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2018年 第29卷 第7期    刊出日期：2018-07-18

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2018, 29(7):  0. 

摘要 ( 192 )   PDF (459KB) ( 47 )  

研究报告

吉林磨盘山次生落叶阔叶林群落特征和稳定性分析

陆龙龙, 郭忠玲, 范春楠, 郑金萍

2018, 29(7):  2079-2087.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.006

摘要 ( 773 )   PDF (1060KB) ( 438 )  

东北地区的次生落叶阔叶林一般是由阔叶红松林干扰后形成的,这一群落类型在长白山林区具有广泛的分布.为了解东北次生落叶阔叶林的组成、结构与稳定程度,按照CTFS样地建设标准,于2005年在吉林磨盘山建立了一块5.76 hm² (240 m×240 m)的长期监测样地.本研究以样地内所有胸径(DBH)≥1 cm的木本植物为对象,分析了物种组成、径级结构、主要树种的存活曲线及群落稳定性.结果表明: DBH≥1 cm的木本植物共有39种13368株,隶属于19科31属.重要值≥1的物种有12种,群落树种组成复杂,表现出明显的阔叶混交杂木林特征.种间多度相差较大,稀有种和偶见种的比例分别为23.1%和43.6%.样地内所有个体的径级分布呈倒“J”型,表示群落的生长状态稳定、正常.6个主要树种中花曲柳、蒙古栎、色木槭和怀槐径级结构也呈倒“J”型,胡桃楸近于正态分布,春榆为“L”型分布.结合6个主要树种的存活曲线发现,花曲柳、蒙古栎、色木槭和怀槐为稳定种群,胡桃楸为衰退种群,春榆为增长种群.利用改进M-Godron法对群落的稳定性分析表明,该群落目前处于相对稳定状态.

气候变化、林火和采伐对大兴安岭森林碳储量的影响

黄超, 贺红士, 梁宇, 吴志伟

2018, 29(7):  2088-2100.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.036

摘要 ( 626 )   PDF (9942KB) ( 58 )  

大兴安岭林区林火发生的频率受气候变化的影响将会增加,可能会增加该地区森林生态系统碳损失.本研究通过耦合森林生态系统模型和森林景观模型以模拟未来百年大兴安岭森林碳储量动态变化,量化气候变化、林火和采伐对森林碳储量的影响.结果表明: 虽然采伐和林火会抵消相当一部分由气候变化增加的碳储量,但气候变化仍然能够增加大兴安岭森林碳储量.未来100年该地区森林地上和土壤有机碳储量将会分别增加9%～22%和6%～9%.短期(0～20年)气候变化对大兴安岭森林碳储量的影响大于同期林火的影响,中期(30～50年)和长期(60～100年)气候变化对森林碳储量的影响小于林火和采伐的影响.由于未来大兴安岭地区气候变化及其林火干扰存在不确定性,导致未来该地区森林碳储量存在较大的不确定性.未来100年大兴安岭森林地上碳储量和土壤有机碳储量不确定性分别为12.4%～16.2%和6.6%～10.4%.为准确估算我国北方森林生态系统碳储量,需要考虑种子传播、林火和采伐的影响.

渐危植物浙江楠群落结构及叶片性状多样性

陆云峰, 裴男才, 朱亚军, 柏志靓, 杨安娜, 张俊红, 楼炉焕, 童再康

2018, 29(7):  2101-2110.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.013

摘要 ( 575 )   PDF (676KB) ( 28 )  

浙江楠为商品材“金丝楠木”的原植物之一,天然分布区窄,属国家二级保护渐危种,在全球气候变化背景下,研究其天然种群所在森林群落的结构特征及其多样性具有重要意义.本研究以浙江楠天然分布区内13个典型种群为对象,研究其所在群落的群落结构特征、物种多样性和叶片表型变异特征.结果表明: 浙江楠天然种群所在群落的结构复杂,物种多样性较高,13个群落的16块样地内共有维管束植物87科162属235种,其中种子植物79科151属221种;重度干扰导致浙江开化、浙江临安等群落的乔木层物种多样性指数显著低于其他群落,而中度干扰提高了福建建宁群落灌木层物种多样性,轻度干扰则利于浙江楠种群自然更新.叶片表型作为楠木属植物重要的分类依据,叶片表型性状在种群间、种群内均存在丰富变异,平均变异系数为17.2%,变异幅度为10.4%～27.5%.种群间的变异(53.6%)大于种群内的变异(17.0%),平均表型分化系数为75.1%,种群间变异是浙江楠叶片表型变异的主要来源.基于欧式距离(10 cm)将13个天然种群划分为两大类群,但变异呈随机性.

湖南省阳明山山顶苔藓矮林物种组成与多样性的十年动态

陈艳华, 龙岳林, 彭重华

2018, 29(7):  2111-2120.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.040

摘要 ( 440 )   PDF (760KB) ( 32 )  

于2005年在湖南省阳明山国家级自然保护区的阳明山山顶苔藓矮林聚集区建立了3块样地,从物种数量特征、物种重要值、径级结构、高度结构和物种多样性等方面分析了2005—2016年苔藓矮林物种组成和多样性的变化.结果表明: 从2005年到2016年,样地内乔木层植物基径(DGH)≥1.0 cm的个体数量减少了30.9%,其中减少率最大的物种为荚蒾,达到98.6%,减少率最小的物种是云锦杜鹃,为1.8%.样地内的物种数有所上升,但均匀度下降.除云锦杜鹃重要值增加外,其余各物种的重要值在10年后均大幅下降,云锦杜鹃为山顶苔藓矮林的优势种.矮林内物种的径级分布以1 cm 等级排列,整个矮林的物种表现为小径木(1 cm≤DGH＜6 cm)个体数量多,而中径木(6 cm≤DGH＜15 cm)和大径木(15 cm≤DGH)个体数量少的特点.云锦杜鹃的径级结构呈倒“J”型,群落高度增高,表现出稳定和发展良好的趋势;而其他物种更新不良,径级结构不规律.整体上,样地Patrick和Menhinick物种丰富度指数和Simpson指数上升,Shannon指数和Pielou指数下降.

采伐林窗对白云山3种人工林林下植物多样性的早期影响

杜有新, 刘伟, 王军峰, 尤根彪, 叶和军, 练发良, 何小勇

2018, 29(7):  2121-2128.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.035

摘要 ( 454 )   PDF (705KB) ( 41 )  

马尾松、杉木和毛竹是长江流域低山丘陵地区的主要用材树种,其人工林群落结构简单和生物多样性低下是普遍存在的生态学问题.为了解采伐林窗对3种人工林林下植物多样性的影响,选择生境条件基本一致的3种林分,以林下为对照,比较了通过采伐获得的不同大小林窗间植物生活型构成和多样性差异.结果表明: 采伐林窗后2年,3种林分中杉木林的植物种类最多,达57种,其次是毛竹林(53种)和马尾松林(41种).在采伐林窗初期,杉木林和毛竹林林窗内物种数显著高于对照,但马尾松林林窗与对照没有显著差异.500 m²林窗内的高位芽植物比例显著高于其他林窗,250 m²林窗内地面芽和一年生植物比例较高,而50 m²林窗内地下芽植物的比例较高.相同林分不同大小林窗之间物种相似度高于其与对照之间,也高于与其他林分林窗之间;林分林窗与其他林分对照的相似度普遍较低.不同大小林窗下物种丰富度、Simpson生态优势度、Shannon多样性指数均存在显著差异;林分类型对物种丰富度和Shannon多样性指数有显著影响,但对Simpson生态优势度没有影响;林窗大小和林分类型的交互作用对所有指数均无显著影响.通过采伐林窗,林下植物生活型谱发生了变化,植物多样性水平有所提高.

