不同人工林凋落叶混合分解速率及其C,N释放动态

对岷江上游连香树、糙皮桦、云南松和云杉4种主要人工林凋落叶进行了凋落叶混合分解试验,探讨了凋落叶混合分解过程中的残留率以及分解过程中C,N含量和C,N释放率的动态变化,为试验区最佳混交树种的选择提供理论指导.结果表明,不同凋落叶分解速率存在显著差异.糙皮桦与云杉,糙皮桦与云南松,连香树与云南松凋落叶混合后对分解过程具有明显的促进作用,连香树与云杉凋落叶的混合对分解的促进作用不明显.放置于阔叶林地的针阔混合凋落叶分解速率较之放置于针叶林地快,且针阔混交有益于凋落叶的分解.在分解过程中凋落叶C含量呈减小趋势,但其释放率反之;N含量在分解过程中,连香树、云杉、云南松凋落叶表现为增加(富集)减小(释放)趋势,糙皮桦表现为减小—增大—减小的变化趋势.针阔林地凋落叶混合后促进了针叶林地凋落叶C和N的释放.     

放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分析

以内蒙古贝加尔针茅草原、大针茅草原和克氏针茅草原为研究对象,采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸（PLFA）分析方法研究了放牧与围栏条件下内蒙古针茅草原土壤微生物生物量和群落结构特征的变化情况。研究表明放牧与围栏草地土壤微生物生物量和群落结构差异显著。氯仿熏蒸法分析结果表明内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳的含量介于166.6-703.5mg·kg^-1之间,微生物生物量氮含量介于30.34-92.15mg·kg^-1之间,其中贝加尔针茅草原土壤微生物生物量碳、氮最高,大针茅草原次之,克氏针茅草原则最低。放牧条件下,贝加尔针茅草原、大针茅草原土壤微生物生物量碳、氮显著低于围栏草地,克氏针茅草原则无显著变化。PLFA分析结果显示,内蒙古针茅草原土壤微生物群落PLFAs种类、含量丰富,共检测出28种PLFA生物标记磷脂脂肪酸,并且以直链饱和脂肪酸和支链饱和脂肪酸为主,相对含量占总量的2/3左右,其中贝加尔针茅草原土壤微生物含量最丰富,其围栏样地土壤的PLFA含量达到27.3nmol·g-1,大针茅草原和克氏针茅草原依次降低。围栏条件下,各类型草原土壤细菌脂肪酸与总PLFA含量均显著高于放牧草地,真菌脂肪酸含量则因草原类型不同各有差异;放牧导致各类型草原革兰氏阳性细菌PLFAs/革兰氏阴性细菌PLFAs（GPPLFAs/GNPLFAs）比值显著降低,而除了克氏针茅草原,细菌PLFAs/真菌PLFAs比值则显著升高。PLFAs主成分分析表明,放牧和围栏处理对内蒙古针茅草原土壤微生物群落结构产生影响,且围栏处理的影响程度大于放牧处理。经相关分析表明,氯仿熏蒸法和PLFA分析方法之间有很好的一致性,且土壤微生物PLFAs与土壤有机质、全磷、硝态氮显著相关。     

土壤微生物群落结构对凋落物组成变化的响应

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,明确凋落物多样性如何影响土壤微生物群落构成和多度,继而潜在地改变凋落物分解的微生物学机制有助于认识生物多样性和森林生态系统功能的关系。通过小盆模拟试验,应用磷脂脂肪酸谱图的方法研究了我国南方红壤丘陵区典型物种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎和青冈的凋落物混合,与单一针叶凋落物分解时相比,针阔混合凋落物分解过程中土壤微生物群落结构的变化,结果显示:(1)针阔混合凋落物分解时土壤微生物群落磷脂脂肪酸(Phospholipidfatty acids,PLFA)总量低于单一针叶处理,细菌和放线菌的相对多度高于单一针叶处理,真菌则相反,群落真菌/细菌低于单一针叶处理,土壤微生物生物量的差异主要来自于真菌;(2)主成分分析表明:针阔混合凋落物分解与单一针叶凋落物分解的土壤微生物群落结构差异显著,两个时期(分解9个月和18个月)主成分一分别可以解释65.74%和89.63%的变异,第一主成分主要包括18∶2ω6,9、18∶1ω9c、17∶0和10Me18∶0等磷脂脂肪酸;(3)土壤微生物群落结构受凋落物初始C/N和木质素/N调控,土壤微生物群落细菌的相对多度与凋落物初始C/N和木质素/N显著负相关,真菌则与凋落物初始C/N和木质素/N显著正相关,群落真菌/细菌与凋落物初始C/N和木质素/N显著正相关。针阔凋落物混合分解通过改变凋落物C/N和木质素/N,提供了对分解者更为有利的微环境。     

