绿竹生态系统植硅体碳积累与分布特征

植硅体封存的有机碳（phytolith-occluded organic carbon, PhytOC）已被证明在生物地球化学碳硅循环中具有重要的作用。为了解绿竹Dendrocalamopsis oldhami生态系统中植硅体碳的分布与积累特征,于2014年12月在中心产区浙江省苍南县利用标准地调查方法,采集了不同年龄（1～3年生）、不同器官（叶、枝、秆）、凋落物和土壤样品,分析了硅、植硅体、植硅体碳质量分数。结果表明:绿竹地上部分硅、植硅体、植硅体碳质量分数大小表现均表现为凋落物＞叶＞枝＞秆,其中植硅体碳的质量分数分别为4.28,3.16,0.28,0.04 gkg－1,植硅体碳总积累量为22.64 kghm－2,大小顺序为叶（13.22 kghm－2）＞凋落物（5.74 kghm－2）＞枝（2.71 kghm－2）＞秆（0.96 kghm－2）;林地土壤硅、植硅体、植硅体碳质量分数均随着土层厚度的增加而呈降低的趋势,0～100 cm土壤中植硅体碳储量为1 302.60 kghm－2。绿竹植株体内植硅体质量分数与硅、植硅体碳质量分数之间的相关性达极显著（P＜0.01）或显著（P＜0.05）水平,土壤植硅体碳质量分数与总有机碳质量分数之间也具有极显著（P＜0.01）相关性。图4表3参33     

不同马尾松种源树干植硅体碳封存潜力比较

  目的  植硅体封存有机碳(PhytOC)在减少大气二氧化碳含量、缓解温室效应等方面具有重要意义。本研究旨在研究不同种源马尾松Pinus massoniana树干植硅体碳封存潜力存在的差异,从而筛选出植硅体碳封存潜力较强的马尾松种源。  方法  在浙江淳安姥山林场采集20个马尾松种源树干样品,20个种源分别来自于全国11个省区的20个产地。以各样品总有机碳、植硅体、植硅体封存有机碳质量分数及树干生物量的测定结果来分析不同马尾松种源植硅体碳封存潜力的差异。  结果  20个马尾松种源树干的总有机碳、植硅体、植硅体封存有机碳、植硅体碳质量分数分别变动于467.6~489.6、0.305~0.845、126.8~210.2、0.049~0.128 g·kg?1;马尾松标准株树干生物量和植硅体碳储量的变动范围分别为76.48~295.39 kg·株?1和4.83~31.58 g·株?1;种源聚类分析可以将20个马尾松种源划分为4类,以湖北通山84、广西恭城111、江西吉安63和广西岑溪115植硅体碳封存能力较强的种源为1类;以河南桐柏21、湖南安化72、广东信宜105为代表的7个马尾松种源的植硅体碳封存能力次之;以浙江淳安56、贵州都匀123、福建永定95为代表的8个马尾松种源为第3类;浙江庆元54为植硅体碳封存能力最差的一类。  结论  不同种源马尾松树干的植硅体、植硅体封存有机碳和植硅体碳含量均具有显著性差异(P＜0.05)。广西岑溪115的植硅体碳封存能力最强,因此在马尾松生态系统中,可通过推广广西岑溪115来提高植硅体碳封存量。图3表2参35     

土壤植硅体碳稳定性的研究进展与展望

植硅体碳（phytolith-occluded organic carbon, PhytOC）是一个重要的长期（数千年）陆地碳组分,从而成为陆地土壤长期固碳的重要机制之一。植硅体碳的稳定性对全球陆地土壤碳库贡献比植硅体碳储量要大得多。综述了土壤植硅体碳的形成机制与特征,研究植硅体碳稳定性的重要意义以及影响植硅体碳稳定性的因素:不同植被类型产生的植硅体碳的稳定性存在显著差异,不同生长环境下同一植被类型的植硅体碳稳定性也存在差异;古土壤中的植硅体碳稳定性大于幼年中的土壤;植物植硅体的形态组合能够响应土壤盐碱浓度及pH值的变化;湿度和降水等影响植硅体的数量、大小、形态组合以及碳、氧同位素;大气二氧化碳浓度对植硅体的类型、大小比率等产生影响;植硅体的硅铝比值越低,稳定性越高。表1参90     

