【目的】探索余姚市生态公益林6种主要群落物种多样性及生物量空间格局,分析环境因子对公益林生物量和物种多样性的影响。【方法】以2020年浙江省余姚市生态公益林175个样地调查数据为基础,采集各样地乔木、灌木层的物种、树高、胸径、地径、盖度等数据,结合林分因子及相应气候和土壤因子数据,分析余姚市生态公益林6种主要群落类型物种多样性、生物量空间格局及与环境因子间的关系。【结果】①余姚市生态公益林生物量现存总量为6.048×106 t,平均单位面积生物量为163.61 t/hm2。②公益林主要群落生物量表现出明显的空间规律,整体呈北高南低的空间分布特征,与海拔、纬度、平均树高和平均胸径均显著正相关(P<0.05),与降水量显著正相关(P<0.05),与土壤容重显著负相关(P<0.05),与土壤氮和土壤磷含量显著正相关(P<0.05)。③不同群落Shannon-Wiener指数总体差异显著(P<0.05),从大到小表现为阔叶林>针阔混交林>竹林>杉木林>松林>灌木林,Shannon-Wiener指数与郁闭度、平均胸径呈显著相关(P<0.05),与土壤氮、有机质含量和土壤含水率显著正相关(P<0.05)。【结论】余姚市生态公益林主要群落生物量空间异质性呈显著的地理分层特征,在空间分布上受多维度环境因素综合作用,主要受地形因子(海拔、纬度)、林分特征(平均胸径、树高)与土壤条件(土壤氮、磷含量、容重)的耦合驱动。群落物种多样性对环境梯度呈现差异响应:阔叶林通过郁闭度与土壤肥力(有机质、含水率)的协同作用维持最大Shannon-Wiener指数;降水驱动公益林生物化学过程,与群落生物量积累存在显著相关性。
【目的】硝化作用是农田土壤氮循环的关键过程,与温室气体N2O排放密切相关。生物炭作为新型土壤改良剂,已被证实可显著影响土壤硝化过程,但其对硝化速率以及硝化过程中N2O排放的异质性规律尚不明确,制约了其在农业实践中的科学应用。本研究旨在揭示生物炭对全球农田土壤硝化作用的空间变异规律,为优化生物炭的农业环境效益提供理论依据。【方法】基于94篇已发表文献的研究数据,采用 Meta分析方法系统评估生物炭对土壤硝化作用的影响,并运用机器学习算法解析其全球空间分异特征。【结果】生物炭施用使土壤硝化速率平均提高56%、氨氧化细菌(AOB)丰度增加41%,但对氨氧化古菌(AOA)丰度无显著影响,表明AOB是生物炭调控硝化作用的关键微生物群落。生物炭虽然整体上降低了硝化过程N2O排放系数,但并未降低硝化过程N2O的排放总量。生物炭在低缓冲能力土壤(如酸性、低有机碳或砂性土壤)中表现出对硝化速率、硝化过程N2O排放以及AOB丰度更强的促进作用,主要归因于其碱性效应(提高土壤pH)及结构效应(提升土壤通气性)。空间分析显示,生物炭在热带地区对硝化速率及硝化过程N2O排放的促进作用高于亚热带及温带地区。土壤类型特异性分析表明,生物炭在氧化土、老成土和淋溶土中对硝化速率及硝化过程N2O排放的增加作用较明显,而在始成土、新成土、干旱土和均腐土中对硝化速率的增加作用相对较小,对硝化过程N2O排放没有显著增加的风险。【结论】生物炭在低缓冲性的土壤中可能具有促进硝化作用并增加N2O排放的风险,在实际应用中需根据土壤类型和气候带特征制定差异化施用策略,以实现土壤改良与温室气体减排的双重目标。
【目的】探究百山祖国家公园自然保护区生态系统服务的权衡与协同以及驱动因素,为制定科学的生态保护和管理策略提供支持。【方法】通过InVEST模型和CASA模型量化百山祖国家公园2000—2020年植被净初级生产力(NPP)、土壤保持量(SC)、生境质量(HQ)和产水量(WY)生态系统服务,使用Spearman和地理加权回归分析生态系统服务间权衡与协同的关系,通过随机森林模型探讨影响生态系统服务权衡与协同的主导因素和边际效应。【结果】2000—2020年百山祖国家公园自然保护区NPP呈上升的趋势,HQ呈微弱的下降趋势,SC和WY呈先减少后增加的趋势;在空间上,NPP、SC和WY呈现出相同的地理格局,中部和西北部高程较高,HQ高值主要集中在研究区中部和北部;温度的升高对HQ和NPP的关系有显著影响,而降水量、高程和坡度对SC和WY的关系有显著影响。【结论】4种生态系统服务在整体上表现为协同现象,但在空间上呈现明显的空间异质性;气候变化度是影响生态系统服务权衡与协同的主要因素,其次是植被覆盖度和地形因子。这表明在制定生态保护和管理策略时,需要考虑这些关键因素的相互作用及其潜在的非线性效应。
【目的】南方低山丘陵区是我国亚热带森林重要分布区,探究该区典型林分类型土壤碳、氮、磷化学计量特征及其影响因素,为南方低山丘陵区土壤肥力评估和施肥计划制定等提供理论依据。【方法】以浙西南低山丘陵区杉木(Cunninghamia lanceolata)林、马尾松(Pinus massoniana)林、杉木×马尾松混交林和杉木×毛竹(Phyllostachys edulis)混交林等林分的土壤为研究对象,分析土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)质量分数及化学计量比对林分类型、土层深度、土壤有效养分的响应规律,以及化学计量特征间相关性、全量养分质量分数间的异速增长关系等。【结果】①0~40 cm土层的土壤TN、TP质量分数在4种林分类型间差异显著,平均值分别为1.20和0.19 g/kg,均为杉木×毛竹混交林土壤中最高;土壤碳氮比(表示为C/N)和碳磷比(C/P)的平均值分别为17.20和106.53,杉木×毛竹混交林土壤C/N和C/P均显著低于杉木林和杉木×马尾松混交林。②随着土层加深,整体及各林分类型土壤SOC与TN、TP质量分数均表现出减少的趋势,而土壤C/N和氮磷比(N/P)则分别表现出增加和减少的趋势。③相关性分析表明,土壤SOC与TN、TP质量分数及相关化学计量比之间均呈显著正相关,土壤TN和TP质量分数之间呈显著正相关;标准化主轴分析表明,土壤TP质量分数增长速率略低于TN,而显著低于SOC;冗余分析表明,土壤pH对C/P起到负向调控作用,土壤水解氮对TN、TP质量分数及化学计量比起到显著调控作用。【结论】浙西南低山丘陵区林分类型对土壤碳和养分质量分数及化学计量比影响显著,杉木×毛竹混交林可能通过减轻土壤酸化等途径对土壤养分状况起到一定的改善效果。
【目的】探究麋鹿(Elaphurus davidianus)活动干扰对盐城滨海湿地土壤生态化学计量特征的影响,了解土壤退化现状,为保护区可持续发展与管理提供科学依据。【方法】以盐城大丰麋鹿国家级自然保护区第3核心区为研究对象,结合实地调查结果将第3核心区划分为弱度干扰(Ⅰ)、轻度干扰(Ⅱ)、中度干扰(Ⅲ)、次重度干扰(Ⅳ)、重度干扰(Ⅴ)5个麋鹿干扰等级,通过室内试验对土壤容重(BD)、含水率(WC)、pH、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量进行测定,分析麋鹿不同干扰强度对土壤基本性质及生态化学计量特征的影响。【结果】①随着麋鹿干扰强度的增加,土壤BD先减后增、土壤pH增加,土壤WC、TP、TN含量先增后减,SOC含量呈波动变化趋势。②随着麋鹿干扰强度的增加,土壤碳氮比(C/N)升高,土壤氮磷比(N/P)降低,土壤碳磷比(C/P)呈波动变化。③土壤C/P与SOC,N/P与TN相关性极高,土壤C/N随着麋鹿干扰强度的增强与SOC的相关性逐渐降低。SOC含量是土壤C/N、C/P的主要限制因素,土壤TN含量是土壤N/P的主要限制因素。【结论】麋鹿干扰不仅会改变土壤基本性质和生态化学计量特征,还会改变制约土壤化学计量比各因素的强度。麋鹿中度、轻度干扰更利于土壤矿化和养分循环。因此,将麋鹿野放的数量控制在合理范围内更有助于维持盐城滨海湿地土壤养分平衡与循环。