模拟增温对C_3/C_4植物种子出苗和幼苗生长的影响

以内蒙古草原群落中共存的不同生活型的两组C3/C4植物即草本本氏针茅(Stipa bungeana)/白羊草(Bothriochloa ischaemum)和小半灌木冷蒿(Artemisia frigida)/木地肤(Kochia prostrata)为研究对象,采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,观测两组植物从种子出苗至幼苗早期生长及生物量积累与分配特征,分析不同光合类型植物的种子出苗及幼苗生长对气温升高的响应。结果表明:⑴与C3植物(本氏针茅和冷蒿)相比,C4植物(白羊草和木地肤)在增温下的出苗率和出苗速率均显著增加(P0.05),出土幼苗死亡速率显著降低(P0.05),出苗优势较大。⑵不同光合类型植物的幼苗生长对增温的响应方式不同,增温处理下,C3植物幼苗的株高极显著增加(P0.01),而C4植物幼苗的叶片长度、单叶面积均显著增加(P0.05)。⑶增温处理对C3植物幼苗的生物量积累影响较小,但能明显促进C4植物幼苗的地上部分生物量积累。⑷增温处理使C3植物冷蒿的根生物量分配显著增加(P0.05),而其它3种植物幼苗的生物量分配未发生明显变化。由此可以预测,未来气温升高2℃更有利于C4植物的出苗与生长。研究结果可为气候变化下C3/C4植物的种类组成、分布与适应性的深入研究提供依据。     

马缨杜鹃不同花叶比例凋落物的分解程度和持水性能研究

为揭示马缨杜鹃花叶凋落物对百里杜鹃保护区生态水文功能的影响,采用凋落物分解袋法及室内浸泡法对马缨杜鹃花、叶凋落物分解过程中的持水性能进行研究。结果表明:(1)马缨杜鹃花叶混合凋落物的累积分解率随分解时间及花比例的增加而增加,各花叶混合凋落物累积分解率在纯花及纯叶凋落物之间变化。(2)马缨杜鹃花叶混合凋落物的持水率与浸水时间呈对数函数关系(R=aln t+b,R~20.80),浸水初期2 h内迅速增加,2～8 h时缓慢增加,8 h后趋于平缓并逐渐达到饱和;而凋落物的持水速率均随着浸泡时间的增加而下降,持水速率与浸泡时间呈幂函数关系(V=kt~n,R~20.99),持水速率在浸水初期4 h最大,后逐渐趋于一致;(3)马缨杜鹃花叶混合凋落物最大持水率随着分解时间及花比例的增加逐渐升高,但不同花叶比例凋落物持水率的差异逐渐减小;(4)马缨杜鹃花叶凋落物最大持水量受分解率和最大持水率的共同调控,在分解0～360天时随花比例增加而增加,分解450天后花叶比例不再影响马缨杜鹃林下凋落物层的最大持水量。整体来看,马缨杜鹃花凋落物对叶凋落物分解及花叶凋落物持水功能有很大的影响,对花凋落物进行回收利用不宜超过现存量的50%。     