不同林龄榧树林地土壤碳氮磷化学计量特征

  目的  了解不同林龄榧树Torreya grandis林地土壤碳、氮、磷质量分数及生态化学计量特征的变化,为榧树的经营管理和保护提供基础数据。  方法  以浙江省诸暨市香榧T. grandis‘Merrilli’ 国家森林公园4个不同林龄(0~100、100~300、300~500和＞500 a)的榧树为研究对象,通过野外采集榧树林地不同土层(0~20、20~40和40~60 cm)的土壤样品,分析不同林龄榧树林地土壤碳、氮、磷质量分数及化学计量特征的变化。  结果  ①不同林龄榧树林地土壤碳、氮质量分数分别为10.90~24.22、1.22~2.22 g·kg?1,各土层碳、氮质量分数随林龄变化呈先增加后降低的趋势;不同林龄榧树林地土壤磷质量分数为0.24~0.80 g·kg?1,各土层土壤磷质量分数随林龄变化呈先降低后增加的趋势,但差异均不显著(P＞0.05)。②不同林龄榧树林地土壤碳氮比、氮磷比均值分别为8.59~10.89、3.06~6.16,各土层土壤碳氮比、氮磷比随林龄变化呈先增加后降低的趋势,但差异均不显著(P＞0.05);不同林龄榧树林地土壤碳磷比为31.54~63.72,各土层土壤碳磷比随年龄变化也呈先增加后降低的趋势,部分林龄碳磷比差异显著(P＜0.05)。③榧树各林龄林地土壤碳、氮、磷之间有较强的正相关,碳和氮均达到极显著正相关(P＜0.01),各林龄土壤磷与碳磷比和氮磷比均存在负相关,碳磷比和氮磷比均达到极显著正相关(P＜0.01)。  结论  榧树生长主要受到土壤磷的限制,因此对榧树林经营时,可考虑合理添加磷肥来改善土壤肥力,促进土壤与植物之间养分的良性循环。表4参34     

紫柏山国家级自然保护区不同植被类型土壤碳氮分布特征及其影响因素

  目的  研究陕西省宝鸡市紫柏山国家级自然保护区不同植被类型下土壤碳氮分布特征,探讨其主要影响因素。  方法  以保护区内壤土类型(槲栎Quercus aliena林、华山松Pinus armandii林)和砂质土类型(锐齿栎Q. aliena var. acuteserrata林、栓皮栎Q. variabilis林、白桦Betula platyphylla林)不同土层土壤样品为研究对象,比较5种植被类型下土壤有机碳质量分数、全氮质量分数、土壤碳氮密度和土壤碳氮储量及碳氮比的差异,分析土壤有机碳、全氮、碳氮比与土壤理化性质的关系。  结果  ①壤土区土壤有机碳质量分数、全氮质量分数、土壤碳氮密度及土壤碳氮储量显著高于砂质土区(P＜0.05),其中壤土区各土层从大到小表现为槲栎林、华山松林,砂质土区各土层从大到小表现为白桦林、锐齿栎林、栓皮栎林。②土壤有机碳质量分数、全氮质量分数、土壤碳氮密度及土壤碳氮储量在0~30 cm土层均随土层深度的增加而显著降低(P＜0.05)。③各植被类型不同土层的土壤碳氮比分布无明显规律且差异不显著,碳氮比为9.94~16.23,有机质的矿化能力较强。④土壤含水量、容重是影响土壤有机碳和全氮质量分数的主要因子,土壤含水量、pH是影响碳氮比的主要因子。  结论  不同植被类型下土壤有机碳质量分数、全氮质量分数、土壤碳氮密度及土壤碳氮储量存在显著差异(P＜0.05),土壤含水量是影响土壤有机碳、全氮和碳氮比的关键因子。图4表5参36      

