凋落物及根系输入变化对喀斯特地区檵木土壤养分和胞外酶的影响

凋落物输入变化能改变土壤的理化性质，显著影响土壤碳氮磷养分含量和胞外酶活性，引起胞外酶活性化学计量特征的变化。为进一步明确喀斯特地区凋落物输入变化对土壤养分含量、胞外酶活性及其化学计量的影响，并探究胞外酶与环境因子间的生态响应规律，本文以喀斯特地区檵木老龄林土壤为研究对象，布设凋落物添加和去除试验，通过对土壤养分及胞外酶活性的测定，运用生态化学计量学理论与方法，系统研究土壤中6种胞外水解酶(β-1,4-葡糖苷酶(BG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)、纤维素水解酶(CBH)、β-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP))和2种胞外氧化酶(过氧化氢酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO))活性及其化学计量的影响，并分析它们与土壤环境因子之间的相关性。结果表明：1)与对照(CK)相比，土壤SOC、TN含量在凋落物添加下具有显著性变化，去除凋落物根系(ABR)和双倍凋落物添加(AD)处理的土壤C∶N值显著增大；2)过氧化氢酶活性CK处理下最高，且与其他处理具有显著性差异；多酚氧化酶活性ABR处理最高，且与AD和BR处理差异性显著；土壤胞外酶活性的矢量角度小于...     

林火干扰对广东马尾松林土壤有机碳密度及其活性有机碳的影响

【目的】森林在全球碳循环中发挥着重要作用。林火干扰是全球生物地球化学循环的关键驱动因子,影响植被结构变化及森林演替方向,从而对森林生态系统土壤有机碳密度及碳周转产生重要作用,进而影响森林碳循环与碳平衡。笔者定量研究林火干扰对森林生态系统土壤有机碳密度及其活性有机碳的影响,科学阐明林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响机制,为火烧迹地恢复与森林碳减排增汇提供参考。【方法】以广东省佛冈马尾松林为研究对象,采用相邻样地比较法、化学分析法,在森林生态系统水平上,定量测定不同林火干扰强度对土壤有机碳密度、土壤活性有机碳含量和细根生物量的影响,对林火干扰后土壤有机碳密度的变化进行定量研究,探讨林火干扰对土壤有机碳密度以及活性有机碳的影响机制,深入分析森林生态系统土壤有机碳的循环与分配过程。【结果】林火干扰对马尾松林的土壤有机碳密度、活性有机碳含量和细根生物量均有影响,不同林火干扰强度下土壤有机碳密度与土壤活性有机碳含量变化趋势均表现为对照>轻度林火干扰>中度林火干扰>重度林火干扰。轻度林火干扰对土壤有机碳密度的影响差异不显著(P>0.05),而中度和重度林火干扰则显著降低土壤有机碳密度(P<0.05)。林火干扰的马尾松林土壤细根生物量均低于对照样地,变化趋势为重度林火干扰>中度林火干扰>轻度林火干扰,轻度林火干扰只显著降低土壤表层细根生物量(P<0.05),而中度和重度林火干扰显著降低了土壤表层和浅层细根生物量(P<0.05)。【结论】林火干扰减小了土壤有机碳密度,减少幅度随土壤剖面深度增加而逐渐变小。轻度林火干扰仅显著降低了表层土壤有机碳密度,而中度和重度林火干扰显著降低了土壤表层和浅层土壤有机碳密度,进而导致土壤有机碳密度显著变化。林火干扰对土壤活性有机碳含量产生了影响。林火干扰后马尾松林4种土壤活性有机碳含量均呈下降趋势,但仅中度和重度林火干扰差异显著。活性有机碳含量各组分随林火干扰强度增加沿土壤剖面递减的幅度呈现一定差异,重度林火干扰后的递减趋势最强。此外,林火干扰还降低了马尾松林土壤细根生物量。     

土壤与植物生态化学计量学研究进展

生态化学计量学是一门新兴科学,主要研究生态作用和生态过程中能量平衡及碳、氮、磷等多重化学元素的平衡,有机统一了生物学不同层次(分子、细胞、个体、种群、生态系统以及全球尺度)的研究理论。陆地生态系统的生态化学计量学研究具有重要意义,土壤和植物的碳、氮、磷比例关系可以表征生态系统的养分限制状况以及有机质的分解程度及其对土壤肥力的潜在贡献等。主要综述了生态化学计量学的概念、起源及研究简史,重点概述了陆地生态系统(主要为草原生态系统)中土壤与植物碳、氮、磷的生态化学计量学特征及其对气候因子及人为干扰等因素的响应。     