密度调控对华北落叶松人工林枯落物水文特征的影响

为探究密度调控措施对华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr)人工林枯落物水文效应的影响,以山西太岳山好地方林场35年生华北落叶松(L.principis-rupprechtii)人工林为研究对象,采用样地调查和室内浸泡法分析了不同密度调控处理下未分解层和半分解层枯落物储量、枯落物持水特征、枯落物持水量和持水速率及其与浸水时间的关系。结果表明:(1)4种密度调控处理枯落物储量由大到小依次为轻度密度调控处理(LT)中度密度调控处理(MT)重度密度调控处理(HT)对照处理(CK),不同强度的密度调控处理有利于林分凋落物的产生;(2)CK、LT、MT和HT的最大持水率分别为214.30%,219.28%,256.95%和249.50%,最大持水量分别为125.24,186.24,197.68,157.96t/hm2,有效拦蓄量分别为56.06,72.46,82.59,58.47t/hm2;(3)半分解层枯落物持水量均高于未分解层,而不同密度调控处理对未分解层枯落物的持水过程影响并不显著,MT处理下半分解层枯落物持水量明显高于LT、HT和CK处理;(4)枯落物持水速率与浸水时间之间存在明显的幂函数关系,半分解层相对未分解层具有更强的持水能力,不同密度调控处理对枯落物持水速率的影响并不显著。     

氮沉降下滇中高原森林凋落物分解特征对其持水性的影响

研究模拟氮沉降下凋落物分解特征对其持水性的影响，旨在为氮沉降背景下森林生态系统养分循环和水分循环相关研究提供理论依据。以滇中高原常绿阔叶林和高山栎林为研究对象，在野外开展模拟氮沉降下凋落叶、枝原位分解研究试验，设置0(对照CK),10(低氮LN),20(中氮MN),25(高氮HN) g/(m²·a)N共4种处理，利用尼龙网袋法和室内浸泡法，探究不同处理下凋落叶、枝质量残留率、持水量和持水率及吸水速率变化特征。结果表明：(1) 2种林分凋落叶、枝质量残留率随分解时间延长而减少；与CK质量残留率相比，LN处理2种林分凋落叶、枝无显著影响(p>0.05),MN和HN处理使常绿阔叶林凋落叶分解第16,19,23,24个月和HN处理高山栎林凋落叶分解第16个月分别增加5.05%～7.45%,7.88%～8.62%,4.72%。(2)与CK分解95%所需时间相比，LN处理使常绿阔叶林凋落叶、枝和高山栎林凋落枝分别增加0.549,0.366,0.402年，高山栎林凋落叶则减少1.011年，MN和HN处理使2种林分落叶、枝增加0.236～3.638年。(3)分解时间和氮沉降...     

增温对不同作物秸秆在土壤中分解速率的影响及模拟

  【目的】  研究增温对不同作物秸秆在土壤中分解速率的影响。  【方法】  于2019年11月至2020年10月进行两个生长季的田间填埋试验,观测增温和对照处理下玉米、红薯、大豆秸秆在夏熟作物生长季的分解率以及冬小麦、大蒜、油菜秸秆在秋熟作物生长季的分解率,并以秸秆初始碳含量、氮含量、碳氮比、木质素含量模拟不同处理下不同作物秸秆的分解速率系数。利用模型模拟得到的分解速率系数k值进一步模拟增温和对照处理下不同作物在填埋后不同天数的剩余秸秆质量,将剩余秸秆质量的模拟值与观测值进行回归分析以评估模型模拟效果。  【结果】  增温对玉米、红薯、冬小麦秸秆初期分解率具有显著(P < 0.05)促进作用,而对这3种作物秸秆在其他时间段的分解率无显著影响。增温对油菜秸秆在整个生长季的分解率具有显著(P = 0.029)促进作用。增温对大豆、大蒜秸秆在整个生长季的分解率无显著(P > 0.05)影响。增温对6种作物秸秆分解速率系数均无显著(P > 0.05)影响,而不同作物秸秆分解速率系数之间存在显著(P < 0.05)差异。无论是对照还是增温条件下大蒜秸秆分解速率系数均最高,而大豆秸秆分解速率系数最低,大蒜秸秆分解速率系数超过大豆秸秆2倍。以不同作物秸秆碳含量(C)、氮含量(N)、碳氮比(C/N)、木质素含量(L)为因变量,采用多元线性回归,可得不同处理下不同作物秸秆分解速率系数的模拟方程 (k = ?1.073C+7.315N+0.223C/N?0.004L+33.900),该方程可模拟92.1% (R2 = 0.921, P < 0.001)的秸秆分解速率变异,描述模拟值和观测值之间关系的线性回归方程斜率非常接近1∶1线。利用模拟得到的秸秆分解速率系数k值对本研究填埋试验中观测的不同填埋天数后的剩余秸秆质量进行验证分析,可见增温和对照处理下不同作物剩余秸秆质量模拟值和观测值具有非常好的一致性(R2 = 0.922,P < 0.001),表明该模拟方程可有效模拟秸秆分解动态。  【结论】  增温比对照显著增加了玉米、红薯和冬小麦秸秆在分解初期的分解率,并增加了油菜秸秆在整个生长季的分解率,但对大豆、大蒜秸秆在整个生长季的分解率没有显著影响。作物秸秆的分解速率系数可用秸秆碳氮含量、木质素含量以及碳氮比进行模拟,用分解速率系数的模拟方程可有效估算对照和增温处理下不同作物秸秆在填埋后不同天数的剩余秸秆质量。     