【目的】通过研究典型黑土区水土保持树种生态化学计量特征,明确其养分利用特征及其生理适应策略。【方法】从物质分配角度,以典型黑土区常用的水土保持树种小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、榆叶梅(Prunus triloba)、白桦(Betula platyphylla)、糖槭(Acer saccharinum)、红皮云杉(Picea koraiensis)和樟子松(Pinus sylvestris var. mongholica)为研究对象,包括常绿乔木、落叶灌木和落叶乔木3种生活型,测定其叶、皮、枝、干、细根和粗根的碳、氮、磷质量分数[分别以c(C)、c(N)、c(P)表示],分析碳氮磷化学计量比及其异速生长关系。【结果】总体来看,碳的稳定性大于氮和磷,且落叶树种地下部分碳稳定性大于地上部分;氮的稳定性在3种生活型中均表现为地上大于地下;磷则在灌木的叶片中有最大的变异系数。c(C)表现为地上总量大于地下总量,氮、磷具有一致的分配策略,均表现为细根中含量大于粗根中含量。相关性分析表明,乔木树种的c(C)与c(N)呈正相关,与c(P)的相关性不显著;灌木树种的c(C)与c(N)呈极显著负相关,与c(P)呈显著负相关。C-N和C-P在不同器官间具有显著异速生长关系,C的积累速度大部分表现为小于N和P的积累速度;而N-P在器官间的异速生长关系差异明显,常绿乔木除皮和细根外表现为等速生长,落叶灌木的叶呈等速生长,落叶乔木的6种器官间均呈等速生长关系,且N的积累速度均小于P,落叶灌木的干和粗根以及落叶乔木的N积累速度接近于P的积累速度。【结论】植物各器官对养分元素的吸收利用具有一定的协同性,且联系紧密,可以通过研究元素之间的耦合效应来研究植物的适应策略,但限制性元素N和P的生理代谢过程在不同生活型幼苗间存在差异,因其物种本身特性差异的影响,会形成不同的营养元素分配模式及化学计量比特征。本研究结果可为水土保持植物的科学培育和典型黑土区的水土保持林营造提供理论依据。
【目的】全球干旱事件日益频繁,显著影响森林生态系统的结构和功能。研究旨在评估干旱对杨树人工林地不同深度土层颗粒有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)的影响,为预测未来森林土壤有机碳(SOC)及其稳定性对干旱的响应提供依据。【方法】以江苏东台林场10年生杨树人工林为研究对象,于2018年8月在此设置了隔离穿透雨的3种干旱处理:即空白对照处理(CK)、隔离30%穿透雨的中度干旱(D30%)、隔离50%穿透雨的重度干旱(D50%)。各处理设置3个重复样地,共9块样地。经过连续4年的野外控制实验,于2022年7月、11月,2023年2月、4月,采集各干旱处理样地内的土壤样品,测定生长季(2022年7月)和非生长季(2023年2月)的土壤POC和MAOC含量,以及上述4个时段的总土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳等土壤理化性质。基于方差分析、相关性分析以及冗余分析,量化干旱胁迫下土壤POC和MAOC含量的变化特征,并分析驱动其含量变化的关键因子。【结果】干旱对土壤POC含量没有显著影响,对土壤MAOC含量的影响受季节、干旱程度和土层深度的制约。具体表现为:在生长季,中度干旱(D30%)显着增加了[0,10)cm表层土的MAOC含量,两种干旱处理(D30%和D50%)均显著降低了[10,20)cm中层土和[20,40)cm下层土的MAOC含量;在非生长季,两种干旱处理(D30%和D50%)均显著降低了表层土的MAOC含量,对中下层土的影响则不显著。从垂直分布上看,总体上土壤POC和MAOC含量随土层加深而显著降低。相关性分析结果表明,POC和MAOC含量与大多数土壤理化性质呈极显著正相关关系(P<0.01),与容重(BD)和碳氮比(C/N)呈极显著负相关关系(P<0.01)。冗余分析结果表明,干旱处理下,土壤微生物生物量碳(MBC)是驱动土壤POC和MAOC含量动态变化的关键因子。【结论】干旱对杨树人工林土壤POC含量无显著影响,但显著改变了土壤MAOC含量,其影响效应受季节、干旱程度和土层深度等因素的制约。本研究表明, 在预测未来森林土壤碳库稳定性对干旱的响应时应充分考虑季节、干旱程度和土层深度等因素。
【目的】探究不同森林类型中土壤团聚体磷形态特征、铁氧化物及解磷菌的分配情况,揭示磷素形态与森林类型转变关系,为理解红壤侵蚀区植被恢复下土壤磷循环的影响机制和土壤质量评估提供参考。【方法】在福建长汀南方典型红壤侵蚀区的裸地(BL)、针叶林(CF)、针阔混交林(MF)以及阔叶林(BF)的固定样地采集土壤样品,采用干筛法分析各粒径土壤团聚体组成,测定各粒级团聚体中磷素含量(质量分数)、铁氧化物含量(质量分数),并结合高通量测序测定解磷菌(PSB)群落结构和组成特征。【结果】①各土壤团聚体按粒径分为<0.25 mm(微团聚体),[0.25,2.00] mm(小团聚体),>2.00 mm(大团聚体),占比从低到高依次为微团聚体、大团聚体、小团聚体;以小团聚体占主导,其占比在 40%~53%。②森林类型转变过程中各粒径土壤团聚体无机磷含量以闭蓄态磷(O-P)为主,占无机磷总磷的50%以上,钙磷(Ca-P)则随着裸地到阔叶林类型的转变过程中呈现先增加后减少的趋势,且随着土壤团聚体粒径的减小,土壤团聚体中的铝磷(Al-P)和铁磷(Fe-P)含量(质量分数)增加。③在同一粒径土壤团聚体中,游离态氧化铁(Fed)含量(质量分数)随着裸地到阔叶林森林类型的转变总体上呈现减少趋势,而络合态氧化铁(Fep)含量(质量分数)总体上呈现增加趋势,无定形态氧化铁(Feo)含量(质量分数)在大团聚体中呈现增加趋势,在小团聚体和微团聚体中呈现先增加后减少再增加趋势。④随着土壤团聚体粒径减小,土壤解磷菌丰富度(Chao1和observed_species指数)总体上呈现增加的趋势,PSB多样性(Shannon、Simpon)随森林类型的转变总体呈现减少的趋势。【结论】随着植被类型从裸地转变为阔叶林,无定形态氧化铁和络合态铁增加,这有助于形成和维持较大的土壤团聚体。然而,解磷菌更偏好于微团聚体和小团聚体环境,这使得在成熟的森林生态系统中,较小团聚体在提供有效磷方面发挥着更为关键的作用。
【目的】节节麦(Aegilops tauschii)是我国冬小麦种植区危害最重的恶性杂草之一,研究土壤pH对其生长及竞争能力的影响,为构建其扩散蔓延的预警机制提供参考。【方法】采用盆栽试验,利用de Wit替代系列方法,对比研究不同土壤pH(7.5、7.0、6.5、6.0、5.5)及种植模式(单、混种)下竞争性植物节节麦与小麦(Triticum aestivum )的幼苗形态特征、生理生化指标及竞争能力的差异。【结果】①双因素方差分析结果表明,不同土壤pH对幼苗的株高、叶面积及总生物量影响显著;②随着土壤pH的下降,幼苗的株高、叶面积及总生物量随之下降,表明生长受到了抑制。而当pH下降至5.5时,节节麦株高、叶面积及总生物量的降幅均显著低于小麦,表明节节麦的适应能力强于小麦;③随着pH下降,超氧化物歧化酶(SOD)活性及脯氨酸含量呈上升趋势,但随着pH持续降低(pH从6.0降至5.5),相对电导率及硫代巴比妥酸(TBARS)含量均显著增加,可能与低pH加剧了细胞膜损伤有关。④竞争力指标[相对产量(YR)、相对产量总和(YRT)、竞争平衡指数(ICB)]表明,节节麦在不同pH条件下的竞争能力均高于小麦,其ICB随pH的下降呈先升后降的趋势。【结论】节节麦能够通过调整形态结构、生物量分配模式及生理特征以适应土壤pH下降,且在试验pH范围内(5.5~7.5),其抗逆性及竞争能力均大于小麦。
【目的】青钱柳(Cyclocarya paliurus)是我国特有的多功能树种,探讨施用不同种类及添加量的生物炭对青钱柳苗木生长、叶片光合色素含量及土壤化学性质的影响,旨在为今后生物炭应用于青钱柳叶用人工林培育提供科学依据。【方法】以1年生青钱柳幼苗为试验对象,采用双因素随机区组设计,通过200 d的盆栽试验,探讨3种生物炭(青钱柳炭、稻壳炭和竹炭)及其不同体积比添加量(与土壤混合比5%、15%和25%,相当于质量比的添加量为1.0%、3.5%和6.5%左右)对土壤化学性质、青钱柳苗木生长及叶片光合色素含量的影响。【结果】施用200 d后,添加生物炭可显著提高土壤pH及铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾等含量,从而促进青钱柳叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量的提高。与生物炭类型相比,生物炭添加量对土壤化学指标影响更为显著(P<0.05)。且添加25%青钱柳炭可显著提高土壤pH,较对照(CK)提高32.1%;添加25%稻壳炭的土壤有效磷和速效钾含量(质量分数)较CK分别提高145.3%和250.0%。不同种类及添加量的生物炭对青钱柳苗高、地径、生物量均有显著影响(P<0.05),其中以添加5%青钱柳炭对青钱柳叶、茎、根及总生物量的处理效果最佳,分别比CK提高了55.6%、47.6%、43.0%和47.0%。相关性分析表明,叶片光合色素含量与苗高、地径的净增长量均呈显著正相关(P<0.05),而叶片光合色素均与土壤硝态氮含量呈极显著正相关(P<0.01),土壤速效钾含量仅与叶片类胡萝卜素含量呈显著正相关(P<0.05)。【结论】适量添加生物炭能有效提升土壤肥力并促进青钱柳生长,在本研究中以施用体积比5%的青钱柳炭(即质量比约为1.0%)对青钱柳生物量生产促进作用最显著。