林型和地形因子对太岳山森林地表凋落物矿质元素含量的影响

森林地表凋落物是树木生长所需矿质养分的重要储库,探索森林凋落物矿质元素对环境因子变化的响应,有 助于进一步了解植物-凋落物-土壤的反馈机制.本研究选择涵盖整个太岳山的9个不同海拔梯度,采样收集森林地表 凋落物并同时记录环境因子特征,经实验室分析测定样品中的6种重要矿质元素,包括磷(P)、硫(S)、钾(K)、钙(Ca)、镁 (Mg)、铁(Fe)的质量分数,并分析林型和地形因子(海拔、坡度和坡向)对凋落物矿质元素的影响.结果表明,坡向是凋落 物S质量分数的主要影响因子,并单独解释了S质量分数变异的40%;凋落物P和Ca质量分数变异主要是由林型、海 拔和二者的交互作用造成的;然而,林型和地形因子对凋落物中K、Mg、Fe没有显著影响.这些差别反映了矿质元素受植 物生理调节及其在凋落物中固持能力的差异性.研究结果可为森林生态系统矿质养分循环建模提供借鉴.      

"植物-土壤"相互反馈的关键生态学问题:格局、过程与机制

植物与土壤之间相互反馈的格局、过程与机制,不但是决定生态系统结构、功能及过程的关键科学问题,而且是陆地生态系统响应全球变化的重要组成部分。基于目前国内外研究现状,从养分循环角度剖析“植物-土壤”间的反馈效应,探明相互反馈在空间尺度(根面、根际、种类、生态系统以及区域等)与时间尺度(秒至千年)上的级联效应及其变化格局;阐明根际、植物种类、生态系统及区域地理等水平上“植物-土壤”的相互反馈机制,重点揭示根系分泌、共生、生长及代谢的根际界面过程对植物水分/养分吸收与土壤物理学修饰的调控机制,剖析“植物种类-凋落物化学-土壤生物-土壤有机质”相互作用对地上-地下养分循环过程的驱动机制,运用“上行-下行控制理论及腐屑食物网模型”揭示地上-地下生物群落交互作用的过程与机制,以及土壤地质演变(岩石风化模式、土壤形成模式及土壤养分格局的变化)与区域植被演替(优势种更替及植被分布模式、地上-地下凋落物输入格局等的变化)相互反馈的过程与机制;从“植物-土壤”相互反馈的理论视角,分析生态退化与恢复、外来物种生态入侵、大气氮沉降、二氧化碳浓度升高以及植物多样性减少等全球生态问题的特征、形成机制以及可能的应对策略,揭示生态系统“地上-地下”相互反馈的生态学过程,以及陆地生态系统对全球生态环境变化的响应特征与机理。     

凋落物分解模型与土壤动物的作用

土壤动物对凋落物的分解作用，是研究森林系统营养物质循环的一重要课题，但在森林生态系统有土壤动物作用下，凋落物的分解模式及土壤动物对分解过程的作用尚未见报道．本文将报告长白山北坡凋落物在有土壤动物作用下的分解模式及土壤动物在分解过程中的功能与作用．     

4种类型水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤生态化学计量特征比较

【目的】利用生态过程中多重化学元素的平衡关系,揭示营养元素相互作用的变化规律,了解多重化学元素质量平衡及其对生态交互作用的影响。分析4种类型水曲柳人工林间树种叶片-凋落物-土壤以及同一水曲柳人工林不同组分间碳(C)、氮(N)、磷(P)的含量及其生态化学计量特征,为水曲柳人工林的混交树种选择、叶片-凋落物-土壤中的养分调节及水曲柳人工林的合理施肥提供理论参考。【方法】在东北林业大学森林培育实验站,以天然林带状皆伐后营造的29年生水曲柳纯林、长白落叶松水曲柳混交林、红皮云杉水曲柳混交林和红松水曲柳混交林为对象,野外样地调查取样,室内测定叶片、凋落物、土壤的有机C、N、P含量,分析比较了4种类型水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤的C、N、P含量及其化学计量比[碳氮、碳磷、氮磷质量比,即m(C):m(N),m(C):m(P),m(N):m(P),分别表示为C/N、C/P、N/P]特征。【结果】水曲柳与长白落叶松叶片的N、P含量显著高于红皮云杉和红松叶片中的N、P含量; 水曲柳纯林凋落物的N、P含量显著高于3种混交林凋落物的N、P含量; 4种林型土壤C、N、P含量差异显著,C以长白落叶松水曲柳混交林土壤的为最高,N、P以水曲柳纯林土壤的为最高,C、N、P皆以红松水曲柳混交林土壤的为最低; 4种林型叶片到凋落物的C、N、P含量平均降低率分别为18.98%、32.12%与21.95%; 凋落物到土壤的C、N、P含量平均降低率分别为81.37%、50.73%与3.49%; 混交林叶片到土壤的C、N、P含量平均降低率分别为84.90%、66.55%与24.67%; 红皮云杉和红松叶片的C/N、C/P显著高于水曲柳、长白落叶松叶片,N/P皆以长白落叶松、红皮云杉和红松显著低于水曲柳; 凋落物C/N和C/P以红皮云杉水曲柳混交林和红松水曲柳混交林显著高于水曲柳纯林和落叶松水曲柳混交林,N/P以水曲柳纯林高于3种混交林; 土壤C/N和C/P皆以落叶松水曲柳混交林显著高于其他3种林型。C/N以凋落物最高,土壤最低; C/P和N/P以叶片最高,土壤最低。【结论】从提高养分利用效率,促进树木生长和保护土壤角度综合考虑,相对于红松与红皮云杉,水曲柳与长白落叶松具有更好的养分利用效率与生长速度,长白落叶松水曲柳混交林和水曲柳纯林林下土壤中的C、N、P含量也相对高于红皮云杉水曲柳混交林与红松水曲柳混交林。因此,对水曲柳人工林的混交树种应优先选择长白落叶松。基于水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤的C、N、P含量及其生态化学计量在不同组分中的变化情况,应注意林下土壤N、P肥的补施。     