植物生态系统中的植硅体闭蓄有机碳及其在全球土壤碳汇中的重要作用

植硅体闭蓄有机碳（phytolith—occluded organiccarbon,PhytOC）是封存在植硅体中的有机碳。在土壤环境中受到具有高度抗分解能力的植硅体的保护,它可以长期（数千年至万年以上）封存在土壤剖面中,从而成为陆地土壤长期（万年尺度）固碳的重要机制之一。以千年的时间尺度来衡量,估计全球土壤有机碳的平均积累率为2．4g·m^-2．a^-1,其中PhytOC积累贡献了15．0％～37．0％。通过选择种植高产PhytOC的植物物种来增加短期和长期碳汇的途径是存在的。大多数的农作物如大麦Hordeumvulgare,玉米Zeamays,水稻Oryzasativa,高粱Sorghumvulgare,甘蔗Saccharumofficinarum和小麦Triticumaestivum已知是植硅体的生产者。估计全球上述作物每年生产的PhytOC高达（5．08～12．01）×10^6t.a^-1。综述了植物生态系统中PhytOC的形成机制与特征、积累率、提高土壤PhytOC积累率的农学措施及其在全球土壤碳汇中的重要作用。     

油松林土壤有机碳储量变化及其影响因素

  目的  通过探究油松林Pinus tabulaeformis土壤有机碳质量分数和储量的垂直变化和时间变化特征，为油松林土壤碳储量预测和碳汇管理提供理论依据。  方法  基于1980?2017年文献数据，综合运用单因素方差分析、多重比较、相关性分析和通径分析等方法，探讨棕壤和褐土2种土壤类型下油松林土壤有机碳质量分数及储量变化特征，并结合不同时期中国森林经营措施和油松生长特征分析其驱动因素。  结果  油松林土壤有机碳质量分数和储量变化随土层深度增加而显著降低(P＜0.05)，0~20 cm土层是碳库的主要贡献层，占0~60 cm土层土壤有机碳储量的45%~50%；近40 a间土壤有机碳质量分数和储量呈先减少后增加的时间变化特征，其中，2000?2009年为最低点，而后出现较大幅度增加，在2017年达到储量最高点，为247.02 Tg。  结论  土壤容重、土壤全氮和林分郁闭度是油松林土壤有机碳质量分数(储量)变化的主要因素，不同时期森林经营和保护措施对三者的深刻影响是油松林土壤有机碳质量分数和储量呈现明显时间变化的重要原因。图3表5参49     

不同植被恢复模式下光伏电站土壤有机碳储量分布特征

  目的  探究光伏电站环境内不同植被恢复措施下0~40 cm土壤有机碳质量分数和储量的变化特征,为干旱区光伏电站生态治理模式优化配置提供理论依据。  方法  在光伏电站内选取3种人工建植植被样地:樟子松 Pinus sylvestris var. mongolica、黄芪Astragalus membranaceus var. mongholicus、苜蓿Medicago sativa,以未受电站建设干扰的天然植被样地作为对照。  结果  重新建植植被后,樟子松、黄芪和苜蓿样地的土壤有机碳质量分数和储量仍然显著低于对照(P＜0.05),但在这3种植被中,樟子松样地的土壤有机碳质量分数相对于另外2种样地显著增加了4.99和6.80 g·kg?1,而有机碳储量则显著提高了14.52和19.37 t·hm?2 (P＜0.05)。研究区土壤有机碳质量分数和储量整体上随土壤深度增加而显著降低(P＜0.05)。植被类型和土壤深度及其交互作用显著影响研究区的土壤有机碳质量分数。此外,土壤pH和电导率也是影响土壤有机碳质量分数和储量的重要指标。  结论  随着电站内环境治理工作的推进,相比于草本植被,光伏电站内可以通过人工种植樟子松来提高土壤固碳作用,并尽量减少后期的人为干扰。图2表3参39     