【目的】探究我国中部地区流域土地利用动态和生态系统服务时空演变特征,为粮食主产区生态环境保护和国土空间规划提供科学依据。【方法】以2000—2020年漳河上游土地利用变化为基础,基于InVEST、PLUS等模型,探讨漳河上游过去及未来不同情景下土地利用变化及生态系统服务时空演变规律。【结果】①2000—2020年,流域内土地利用变化主要表现为耕地迅速减少及建设用地持续扩张;2035年,自然发展情景下建设用地持续高速扩张,挤占了耕地、草地和林地,而耕地保护和生态保护情景下建设用地扩张得到抑制,耕地、林地得到了有效保护。②2000—2020年,研究区产水量和土壤保持量呈上升趋势,碳储量和生境质量呈下降趋势;碳储量、生境质量和土壤保持量高值区位于中部偏东和东南部的林地,低值区位于中南部的建设用地,产水量则呈相反空间分布格局;从地形梯度上看,产水量随地形梯度上升而减小,碳储量、生境质量、土壤保持量随地形梯度上升而增加。③生态保护情景下研究区生态系统服务获得最大提升。【结论】生态保护情景更适宜研究区今后发展模式,可为漳河上游生态环境保护和土地开发提供决策参考。流域未来需着重关注建设用地与耕地的冲突问题,针对性地优化国土空间开发策略,促进区域内土地利用结构向高生态系统服务发展。
【目的】探究氮沉降下滇中高原地带性森林土壤特性的改变对土壤呼吸的影响,阐明滇中高原地带性森林土壤呼吸对氮沉降的响应机制,为准确评估亚热带森林生态系统碳含量收支及物质循环提供理论依据。【方法】以滇中高原常绿阔叶林和高山栎林两种地带性森林土壤为研究对象,设置4个氮处理梯度:对照[施氮量0 g/(m2·a),CK]、低氮[施氮量10 g/(m2·a),LN]、中氮[施氮量20 g/(m2·a),MN]和高氮[施氮量25 g/(m2·a),HN],研究施氮后土壤呼吸(RS)、温度(T)、湿度(W)和有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、硝态氮($\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$)、铵态氮($\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$)含量及微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)的动态变化特征,分析氮沉降对土壤呼吸的影响。【结果】①与CK处理相比,常绿阔叶林土壤呼吸在LN处理下增加,在MN、HN处理下降低;高山栎林土壤呼吸随施氮量增加而增大。②旱季时两种林分土壤呼吸低于雨季,雨季较旱季分别增长了155.15%(高山栎林)和181.78%(常绿阔叶林)。③不同季节两种林分土壤TOC、TN、$\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$、$\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$含量均随施氮量增加而增加,雨季时两种林分土壤MBC在各施氮处理下均低于CK。④旱季和雨季常绿阔叶林土壤呼吸与pH、TP含量、MBN存在一定的正相关(P>0.05不显著,下同);高山栎林土壤呼吸与TOC、TN、$\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$ 和$\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$含量存在一定正相关关系(P>0.05),与TP含量、MBC和MBN呈现一定的负相关关系(P>0.05),并与pH显著负相关(P<0.05)。【结论】氮沉降可通过影响土壤TOC、TN、TP、$\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$、$\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$含量及MBC和MBN使土壤呼吸发生改变,适量的氮沉降对土壤呼吸具有促进作用,过量的氮添加会抑制土壤呼吸。
【目的】研究五大连池火山熔岩孤丘特殊生境中针叶林和阔叶林不同种类凋落叶下土壤腐殖化程度的差异,分析凋落叶分解过程中主场(原来的森林生境)优势对土壤腐殖化的影响,为探究五大连池火山地区不同森林生境土壤成土过程和养分积累提供理论依据。【方法】2016年9月下旬在五大连池火山熔岩孤丘针叶林与阔叶林中分别设置3个分解样地,采集山杨(Populus davidiana)、白桦(Betula platyphylla)和落叶松(Larix gmelinii)3种优势树种当年凋落叶,分别在凋落叶分解袋中装入10 g单一凋落叶,进行凋落叶互换实验(即每个分解样地同时放置3种凋落叶分解袋),于2017—2019每年5和10月的15日,分别从分解样地中取回凋落物分解袋的正下方0~10 cm土壤,对土壤腐殖质进行光学性能指标检测,以此来探究土壤腐殖化程度对凋落叶在主客场分解的响应差异。【结果】①凋落叶在客场分解改变了土壤腐殖质的光密度(E4/E6)、色调系数(ΔlogK)和相对色度(RF)值的变化趋势。②白桦与山杨凋落叶下土壤腐殖质E4/E6和ΔlogK值主场均高于客场,RF值主场低于客场,落叶松凋落叶下土壤腐殖质E4/E6、ΔlogK和RF值主场均低于客场。③分解时间和森林类型均对土壤腐殖质的E4/E6、ΔlogK和RF值有显著影响,凋落叶种类对RF值无显著影响,对E4/E6和ΔlogK值有显著影响,时间-森林类型、时间-凋落叶种类及时间-森林类型-凋落叶种类交互作用显著。【结论】阔叶凋落叶和针叶凋落叶分解均表现为针叶林土壤腐殖化程度高于阔叶林土壤,针叶植物凋落叶分解对土壤腐殖化产生“主场优势”影响,而阔叶植物凋落叶分解对土壤腐殖化无明显“主场优势”影响。
【目的】使用生防菌剂对尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)造成的榉树(Zelkova schneideriana)枯萎病进行防治处理,研究其应用效果以及对榉树根部周围土壤微生物的影响。【方法】使用瓦雷兹芽孢杆菌(Bacillus velezensis)HZM9,对江苏句容市某种植园中遭受尖孢镰刀菌侵袭的榉树林进行抗病促生防治。一年后测定榉树胸径等生长指标,同时对榉树根部周围土壤采样,测定了土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶等4种土壤酶活性以及土壤微生物的群落组成。【结果】相比于不加菌剂的对照,HZM9菌株处理使榉树胸径生长平均加快了10%,榉树的死亡率由8.7%降至5.3%,但对土壤酶活性的影响均不显著。此外,HZM9菌剂改变了土壤微生物的群落结构,显著提高了被孢霉等有益微生物的相对丰度。【结论】HZM9菌株对榉树生长具有明显抗病促生作用,同时能够显著影响榉树根部土壤微生物的群落结构,有望对榉树生产发挥长期的积极作用。
【目的】人工林具有巨大的固碳潜力,在减缓全球气候变化方面发挥着重要作用。然而,作为土壤有机碳(SOC)的主要成分,颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MAOC)在人工林发育过程中的积累与分布机制仍然不清楚。分析各碳组分对不同林龄水杉人工林土壤有机碳积累能力的相对贡献,可为全球气候变化背景下人工林的科学经营和管理提供依据。【方法】选取位于江苏东台林场的7、16、21、26、31、36、42和46 a等8个不同林龄的水杉(Metasequoia glyptostroboides)人工林为对象,每个林龄设置4个重复的野外定位调查样地,分别采集[0,20)、[20,40)、[40,60)、[60,80)、[80,100)cm土壤剖面的样品。通过测定各土层土壤的pH、铵态氮、硝态氮、总磷和有效磷含量等理化性质及各有机碳组分(POC和MAOC)的含量,研究水杉人工林发育过程中土壤POC和MAOC的变化特征。【结果】[0,20)cm土层中POC是土壤有机碳库的主要贡献层,人工林的林分发育过程促进了POC的积累;而[20,100)cm土层中土壤有机碳以MAOC为主,但MAOC对林分发育响应显著。随着林龄的增长,[0,20)cm土层的SOC稳定性降低,更容易被分解利用,而[20,100)cm土层的SOC稳定性更高,更有利于有机碳长久的储存。此外,相关性分析表明POC相比于MAOC对林分发育导致的环境因子的变化更敏感。【结论】随着人工林的生长发育,土壤有机碳的积累主要以POC的形式储存在表层[0,20)cm土壤中,并且在过熟林时期能最大限度地积累有机碳。显然,长期的人工林发育可以有效促进表层土壤有机碳不同组分的积累和固持。因此,延长人工林的主伐年龄可更好地发挥人工林对气候变化的减缓作用。