中国荒漠植物生态化学计量学特征与驱动因素

化学计量学已成为生态学进行定量分析和研究的热点问题之一.通过对1995-2015年生态化学计量学研究成果的分析,对中国干旱半干旱荒漠生态区、高寒荒漠半荒漠生态区的荒漠植物生态化学计量学特征及其驱动因素已有的研究成果进行了系统研究.结果表明:(1)在荒漠生态系统中,N和P是主要的限制性营养元素,不同生活型植物的C、N、P含量均存在显著差异,C、N、P含量在3种生活型的大小顺序为草本灌木乔木;(2)荒漠区主要灌木植物叶片C:N:P化学计量比在整个生长季内的变化规律不同;单个荒漠植物物种叶片C、N含量及C:N的季节变异较小,叶片P含量及C:P和N:P季节变异较大;(3)荒漠植物叶片的生态化学计量学特征会随外界环境的变化而变化,同一生活型的植物也会表现出不同的生态化学计量学特征.该研究以期为维护荒漠生态系统平衡和生态脆弱区生物多样性保护提供理论指导与案例借鉴.     

去除和添加凋落物对马尾松×红锥混交林土壤呼吸的影响

为探讨凋落物输入量改变对马尾松×红锥混交林碳排放的影响,以马尾松×红锥异龄混交林为研究对象,通过添加和去除凋落物人为地改变碳输入,研究凋落物处理方式对土壤呼吸的影响。结果表明:(1)去除凋落物可降低土壤湿度、提高土壤温度,而添加凋落物则提高土壤湿度、降低土壤温度。去除凋落物使土壤年均呼吸速率显著降低27.88%,而添加凋落物则使土壤年均呼吸速率显著增加34.02%。(2)去除凋落物能降低四季的土壤呼吸累积排放量,而添加凋落物则提高四季的土壤呼吸累积排放量。对照、去除和添加凋落物的土壤呼吸的年累积排放量(以C计)分别为(9.51±0.12) t·hm~(-2)、(6.88±0.21) t·hm~(-2)和(12.70±0.53) t·hm~(-2),可见去除凋落物使土壤呼吸年累积排放量降低27.66%,而添加凋落物使土壤呼吸年累积排放量提高33.54%。(3)不同凋落物处理方式下土壤呼吸速率与土壤温度均呈显著相关,土壤温度解释了土壤呼吸速率变异程度的74.26%～94.28%。去除凋落物增加了土壤呼吸温度敏感性系数Q10值,而添加凋落物则降低Q10值。凋落物处理方式对马尾松×红锥异龄混交林土壤呼吸产生了显著影响,证明凋落物对于改变森林生态系统土壤呼吸和碳循环具有重要作用。     

