13)C值、新SOC和老SOC含量,且存在显著的森林类型×凋落物处理交互效应。地上和地下凋落物输入均能显著提高SOC含量和净增量,与杉木人工林相比,天然林SOC对凋落物输入的响应更敏感。凋落物输入显著降低了土壤δ^(13)C值,且天然林、马尾松人工林土壤δ^(13)C显著低于杉木人工林。在马尾松人工林,地下凋落物处理的新SOC含量显著高于地上凋落物;在天然林和马尾松人工林,地下凋落物输入处理的老SOC含量显著低于地上凋落物处理。此外,地上凋落物归还量和地下根生物量与SOC含量和净增量呈显著正相关,而地下根凋落物量和C/N与新SOC含量呈显著正相关。森林地下凋落物比地上凋落物输入对SOC周转的影响更重要,且不同森林凋落物输入对SOC的影响存在差异性。本研究可为揭示亚热带典型森林土壤有机碳库的形成和可持续管理提供依据。

森林转化对乔木地上部分与土壤的碳氮储量及分配格局的影响

森林变化影响其碳氮储量，准确评估碳氮储量是森林碳汇管理的重要理论依据。本研究以福建南平天然常绿阔叶林、闽楠人工林、樟树人工林、杉木人工林为对象，采用野外调查研究方法，比较了福建省重要森林生态系统地上生物量和土壤碳库和氮库储量。结果表明：天然林、闽楠人工林、樟树人工林、杉木人工林生态系统碳储量分别为215．68、207．50、120．14、207．53t·hm^-2，氮储量分别为7．73、11．50、9．20、9．05t-hm^-2；地上部分碳、氮储量最高的为天然林，而土壤碳、氮储量最高的为杉木林；杉木林叶片与表层土壤的C：N最高；从空间上看，天然林向人工林的转换改变了碳、氮的分配格局，天然林植被部分具有较高的碳、氮储量，应在后期的经营措施中加以保护。

杉木种植和磷添加对土壤微生物生物量及胞外酶活性的影响

植物可以通过凋落物和根系分泌物改变土壤微生物生物量及碳氮磷转化胞外酶活性,进而影响土壤碳氮磷循环过程。然而,针对土壤磷有效性如何影响植物与土壤微生物之间的关系依然不清楚。本研究在不同磷添加水平下(0、1.95、3.9、7.8、15.6 g P·m-2·a^(-1)),分析杉木种植对土壤微生物生物量和碳氮磷转化胞外酶活性的影响。结果表明:杉木种植显著改变了土壤微生物生物量与碳氮磷转化胞外酶活性,而且影响程度受磷添加水平的调控。在不添加磷处理下,种植杉木显著降低了土壤养分有效性,并引起土壤酸化,导致磷限制加剧,抑制土壤微生物生物量。磷添加逐渐减缓磷限制,随着磷添加水平的升高(1.95、3.9、7.8、15.6 g P·m^(-2)·a^(-1))土壤酸性磷酸酶活性比对照分别降低30.0%、30.5%、35.3%和47.1%。在3个磷添加水平处理下(1.95、3.9、7.8 g P·m^(-2)·a^(-1)),杉木对土壤微生物生长的抑制作用得到缓解。在高水平磷添加处理下(15.6 g P·m^(-2)·a^(-1)),由于磷添加引起的氮养分限制,杉木种植对土壤微生物再次呈抑制作用。杉木种植和土壤磷有效性共同调控土壤微生物生物量与胞外酶活性,改变磷限制。

不同化学性质叶凋落物添加对土壤有机碳矿化及激发效应的影响

凋落物输入可显著影响土壤有机碳(SOC)矿化速率,但添加不同化学性质叶凋落物对土壤有机碳矿化释放CO_(2)及激发效应的影响及其机理仍不清楚。本研究将亚热带6种树种^(13)C标记的叶凋落物添加至天然次生林0~10 cm原位土柱中,比较不同树种叶凋落物添加对土壤总CO_(2)、外源凋落物和土壤来源CO_(2)释放速率和累积量以及激发效应的影响,并量化叶凋落物化学性质与土壤CO_(2)释放累积量、激发效应的相关关系。结果表明:添加叶凋落物能够显著提高土壤总CO_(2)和土壤来源CO_(2)释放量,存在显著正激发效应,激发效应值为68%~128%。不同树种叶凋落物添加对土壤有机碳矿化和激发效应的影响存在显著差异。Pearson相关分析和逐步多元线性回归分析发现,凋落物来源CO_(2)释放累积量与叶凋落物C、P和纤维素含量呈显著负相关,而土壤来源CO_(2)释放量与叶凋落物C∶N和木质素∶N呈显著正相关。综上,不同化学性质的叶凋落物对土壤有机碳矿化和激发效应的影响存在异质性,在亚热带地区森林类型转变过程中营造具有高质量叶凋落物的人工林将有助于减少森林土壤碳损失。

杉木人工林自然衰老叶和绿色叶凋落物分解对间伐强度和施肥的响应

凋落物分解是森林生态系统能量流动与养分循环的重要过程。叶凋落物包括自然衰老叶凋落物(SL)和绿色叶凋落物(GL),但针对自然衰老和绿色叶凋落物分解速率和养分释放对人工林间伐强度和施肥措施的响应是否存在差异性尚不清楚。因此,本研究以亚热带13年生杉木(Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook)人工林为对象,分析自然衰老和间伐剩余的绿色叶凋落物的分解速率、C、N和P释放对间伐强度(弱度间伐、中度间伐和强度间伐)和施肥(不施肥、施肥)的响应。研究发现,自然衰老和绿色叶凋落物分解和养分释放动态特征相似,但绿色叶凋落物的分解速率和养分释放均显著快于自然衰老叶凋落物。凋落物分解1年后SL和GL干物质残留率分别为58.4%和40.5%。杉木人工林间伐强度对2种类型叶凋落物的分解速率及C、N和P残留率的影响均不显著。施肥能够降低中度间伐条件下SL干物质残留率,提高叶凋落物N、P含量和叶凋落物P残留率。本研究结果表明,不同凋落物化学质量性状的差异是调控凋落物分解速率和养分释放的关键因素,保留杉木人工林间伐剩余绿色叶凋落物对维持林地土壤养分具有重要意义。

红壤和风沙土添加不同化学结构有机碳对外源碳去向及累积贡献的影响

植物凋落物碳输入显著影响陆地生态系统土壤CO_(2)排放和有机碳(SOC)形成,然而,针对不同质地土壤添加不同化学结构外源碳去向依然不清楚。本研究将^(13)C标记的葡萄糖、淀粉和纤维素添加至红壤和风沙土,比较2种质地土壤添加不同化学结构外源碳在土壤释放的CO_(2)、SOC、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)库的净累积量、回收率及贡献比例上的差异。结果表明:添加外源有机碳显著提高了CO_(2)、SOC、DOC和MBC的δ^(13)C值,且随着外源有机碳化学结构复杂性的增加,CO_(2)的δ^(13)C峰值依次延迟出现;外源有机碳种类、土壤类型和培养时间均显著改变外源碳去向及其在各碳库的贡献比例;在风沙土中,外源有机碳更多被矿化为CO_(2),且CO_(2)库的外源碳净累积量和回收率大小依次为葡萄糖>淀粉>纤维素;红壤添加外源碳转变为SOC的累积量和回收率显著高于风沙土,且红壤SOC库的外源碳净累积量和回收率大小顺序也为葡萄糖>淀粉>纤维素。可见,外源有机碳化学结构和土壤质地共同调控外源碳去向及累积贡献。