冠层结构和光环境的时空变化对紫耳箭竹种群特征的影响

黄慧敏, 董蓉, 何丹妮, 向运蓉, 张小晶, 陈娟, 陶建平

2018, 29(7):  2129-2138.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.025

摘要 ( 461 )   PDF (921KB) ( 36 )  

选择金佛山国家自然保护区内落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林3种典型群落类型,研究冠层结构和光环境特征,以及林下优势种——紫耳箭竹的种群特征.结果表明: 随着落叶阔叶林→常绿落叶阔叶混交林→常绿阔叶林的演替,Shannon多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou指数呈增加趋势,表明群落趋于稳定发展的状态;冠层结构特征也发生了显著改变,冠层开度和平均叶倾角减小,叶面积指数增加,冠层的消光能力增强,林下光照水平降低.上层林冠是造成林型郁闭的主要原因,其中冠层厚度和冠层面积是2个主要的影响因素.冠层结构与林下光照指标显著相关,对林下散射光的影响最大.冠层开度、林下光照条件均随着生长季的到来而下降,而叶面积指数呈现增长的趋势,峰值出现在6、7月;平均叶倾角在春季达到最大值,在夏季为最小值.紫耳箭竹的生长与冠层结构和光环境密切相关,其在光照适中的常绿落叶阔叶混交林中生长得最好,分株粗壮、密度大(29.69±1.68株·m^-2),地下茎拓展能力强;落叶阔叶林中的强光环境可能造成土壤水分缺失,从而对其生长产生影响;而在常绿阔叶林的低光环境下紫耳箭竹分株矮小,密度小(5.80±1.16株·m^-2),克隆扩展能力降低.在森林结构演变的过程中,冠层结构发生了明显的改变,显著影响林下光环境,过度的低光环境对紫耳箭竹种群的更新和发展有限制作用.

亚热带森林土壤理化性质的异质性和最佳取样量

张广杰, 巢林, 张伟东, 汪思龙, 余鑫, 郑文辉

2018, 29(7):  2139-2148.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.018

摘要 ( 447 )   PDF (1031KB) ( 56 )  

准确获取最佳取样量有助于提高土壤理化性质的测量精度.采用经典统计学方法,研究了亚热带常绿阔叶林和杉木人工林2个林型土壤理化性质的异质性,运用传统法和自助法研究在90%精度下评估土壤养分含量的最佳取样量.结果表明: 2个林型中土壤pH值和C/N表现为弱变异,其他养分指标均为中等程度变异;常绿阔叶林土壤全C、全N等全量土壤指标的变异系数显著大于杉木人工林,而速效指标差异不显著;2个林型中所有土壤指标的评估误差均随取样量的增加呈现出先急剧曲线下降后稳定的趋势,均值也由剧烈波动转向平稳,并且过多的取样并不能有效提高均值测定精度;常绿阔叶林土壤含水率、全C、全N、NO₃^--N、全K、全Ca、全Mg的取样量都显著大于杉木人工林,杉木林土壤NH₄⁺-N的取样量显著大于阔叶林,而其他指标二者间差异不显著;同一林型各个指标间取样量差异更加明显,NH₄⁺-N、NO₃^--N等速效指标的取样量显著大于全C、全N等全量指标.因此,建议在土壤调查或监测过程中充分考虑土壤理化性质的异质性,最佳取样量必须依据于取样的目的和土壤指标的变异信息.

城市化梯度上亚热带常绿阔叶林土壤有机碳及其组分特征

习丹, 旷远文

2018, 29(7):  2149-2155.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.026

摘要 ( 508 )   PDF (777KB) ( 58 )  

以珠江三角洲城区(广州)、近郊(鼎湖山)及远郊(怀集)梯度上的亚热带常绿阔叶林为对象,研究不同土层土壤总有机碳、惰性有机碳、活性有机碳(易氧化有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳)沿城市化梯度的变化,分析城市化对森林土壤有机碳的影响.结果表明: 0～5 cm土层土壤总有机碳和惰性有机碳含量均在城市化梯度上差异不显著,在5～60 cm土层,土壤总有机碳含量在远郊森林显著高于近郊和城区森林,而惰性有机碳含量在近郊森林最高,城区与远郊森林差异不显著.易氧化有机碳含量在近郊森林显著低于远郊(0～60 cm)和城区(0～10 cm)森林,微生物生物量碳含量在城区森林显著低于近郊和远郊森林,而水溶性有机碳含量在近郊森林(0～10 cm)显著低于城区森林.在0～20 cm土层,城区、远郊森林土壤活性有机碳占总有机碳的比例显著高于近郊森林,而惰性有机碳占总有机碳的比例在远郊森林最低;近郊与城区森林惰性有机碳占总有机碳的比例仅在5～10 cm差异显著.城市化增加了土壤活性碳组分,降低稳定性碳组分,不利于总有机碳积累,远郊森林土壤对城市化的响应更敏感.

亚热带不同植被类型土壤磷组分特征及其影响因素

曾晓敏, 范跃新, 林开淼, 袁萍, 赵盼盼, 陈怡然, 徐建国, 陈岳民

2018, 29(7):  2156-2162.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.019

摘要 ( 609 )   PDF (640KB) ( 67 )  

研究了戴云山常绿阔叶林、针阔混交林和针叶林3种植被类型土壤磷组分、微生物生物量磷以及酸性磷酸单酯酶(ACP)和磷酸双酯酶(PD)的活性.结果表明: 3种植被类型土壤易分解态磷仅占总磷(TP)的1.0%～4.5%,且碳(C)与有机磷(Po)的比例>200,表明本研究区受到磷限制.Po是土壤磷库的主要组分,在淋溶层(A层)和淀积层(B层)土壤中分别占TP的44.8%～47.1%和28.6%～30.6%.冗余分析表明,A层土壤磷组分主要受PD影响,而B层主要受ACP调控,且PD和ACP均与Po呈显著负相关.亚热带地区3种植被类型土壤均缺磷,PD和ACP对有机磷的分解可能是该地区森林生态系统对磷限制的适应机制.

黄土高原植被自然恢复和人工造林对土壤碳氮储量的影响

刘玉林, 朱广宇, 邓蕾, 陈磊, 上官周平

2018, 29(7):  2163-2172.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.005

摘要 ( 527 )   PDF (1181KB) ( 52 )  

土地利用方式变化能对土壤碳氮储量产生重要影响.为了探讨不同土地利用方式对土壤碳氮的影响,研究了黄土高原子午岭林区自退耕还林(草)工程实施以来(15年)自然恢复草地和人工油松林地0～100 cm土层土壤碳氮储量、碳氮比以及根系生物量的差异.结果表明:自然恢复草地和人工油松林地土壤有机碳均表现出表聚效应,自然恢复草地0～20 cm土层土壤有机碳储量显著低于人工油松林,而其他土层差异均不显著.人工油松林0～100 cm土层土壤总碳储量为117.94 Mg·hm^-2,比自然恢复草地增加28.4%.两种植被类型土壤全氮储量在各土层间差异均不显著,但自然恢复草地0～100 cm土层土壤全氮总储量为7.69 Mg·hm^-2,比人工油松林高17.7%.自然恢复草地和人工油松林土壤铵态氮储量在各土层间差异均显著,自然恢复草地铵态氮储量显著高于人工油松林,且随土层增加表现为先增后降的趋势.而自然恢复草地和人工油松林土壤硝态氮储量只在0～20 cm土层差异显著,且自然恢复草地高于人工油松林.自然恢复草地和人工油松林土壤碳氮比表现为0～20 cm土层差异不显著,随土层的加深表现为人工油松林碳氮比显著高于自然恢复草地,且差异逐渐增大.自然恢复草地和人工油松林土壤碳氮储量与根系生物量均呈显著正相关.因此,自然恢复草地土壤有利于氮储量的积累,人工油松林土壤有利于土壤碳储量的增加,且根系是影响土壤碳氮储量分布的重要因子.