【目的】揭示干旱对杨树人工林土壤微生物生物碳量(C)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量特征的影响。为深入了解未来全球干旱背景下杨树人工林土壤C、N、P生物地球化学循环,以及人工林的合理经营提供理论依据。【方法】以江苏省东台林场美洲黑杨(Populus deltoides)人工林为对象,设置自然降水(CK)、穿透雨减少30%(D1)和穿透雨减少50%(D2)3种处理,探讨土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)及其生态化学计量特征(记为MBC/MBN、MBC/MBP、MBN/MBP)对干旱处理的响应,分析其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①干旱处理显著降低了土壤MBC、MBN、MBP含量,D2处理较对照MBC、MBN、MBP分别降低了16.09%、22.60%、32.49%;干旱处理显著增加了MBC/MBN和MBC/MBP,与CK相比,D2处理两个比值分别提高了10.33%、25.15%,但干旱处理对MBN/MBP的影响不显著。②土壤MBC、MBN、MBP含量均有季节性差异,变化范围分别为344.67~500.12、45.21~63.22和15.33~23.48 mg/kg,在夏、秋两季,其含量均较低,而冬、春两季,其含量上升到较高水平,而土壤MBC/MBN和MBC/MBP的季节变化与之完全相反,MBN/MBP没有明显的季节变化。③与对照相比,干旱处理显著降低了土壤铵态氮($\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$)、可溶性有机碳(DOC)、有效磷(AP)含量和含水率(SWC),分别降低了68.81%、32.77%、29.87%和11.05%;而干旱处理后,土壤pH升高、硝态氮($\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$)含量增加,分别增加了1.51%和194.34%。相关性分析表明,土壤MBC、MBN、MBP与SWC和全氮(TN)含量呈极显著正相关,与土壤有机碳(SOC)、$\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$含量和碳氮比(C/N)呈显著或极显著负相关。土壤MBC/MBN、MBC/MBP、MBN/MBP与$\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$含量和C/N呈显著或极显著正相关,与SWC和TN含量呈显著或极显著负相关。【结论】干旱显著影响了杨树人工林土壤微生物生物量C、N、P含量及其生态化学计量特征,进而对土壤养分平衡和循环过程产生影响。
【目的】研究土壤改良剂对银红槭(Acer×freemanii)叶色变化的影响以及叶色变化与叶片矿质元素含量之间的关系,为解决银红槭叶色不红现象提供理论依据。【方法】以6年生银红槭为材料,设置了5个梯度的硫磺粉+脱硫石膏土壤碱性改良剂处理,并在秋季叶色转变的4个时间段测得叶片色素和10种矿质元素含量。【结果】土壤碱性改良剂处理能显著影响叶片叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷含量,影响叶色参数L*、a*、b*值,而T5(1.94 kg/m3硫磺粉+2.33 kg/m3脱硫石膏)处理下呈色时间更长,叶色最为红艳;土壤碱性改良剂处理显著影响了叶片矿质元素含量以及变化趋势;叶片矿质元素与色素间相关性分析表明,N含量与叶绿素和类胡萝卜素含量呈极显著正相关(P<0.01),与花色素苷含量呈极显著负相关(P<0.01),K含量与类胡萝卜素含量呈显著负相关(P<0.05),Ca、Mg含量与叶绿素含量呈极显著负相关(P<0.01),与花色素苷含量呈显著正相关(P<0.05),Mn含量与类胡萝卜素含量呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】在一定范围内,土壤pH降低能促进银红槭叶片呈色;施加土壤改良剂对银红槭叶片色素和矿质元素含量的影响是显著的,而叶片矿质元素,尤其是N、K、Ca、Mg、Mn与叶片显色具有较强相关性。
【目的】评价喀斯特山地不同类型人工林植被恢复对土壤质量的影响,为该地区选择适宜的造林树种和改善林地土壤质量提供参考依据。【方法】以贵州省喀斯特山地营造的干香柏 (Cupressus duclouxiana,下称滇柏)纯林、刺槐(Robinia pseudoacacia)纯林和滇柏-刺槐混交林这3种类型人工林及未造林地(CK)为研究对象,对喀斯特山地不同类型人工林土壤理化性质和酶活性变化进行了研究,采用冗余分析、主成分分析(PCA)、全体数据集(TDS)、最小数据集(MDS)和灰色关联度(GRA)等方法评估土壤质量。【结果】①3种人工林地土壤含水率、孔隙度、有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷质量分数均显著高于未造林地,容重、pH、全钾、速效钾质量分数均显著低于未造林地。②土壤脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶这5种酶中,除碱性磷酸酶活性外,其余4种土壤酶活性均在滇柏-刺槐混交林土壤中最高。3种类型人工林土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性均高于未造林地。③基于主成分分析法的最小数据集适合作为喀斯特山地人工林土壤质量评价的最小数据集提取方法,本研究选择的最小数据集包括土壤全氮、全钾、速效钾质量分数、非毛管孔隙度、碱性磷酸酶、多酚氧化酶活性。④基于MDS 建立的土壤质量评价结果与基于TDS和灰色关联度的评价结果相一致,土壤质量评价得分从大到小顺序均为滇柏-刺槐混交林>刺槐林>滇柏林>未造林地。总体上看,混交林土壤质量明显优于纯林。【结论】在喀斯特山地植被恢复和人工林营造中,可遵循适树适地的原则,以营造混合林为主,从而达到改善土壤综合质量,提高人工植被修复生态效益的目的。
【目的】探究四川栗子坪国家级自然保护区土壤入渗对不同海拔梯度土壤类型响应特征。【方法】以自然保护区4个海拔梯度(1 900、2 100、2 300和2 500 m)土壤为采样对象,通过环刀法测定不同海拔梯度土壤入渗特征,采用通径及相关性分析法明确影响土壤入渗特征的关键因子,并用Kostiakov、Philip、Horton等入渗模型进行拟合,分析其适宜性。【结果】土壤入渗速率与海拔呈极显著负相关关系(P<0.01),而土壤微生物生物量与入渗速率呈显著正相关关系(P<0.05),促进了土壤水分入渗;在入渗前20 min,海拔1 900、2 100 m土壤入渗率降低了50%左右,海拔2 300、2 500 m降低了72%~85%,海拔2 300、2 500 m入渗衰弱速率明显快于海拔1 900、2 100 m,这主要是受到土壤有机质含量、团聚体粒级结构及微生物生物量影响;模型拟合发现,Kostiakov模型R2为0.896~0.959,Philip模型R2为0.874~0.965,Horton模型R2为0.945~0.984,综合考虑土壤入渗模型决定系数R2大小以及拟合值与实测值精确度的一致性,Kostiakov模型更适合对研究区域土壤入渗进行拟合。【结论】海拔梯度对土壤入渗特征影响显著,主要是受到土壤有机质含量、团聚体粒级结构及微生物生物量等因素影响。