氮沉降对微生物分解森林地上凋落物过程的影响

森林生态系统凋落物被微生物分解的过程影响整个土壤碳库的碳来源及稳定性,在氮沉降全球化的趋势下因试验树种、试验方法、试验时间等不同因素导致森林地上凋落物分解产生了促进、抑制和无影响等3种响应。氮沉降对凋落物分解的影响主要通过3种机制实现:①不同浓度的氮沉降对凋落物中纤维素和木质素分解的影响不一致,原因可能是外加低浓度氮时,与之相关的真菌和细菌的生物量、活性会升高,高氮时则反之; 也有部分研究表明氮沉降一般促进含木质素少抑制含木质素较多的凋落物的分解; ②氮沉降对微生物产生的胞外酶活性影响也不一致,所以微生物酶对凋落物分解速率影响不同; ③通过对微生物的生物量、多样性、群落组成以及生态化学计量比等的影响,氮沉降也会影响凋落物分解木质素、纤维素等化学物质的过程。     

森林土壤温室气体通量对森林管理和全球大气变化的响应

森林土壤是温室气体重要的源和汇。探讨不同森林管理和全球大气变化下土壤温室气体通量特征,为有效减少温室气体排放及森林可持续管理等提供参考。笔者从森林土壤温室气体(forest soil green house gases)、森林管理(forest mangement)和全球大气变化(global atmospheric change)3个关键研究点,查阅近年来相关研究成果,归纳森林管理和全球大气变化下土壤温室气体通量的一般性模式。CO₂、CH₄和N₂O是3种重要温室气体,其通量间存在协同、消长和随机型耦合关系。森林管理如火烧、采伐和造林等显著影响土壤温室气体通量。一般情况下,火烧导致土壤N₂O通量降低,CH₄吸收量增加,CO₂通量因火烧类型、火烧强度、生态系统类型不同出现增加、减低和无影响3种结果; 采伐通常导致土壤CO₂、CH₄和N₂O排放增加; 造林可使土壤CO₂排放减少,对N₂O和CH₄通量的影响随生态系统类型、造林树种等而改变。全球大气变化如CO₂浓度升高、氮沉降和气温升高影响森林土壤温室气体通量。通常,CO₂浓度升高导致土壤CO₂和N₂O排放量增加,CH₄吸收量降低; 氮沉降促进土壤N₂O排放、抑制CH₄吸收。气温升高导致土壤CO₂和N₂O排放增加。森林管理和全球大气变化对土壤温室气体通量的综合影响是非叠加的,有效的森林管理可能改变土壤温室气体通量对全球大气变化的响应。     

气候变化对森林生态系统的主要影响述评

森林生态系统是陆地生态系统的主体,其对减少大气中的CO₂浓度从而减缓全球变暖有着决定性的作用。为了探究气候变化对森林生态系统的影响以及森林生态系统的反馈机制,发展合理的森林经营策略以应对气候变化,笔者综述了国内外有关气候变化对森林生态系统影响的相关研究方法与成果,重点讨论了气候变化对森林结构、组成和分布、森林生产力、森林碳库、森林生态系统生物多样性、生态系统生态服务功能等方面的影响,论述了森林生态系统对气候变化的反馈机制,并指出了现有研究的不足之处,提出了适应或者减缓气候变化对森林生态系统影响的森林经营策略,主要包括:①坚决贯彻实施退耕还林政策; ②加强保护天然林; ③制定科学的森林经营对策; ④加速我国碳汇林业的发展。     

Fire science for rainforests

Forest fires are growing in size and frequency across the tropics. Continually eroding fragmented forest edges, they are unintended ecological disturbances that transcend deforestation to degrade vast regions of standing forest, diminishing ecosystem services and the economic potential of these natural resources. Affecting the health of millions, net forest fire emissions may have released carbon equivalent to 41% of worldwide fossil fuel use in 1997-98. Episodically more severe during El Ni?o events, pan-tropical forest fires will increase as more damaged, less fire-resistant, forests cover the landscape. Here I discuss the current state of tropical fire science and make recommendations for advancement.     