植物残体去除对帽儿山温带落叶林土壤碳、氮、磷化学计量特征及其相关因子的影响

孔青, 王传宽, 王兴昌

2018, 29(7):  2173-2182.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.015

摘要 ( 434 )   PDF (906KB) ( 42 )  

2007年在帽儿山温带落叶阔叶林中设置了地上凋落物去除(NL)、根系去除(NR)2个处理,9年后(2016年)测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)浓度,以及土壤含水率和容重.结果表明: NL和NR处理表层(0～10 cm)土壤C浓度分别降低15.6%和10.7%,0～30 cm土层加权平均C浓度分别降低7.9%和4.6%;NL处理表层土壤N浓度降低10.2%,而NR处理表层土壤P浓度增加6.6%,两种处理均降低了表层土壤的C:P和N:P.标准主轴回归分析表明,不同处理间0～30 cm各土层C、N、P浓度的回归斜率均差异显著,土壤C浓度与土壤含水率、容重的回归截距也差异显著,这表明处理使土壤C、N、P化学计量与土壤物理性质发生了协同变化.建议今后植物残体去除处理试验考虑生态化学计量的调控作用.

透光抚育对温带帽儿山红松林非生长季土壤温室气体排放的影响

张悦, 牟长城, 刘辉, 井立杰

2018, 29(7):  2183-2194.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.028

摘要 ( 406 )   PDF (681KB) ( 159 )  

非生长季土壤温室气体排放在碳氮循环中具有重要作用,而采伐干扰对非生长季森林土壤温室气体排放具有何种影响并不明确.采用静态暗箱-气相色谱法,同步观测温带帽儿山50年生红松人工林在不同透光抚育方式下(次生林冠下栽植红松10年时设立为对照;半透光抚育: 伐除上层林木50%;全透光抚育: 伐除上层林木100%)非生长季土壤3种温室气体(CO₂、CH₄和N₂O)排放通量及其相关环境因子(土壤温度、含水量及碳氮含量等),研究采伐干扰对非生长季森林土壤温室气体排放的影响及主控因子.结果表明: 透光抚育会降低非生长季土壤CO₂、CH₄和N₂O的排放通量,全透光和半透光抚育显著降低了温带红松林非生长季土壤CO₂排放量21.0%和22.8%,并降低CH₄吸收量16.0%和16.4%,但差异不显著,全透光抚育显著降低N₂O排放量23.5%,而半透光抚育降低11.2%且差异不显著.温带红松林非生长季土壤CO₂、CH₄和N₂O的年贡献率分别为11.7%～14.2%、13.1%～17.0%和63.9%～72.6%,透光抚育降低了非生长季土壤CO₂(1.4%～2.5%)和CH₄(0.7%～3.9%)年贡献率,但提高了N₂O年贡献率(2.4%～8.7%).透光抚育增加了CO₂排放与土壤温度、含水量、硝态氮及铵态氮的相关性,降低其与有机碳的相关性,增加了CH₄排放与土壤含水量、酸碱度、有机碳和铵态氮的相关性,降低其与硝态氮的相关性,增加了N₂O排放与土壤温度相关性,降低其与硝态氮和铵态氮的相关性,改变了其与土壤酸碱度的正负相关关系.因此,透光抚育经营方式能够显著影响温带森林非生长季土壤温室气体排放,其中全透光抚育降低非生长季土壤N₂O排放能力要强于半透光抚育.

滴灌水氮耦合对欧美108杨林木生长和土壤氮素的影响

闫小莉, 贾黎明, 戴腾飞

2018, 29(7):  2195-2202.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.007

摘要 ( 515 )   PDF (652KB) ( 18 )  

采用地表滴灌技术,田间设计9个水氮耦合处理,以不灌溉不施肥为对照(CK),9个耦合处理由3个灌溉水平(灌溉土壤水势起始阈值为-75、-50、-25 kPa)和3个施N水平(150、300、450 g·tree^-1·a^-1)组合,于2012和2013年2个生长季的滴灌水氮耦合措施后,研究耦合措施对欧美108杨林木胸径、树高和蓄积量的年增量及0～60 cm土层全氮含量的影响.结果表明: 水氮耦合措施可显著促进108杨林木生长并有效提高林地生产力,耦合措施第一年,9个耦合处理中高水高肥处理(土壤水势-25 kPa+施N量450 g·tree^-1·a^-1)使108杨蓄积年增量达到11.54 m³·hm^-2·a^-1,相比CK的8.01 m³·hm^-2·a^-1提高了44.1%,耦合措施第二年,中水高肥处理(土壤水势-50 kPa+施N量450 g·tree^-1·a^-1)使108杨蓄积年增量达到27.85 m³·hm^-2·a^-1,较CK的20.48 m³·hm^-2·a^-1提高36.0%.连续的水氮耦合措施显著提高了林地0～20 cm土层全N含量,耦合措施第一和第二年高水高肥处理各土层全N含量分别比CK高出12.3%～59.4%和71.1%～81.1%.108杨胸径和树高增量与土壤全N含量呈显著正相关,施N水平和水氮交互作用对林木生长和土壤全N含量具有显著的影响,而灌溉水平的影响不显著.综合表明,滴灌水氮耦合措施可通过改善林地土壤肥力,尤其是浅土层全氮含量来有效促进林木生长并提高林地生产力.

减少降雨对杉木幼林土壤有机质组分及稳定性的影响

周嘉聪, 刘小飞, 纪宇皝, 张秋芳, 郑永, 陈岳民, 杨玉盛

2018, 29(7):  2203-2210.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.001

摘要 ( 503 )   PDF (825KB) ( 66 )  

由于土壤有机质(SOM)化学结构上的异质性,其对于全球气候变化的响应变得难以预测.随着分子水平技术逐渐应用于SOM结构、来源及分解状态的研究,长久以来关于SOM组分及稳定性的问题可能将被解决.本研究通过两年的减少降雨(50%)处理,运用生物标志物技术,对杉木幼林SOM组分及分解程度进行研究,以探究降水格局的改变对亚热带杉木幼林SOM稳定性的影响.结果表明: 减少降雨处理显著降低了土壤中游离脂质的含量,分别降低了短链烷酸的62.8%和萜类及固醇类含量的19.1%,而对其他脂类无显著影响.尽管短期减少降雨处理并未影响土壤中木质素总量,却显著降低了紫丁香基和香草基的酸醛比值.因此,随着降雨格局的改变,可能加快SOM易分解组分分解.尽管难分解组分(木质素)相对稳定,但从长远来看,其稳定性还需持续监测.