【目的】屋顶绿化可有效增加城市绿化率并缓解城市“热岛效应”,已逐渐成为城市绿化的重要途径之一。近年来,生物炭作为土壤改良剂被广泛应用于农林业生产中,其质量轻、孔隙度大等特点也适于改良屋顶绿化土壤的生态特性。通过研究不同生物炭施用量以及不同热解温度制备的生物炭对屋顶绿化土壤径流量及径流中养分析出特征的影响,为城市屋顶绿化中生物炭的适宜施用量提供参考依据。【方法】设置3个水平生物炭施用量(0%、10%、20%,体积分数),3个水平热解温度(300、400、500 ℃),每一水平各设4个重复。在种植箱中装填10 cm厚经处理的土壤基质,种植植物为佛甲草(Sedum lineare)。每次降水后收集土壤径流进行测定。【结果】①施用生物炭可提高屋顶绿化土壤pH,显著降低土壤径流中的全氮(TN)和溶解有机碳(DOC)质量浓度;施用10%生物炭可降低径流中的全磷(TP)质量浓度,而施用20%生物炭则会增加径流中全磷(TP)质量浓度。②与未施用生物炭的对照相比,施用适量生物炭可降低屋顶绿化土壤径流量及径流中养分浓度,从而减少屋顶绿化土壤的养分流失量。③在不同生物炭施用量下,施用不同热解温度(300、400、500 ℃)制备的生物炭对屋顶绿化土壤径流水质的影响差异不显著。【结论】施用适量生物炭可降低屋顶绿化土壤径流量及径流中N、P养分流失量,间接减轻城市径流污染负荷,在城市暴雨径流管理中具有一定的应用前景。
【目的】研究2年生毛白杨(Populus tomentosa)细根对树种组成和林分密度的分布及适应策略,为杨树人工林初植以及混交配置提供参考。【方法】以3 m×3 m、3 m×6 m、6 m×6 m等3种林分株行距(密度)的2年生毛白杨‘北林1号’(P. tomentosa×P. bolleana)×(P. alba×P. glandulosa)纯林及其与刺槐(Robinia pseudoacacia)混交林(林分株行距3 m×6 m)为研究对象,采用根钻法取根样,垂直方向上取样深度为150 cm,每10 cm为1层;混交林与林分株行距为3 m×6 m和6 m×6 m纯林取样点分别在距树10、30、50、100、150、200、250和300 cm处,林分株行距为3 m×3 m纯林取样点在10、30、50、100、150 cm处,共取得1 305个根样。随后对根样进行扫描和烘干处理,并称干质量,得到不同树种组成和林分株行距下不同深度和水平距离的细根形态指标和生物量数据。【结果】①树种组成对细根生物量密度无显著影响,对根长密度和根表面积密度有显著影响。垂直方向上,混交林和纯林中的毛白杨细根变化趋势未发生变化,均随着土壤深度的增加而减少。水平方向上,纯林细根生物量密度主要聚集在水平距树[0,10) cm,混交林内毛白杨细根生物量密度则主要聚集在[0,50) cm。二维分布上,混交林内毛白杨的细根密集分布区更深,水平分布相对均匀,水平侧根更加舒展。②林分株行距对细根生物量密度无显著影响,高密度林分的根长密度、根表面积密度和平均直径显著大于其他两种密度林分的。垂直方向上,株行距3 m×3 m林分的细根生物量密度在[50,60) cm土层显著高于其他两种林分的(P<0.05),并随着林分密度的增大,林木逐渐向下层土壤分配更多的细根;株行距3 m×6 m和6 m×6 m林分的细根生物量密度随着土壤深度的增加而逐渐减小,而株行距3 m×3 m林分的细根生物量密度在[0,60) cm土层逐渐增多,呈单峰分布。水平方向上,在距树150 cm处,株行距3 m×3 m林分的根长密度和根表面积密度显著大于其他两种密度林分的。二维分布上,株行距3 m×3 m林分的细根密集分布区更深,株行距3 m×6 m林分的细根水平伸展更远。【结论】混交使毛白杨根长密度与根表面积密度显著降低。垂直方向上,随着林分密度的增大,林木细根逐渐向下伸长,向下层土壤分配比例增多;水平方向上,高密度林分细根生物量密度随着距树距离的增加而减小的趋势逐渐明显。树种组成和林分密度对2年生毛白杨幼龄林细根生物量密度影响均不显著,但株行距3 m×3 m纯林林分的根长密度和根表面积密度显著大于混交林和其他两种密度林分。3 m×3 m高林分密度毛白杨纯林的细根生长最旺盛,通过形态可塑性而非改变生物量充分利用土壤水养条件,在幼龄期相比混交林和其他密度林分内毛白杨更能有效地利用土壤资源。
【目的】根际促生菌对促进植物生长发育、改善土壤微生态环境、实现林业可持续发展有重要作用,研究浙江地区毛竹(Phyllostachys edulis)根际土壤功能细菌,考察菌株对毛竹幼苗生长的影响,为开发利用新的竹类植物微生物资源,提升竹林生产力和生态系统服务功能提供依据。【方法】以毛竹根际土壤为对象,利用传统稀释培养的方法分离根际细菌,基于16S rRNA基因序列利用最大似然法构建系统发育树,依托功能平板和特异性颜色变化进行体外功能评价,最后通过回接试验考察功能菌株对毛竹种子萌发和幼苗生长的影响。【结果】①共分离获得根际细菌39株,分属于3门12科23属。其中,放线菌门(Actinomycetota)为优势菌门,占38.5%;优势菌科为芽孢杆菌科(Bacillaceae),占25.6%。②对39株细菌进行功能评价发现,其中20株具有产吲哚乙酸(IAA)的功能,3株具有产铁载体功能,3株具有溶解无机磷能力,7株具有矿化有机磷能力,5株具有解钾能力。③菌株SD2N7同时具有产IAA、无机磷溶解、有机磷矿化以及解钾功能。生理生化指标测定及16s rRNA基因序列比对结果表明,菌株SD2N7为伍尔贝丁拉恩氏菌(Rahnella woolbedingensis)。通过回接试验发现,菌株SD2N7能够显著缩短毛竹种子的萌发时间,并促进毛竹幼苗根和叶片的伸长。【结论】毛竹根际土壤中功能微生物资源丰富,筛选获得了多株具有产IAA和铁载体,以及溶磷和解钾功能的菌株,且回接试验明确了菌株SD2N7对毛竹种子萌发和幼苗生长具有明显的促进作用。
【目的】土壤动物是森林生态系统的重要组成成分,对森林土壤结构和功能具有重要的调控作用。研究不同林龄水杉(Metasequoia glyptostroboides)人工林地表大型土壤动物群落组成和结构的变化,为提高认识土壤生态系统对全球变化的响应和优化水杉人工林科学管理提供参考。【方法】采用野外固定样地调查法,在江苏东台林场选择立地条件和经营措施相对一致的 9 个不同林龄(7、11、16、21、26、31、36、41和 46 年生)水杉人工林,每个年龄林分随机设置 4 个重复样地,分别于 2022 年的生长旺季(8月)和生长末期(11月)采集样品,调查不同林龄水杉人工林地表大型土壤动物群落组成结构及多样性的变化。采用陷阱法对水杉人工林地表大型土壤动物进行采集,土壤动物样品带回实验室后在体视显微镜下进一步分类检索和计数鉴定。此外,用土钻取0~15 cm土层的土壤混合样,带回实验室进行土壤理化性质分析,最后使用SPSS 26和Origin 2021进行统计分析与绘图。【结果】共捕获地表大型土壤动物14 289 只,隶属16目23 科,其优势类群为等足目中的卷甲虫科和潮虫科;不同林龄水杉人工林地表大型土壤动物的优势类群和常见类群差异较大;地表大型土壤动物个体数量在11年生水杉林中最大,36年生中最小;在不同季节中,大型土壤动物个体总数以8月高于11月,而物种丰富度则以11月高于8月。【结论】不同生长发育阶段及季节变化对水杉人工林地表大型土壤动物的群落结构有显著影响,主要呈现出中林龄段的地表大型土壤动物个体总数、类群数量及多样性指数总体上位于较高水平,建议森林经营过程中注重中龄林阶段的地表土壤大型动物的作用和保护。
【目的】探究长白山北坡植物群落β多样性及其组分的格局与环境驱动因素,为长白山生物多样性保护和生态系统管理提供理论依据。【方法】采用R语言betapart工具包对长白山北坡植物群落β多样性进行组分(周转和嵌套)分解,使用广义相异性模型 (GDM) 探讨β多样性及其组分与环境因子之间的关系。【结果】据β多样性及其组分计算结果,长白山北坡植物群落β多样性以周转组分为主,即物种更替导致群落间物种组成的差异。本研究GDM模型输出结果表明,用于建模的13个环境因子可解释长白山北坡植物群落β多样性及其周转组分的32.63%~66.52%;年均气温对乔木β多样性影响显著。此外,当年降水量>710.00 mm、土壤容重>1.07 g/cm3时,年降水量和土壤容重对其产生显著影响;乔木周转组分主要受年均气温、土壤容重和坡度的影响,超过阈值后随其值的增大,周转速率增加;随着气温季节性变化、坡度和年均气温的增加,灌木β多样性及其周转组分的增长速率分别呈减缓、不变和加快的趋势;而草本β多样性及其周转组分随主要影响因子的梯度变化表现为:随海拔的升高而增大,随等温性的升高而减小,随土壤有机碳含量的升高先增大后减小。【结论】整体上长白山北坡植物群落物种组成以周转模式变化,启示生物多样性保护工作应多物种、多区域展开。环境因子是长白山北坡植物群落β多样性格局的关键影响因素,其中乔木β多样性及其周转组分主要受年均气温的影响,灌木β多样性及其周转组分主要受气温季节性变化的影响,而草本β多样性及其周转组分主要受海拔的限制。