杭州西溪湿地植物植硅体产生及其影响因素

在浙江杭州西溪湿地选取18种植物,运用微波消解和Walkley-Black消解相结合的方法,研究了湿地生态系统中不同植物植硅体质量分数及其产生通量变化特征,为沼泽湿地生态系统植硅体碳汇调控提供科学依据。研究结果表明:①18种植物植硅体质量分数有较大的差异（P＜0.05）,其中蒲苇Cortaderia selloana（7.69%）,狗尾草Setaria viridis（7.56%）,三数马唐Digitaria ternata（6.88%）和芦苇Phragmites australis（6.60%）等植硅体质量分数较高,槐叶萍Salvinia natans（1.28%）,美人蕉Canna indica（1.01%）和凤眼莲Halerpestes cymbalaria（1.11%）植硅体质量分数较低。②湿地植物植硅体与其二氧化硅质量分数有较强的正相关性。在湿地生态系统中,选择一种高植硅体质量分数和高生产力的植物芦苇Phragmites australis栽植,对提高地上植物植硅体的产生通量有重要的作用。③在西溪沼泽湿地生态系统中,地上植物植硅体产生通量为4.48 ~ 129.92 gm－2a－1,植硅体封闭碳的产生通量为0.16 ~1.03 gm－2 a-1,植硅体封闭碳的总产生速率为8.29 ta-1。图1表1参35     

杨树人工林生长过程中碳储量动态

为研究不同林龄杨树(populus)人工林林木和土壤碳储量变化规律,了解杨树人工林碳汇能力,对江汉平原4、6和8年生杨树人工林的林木生物量和碳储量、土壤碳质量分数和碳储量进行了测定,结果表明:杨树人工林总碳储量随着林龄的增加而增加,从4年生到8年生杨树人工林总有机碳储量变化范围在41.30～117.08 t/hm2,其中,林木碳储量为13.52～55.67 t/hm2,0～20 cm土层土壤碳储量为27.78～61.41 t/hm2。土壤有机碳储量与大于2 mm的团聚体质量分数及土壤养分中的速效N质量分数呈极显著正相关;与全N和C/N质量分数呈显著正相关;与小于0.25 mm的团聚体质量分数呈显著负相关。     

林火对山西太岳山油松林土壤微生物?酶活性的短期影响

  目的  森林火灾发生后森林生态系统功能的恢复既依赖于林火发生的时间,也取决于林火的类型和强度。在林火干扰后较短时间内研究不同类型火烧迹地的土壤生化特性,对理解地上群落的构建具有重要的生态学意义。  方法  在火灾发生1个月后,分别在林冠火和地表火迹地,按0 ~ 5 cm和5 ~ 10 cm钻取了土壤样品,测定土壤基础呼吸、微生物生物量、土壤酶活性以及理化性状等指标,并估算了土壤微生物的代谢熵。  结果  森林火灾对0 ~ 5 cm的土壤性状具有较大影响。林冠火相比于地表火导致土壤养分有不同程度的增加,并提高了土壤基础呼吸（3.85%）及土壤呼吸速率（47.67%）,同时也增加了胞外酶的活性;但显著降低了含水量（21.95%）及微生物生物量碳（27.98%）、氮（9.65%）。统计分析结果显示,森林火灾通过改变土壤养分含量调控了土壤微生物的活性。  结论  在林火发生后的较短时间内,土壤的养分含量、土壤微生物和胞外酶的活性都维持在较高的水平,尤其在0 ~ 5 cm土层,林冠火的激发作用更强一些;土壤养分与土壤微生物和酶活性之间的正相关关系预示着随火灾发生时间的延长、土壤的理化性状都会得到明显改善。      

山西太岳山油松林土壤质量与有机碳稳定性随林龄的演变特征

  目的  通过分析土壤质量和有机碳稳定性随林龄的变化特征,为合理评估森林生态系统功能的恢复进程提供理论支撑。  方法  选取山西太岳山区域4种林龄（20年、40年、80年和110年生）的油松林,分析其表层土壤的有机碳及其组分、黏粒含量、根系生物量和土壤酶活性等理化指标,以有机碳与黏粒含量的比例表征土壤的物理质量,以惰性有机碳与活性有机碳含量的比值表征土壤有机碳的稳定性。  结果  土壤的水分含量、土壤酶活性、铁铝氧化物含量都随着林龄的增长呈现增大趋势;土壤质量和有机碳稳定性都随着林龄的增长而增大,在0 ~ 10 cm土层,以40年生林地的土壤质量最低,为0.12,110年生林地的最高,为0.40,有机碳稳定也是在40年生林地最低,为2.69,110年生林地最高,为6.72,土壤质量与有机碳稳定性间存在极显著正相关关系。  结论  络合态铁、铝氧化物含量对土壤有机碳稳定性的提高发挥了积极的促进作用,而土壤水分、根系生物量和土壤酶活性则对土壤质量的改善发挥的作用更强一些。      