高寒灌丛生长季土壤转化酶与脲酶活性对增温和植物去除的响应

马志良, 赵文强, 刘美, 朱攀, 刘庆

2018, 29(7):  2211-2216.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.008

摘要 ( 403 )   PDF (537KB) ( 24 )  

对青藏高原东缘窄叶鲜卑花土壤转化酶与脲酶活性对增温(0.6～1.3 ℃)和植物去除的响应进行研究,以了解气候变暖和植被干扰对高寒灌丛生长季不同时期土壤生态过程的影响.结果表明: 增温在整个生长季节使去除/不去除植物处理土壤转化酶活性显著增加了3.7%～13.3%.增温除在生长季末期对不去除植物处理土壤脲酶活性影响不显著以外,在其他时期使去除/不去除植物处理土壤脲酶活性显著增加10.8%～56.3%.去除植物处理对土壤转化酶与脲酶活性的影响因增温与生长季节而存在显著差异.去除植物显著降低了不增温样方生长季初期和末期与增温样方整个生长季节土壤转化酶活性,而没有显著影响生长季中期不增温样方土壤转化酶活性.去除植物仅在生长季末期使不增温样方土壤脲酶活性显著降低了10.5%;而在增温样方,去除植物仅在生长季初期和中期使土壤脲酶活性显著降低16.0%～18.7%.以上结果有利于全面认识高寒灌丛生态系统土壤碳氮循环过程.

降雨隔离和温度增加对杉木幼林土壤可溶性碳氮的影响

袁硕, 杨智杰, 元晓春, 林伟盛, 熊德成, 杨玉盛

2018, 29(7):  2217-2223.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.003

摘要 ( 509 )   PDF (780KB) ( 55 )  

土壤可溶性碳氮在森林土壤碳循环和养分循环中起到重要作用,因其对气候变化高度敏感且可被微生物直接利用.本研究通过在2年生杉木人工林内设置隔离50%降雨处理(P)、增温5 ℃+隔离50%降雨处理(WP),利用张力测渗计野外原位收集土壤溶液,研究降雨和温度变化对不同深度土壤可溶性碳氮浓度的影响.结果表明: 降雨和温度变化没有改变土壤可溶性有机碳(DOC)浓度的季节变化,土壤溶液DOC浓度在10月最高.降雨和温度变化增加了不同土层土壤溶液DOC浓度,60 cm处增加量最大,与对照相比,P和WP处理土壤溶液DOC浓度的增加幅度分别为30.4%～88.7%和32.8%～137.6%,10 月的差异值最大,对照土壤溶液DOC浓度随土壤深度增加而降低,但降雨和温度变化后各土层间土壤溶液DOC浓度没有显著差异.WP处理土壤溶液NO₃^--N浓度大幅增加,增加幅度为221.1%～931.0%.在未来全球变化背景下,亚热带地区降雨减少将增加土壤通透性和细根向深层土壤的生长,促进土壤微生物活性和有机质分解,可能增加本地区土壤有机碳氮淋溶流失,而温度增高将加剧碳氮流失风险.

马尾松与阔叶树种混合凋落叶分解过程中总酚和缩合单宁的变化

覃宇, 张丹桔, 李勋, 张艳, 袁亚玲, 王利峰, 庞智慧, 张健

2018, 29(7):  2224-2232.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.038

摘要 ( 489 )   PDF (606KB) ( 58 )  

采用凋落物分解袋法,研究四川低山丘陵区马尾松与檫木、香椿、香樟3种阔叶树种的混合凋落叶及纯马尾松凋落叶分解过程中总酚和缩合单宁的变化特征.设置马尾松:檫木质量比为6:4、7:3、8:2,马尾松:香椿质量比为6:4、7:3、8:2,马尾松:香樟质量比为6:4、7:3、8:2混合处理.结果表明:经过180 d的分解,纯马尾松凋落叶缩合单宁的降解率为84.4%,混合凋落叶缩合单宁的降解率均高于纯马尾松凋落叶.在所有组合中,马尾松:香樟6:4混合凋落叶的缩合单宁和总酚降解率最高,分别为90.3%和68.6%,凋落叶的混合促进了马尾松凋落叶缩合单宁和总酚的分解.随着分解时间的延长,马尾松与3种阔叶凋落叶所有混合处理缩合单宁的降解率均呈现先上升后趋于稳定的趋势.而纯马尾松凋落叶、马尾松:香樟(7:3)和马尾松与香椿的所有混合处理总酚的降解率呈现在分解前90 d上升此后下降的趋势;马尾松与檫木的所有混合处理及马尾松:香樟6:4和8:2混合处理总酚降解率呈现上升趋势.混合凋落叶分解过程中,单宁和总酚的变化特征还与凋落物基质质量、凋落物分解相关酶(多酚氧化酶、过氧化物酶、亮氨酸氨基肽)的活性有关.

模拟干旱下凋落物输入对毛竹林土壤呼吸及温度敏感性的影响

葛晓改, 童冉, 曹永慧, 周本智, 肖文发, 王小明, 陆人方

2018, 29(7):  2233-2242.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.033

摘要 ( 412 )   PDF (981KB) ( 55 )  

在气候变化背景下,干旱频率和强度的增加将对森林生态系统的碳循环过程产生重要影响,掌握土壤呼吸及其敏感性对干旱的响应规律有助于评价土壤在碳收支过程中的源汇角色.本研究用顶棚法野外模拟毛竹林干旱下凋落物不变(LU)、添加(LA)、移除(LR)处理对土壤呼吸动态及其温度敏感性的影响和滞留效应.结果表明: 对照(自然降雨)和干旱条件下凋落物不变处理年均土壤呼吸速率分别为3.15和2.34 μmol·m^-2·s^-1.凋落物移除处理较凋落物添加处理对土壤呼吸的影响大,对照和干旱条件下凋落物移除处理较不变处理分别下降21.0%和20.9%,仅干旱条件下凋落物添加处理较不变处理增加5.3%;说明干旱条件下凋落物添加和移除处理对土壤呼吸的影响均较不变处理明显.干旱条件下土壤呼吸的温度敏感性较对照降低8.4%,凋落物添加处理和凋落物移除处理温度敏感性分别下降15.4%和7.6%.对照和干旱条件下18个月土壤碳累积排放量分别为7.35 和5.40 kg CO₂·m^-2,对照和干旱条件下凋落物添加处理较不变处理分别增加1.8%和10.7%,凋落物移除处理分别下降19.9%和18.0%.凋落物添加处理或移除处理对毛竹林土壤呼吸速率的影响呈非线性,因土壤水分的减少直接影响根系生长和微生物活性致使滞留效应明显,干旱条件下凋落物量对土壤碳排放的影响更明显,凋落物量的变化是气候变化背景下土壤碳排放不可忽视的影响因素.

模拟氮、硫沉降对华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解速率的影响

铁烈华, 符饶, 张仕斌, 周世兴, 韩博涵, 黄从德

2018, 29(7):  2243-2250.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.012

摘要 ( 428 )   PDF (603KB) ( 29 )  

2013年4月—2014年4月,采用凋落叶分解袋法,研究了华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解速率对低氮(LN, 50 kg N·hm^-2·a^-1)、高氮(HN, 150 kg N·hm^-2·a^-1)、低硫(LS, 200 kg S·hm^-2·a^-1)、高硫(HS, 400 kg S·hm^-2·a^-1)、低氮低硫(LNLS)、高氮低硫(HNLS)、低氮高硫(LNHS)和高氮高硫(HNHS)沉降的响应.结果表明: 氮、硫沉降1年后各处理的凋落叶质量残留率为57.0%～70.7%,凋落叶分解50%和95%的时间分别为1.47～2.08年和6.33～9.01年;氮沉降对凋落叶分解速率的影响不显著;LS显著提高了凋落叶分解速率,HS显著降低了凋落叶分解速率;LNHS和HNHS显著降低了凋落叶分解速率,LNLS和HNLS对凋落叶分解速率的影响不显著.氮、硫复合沉降对凋落叶分解速率的交互作用显著,且氮沉降与低硫复合沉降间存在拮抗作用,氮沉降与高硫复合沉降间存在协同作用.可见,硫沉降和模拟氮、硫复合沉降影响了华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解速率,进而影响了凋落叶的分解过程.