【目的】探讨油茶(Camellia oleifera)不同根序根系的生长与养分利用对干旱和施氮的响应,分析水和氮素对油茶不同径级根系生长、氮素吸收、分配和利用的影响,为更好地认识气候变暖下植物根系构型与养分策略的关系提供理论支撑。【方法】以2年生‘长林53’(‘Changlin 53’)油茶幼树为试材,利用盆栽试验和15N同位素示踪技术,采用双因素完全随机设计,设置2个干旱水平,即正常灌溉(土壤含水率75%±5%)和干旱(土壤含水率30%±5%);2个施氮水平,即不施氮和施15N标记的硝酸铵(2.88 g/株)。干旱处理75 d后取样测定油茶幼树不同径级根系的生物量、全氮含量(质量分数,下同)、来自肥料氮的百分率(Ndff)、氮素利用率。【结果】干旱胁迫后油茶1~3级,5级和6级根的生物量与其氮含量呈负相关关系,与4级根的则呈正相关关系。干旱显著影响了各径级根系15N含量和Ndff(P<0.05),抑制了各径级根系15N的富集,干旱胁迫下1~3级的Ndff最高。干旱对根系的氮素分配率起促进作用,尤其是5级根氮素增加了93.10%,但在不同程度上抑制了油茶低阶根系的氮素利用率。【结论】施氮促进干旱下根系生物量和氮素分配给粗根,但不利于细根生物量和氮素的积累;干旱显著影响了各级根系对肥料氮的吸收、利用和分配,促进肥料中的氮素向根系尤其5级以上根系分配,但不同程度地抑制了1~4级根系对15N的吸收和利用。
【目的】研究不同CO2和水分胁迫情况下,北京山区侧柏的水碳耦合过程,为侧柏的个体尺度研究提供理论依据。【方法】选取北京山区的主要造林树种侧柏(Platycladus orientalis)为研究对象,通过为期6个月的室内盆栽模拟试验,测定不同CO2浓度和土壤水分交互处理下侧柏个体尺度蒸腾耗水和固碳、呼吸速率,以水分利用效率为水碳耦合指标,分析侧柏个体尺度水、碳耦合变化特征。【结果】①侧柏个体昼夜蒸腾速率受土壤含水率影响显著,在70%~80%田间持水率时达到最大值,随后略微递减。②土壤含水率和CO2浓度都对侧柏个体尺度碳过程和水碳耦合过程产生显著的影响。除重度干旱外,二者都随CO2浓度的增加而不断升高。③在二氧化碳浓度为600和800 μmol/mol,个体瞬时和短期水分利用效率都在50%~60%田间持水率条件下达到最大值。④个体昼夜累计固碳量与耗水量呈显著线性相关(P < 0.05),二者比值也在二氧化碳浓度为800 μmol/mol、田间持水率50%~60%时达到最大值(阈值24.35 mmol/mol)。【结论】二氧化碳浓度升高有利于缓解个体尺度的干旱胁迫,土壤含水率显著影响侧柏的水碳耦合过程。
【目的】叶片氮含量是植物重要功能性状之一,定量分析不同截雨干旱时间对毛竹(Phyllostachys edulis)叶片氮含量影响,为季节性干旱条件下毛竹氮肥管理提供决策依据。【方法】以钱江源森林生态系统定位研究站野外毛竹林为研究对象,通过“顶棚法”人工截雨干旱处理2年试验数据测定,定量分析不同截雨干旱时间下毛竹叶片氮含量的时空分布特征及其对干旱的响应。【结果】截雨干旱处理1和2年后,干旱毛竹叶片氮含量年平均值均高于自然生长条件下(对照)。截雨干旱处理2年后的毛竹叶片氮含量年平均值比干旱处理1年后的高,但差异不显著。与对照相比,截雨干旱1年使夏季、冬季毛竹叶片氮含量增加;随着干旱处理时间延长,叶片氮含量在夏季、秋季、冬季保持稳定。截雨干旱1年后,除冬季毛竹冠层上部叶片外,夏季和冬季冠层各叶片氮含量显著比对照高(P<0.05);截雨干旱2年后,仅冬季毛竹冠层上部叶片氮含量显著高于对照。截雨干旱1年后夏季毛竹冠层上部与下部叶片氮含量显著差异(P<0.05)。随着干旱时间延长,毛竹叶片氮含量与对照差异显著且受季节和竹龄双重影响,但干旱处理下春季不同年龄毛竹叶片氮含量与对照差异不显著、冬季1度竹(1~2年生)叶片氮含量显著高于对照的趋势比较稳定。截雨干旱1年和2年后,不同年龄毛竹间春季和夏季叶片氮含量均无显著差异,但秋季和冬季1度竹叶片氮含量与4度竹(7~8年生)间差异显著(P<0.05)。相比干旱1年,较长时间干旱下老龄竹叶片年平均氮含量保持较高值。【结论】 截雨干旱处理2年的数据表明,干旱毛竹叶片平均氮含量高于对照但不显著,截雨干旱处理年限对毛竹叶片氮含量的影响受生长季节和竹龄双重调节。随着截雨干旱时间延长,毛竹叶片氮含量高于对照处理的季节发生频率增加;干旱与对照处理毛竹叶片氮含量显著差异发生的冠层部位减少,局限于个别冠层的差异显著。今后气候变化下毛竹养分管理需要考虑季节和竹龄因素。
【目的】探讨喀斯特不同石质生境中的青篱柴(Tirpitzia sinensis)叶片功能性状特征,为喀斯特地区植物生长适应性机理研究提供理论依据。【方法】以高倾角-短迹长-少转折-多连接-高密度-聚集型(Ⅰ)、中倾角-中迹长-多转折-中连接-中密度-均匀型(Ⅱ)、低倾角-长迹长-中转折-少连接-低密度-随机型(Ⅲ)3种石质生境中的典型优势灌木青篱柴为研究对象,采用单因素方差分析和相关性分析,研究其叶片功能性状对不同岩石裂隙网络结构和土壤理化性质的响应。【结果】不同石质生境的裂隙土壤养分和含水率在类型Ⅰ中最高、类型Ⅱ次之、类型Ⅲ最低,pH呈相反趋势,其中类型Ⅲ的土壤养分显著低于类型Ⅰ(P<0.05),土壤pH和含水率无显著差异。不同石质生境的叶片化学性状差异显著(P<0.05),而结构性状差异较小,叶片养分浓度和比叶面积在类型Ⅰ中最高、类型Ⅱ次之、类型Ⅲ最低,叶干物质含量呈相反趋势,叶片氮磷质量比和叶片厚度在类型Ⅱ中最高、类型Ⅲ次之、类型Ⅰ最低。岩石裂隙倾角和连接度是影响土壤理化性质的主要因子,土壤有机碳、全氮、速效氮、速效磷含量是影响叶片化学性状和叶面积的主要因子,而岩石裂隙网络结构中仅有连接度对其影响显著。总体上3种石质生境的叶片氮磷质量比大于16,表明青篱柴生长受磷限制,且生长速率低于同地带喀斯特其他灌木,均选择了较为保守的营养投资适应策略。【结论】岩石裂隙网络结构主要通过直接影响土壤理化性质进而间接影响叶片功能性状,其中叶片化学性状相比结构性状的可塑性更高;青篱柴在类型Ⅲ的石质生境中最易受到养分胁迫,进而在叶片功能性状上表现出了明显的耐贫瘠特征。
【目的】探讨东北黑土区耕地结构性状的退化程度与区域差异,为不同区域黑土地保护与退化耕地修复提供参考。【方法】以东北典型黑土区3个区域(丘陵漫岗、漫川漫岗、低山丘陵)未开垦草地和开垦60 a耕地为研究对象,利用干湿筛法和环刀法测定了土壤团聚体特征、土壤孔隙与持水特征以及土壤三相(固液气)结构特征并进行对比分析。【结果】开垦前丘陵漫岗和漫川漫岗区土壤团聚体机械稳定性、土壤团聚体水稳性、土壤孔隙度和持水量显著高于低山丘陵区,而广义土壤结构指数(值越大越适宜作物生长)显著低于低山丘陵区。长期(60 a)耕作后,土壤团聚体机械稳定性退化不明显,而土壤团聚体水稳性退化程度表现为低山丘陵>丘陵漫岗>漫川漫岗;土壤孔隙度和持水能力在丘陵漫岗和漫川漫岗退化严重,而在低山丘陵地区反而增加。表层0~10 cm土层固液气三相比例在丘陵漫岗和漫川漫岗区更加趋近理想三相结构,但低山丘陵区无显著变化;在3个区域20~40 cm土层均因固相比例增加导致土壤三相结构显著退化。【结论】东北典型黑土区开垦前土壤结构存在区域差异,丘陵漫岗和漫川漫岗区的土壤团聚体结构、孔隙结构和持水能力较优,低山丘陵区的土壤三相结构较优。农田土壤结构整体呈退化趋势,但退化程度存在区域差异,丘陵漫岗和漫川漫岗区土壤孔隙结构和三相结构退化较为严重,低山丘陵区土壤团聚体结构退化较为严重。
【目的】厘清生态资源富集的原集中连片特困地区生态系统服务供给水平与居民福祉水平之间耦合协调关系变化及其关键影响因素,为类似特定地区制定依托生态资源实现共同富裕的发展规划和政策提供科学依据。【方法】以江西、湖南交界处罗霄山原集中连片特困地区为研究对象,构建居民福祉水平的评价指标体系,借助InVEST模型计算生态系统服务供给水平,采用耦合协调度模型和计量回归模型分析罗霄山地区2000—2020年生态系统服务供给水平与居民福祉水平耦合协调关系变化及其影响因素。【结果】①罗霄山地区的水源涵养、土壤保持与固碳服务供给水平均缓慢下降且呈不同空间分布态势。②居民福祉水平呈上升态势,增幅达181%。③水源涵养、土壤保持以及固碳服务供给水平与居民福祉水平耦合协调关系均呈下降趋势。④人均耕地面积、规模以上工业企业个数和社会福利院床位数对罗霄山地区的生态系统服务供给水平与居民福祉水平的耦合协调关系变化有正向影响。【结论】在生态资源富集的特定地区,应建立健全生态系统服务及产品价值产业转化机制,大力发展规模以上生态工业产业,并依托生态资源优势做大做强,积极吸收当地居民就业,带动居民收入持续增长,以此改善两个系统的协调关系。