森林凋落物分解研究进展

 森林凋落物分解是森林生态系统养分生物循环的重要环节,而分解过程中所释放的CO2是全球碳素收支的重要组分,开展森林凋落物分解研究是充分认识森林生态系统结构和功能的基础。研究认为:凋落物分解的预测指标可分为3类,即环境指标(如实际蒸散量)、凋落物物理质量(如叶抗张强度)和化学质量指标(如C/N比、木质素/N比和C/P比等);凋落物分解过程中养分释放机制极其复杂,养分动态模式主要有淋溶—释放、淋溶—富集—释放和富集—释放3种,并因凋落物种类、分解阶段和元素本身性质的不同而异;凋落物混合分解并非单一树种分解的简单叠加,因树种组成和比例不同,基质的化学组成会发生变化,从而影响分解者的多样性、丰富度和生理活性,进而直接和间接地影响其分解速率;凋落物混合分解中可能存在无效应、促进效应和抑制效应;现有的研究结果显示,凋落物混合分解的适宜比例应与群落中不同树种的种群比例相一致;CO2浓度升高不仅影响凋落物的化学性质,而且与分解环境中土壤的生物活性密切相关,但CO2浓度升高并不改变凋落物质量与分解速率之间的关系;越来越多的研究显示,CO2浓度升高的环境下,植物群落的物种组成会产生变化,这种变化对养分循环速率的影响远大于单纯大气CO2浓度变化的影响。     

模拟增温和增雨对冷蒿营养元素分配的影响

通过野外控制温度和降雨条件模拟气候变化,设计4种试验处理,研究对照（CK）、增温（＋2℃,IR）、增雨（＋ 120mm,W）和增温＋增雨（IRW）处理对冷蒿（Artemisia frigida Willd.）不同部位（生殖枝与营养枝）营养元素吸收和分配的影响.结果表明：增温、增雨及其耦合作用对冷蒿不同部位营养元素的吸收和分配存在显著差异（P＜0.05）;与对照相比,增温效果不显著,而增雨显著影响冷蒿对N、K、Mg、Zn、Fe、Mn、Ni元素的吸收和分配（P＜0.05）;冷蒿不同部位对N、K、Mn吸收与分配比例存在显著差异（P＜0.05）,但是增温、增雨与不同部位之间无明显耦合作用.说明长期增温与增雨通过改变土壤水分、温度、养分状况和植物内在生长节律,直接或间接影响植物对营养元素的吸收和分配过程.     

吴旗柴沟流域植被物种多样性研究

为了解吴旗县植被自然恢复的基本过程及其物种多样性变化,对该县柴沟流域封禁多年的植物群落进行了研究,结果表明:柴沟流域植物种主要以猪毛蒿、达乌里胡枝子、赖草、铁杆蒿为主,阳坡的植被演替规律为猪毛蒿+狗尾草+华虫实→赖草+猪毛蒿(达乌里胡枝子、铁杆蒿、隐子草)→达乌里胡枝子+赖草(百里香、冷蒿、角蒿、铁杆蒿),阴坡植被恢复的演替规律为猪毛蒿(达乌里胡枝子、赖草)→铁杆蒿(冷蒿)。柴沟流域阴坡群落的物种丰富度、多样性、均匀度都较高,阳坡较低,混交林地的丰富度最大、均匀度最小。     