土壤湿度对东北3种主要树种凋落物分解的影响

程春香, 郭鲲, 毛子军, 孙鹏飞, 马宏达, 王程

2018, 29(7):  2251-2258.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.030

摘要 ( 558 )   PDF (608KB) ( 47 )  

结合丰林国家自然保护区原始阔叶红松林1998—2017年表层(0～10 cm)土壤湿度监测数据,评估了全球变化背景下土壤湿度变化对东北主要森林树种红松、臭冷杉和白桦凋落物分解的影响.结果表明: 在同一土壤湿度水平下,凋落物分解速率随着凋落物质量的增加而增大,即表现为白桦>臭冷杉>红松.凋落物的分解速率随着土壤湿度的降低而减小.白桦、臭冷杉和红松3种凋落物的土壤湿度敏感性指数(M₁₀)分别为0.782、0.789和0.827,土壤湿度水平每降低10%,初始分解速率分别减小21.8%、21.1%和17.3%.高质量凋落物(高氮含量、低碳氮比、低木质素含量)的分解速率对土壤湿度变化的响应更敏感.凋落物分解速率在不同凋落物类型间的差异随着土壤湿度的降低而缩小.近20年间,原始阔叶红松林土壤湿度呈显著减少趋势,对凋落物分解表现为抑制作用.在全球变化背景下,随着气温的升高,土壤湿度将继续降低,对凋落物的抑制作用会进一步增强,并将部分抵消因温度升高所带来的凋落物分解速率增大的压力.

枯落物处理对格木林土壤碳氮转化和微生物群落结构的短期影响

罗达, 史作民, 李东胜

2018, 29(7):  2259-2268.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.031

摘要 ( 411 )   PDF (1194KB) ( 30 )  

以我国南亚热带格木人工纯林为研究对象,采用气压过程分离(BaPS)技术和磷脂脂肪酸(PLFAs)法研究了不同枯落物处理(对照、枯落物去除、枯落物加倍)下土壤碳氮转化速率和微生物群落结构的季节变化.结果表明:不同枯落物处理土壤呼吸和总硝化速率均呈现明显的季节动态,雨季显著高于旱季.枯落物处理初期,土壤呼吸和总硝化速率均随枯落物输入量的增加呈下降趋势,但随着枯落物处理时间的延长,二者随枯落物输入量的增加而增加.旱季不同枯落物处理土壤微生物PLFAs总量和各菌群PLFAs量均显著高于雨季,而雨季真菌PLFAs/细菌PLFAs明显高于旱季.在旱季,枯落物去除处理土壤微生物PLFAs总量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量和丛枝菌根真菌PLFAs量分别显著提高30.9%、28.8%、44.4%和31.6%.在雨季,枯落物去除处理细菌PLFAs量和丛枝菌根真菌PLFAs量分别显著降低10.6%和33.3%.土壤微生物群落结构受枯落物输入量处理和季节的双重影响,土壤微生物群落结构主要受土壤温度和铵态氮的影响.枯落物输入量处理在短期内显著影响了格木林土壤碳氮转化速率和微生物群落结构,这种影响因季节的不同而存在差异.

不同土地利用模式对辽东山区土壤微生物群落多样性的影响

邓娇娇, 朱文旭, 周永斌, 殷有, 白雪娇, 张华哲, 张雨萌, 秦胜金

2018, 29(7):  2269-2276.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.009

摘要 ( 586 )   PDF (652KB) ( 42 )  

运用Biolog-Eco技术对辽东山区蒙古栎林、灌木林、人工落叶松林、人工红松林和玉米农田的土壤微生物群落进行研究,分析土壤理化性质与土壤微生物多样性间的相关性,以及不同土地利用模式对辽东山区土壤微生物的影响.结果表明: 蒙古栎林全C和全N含量最高,分别为57.74和4.40 g·kg^-1,灌木林次之,玉米地最低,分别为17.46和1.31 g·kg^-1.不同土地利用模式下土壤微生物群落代谢活性差异显著,总碳源的利用能力(平均吸光值)依次为蒙古栎林>灌木林>人工落叶松林>人工红松林>玉米地,玉米地土壤微生物代谢最慢,活性最弱.玉米农田土壤微生物的Shannon指数(2.997)、Simpson指数(0.942)、McIntosh(5.256)指数均显著低于其他土地利用模式.平均吸光值(AWCD)与Simpson指数和McIntosh指数显著相关.酯类、醇类和胺类是分异作用的主要碳源,这可能是林分凋落物、土壤养分、土壤特异性微生物等共同作用的结果.林地开垦后,土壤养分急剧下降,土壤微生物群落的功能多样性降低,造成土壤质量下降,该地区应保持阔叶蒙古栎林,这有助于土壤肥力恢复.

长白落叶松人工林心材变化规律

贾炜玮, 朱飞燕, 李凤日

2018, 29(7):  2277-2285.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.017

摘要 ( 435 )   PDF (1085KB) ( 70 )  

依据黑龙江省孟家岗林场49株人工落叶松1179个圆盘和轮盘数据,分析了心材半径的纵向变化规律.结果表明: 心材半径随树高增高而逐渐减小,与树干外形基本一致,其中去皮半径(XR)、胸径(DBH)及形成层年龄(CA)与心材半径之间关系较显著,利用逐步回归分析建立落叶松心材半径(HR)和面积(HA)模型:HR=b₁+b₂XR²+b₃CA+b₄XR, HA=b₁+b₂DBH·XR+b₃CA+b₄DBH·XR².应用AIC、BIC、对数似然值以及似然比检验等模型评价指标,对利用样地、样木效应拟合的心材半径和面积模型进行比较.当考虑样木效应拟合心材半径和面积模型时,将b₁、b₂、b₃作为混合参数得出的模型最好.混合模型的预测精度高于基本模型.在应用上,总体心材半径和面积可以通过混合模型来预测.采用Beta回归模型模拟了心材比例,模型中各参数均显著,决定系数较高,模型模拟效果较好.

干旱胁迫对科尔沁沙地榆树幼苗C、N、P化学计量特征的影响

王凯, 沈潮, 孙冰, 王潇楠, 魏东, 吕林有

2018, 29(7):  2286-2294.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.020

摘要 ( 496 )   PDF (968KB) ( 34 )  

设置适宜水分、轻度、中度和重度干旱胁迫处理(即80%、65%、50%和35%田间持水量),研究干旱胁迫对榆树幼苗不同器官C、N、P化学计量的影响.结果表明:与适宜水分处理相比,干旱胁迫导致C含量在叶、茎、粗根和细根中增加,N含量在叶、茎和粗根中增加,P含量在叶、茎和粗根中下降,在细根中增加,C:N在叶和茎中下降,C:P及N:P在叶、茎和粗根中增加,在细根中下降.各器官间C含量呈显著正相关,而各器官间N与P相关性均不显著.土壤含水量与各器官C含量,叶N含量,细根P含量及C:N,叶、茎和粗根C:P及N:P呈显著负相关,而与细根N含量,叶、茎和粗根P含量,细根C:P及N:P呈显著正相关.因此,干旱胁迫影响榆树幼苗对N、P的吸收及向上运输,幼苗生长主要受N限制;随着干旱胁迫的加剧,叶、茎和粗根生长受P限制作用增强.