【目的】探讨长期施用不同浓度沼液对杨树(Populus spp.)人工林土壤碳、氮、磷组分含量的影响,为科学施用沼液,改善杨树人工林土壤质量,促进杨树人工林可持续发展提供理论依据。【方法】以苏北沿海地区杨树人工林为研究对象,试验采用随机区组设计,设置了4种沼液施用处理,分别为对照(0 m3/hm2, CK)、低浓度(125 m3/hm2, L)、中浓度(250 m3/hm2, M)和高浓度(375 m3/hm2, H),自2012年开始每年定期在杨树人工林中施用。采用连续土钻法采集不同土壤深度0~20 cm(表层),≥20~40 cm(中层)和≥40~60 cm(深层)土壤样品,研究施用不同浓度沼液对杨树人工林不同土层土壤碳、氮、磷主要组分含量及其计量比的影响。【结果】施用沼液显著增加了表层土壤(0~20 cm)有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤总氮(TN)、土壤微生物生物量氮(MBN)、土壤全磷(TP)、土壤有效磷(AP)含量,显著降低了表层土壤碳氮质量比(C/N)和土壤微生物生物量碳氮比(MBC/MBN);同时施加沼液也显著增加了≥20~40 cm土层土壤DOC、TP含量。而在深层土壤(≥40~60 cm)中,施加沼液对土壤C、N、P各项指标均无显著影响。沼液显著降低了各土层土壤pH。【结论】沼液作为一种优质的速效有机肥料,能显著增加表层土壤C、N、P等速效养分,对深层土壤无显著影响。同时,施用适量沼液也可以降低沿海盐碱地土壤pH,以及土壤C/N,对改善土壤肥力有一定的作用,但过度施加是否会引起土壤磷素淋洗、氮淋溶风险而造成生态环境污染还有待进一步研究。
【目的】基于全球气候变化背景下极端天气事件频发对植物水分利用的影响,探讨不同降水条件下南方丘陵区混交林树种对水分来源的适应性变化,为科学实施森林精准经营管理措施提供理论依据。【方法】采集不同降水量梯度下南方丘陵区麻栎(Quercus acutissima)和马尾松(Pinus massoniana)混交林的土壤和植物同位素样品,借助多元线性混合模型,对比分析不同降水梯度下麻栎和马尾松的水分利用来源。【结果】①麻栎在无降水时主要利用[10,30) cm土层的水分,利用率为62.0%;随着降水量的增加,其水源转向[80,100) cm土层的水分和地下水,大雨条件下的利用率分别为34.2%和44.6%。②马尾松在无降水时主要利用地下水和[80,100) cm土层水分,利用率分别为21.2%和21.1%;随降水量增加其水分来源逐渐向(0,10) cm和[10,30) cm土层转移,利用率分别为27.2%和53.3%。【结论】麻栎和马尾松的水分来源对降水的适应性不同,不同降水梯度下两者对土壤水分利用深度能较好地互补。在极端降水频发条件下,不同的水分利用模式有利于减少树种间水分竞争。
【目的】白桦(Betula platyphylla)BpGLK转录因子参与调控叶绿体发育及叶色,BpGLK抑制表达白桦在生长期内叶色呈黄绿色,在园林绿化中极具观赏价值。但作为转基因植物,大面积的推广应用是否会对环境产生不利影响引起研究者的重视。研究转BpGLK白桦对土壤酶活及根际土壤细菌、真菌群落组成的影响,为后续环境释放及商业化应用提供理论依据。【方法】以3年生转BpGLK白桦(OE株系及RE株系)及对照野生型(WT)白桦为材料,采用分光光度法测定土壤蔗糖酶、脲酶、中性蛋白酶、过氧化氢酶及纤维素酶的活性,利用 Illumina-Miseq 高通量测序平台对根际土壤微生物进行 16S rRNA 和 ITS 测序分析,对根际土壤细菌和真菌群落丰富度和多样性变化、结构差异性、群落组成进行分析,了解转基因活动对白桦土壤酶活性及根际土壤微生物组成的影响。【结果】在测定的4个时间点(6月15日、7月15日、8月15日和9月15日)转BpGLK白桦与WT株系的土壤脲酶、蔗糖酶、纤维素酶、中性蛋白酶活性均存在显著差异(P<0.05),而过氧化氢酶活性则呈现WT株系与部分转基因株系间存在显著差异,土壤脲酶和纤维素酶活性在8月中旬和9月中旬明显降低,而土壤中性蛋白酶活性在9月中旬明显升高,OE株系的土壤中性蛋白酶活性在4个时期均高于或显著高于WT株系(P<0.05)。根际土壤细菌群落属水平上,具有促生功能的伯克霍尔德菌属(Burkholderia)是转基因株系与WT株系的优势菌,该菌属在转基因株系根际土壤中的相对丰度显著提高;在根际真菌群落属水平上,棉革菌属(Tomentella)是转基因RE株系根际的优势类群,锁瑚菌属(Clavulina)是WT及转基因OE株系根际的优势类群,蜡蘑菌属(Laccaria)的相对丰度在OE株系和RE株系中显著降低(P<0.05);Alpha多样性分析显示,在细菌群落组成方面,转基因白桦的可观测物种数(observed species)、Chao1、香农(Shannon)及辛普森(Simpson)指数与WT株系间未达到显著差异;在真菌群落组成方面,RE株系的群落丰度、多样性均显著高于或高于WT株系,而OE与WT株系间差异未达到显著水平。韦恩图结果显示,转基因株系与野生型株系间的特征序列(ASV)差异显著;主成分分析结果显示,在细菌群落组成上,RE与WT株系的群落组成差异较小,而OE与WT株系差异相对较大;在真菌群落组成上,OE与WT株系的群落组成差异较小,而RE与WT株系差异相对较大。【结论】目标BpGLK基因的导入对白桦根际细菌、真菌群落丰度及多样性产生一定影响,并可能利于植物生长并提升自身抗逆性,但这种影响是否长期存在仍需后续试验验证。
【目的】探究元宝枫(Acer truncatum)幼苗生长及光合生理特性对水肥耦合的响应,分析比较元宝枫幼苗生长最佳水肥组合。【方法】以1年生元宝枫幼苗为研究对象,采用土壤含水率及氮、磷、钾施肥量4因素4水平正交试验设计,共计16个处理,水肥耦合试验后测定元宝枫幼苗生长指标、叶片相对叶绿素含量SPAD值、光合特性及光响应曲线。【结果】随施肥量的增加,各指标大致呈现先上升后下降的趋势。当土壤含水率为75%,施N、P、K量为1.2、1.8、0 g/株时,元宝枫幼苗地径、总生物量显著高于其他处理。合理的水肥耦合可以显著提高元宝枫幼苗苗高、地径及总生物量。此外,各水肥耦合处理对弱光的利用能力差异不大,氮肥对元宝枫幼苗的最大净光合速率和光饱和点影响显著。各处理间水分利用效率(WUE)无显著性差异,表明元宝枫幼苗在较低土壤含水率下也能正常生长,抗旱能力强。水肥对元宝枫幼苗生长影响由高到低排序为氮肥>土壤含水率>钾肥>磷肥,基于综合评分法可知最佳的水肥组合为T14,即土壤含水率75%、氮肥1.2 g/株、磷肥1.8 g/株和钾肥0 g/株。【结论】水肥耦合效应对地径和生物量影响显著,对苗高影响不显著,土壤含水率、氮肥对各生长指标影响显著,研究结果可为元宝枫水肥合理利用提供理论依据。
【目的】凋落物回归影响着杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林土壤碳氮循环,是杉木人工林可持续经营和土壤地力维持的重要过程。通过分析添加杉木与木荷(Schima superba)凋落物处理下土壤碳氮含量和酶活性的变化特征,为杉木人工林近自然化改造及林分管理提供依据。【方法】以30年生杉木人工林土壤为研究对象,分别添加杉木凋落物(S)、木荷凋落物(M)以及杉木与木荷凋落物混合物(SM),混合质量比例设置为m(杉木):m(木荷)=5:1。通过60 d室内培养,测定不同处理土壤中铵态氮( NH 4 +-N)、硝态氮( NO 3 --N)、土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(WSOC)、酸溶性有机碳(HHOC)、碱溶性有机碳(AHOC)、难溶性有机碳(ROC)含量及酶活性[β-葡萄糖苷酶(GC),β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG),多酚氧化酶(PPO),亮氨酸氨基肽酶(LAP)]。基于单因素方差分析和冗余分析方法,研究不同处理下土壤碳氮含量与土壤酶活性的关系,探讨添加不同凋落物对杉木人工林土壤碳氮含量及酶活性的影响。【结果】①SM处理的土壤腐殖化程度高于添加单一凋落物的;在添加单一凋落物的处理中,M处理的土壤腐殖化程度较低,土壤中ROC含量占比较高。②处理至15和30 d时,S处理土壤的GC、NAG、PPO酶活性显著高于M处理土壤的;SM处理的可显著提高土壤GC和NAG活性。③相关分析表明,土壤中AHOC含量与GC活性呈极显著正相关;NAG活性与WSOC含量呈极显著正相关,与 NH 4 +-N含量呈极显著负相关;而PPO活性与 NO 3 --N含量呈极显著负相关,与ROC、HHOC含量呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】添加不同凋落物对杉木人工林土壤碳氮含量及酶活性产生显著影响。与添加木荷凋落物相比,添加杉木凋落物的土壤腐殖化程度较高,与碳氮循环相关的酶活性较高;与添加单一凋落物相比,添加杉木木荷凋落物混合物更有利于土壤腐殖化程度的提升,提高土壤碳氮转化酶活性,进而有利于杉木人工林土壤碳氮循环。