模拟增温增雨对克氏针茅草原土壤呼吸的影响

利用开顶式生长室（OTC）于2011年7-9月和2012年5-9月两个植物生长季在以克氏针茅（Stipa krylovii）为主要建群种的典型草原进行模拟增温和增雨的控制试验,以探讨增温和增雨及其交互作用对内蒙古克氏针茅（S.krylovii）草原土壤呼吸的影响。结果表明：（1）土壤呼吸速率日内变化和逐日变化均呈单峰曲线趋势,全天15：00达到最高值（2.26μmol·m-2·s-1）,生长季8月初达到最高值（5.51μmol·m-2·s-1）。9：00-11：00土壤呼吸速率能较好代表全天24h均值。（2）与对照相比,增温1.91℃使土壤呼吸速率降低19.0%,且白天降幅大于夜间。增雨20%使土壤呼吸速率较对照增加18.6%。而增温增雨（气温增加1.64℃,降雨量增加20%）处理下,土壤呼吸速率较对照增加13.0%。（3）土壤呼吸速率与土壤含水量、土壤温度均具有显著相关关系。约79%的土壤呼吸速率是由土壤温度和土壤含水量共同决定的,其中以土壤含水量为主（R2=0.797,P〈0.001）。气温升高使土壤含水量降低,间接导致土壤呼吸速率下降。研究结果可为典型草原科学应对气候变化和草地畜牧业可持续发展提供依据。     

Nonadditive effects of litter mixtures on decomposition and correlation with initial litter N and P concentrations in grassland plant species of northern China

We studied the occurrence of nonadditive effects of litter mixtures on the decomposition (the deviation of decomposition rate of litter mixtures from the expected values based on the arithmetic means of individual litter types) of litters from three plant species (i.e., Stipa krylovii Roshev., Artemisia frigida Willd., and Allium bidentatum Fisch. ex Prokh. & Ikonn.-Gal.) endemic to the grassland ecosystems of Inner Mongolia, northern China and the possible role of initial litter N and P on such effects. We mixed litters of the same plant species that differed in N and P concentrations (four gradients for each species) in litterbags and measured mass losses of these paired mixtures after 30 and 80 days under field conditions. We found the occurrence of positive, nonadditive effects of litter mixtures and showed that the magnitude of the nonadditive effects were related to the relative difference in the initial litter N and P concentrations of the paired litters.     

沙地固定过程不同阶段优势植物种生态特性的比较研究

流动沙地、半固定沙地、固定沙地是沙地固定过程几个明显的阶段，每一阶段发育着典型的群落类型，沙米(Agriophyllum squarrosum)、差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)、隐子草(Cleistogenes squarrosa)分别是流动沙地、半固定沙地、固定沙地上群落的优势种。沙米种子圆而扁平的形态．种子萌发后胚根的快速伸长。是其适应流动沙地风沙环境的主要特征。沙埋促进生长，生长对水分条件的快速反应以及全季生长型特征是差巴嘎蒿在半固定沙地繁茂生长的主要原因。而隐子草则以增加根系生物量投入比例、须根系形态及其分布的浅表化来适应固定沙地的旱化土壤水分条件。     

Warming effects on the early decomposition of three litter types,Eastern Tibetan Plateau,China

Temperature and litter quality are two of the key factors controlling litter decomposition. Predicted global warming and vegetation succession will therefore have profound impacts. This study was conducted to assess effects of experimental warming on litter decomposition and nutrient dynamics of two contrasting tree species (red birch, Betula albosinensis Burk., and dragon spruce, Picea asperata Mast.) and a mixture of the two with the heating cable method in the eastern Tibetan Plateau of China. This treatment raised surface soil temperature by 3.2°C and resulted in a 5.2% decline in soil moisture 10 cm below the soil surface. The water content of dragon spruce, red birch and mixed litter was decreased by 18, 11 and 13%, respectively. Marked differences between the two species in the decomposition rates and nutrient remaining percentages were detected. Moreover, we found positive, non‐additive effects of litter mixture. Experimental warming did not affect mass loss and nutrient release of dragon spruce litter but significantly increased mass loss and affected nutrient release of red birch and mixed litter during the early decomposition period. Overall, inter‐specific (red birch and dragon spruce) differences in decomposability were substantially larger than warming‐induced responses. Thus, a warming‐induced community succession towards dragon spruce forests in the Tibetan Plateau region could have a greater impact on early litter decomposition than warming itself.     