不同光环境下栓皮栎和刺槐叶片光合光响应模拟

李理渊, 李俊, 同小娟, 孟平, 张劲松, 张静茹

2018, 29(7):  2295-2306.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.029

摘要 ( 420 )   PDF (963KB) ( 29 )  

植物的光合作用在一定程度上能够体现其对生境的响应情况.采用Li-6400XT光合测定系统,测定了黄河小浪底森林生态系统定位研究站栓皮栎和刺槐人工林林内、林缘叶片气体交换的光响应曲线,利用叶子飘模型对光合作用-光响应进行了拟合,分析了林内和林缘光合参数的差异,将气孔导度机理模型与光合作用-光响应修正模型进行耦合,研究了气孔导度(g_s)的光响应特征.结果表明: 7—8月,当光强小于200 μmol·m^-2·s^-1时,林内栓皮栎叶片净光合速率(P_n)高于林缘叶片,初始量子效率(α)高于林缘叶片12.4%,林内栓皮栎叶片对弱光的捕获和利用能力明显高于林缘叶片;当光强大于200 μmol·m^-2·s^-1时,林缘栓皮栎叶片光合能力P_n高于林内.低光强下(0~200 μmol·m^-2·s^-1),林内刺槐叶片P_n高于林缘;当光强大于200 μmol·m^-2·s^-1时,林内刺槐叶片P_n低于林缘,且暗呼吸速率(R_d)和光补偿点(I_c)分别低于林缘50.0%和42.8%,以此来减少碳损耗,适应较低的光合速率.林内和林缘刺槐g_s随光强的变化差异显著.栓皮栎和刺槐叶片对不同光环境具有较强的适应能力.栓皮栎叶片的最大净光合速率(P_{n max})和α主要受气孔导度控制,R_d和I_c主要受气温影响.刺槐叶片的P_{n max}和α均与气温呈显著正相关,I_c、光饱和点(I_s)与叶片饱和水汽压差呈显著正相关.

不同遮荫条件下梓叶槭幼苗生长与光合特征的种源差异

吕程瑜, 刘艳红

2018, 29(7):  2307-2314.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.022

摘要 ( 533 )   PDF (664KB) ( 71 )  

梓叶槭是我国特有的野生濒危植物,目前尚缺乏对其光合特性及濒危机制的研究.以梓叶槭集中分布地都江堰、大邑、峨眉山和雷波当年生梓叶槭幼苗为材料,分析在遮光率为50%、80%的遮阴条件下幼苗的光合作用能力和生长量.结果表明:不同种源梓叶槭幼苗的净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)和水分利用效率(WUE)随着光照强度的下降而显著降低.光照强度减弱时,都江堰和峨眉山幼苗光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)均降低,而大邑幼苗均提高,雷波幼苗无显著变化.P_n、WUE与株高和冠幅生长量均呈显著正相关.不同遮光条件下梓叶槭幼苗的光合作用和生长量差异显著,光照不足可能是大邑梓叶槭幼苗林下自然更新的限制因子.雷波地区梓叶槭幼苗较其他地区幼苗喜荫,而都江堰和峨眉山幼苗具有较好的光适应能力,生长性状表现良好,可作为移植保护的优质种源.

去叶对水曲柳苗木根系非结构性碳水化合物分配的影响

王文娜, 高国强, 李俊楠, 王政权, 谷加存

2018, 29(7):  2315-2322.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.024

摘要 ( 442 )   PDF (896KB) ( 38 )  

全球气候变化有促进食叶害虫爆发的趋势.叶片被食会导致光合产物的生产降低,进一步影响非结构性碳水化合物(NSC)在树木体内的储存和分配.本研究以水曲柳2年生苗木根系为研究对象,通过40%去叶处理,于6—10月对根系取样,研究地上碳(C)供应不足条件下主根、粗根和1～5级细根NSC及其组分的分配格局.结果表明: 对照和去叶处理根系NSC浓度及其组分浓度均具有明显的季节动态;与对照相比,去叶处理苗木主根和粗根NSC浓度分别降低3.8%和30.7%,而1～5级细根NSC浓度增加1.2%～23.5%,这主要受淀粉浓度变化的影响;去叶处理苗木主根和粗根可溶性糖浓度增加7.1%和62.3%,而1～5级根可溶性糖浓度显著降低2.7%～42.8%;去叶对苗木根系可溶性糖和淀粉浓度的不同影响,导致二者的比值在主根和粗根中增加,而在1～5级细根中降低.去叶引起光合产物的生产减少,导致水曲柳苗木主根和粗根中淀粉活化后流向细根并以淀粉的形式储存,这可能有利于提高细根对冬季低温胁迫的抵抗力.

短期氮-水处理对刨花楠幼苗细根根序形态的影响

邹宇星, 钟全林, 游雅玲, 余华, 郑文婷, 陈嘉静, 程栋梁

2018, 29(7):  2323-2329.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.014

摘要 ( 371 )   PDF (664KB) ( 43 )  

以种子来源于江西遂川的1年生刨花楠扦插苗为材料,设置田间持水量的80%、40% 2个水分水平,以及不添加(0 kg N·hm^-2)、低氮(50 kg N·hm^-2)、高氮(100 kg N·hm^-2) 3个氮添加水平共6种处理的氮-水交互受控试验,测定不同处理刨花楠幼苗3个根序细根比根长、比表面积、平均直径和根组织密度,分析短期氮添加、干旱胁迫及两者交互作用对刨花楠幼苗细根的影响.结果表明: 刨花楠幼苗细根平均直径、比根长在不同根序间差异显著.随根序的增加,刨花楠幼苗细根平均直径增加,其中3级根最大,为0.97 mm;而比根长降低,3级根最小,为238.99 cm·g^-1.氮添加对刨花楠细根的比表面积、平均直径、比根长和根组织密度无显著影响,而水分对刨花楠细根平均直径、比根长、根组织密度影响显著.干旱胁迫明显促进幼苗3级细根直径的增加,降低了1、2级细根根组织密度.干旱环境下幼苗3级根的比根长明显低于正常供水环境下幼苗.氮水交互作用对刨花楠细根形态影响不显著.

南亚热带红锥和马尾松人工林生长对穿透雨减少的响应

陈琳, 刘世荣, 温远光, 曾冀, 李华, 杨予静

2018, 29(7):  2330-2338.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.034

摘要 ( 452 )   PDF (1186KB) ( 32 )  

为了预测和评估全球气候变化背景下森林生长和生产力对降水格局变化和季节性干旱的响应,以南亚热带红锥和马尾松人工林为对象,设置穿透雨减少50%和不减雨(对照)处理,开展连续3年(2015—2017年)的模拟试验,研究降雨减少对人工林胸径生长、凋落物量和叶面积指数的影响.结果表明: 与对照相比,穿透雨减少导致红锥2017年胸径增长量显著降低31.8%,而对马尾松无影响;红锥叶面积指数平均降低8.8%,马尾松叶面积指数降低7.2%或者不变;红锥林2015年枝凋落量和2017年凋落物总量分别增加29.6%和35.8%,马尾松林2015年其他树种(除了马尾松以外)叶凋落量显著减少50.7%,而其他凋落物组分无显著变化.短期穿透雨减少对人工林产生了干旱胁迫作用,这种作用存在年际变异和树种差异.

民勤绿洲荒漠过渡带梭梭树干液流的时滞特征

姚增旺, 褚建民, 吴利禄, 袁祺, 党宏忠, 张晓艳, 甘红豪, 姜生秀

2018, 29(7):  2339-2346.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.023

摘要 ( 551 )   PDF (1032KB) ( 24 )  

应用Granier热扩散探针测定民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林的树干液流,将液流与饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)数据分别进行逐行错位分析,探讨树干液流与环境因子之间的时滞效应.结果表明: 梭梭日液流速率呈现明显的季节变化,6月平均液流速率最大,8月平均液流速率最小.生长季(5—9月)梭梭树干液流与光合有效辐射、饱和水汽压差存在明显的时滞,树干液流滞后于PAR 80 min,提前于VPD 114 min,且不同月份的时滞长短存在差异.尽管梭梭树干液流在日尺度上更加依赖于PAR的变化,但在白天,树干液流与饱和水汽压差间有更紧密的关系.梭梭生长季树干液流与VPD或PAR之间的时滞与树形因子(株高、地径、50 cm处直径、枝下高、冠幅)及夜间液流量的相关性均不显著.