呼伦贝尔市气候变化对森林草原火灾的影响及未来趋势分析

【目的】气候变暖是引发森林和草原火灾发生次数增加和过火面积扩大的重要因素。呼伦贝尔草原是中国北方地区重要的生态防护屏障,也是目前受气候变化影响最为严重的区域之一。通过研究呼伦贝尔市气候和森林草原火灾的历史变化,计算未来变化趋势以及干旱指数,为该地区应对气象灾害以及森林草原火灾的防御准备工作提供理论依据。【方法】利用重标极差(R/S)分析法、标准化降水蒸散指数(SPEI)分析等方法整理分析内蒙古自治区呼伦贝尔市1961—2018年的气象数据,得出过去及未来变化趋势以及干湿程度。通过分析1990—2018年呼伦贝尔市森林草原火灾数据,将气象要素与干旱状况分别与森林草原火灾数据相结合进行分析,得出火灾未来变化趋势。【结果】 ①1961—2018年内蒙古呼伦贝尔市气温和降水量增加,相对湿度和日照时间下降;气温未来变化趋势将与过去变化趋势相同,降水量、相对湿度、日照时间变化趋势将与过去变化趋势相反;2011年始呼伦贝尔市气候出现持续干旱状况,通过24个月的数据分析得出,未来将会持续保持干旱。②森林火灾的发生频度和过火面积均呈现上升趋势,分别为1次/a和318.38 hm ²/a;草原火灾的发生频度和过火面积均呈现下降趋势,分别为0.41次/a和12 486 hm ²/a。③当植物处于生长季时,草原火灾和森林火灾均与气温呈负相关,与降水量呈正相关,草原火灾与相对湿度和日照时间均呈正相关,森林火灾与相对湿度和日照时间均呈负相关。④森林草原的火灾频度和过火面积与短时间尺度SPEI均有很高的拟合程度,拟合曲线为二次函数。【结论】研究预测,未来呼伦贝尔地区干旱程度将会延续,森林草原火灾的发生与气象因素有很高的拟合度。建议当地有关部门在掌握本地气候变化基础上,制定合理的防护措施。     

基于元胞自动机的高原林火蔓延三维可视化模拟

森林火灾威胁森林安全,导致生命财产与环境损失,动态模拟森林火灾对于预判森林火灾发展趋势,减少森林火灾危害,科学开展森林火灾灭火工作具有重要理论与现实意义.为更加形象、直观地展示林火三维可视化,将地理信息系统(geographic information system,GIS)三维可视化与元胞自动机模拟功能相结合来模拟林火蔓延,并借助王正非与毛贤敏模型,定义元胞状态转换规则函数,计算中心燃烧元胞单元在8邻域方向上的蔓延速度分量,最后以云南省安宁市温泉镇为案例区域,针对云南省"3·29"火灾,选择温泉镇地形、气象和植被等数据,模拟了"3·29"火灾林火蔓延三维可视化过程,在森林火灾实时动态监测方面具有重要指导意义.     

森林碳循环模型方法研究进展

随着人们对森林生态系统碳循环活动各个过程研究的深入,森林碳循环模型逐渐发展起来。该模型利用先进的森林植被科学理论和计算机技术模拟森林碳循环的各个步骤,为森林碳循环研究提供更加清晰和有力的科学依据。本文论述了森林碳循环模型中斑块森林碳循环模型和区域尺度的陆地碳循环模型的主要特点,分别选取这两类模型中几个典型的森林碳循环模型评述每类森林生态系统碳循环模型的优缺点,通过对现有的森林生态系统碳循环模型的分析,探讨了未来森林生态系统碳循环模型的发展趋势。     

亚热带天然混交林森林生态系统经营的决策模型

根据生态系统经营的目的,提出了森林生态系统经营决策的6个空间结构因子,并建立了以顶极群落为目标,以维持生态系统健康和功能持续为目的,形成林木空间均匀分布为特征的森林生态系经营决策模型。结果表明,所建决策模型可以极大地改善系统的空间结构,有利于系统功能的完整和健康。     

基于MODIS数据的2001—2018年黑龙江省林火时空分布

【目的】黑龙江省是中国重要的林业省份之一,也是受林火危害最严重的地区之一。通过遥感数据获取森林火点信息,充分了解近年来黑龙江省林火发生的时空分布格局,探索林火发生规律。【方法】根据黑龙江省2001—2018年MODIS(分辨率成像光谱仪)遥感图像的MCD64A1火烧迹地产品数据集,提取林火火点信息,结合历史火灾记录资料、归一化植被指数NDVI(normalized difference vegetation index)、森林类型、数字高程模型DEM(digital elevation model)等数据,运用地理信息系统空间分析方法和统计分析方法,对黑龙江省的林火时空分布规律进行研究。【结果】2001—2018年,黑龙江省林火次数和过火面积呈现波动性变化,但整体上林火次数呈现下降趋势,其中2002年火灾发生次数最多,2003年过火面积最大,2008年过火面积最小;春、秋两季是林火的多发时期,冬季基本不发生火灾。林火在空间分布上具有异质性,在13个地级行政区中黑河市的森林火灾过火面积最大,其次为大兴安岭地区和绥化市,大庆市发生森林火灾的过火面积最小;过火面积随着林地海拔的升高逐渐呈现减少的趋势。结合森林类型分布情况发现,在针叶林中发生火灾的概率较高,其次为混交林和阔叶林。【结论】采用MCD64A1火烧迹地产品能够较为准确地提取出火灾信息,结合植被类型和高程信息对黑龙江省林火发生的时空规律进行分析,可为区域林火扑救和预警监测提供重要的科学依据。