荒漠草原不同放牧制度群落稳定性研究

在短花针茅荒漠草原,对比研究了不同放牧制度群落植物重要值和多样性,研究结果表明:划区轮牧和对照区重要值较高的植物为短花针茅、无芒隐子草、碱韭和糙隐子草,自由放牧区1年生植物重要值较高;2002年Shannon-Wiener、Simpson和Pielou群落多样性指数自由放牧区偏高于轮牧区,但从3种指数的影响因子重要值的分布上看,轮牧区主要分布在建群种和优势种上,自由放牧区分布在建群种、伴生种和1年生植物上,可以认为轮牧条件下群落环境更稳定.     

克氏针茅草原生态系统生长季碳通量变化特征

植被和大气之间CO2通量的观测有助于理解陆地生态系统的碳循环及其控制机理。以中国北方典型草原克氏针茅草原为研究对象,以涡度相关法为主要技术手段,探讨了2008年生长季内克氏针茅草原净生态系统碳交换（NEE）的变化特征。结果表明,克氏针茅草原生态系统CO2通量的日变化进程可以依据高峰出现的时间分为两种,一种具有一个吸收高峰,出现在11：00左右,另一种则具有两个吸收高峰,在正午前后出现碳释放现象。2008年克氏针茅草原生态系统最大的CO2吸收速率为-0．4mg·m^-2·s^-1。克氏针茅草原在4月和10月的NEE昼夜变化比较平缓,在5—9月日间CO2吸收量和夜间CO2排放量都开始增大,出现了明显的CO2日吸收峰值,但各月的日动态格局差异较大。2008年生长季中7—9月白天碳吸收活动最强,6—9月夜间CO2释放量较大。克氏针茅草原碳通量日累积量在2008年出现了3个明显的碳吸收峰;NEE的日最大累积吸收量和最大累积释放量分别为-2．38和1．47gC·m^-2·d^-1,并且出现在植被生长最旺盛的7、8月份。研究表明,温度和水分是影响克氏针茅草原生态系统碳通量变化的重要因子。     

Carbon and nitrogen turnover in response to warming and nitrogen addition during early stages of forest litter decomposition—an incubation experiment

Purpose

Little is known about the interactive effects of temperature, nitrogen (N) supply, litter quality, and decomposition time on the turnover of carbon (C) and N of forest litter. The objective of this study was to investigate the interactive effects of warming, N addition and tree species on the turnover of C and N during the early decomposition stage of litters in a temperate forest.

Materials and methods

A 12-week laboratory incubation experiment was carried out. The leaf litters including two types of broadleaf litters (Quercus mongolica and Tilia amurensis), a needle litter (Pinus koraiensis), and a mixed litter of them were collected from a broad-leaved Korean pine mixed forest ecosystem in northeastern China in September 2009. Nine treatments were conducted using three temperatures (15, 25, and 35 °C) combined with three doses of N addition (equal to 0, 75, and 150 kg?·?ha^?1?a^?1, respectively, as NH₄NO₃).

Results and discussion

After 12 weeks of incubation, the mass loss ranged between 12 and 35 %. The broadleaf litters had greater mass loss and cumulative CO₂–C emission than the needle litter. Temperature and N availability interacted to affect litter mass loss and decomposition rate. The dissolved organic carbon (DOC) and nitrogen (DON) concentrations in litter leachate varied widely with litter types. DOC increased significantly with increased temperature but decreased significantly with increased N availability. DON increased significantly with increased N availability but showed a higher level at the moderate decomposition temperature. The amounts of CO₂ and N₂O emission were significantly higher at 25 °C than those at 15 and 35 °C, and were significantly increased by the N addition.

Conclusions

The present study indicated relatively intricate temperature and N addition effects on C and N cycling during early stages of litter decomposition, implying that future increases in temperature and N deposition will directly affect C and N cycling in broad-leaved Korean pine mixed forest ecosystem, and may indirectly influence the ecosystem composition, productivity, and functioning in NE China. It is, therefore, important to understand the interactive effects of biotic and abiotic factors on litter decomposition in field conditions in order to assess and predict future ecosystem responses to environmental changes in NE China.