宁夏引黄灌区次生盐碱地紫穗槐茎干液流分析

曹琪琪, 王若水, 肖辉杰, 杨本漫, 刘涛

2018, 29(7):  2347-2354.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.016

摘要 ( 403 )   PDF (834KB) ( 25 )  

于2017年5—10月采用包裹式液流测量系统,研究宁夏引黄灌区次生盐碱地不同水盐条件下不同基径紫穗槐的液流变化、耗水规律,以及环境因子对液流的影响.结果表明:晴天紫穗槐液流呈“几”字型宽峰曲线,无明显“午休”现象,多云、阴、雨天气呈不规则多峰曲线,夜间存在微弱液流;生长季(5—10月)中,基径约为13、16、22 mm紫穗槐的总液流量分别为138.14、206.06、370.11 kg,6、7月耗水较多,约占全生长季的50%,5、8月次之,9、10月较少;0.5 h和日尺度下,光合有效辐射(PAR)为影响紫穗槐液流的关键因子.第一阶段(5月13日—8月19日),浅层(0～40 cm)土壤水分对不同基径紫穗槐的液流均有显著影响,浅层土壤盐分仅对13 mm紫穗槐液流存在显著抑制作用;第二阶段(8月20日—10月10日),土壤水分、盐分对不同基径紫穗槐液流均无显著影响.综上,基径<13 mm的紫穗槐不适宜在浅层土壤电导率(EC)>2 dS·m^-1的盐渍土中栽植,而基径>16 mm的植株可在浅层土壤EC为5 dS·m^-1的盐渍土中正常生长,且均需在其生长旺盛期进行合理灌溉.

玉龙雪山东坡不同海拔长苞冷杉径向生长与气候因子的关系

张贇, 尹定财, 田昆, 和荣华, 和茂珍, 李玉春, 孙大成, 张卫国

2018, 29(7):  2355-2361.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.021

摘要 ( 471 )   PDF (654KB) ( 35 )  

基于树木年代学方法,利用玉龙雪山东坡长苞冷杉树轮宽度资料,分别建立了3个海拔(低、中、高)长苞冷杉差值年表(RES),并利用响应分析与冗余分析(RDA)研究其径向生长与温度和降水的相关关系,分析影响玉龙雪山长苞冷杉径向生长的主要气候因子.结果表明: 玉龙雪山不同海拔长苞冷杉径向生长受气候变化的影响具有一致性,温度和降水共同作用于径向生长,这种一致性与玉龙雪山地形陡峭以及长苞冷杉的高海拔分布与浅根特性有关.不同海拔长苞冷杉径向生长均与当年7月和上年11月平均温以及当年1月降水量呈显著正相关,而与当年6月降水量呈显著负相关.响应分析与冗余分析的综合应用能够准确揭示环境梯度上树木生长与气候因子的关系.本研究可为该地区历史气候重建以及森林经营管理提供科学依据.

1982—2015年昼夜不对称增温下中国自然植被动态响应及差异

庞博, 张鹏岩, 逯承鹏, 何坚坚, 岑云峰, 闫宇航, 杨肖杰

2018, 29(7):  2362-2372.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.039

摘要 ( 492 )   PDF (2591KB) ( 56 )  

全球气候变暖对自然植被生长发育的影响已成为当今世界关注的重要问题.以1982—2015年植被归一化指数、白天温度(T_max)、夜间温度(T_min)、降水量、高程为基础数据,对中国42种自然植被的昼夜增温响应进行研究.结果表明: 研究区昼夜增温显著,且不对称性明显,夜间增温速率约为白天温度增速的1.6倍;T_min的升高相比T_max更利于植被生长,与T_min呈正向作用的植被类型占比高出T_max,且二者存在显著的空间差异;与T_max呈正相关作用的植被中亚热带植被占85.7%,而温带高寒、山地、荒漠植被对T_min的响应较为明显.T_min的升高不利于高海拔地区植被生长发育,而T_max则与之相反;植被生长发育与T_max、T_min的相关性大小分别为: 草原>草甸>针叶林>荒漠植被>阔叶林;草甸>荒漠植被>阔叶林>草原>针叶林.

2000—2015年秦巴山区植被净初级生产力时空变化及其驱动因子

王耀斌, 赵永华, 韩磊, 奥勇

2018, 29(7):  2373-2381.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.010

摘要 ( 438 )   PDF (5749KB) ( 47 )  

基于2000—2015年MOD17A3数据及各驱动因素数据,辅以地统计学理论,利用趋势分析、Hurst指数及相关分析等方法,剖析秦巴山区近16年植被净初级生产力(NPP)时空变化特征,研究气候变化、土壤类型、地形因子、植被类型及人类活动等对植被NPP的影响.结果表明: 秦巴山区植被NPP空间上呈西南高、东北低的分布格局;时间上,近16年呈西北增、东北减的变化特征,在未来呈北部持续性、南部反持续性的发展态势.秦巴山区植被NPP与降雨量和气温呈正相关;暗棕壤、黄壤、紫色土和水稻土4种土壤类型的NPP均值明显高于其他土壤类型;不同植被类型的NPP存在空间分布和变化趋势的差异;NPP的高值主要分布在坡度25°～50°、海拔500～1000 m 以及大于2500 m的区域内;人类活动对NPP具有双重扰动性,表现为正向促进,反向抑制.

基于太白红杉树轮宽度重建近172年太白山自然保护区7月NDVI

朱显亮, 李书恒, 白红英, 侯丽, 陈兰, 秦进

2018, 29(7):  2382-2390.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.002

摘要 ( 404 )   PDF (1705KB) ( 42 )  

利用太白山自然保护区南北坡采集的太白红杉树轮数据、气象数据和区域NDVI数据进行相关分析,重建太白山自然保护区近172年NDVI变化序列.结果表明: 太白山自然保护区的NDVI年内变化规律与植被生长周期具有一致性,生长季的水热条件是控制NDVI值的主要因素;树轮宽度与植物生长季的NDVI呈显著正相关,7月相关性最强.利用长时间序列的树轮宽度指数重建太白山自然保护区历史时期7月的NDVI变化序列,发现重建的历史时期7月NDVI变化序列存在5个低值时段和5个高值时段,这些时段与秦岭地区的气候变化趋势及旱灾发生记录相对应.重建的太白山自然保护区南北坡7月NDVI变化序列存在60年左右的准周期变化.

基于MODIS时间序列反射率数据的雷竹林LAI反演

朱迪恩, 徐小军, 杜华强, 周国模, 毛方杰, 李雪建, 李阳光

2018, 29(7):  2391-2400.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.011

摘要 ( 480 )   PDF (1344KB) ( 27 )  

本文以雷竹林为研究对象,基于MODIS地表反射率数据构建了归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(SR)、Gitelson绿色植被指数(GI)、增强型植被指数(EVI)和土壤调整植被指数(SAVI)5种植被指数,并将其与MODIS 7个波段原始反射率数据作为遥感变量,采用逐步回归和相关分析两种方法进行变量筛选,结合LAI实测数据构建了逐步回归和BP神经网络两种模型,对雷竹林生态系统观测站点2014年1月—2017年3月LAI时间系列数据进行反演,并将反演结果与同时期MOD15A2 LAI产品进行对比分析.结果表明: SR为唯一入选逐步回归模型的变量;b₁、b₂、b₃和b₇以及5种植被指数与LAI之间的相关性均达到显著水平,可作为BP神经网络模型的输入变量.使用BP神经网络反演得到的LAI与实测LAI之间的相关性显著,R²为0.71,RMSE为0.34,RMSE_r为13.6%,其R²比逐步回归模型提高了10.9%,RMSE降低了5.6%,RMSE_r降低了12.3%,与MODIS LAI相比,其R²提高了54.5%,RMSE降低了79.3%,RMSE_r降低了79.1%.结合MODIS时间序列反射率和BP神经网络模型能够精确地反演雷竹林LAI,为实现基于遥感技术快速监测区域雷竹林LAI提供可行的方法.