【目的】长期高氮(N)沉降对具有磷(P)限制的亚热带森林土壤有机碳(SOC)及其储量具有影响,探究长期N添加下活性SOC、土壤有机氮(SON)组分对有机碳储量的影响,为亚热带森林土壤的碳(C)固存能力以及亚热带森林生态系统的可持续经营提供依据。【方法】在安徽省祁门县查湾自然保护区的常绿阔叶林内,选取中坡和坡顶两个区位,各设置3种不同的N、P添加处理,即对照(CK,每年N、P添加量为0 kg/hm2)、N添加(N,每年N添加量为100 kg/hm2)、N+P添加(N+P,每年N添加量为100 kg/hm2、P添加量为50 kg/hm2),各处理设置3个重复样地,大小为30 m×15 m,共18块样地。自2011年5月开始,进行为期10年的N及N+P添加野外模拟试验。于2020年10月,采集不同处理样地内[0,40)cm土层的土壤样品,测定SOC含量及储量、活性SOC组分、SON组分以及其他土壤基本理化性质。将采集的土样平均分成两份,一部分土样自然风干压碎后过孔径0.25 mm筛,用于测定土壤SOC及TN含量。另一部分鲜土样经不同处理后,用于测定SOC、SON组分及其他理化性质。【结果】与对照相比,连续10年N及N+P添加并未显著改变SOC储量,但显著降低土壤微生物生物量碳、氮。相关性分析结果表明,土壤有机碳储量与大多数土壤理化性质密切相关,除溶解性有机碳外,与其余有机碳氮组分均极显著正相关。另外,有机碳储量与pH、土壤容重呈显著负相关。线性回归分析结果显示,颗粒有机碳、氮对有机碳储量的解释率分别为75.4%、71.7%,微生物生物量碳、氮对有机碳储量的解释率分别为26.0%、49.3%;而土壤可溶性有机碳与有机碳储量无显著相关关系,可溶性氮对有机碳储量的解释率仅为11.4%。【结论】长期添加N及N+P后,土壤微生物生物量碳氮含量显著下降,并可能不利于土壤有机碳存量,而颗粒有机碳氮是对土壤有机碳储量影响最大的组分。
【目的】探究东北地区生态习性各异的山杨(Populus davidiana)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)和东北红豆杉(Taxus cuspidata)地上地下器官氮(N)、磷(P)养分分配模式,为深入揭示树种间养分分配策略与权衡关系提供理论参考。【方法】以野外山杨、水曲柳和东北红豆杉成年植株为研究对象,对比分析3个树种地上器官叶片枝条和地下器官粗根细根N、P含量以及叶与枝、根N、P分配比例,采用标准主轴回归斜率检验3个树种地上、地下器官N与P元素之间及地上与地下器官养分双向运输N、P同一元素的增长关系。【结果】①山杨与水曲柳叶片N、P含量接近,山杨与水曲柳叶片N、P含量分别显著高于、低于东北红豆杉针叶相应数值(P<0.05);东北红豆杉枝条N、P含量最高;3个树种粗根N含量接近,水曲柳粗根P含量及细根N、P含量均最高。②水曲柳叶片与枝条、山杨叶片与粗根N、P含量比均最高,水曲柳叶片与细根N、P含量比最低。③山杨和东北红豆杉地上器官、地下器官N与P含量分别为异速、等速关系,且地下器官N与P元素间的变化斜率仅为地上部分的1/2;而水曲柳地上器官、地下器官两元素之间的变化斜率相似,均为显著大于1的异速增长关系。山杨地上与地下双向P、东北红豆杉上行方向P含量斜率均为相应N含量的一半,东北红豆杉下行方向N、P关系均不显著,水曲柳上行方向N、P含量斜率相似,下行方向P含量斜率是N的2/3左右。【结论】与山杨和东北红豆杉相比,水曲柳倾向于将N和P养分分配到代谢活跃的叶片和细根,且其地上(地下)器官N与P含量、地上与地下N、P含量变化速率具有协调一致性。
【目的】为了全面保护、合理开发和有效利用自然风景资源,缓解江苏省自然资源景观破碎化、孤岛化严重及资源分布不均衡的状况。【方法】运用ArcGIS平台空间分析技术,包括最邻近指数、核密度分析和可达性分析,揭示江苏省自然风景资源保护地的空间分布特征。结合国土空间规划下“双评价”依据,针对江苏省自然环境状况进行了以生态系统服务功能重要性评价和生态脆弱性评价为主导的生态保护重要性评价,根据评价的结果识别了江苏省的生态空间,将以上结果与江苏省相应的自然地理表征和人文地理表征等进行叠加分析。【结果】明确了江苏省自然风景资源保护地的分布规律和区域差异性,为自然风景斑块、廊道、优势区域的选择提供了现实依据。确定出江苏省9处自然风景斑块、7条自然风景廊道和2个自然风景优势区域,共同组成了以自然风景资源保护地为依托,以斑块、廊道、基质为主导的江苏省自然风景体系。【结论】该风景体系通过量化的方式,考虑江苏省自然地理特征,将空间概念运用到风景资源的研究中,有助于加强自然风景资源保护地之间的联系,优化资源整合,营造更适合江苏省自然风景资源保护地保护和发展的景观格局,实现对江苏省自然风景资源保护地建设的有效引导,并为其合理开发和利用提供科学依据。
【目的】探究不同经营模式下薄壳山核桃‘波尼’(Carya illinoensis ‘Pawnee’)与油用牡丹‘凤丹’(Paeonia ostii ‘Feng Dan’)林地土壤的理化性质及酶活性变化特征,分析季节变化对各模式经营种植下土壤性状的影响。【方法】分别以薄壳山核桃纯林模式(模式Ⅰ)、薄壳山核桃-油用牡丹复合模式(模式Ⅱ)、油用牡丹单植模式(模式Ⅲ)为研究对象,分析不同经营模式下土壤的理化性状及酶活性的季节变化特征,通过最小数据集法(MDS)计算土壤肥力综合质量指数(IFI),并对土壤肥力变化进行评价。【结果】在各模式下,林地表层土壤养分及酶活性高于深层;土壤含水量和容重随春、夏、秋季节变化而变化;土壤pH在秋季最低,春、夏两季差异不显著;夏季土壤过氧化氢酶活性高于春、秋季;土壤有机质、全氮、速效钾含量及土壤蔗糖酶、脲酶活性基本表现为随春、夏、秋季节变化逐渐升高。模式Ⅲ下土壤有效磷含量秋季高于春、夏两季;夏季土壤肥力综合质量指数最低,但以模式Ⅱ最高。【结论】林地土壤酶活性与理化性质间具有相关性;各季节下薄壳山核桃-油用牡丹复合模式(模式Ⅱ)土壤肥力均显著优于其余模式,且夏季土壤肥力显著低于其他季节;土壤肥力受容重、全氮、有效磷、速效钾含量及脲酶、蔗糖酶活性直接影响,其中蔗糖酶活性在季节土壤肥力综合质量评价中均较为敏感。
【目的】氮(N)沉降增加通过影响凋落物分解过程中碳(C)、氮(N)元素的有效性,进而影响生物地球化学循环中的碳和养分平衡。通过研究模拟N沉降下川滇高山栎(Quercus aquifolioides)凋落物分解速率及养分含量变化特征,为川滇高山栎森林生态系统的有效管理提供参考。【方法】以滇中新平县磨盘山川滇高山栎林为研究对象,以尿素(有效成分CH4N2O)为氮源,采用尼龙袋法进行N沉降处理以及凋落物原位分解试验,4个N沉降水平为:对照[CK,0 g/(m2·a)]、低氮[LN,10 g/(m2·a)]、中氮[MN,20 g/(m2·a)]和高氮[HN,25 g/(m2·a)],每月施氮1次,持续12个月后测定凋落叶及枝质量残留,及其木质素、纤维素和C、N、P、K含量变化。【结果】①分解1 a后,各N沉降处理凋落叶(0.84%~3.87%)、枝(1.67%~3.30%)质量残留率均显著增加(P<0.05),说明随时间延长,凋落物分解被抑制,且抑制强度与施氮水平成正比;②凋落叶、枝分解系数变化范围分别为0.271~0.368和0.167~0.218 kg/(kg·a),凋落枝C/N(69.02)和木质素氮比(54.65)高于凋落叶的值(52.09和44.42),叶分解速率快于枝;③凋落物化学组成会影响凋落物质量残留率,表现为凋落物质量残留率与凋落叶和枝的N、P含量呈极显著负相关,与C、纤维素含量,C/N、C/P、木质素氮比、纤维素氮比等比值呈极显著正相关。【结论】①N沉降抑制了凋落物的分解,且随施氮水平的增加,抑制作用明显增强;②初始养分含量会影响凋落物的养分固持和释放,其中,N含量、C/N、木质素氮比是凋落物分解过程中的重要影响因子。