封育年限对毛竹林凋落物和土壤持水效能的影响

  目的  探讨自然封育对毛竹Phllostachys edulis林凋落物和土壤持水效能的影响,为评价不同类型毛竹林水源涵养功能提供科学依据。  方法  以空间代替时间的方法,以浙江省杭州市余杭区不同封育年限(10、20、30 a)和常规经营(对照)的毛竹林为对象,研究不同封育年限对毛竹林凋落物层和土壤层持水性能的影响。  结果  自然封育提高了毛竹林凋落物的持水能力,与对照相比,毛竹林凋落物储量、最大持水量、有效拦蓄量分别增加了85.7%~300.7%,92.0%~402.8%,87.7%~377.6%(P＜0.05)。自然封育后毛竹林土壤的非毛管孔隙度显著增大(P＜0.05),表层(0~30 cm)土壤容重显著降低(P＜0.05),毛竹林土壤非毛管持水量显著增加(P＜0.05);自然封育20 a后表层(0~30 cm)土壤最大持水量比常规经营显著提高了18.1%~33.2%(P＜0.05)。  结论  自然封育能显著提高凋落物的持水能力和表层土壤的持水效能,且随着封育年限的延长水源涵养功能增强。图4表4参25     

不同生长阶段尾巨桉人工林土壤-微生物化学计量特征

  目的  研究幼龄林、成熟林和过熟林阶段尾巨桉Eucalyptus urophylla × E. grandis人工林土壤化学性质及土壤微生物化学计量特征,以丰富桉树林生态系统生态化学计量学领域的基础研究。  方法  以雷州半岛3个处于不同生长阶段的尾巨桉人工林为研究对象,测定0~20、20~40和40~60 cm土层土壤化学性质及土壤微生物碳、氮、磷质量分数,分析土壤及微生物化学计量关系特征。  结果  尾巨桉人工林土壤有机碳、全氮、全磷和土壤微生物碳、氮、磷质量分数均值均以过熟林最高,分别为20.15、1.47、0.88 g·kg?1和583.09、55.20、28.03 mg·kg?1,不同生长阶段差异性特征并不一致。土壤有机碳、全氮、全磷和土壤微生物碳、氮、磷质量分数的垂直变化呈现“表层聚集性”特征,不同生长阶段的土层间差异性元素类别表现不一。成熟林土壤碳氮比(C_soil/N_soil)和碳磷比(C_soil/P_soil)均值分别为10.52和19.25,显著低于幼龄林和过熟林(P＜0.05);过熟林氮磷比(N_soil/P_soil)均值为1.67,显著低于幼龄林和成熟林(P＜0.05)。过熟林土壤微生物碳磷比(C_mic/P_mic)、氮磷比(N_mic/P_mic)均值分别为21.25、2.00,均显著低于其他2个阶段(P＜0.05)。不同生长阶段土壤微生物碳与土壤有机碳比值(C_mic/C_soil)无显著差异,土壤微生物氮与土壤全氮比(N_mic/N_soil)和土壤微生物磷与土壤全磷比(P_mic/P_soil)均为过熟林显著低于其他阶段(P＜0.05)。冗余分析表明:幼龄林、成熟林和过熟林土壤微生物的首要影响因子分别为C_soil、C_soil/P_soil和N_soil。  结论  尾巨桉人工林土壤微生物生物量在过熟林阶段最高,土壤微生物生物量与土壤化学性质关系密切,林分不同生长阶段土壤微生物受土壤影响的指标和程度具有差异性,生长后期应注重养分有效性对土壤微生物生长繁殖的影响。图4表2参54