西藏尼木县古树年龄鉴定及生长历史分析

贾恒锋, 牟玉梅, 旦增罗布, 李艳

2018, 29(7):  2401-2410.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.032

摘要 ( 436 )   PDF (1829KB) ( 75 )  

鉴定老龄树的古树等级并了解其生长历史是国家古树名木普查建档工作的重要内容.本研究利用树木年轮学方法,调查估算了西藏拉萨市尼木县20棵胸径较大的核桃和10棵大果圆柏的树龄,分析其生长历史.结果表明: 20棵核桃树中,一级古树、二级古树及三级古树分别为4、7及9棵;10棵柏树中,有2棵一级古树、4棵二级古树、4棵三级古树.历史上的持续低生长现象在某些时间段内2个树种间表现出明显的同步性,主要集中在20世纪40至80年代,但古树生长在个体间表现出较大的生长差异.古树生长与帕默尔干旱指数(PDSI)表现出显著的正相关关系.研究区古树主要分布于村庄和道路两旁,人类活动频繁.古树的径向生长受到该区域气候调控的同时也受到人类活动的干扰,这导致了古树的径向生长变化在不同树种间表现出空间同步性,而在个体间表现出较大的生长差异.因此,相关部门在制定古树保护措施时应同时考虑气候变化和人类活动对古树生长的影响.

末次间冰期以来3种云杉属植物的历史分布变迁及避难所

张爱平, 王毅, 熊勤犁, 伍小刚, 孙晓铭, 黄艳蒙, 张林, 潘开文

2018, 29(7):  2411-2421.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.027

摘要 ( 686 )   PDF (5050KB) ( 105 )  

基于物种现代分布信息和19个环境变量数据,利用最大熵模型(MaxEnt)模拟丽江云杉、紫果云杉和青杄在末次间冰期、末次盛冰期、全新世中期和现代的适生分布区,用云杉孢粉数据进行结果验证,探讨物种分布动态与气候变化的关系,推测其生物避难所.受试者工作特征曲线下方面积(AUC)以及孢粉数据验证结果显示,模拟结果较准确.结果表明: 等温性、最暖季均温和最暖季均温分别是影响丽江云杉、紫果云杉和青杄分布的首要环境因子,相对于降水,温度对其分布的影响更重要;3种云杉的喜寒习性和分布地的深切峡谷地貌特征导致其在末次盛冰期扩张;青杄和紫果云杉在末次间冰期可能存在生物避难所,分别位于湖北神农架地区和四川二郎山及其邻近区.本研究较为准确地模拟了3种云杉属植物末次间冰期以来几个重要地质历史时期的适生分布,推测了青杄和紫果云杉的生物避难所,为深入分析云杉属植物现代分布格局的形成、预测其在气候变化背景下的变化趋势以及3种云杉林的可持续管理和保护提供了科学依据.

综合评述

季节性雪被变化对森林凋落物分解及土壤氮动态的影响

武启骞, 王传宽

2018, 29(7):  2422-2432.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.004

摘要 ( 636 )   PDF (953KB) ( 39 )  

全球气候变化引发的雪被格局变化将深刻影响植被的凋落物分解、陆地生态系统的土壤养分循环等过程.森林是陆地生态系统的主体,在全球生物地球化学循环中起着不可替代的作用.本研究综述了季节性雪被变化对森林凋落物分解及土壤氮动态的影响.全球气候变化情景下季节性雪被表现出因地域而异的增加或减少的变化格局,一方面通过改变环境温湿度、凋落物质量、分解者动态等直接影响分解过程,另一方面通过改变森林群落结构、植被物候、土壤养分等间接地作用于凋落物分解.同时,季节性雪被通过影响氮富集作用、雪被下土壤温湿度、冻融循环、森林群落、雪下动物和微生物等相关因子而改变森林土壤氮循环.本领域未来应开展的研究是: 1) 全面考虑全球气候变化情景下季节性雪被格局的变异性,开展不同季节性雪被格局变化的模拟研究;2) 开展季节性雪被融雪水淋溶作用对森林凋落物分解和土壤氮动态的影响研究;3) 阐明不同生态系统和气候带中季节性雪被格局变化对森林凋落物分解过程和土壤氮动态的驱动机制研究;4) 量化季节性雪被变化对森林凋落物分解和土壤氮动态在雪被覆盖期的瞬时影响和无雪期的延续影响,为阐明和模型预测陆地生态系统生物地球化学循环对全球气候变化的响应提供理论基础和数据支持.

黄土高原人工刺槐林生长衰退的生态生理机制

韦景树, 李宗善, 冯晓玙, 张园, 陈维梁, 伍星, 焦磊, 王晓春

2018, 29(7):  2433-2444.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.037

摘要 ( 820 )   PDF (1776KB) ( 98 )  

刺槐是黄土高原广泛栽植的水土保持树种,然而人工刺槐林的树木个体生长衰退已经成为该区域开展植被恢复建设、实现森林可持续经营所面临的重大生态环境问题之一.目前人工刺槐林生长衰退的定义、界定标准、量化指标尚未形成统一标准.探讨刺槐生长衰退的机理不仅是植被恢复的理论基础,也是退耕还林还草工程持续开展的直接需求,具有实际价值和研究意义.通过汇集相关研究文献,综合国际和黄土高原关于森林生长衰退、死亡率增加的研究,从生态学(气候变化、土壤干化、群落结构失调、森林经营管理不当)和树木生理学(水力学故障、碳饥饿、遗传及分子调节)两个角度概述了黄土高原人工刺槐林生长衰退的机制以及取得的研究进展.最后提出黄土高原人工刺槐林生长衰退研究的不足,并对未来研究进行展望.

土壤微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量对气候变化的响应机制

许淼平, 任成杰, 张伟, 陈正兴, 付淑月, 刘伟超, 杨改河, 韩新辉

2018, 29(7):  2445-2454.  doi:10.13287/j.1001-9332.201807.041

摘要 ( 890 )   PDF (548KB) ( 143 )  

微生物和土壤酶是陆地生态系统中生物地球化学循环的重要驱动力,深入理解微生物在生态系统中的调节作用以及气候变化过程中微生物量和土壤酶的响应机制是生态学领域关注的重要科学问题.本研究从气候因素角度出发,基于生态化学计量学理论,综述了微生物和土壤酶在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用,以及土壤微生物生物量碳氮磷和土壤酶化学计量对气候变化的响应机制,即: 改变微生物代谢速率和酶活性;调整微生物群落结构;调整微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量特征;改变碳氮磷养分元素利用效率.最后分析当前研究的不足,并提出了该领域亟待解决的科学问题: 综合阐明土壤微生物和土壤酶对气候变化的响应机制;探究土壤微生物和胞外酶养分耦合机理;深入探究土壤微生物量和土壤酶化学计量特征对气候变化的适应对策.