摘要:

本文选取我国中亚热带杉木人工林土壤进行短期增温以及减少50%降雨试验,利用光谱技术研究增温及减少降雨对土壤可溶性有机质(DOM)数量和结构的影响.试验设对照(CT)、增温(W,土壤温度增高5℃)、减少降雨(P,自然降雨量减少50%)、增温与减少降雨交互作用(WP)4种处理.结果表明:1)增温增加了土壤可溶性有机碳(DOC)数量,使DOM的芳香性指数和腐殖化指数减小,结构变得简单易于分解;0~10 cm土层的土壤DOM含有较多的烷烃,酯类物质较少;10~20 cm土层的DOM则含有较多的碳水化合物.2)减少降雨使土壤水分相对减少,土壤DOC的数量降低.0~10 cm土层土壤DOM的芳香性指数和腐殖化程度降低,DOM含有大量的烷烃;而10~20 cm土层土壤DOM的芳香性指数和腐殖化指数升高,碳水化合物少.减少降雨处理使土壤可溶性有机氮(DON)数量增加.3)增温和减少降雨的交互作用增加了DOC和DON的数量,降低了DOM的芳香化程度和腐殖化程度;使0~10 cm土层的DOM含有较多的碳水化合物,而10~20 cm土层的DOM碳水化合物较少.4)对于0~10 cm土壤,增温对土壤DOM的数量及结构的作用最强;随着土壤深度增加到10~20 cm,减少降雨的作用逐渐明显,其对DOM结构的影响也达到显著水平.温度及降水对DOM的数量及化学结构的变化具有重要意义,该研究结果可以为阐释全球气候变化背景下土壤DOM的动态周转及预测未来森林土壤碳氮的变化趋势提供科学依据.

摘要:

磷是植物生长的必需元素之一,是维持亚热带森林生态系统生产力的关键因子.研究森林转换后土壤因素对磷素的影响,对生态系统的稳定和森林经营具有重要意义.选取由亚热带常绿阔叶林转换而成的米槠次生林(SF)、米槠人促林(AR)和杉木人工林(CF)为研究对象,测定了土壤理化性质、铁铝氧化物、各形态磷含量以及酸性磷酸酶活性,旨在探究土壤磷对森林转换的响应和驱动土壤磷变化的影响因子.结果显示:米槠人促林土壤的全磷、有机磷和微生物生物量磷显著高于米槠次生林和杉木人工林;冗余分析(RDA)发现,土壤含水量、总氮和无定型铁是影响淋溶层土壤磷的主要因子,而在淀积层,则是酸性磷酸酶、游离型铁和总氮起主要作用;土壤生物化学属性和微生物特性都会影响着不同形态土壤P的积累,其中土壤中的水分和酸性磷酸酶活性是调控土壤磷的关键因子.研究表明,中亚热带地区天然林转换为人促更新林更有利于森林土壤磷的储存和供应,有助于维持本区域森林生态系统的稳定.

摘要:

温度和水分影响森林生态系统的结构与功能,而全球变暖和降雨格局的改变是未来气候变化的趋势.我国中亚热带地区森林覆盖率大,碳库丰富,可溶性有机质(DOM)作为森林生态系统的重要组成部分,气候变化对它的数量和组成具有重要的影响.本文对我国湿润亚热带地区杉木人工林土壤进行模拟增温以及隔离50％的降雨试验,利用光谱技术手段研究增温及隔离降雨对土壤可溶性有机质(DOM)的数量及其结构的影响.试验设对照(CK)、增温(W)、隔离降雨(P)、增温与隔离降雨的交互作用(WP)4种处理.结果表明,与对照相比,土壤增温后,0-10cm和10-20cm土层的土壤可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)增加,但其芳香性指数和腐殖化程度降低,增温加速DOM的流失,不利于土壤有机质的稳定.季节变化影响土壤的环境,导致隔离降雨有使DOM的数量增加或减少的趋势;在旱季(2014年10月和2015年1月),隔离降雨降低了土壤DOM的数量,但其芳香性指数和腐殖化程度增加,而进入雨季(2015年4月),隔离降雨有使DOM增加的趋势,但其组分中的芳香化合物较少.增温和隔离降雨的交互作用在一定程度上促进DOM的产生,其结构比对照简单.温度和降雨对DOM的影响较为复杂,在全球气候变化背景下,只有长期对其进行观测并探讨其他因素带来的影响才能深入了解气候变暖和降雨格局的变化对土壤碳、氮的影响.

摘要:

氮沉降作为现在乃至未来气候变化的趋势之一，其可能深刻影响土壤可溶性有机质的数量和结构。选取我国中亚热带杉木人工林不同深度土壤（0-10 cm和10-20 cm）进行氮沉降试验，利用光谱技术研究氮沉降对土壤可溶性有机质数量和结构的影响。试验设对照（CT，0 kg hm-2 a-1）、高氮（HN：80 kg hm-2 a-1）、低氮（LN：40 kg hm-2 a-1）3种处理。结果表明：（1）在0-10 cm和10-20 cm土层，HN、LN处理的土壤可溶性有机碳和可溶性有机氮含量显著高于CT。（2）在0-10 cm和10-20 cm土层，1月时HN、LN处理的芳香性指数和腐殖化程度都显著高于CT，而4月时HN、LN处理的芳香性指数和腐殖化程度都显著低于CT。除了氮含量的直接影响外，RDA （冗余分析）表明，两土层中土壤含水量、pH和土壤有机碳是驱动氮沉降对土壤DOM数量和结构的重要环境因子。因此，氮沉降对土壤DOM的影响是复杂的，未来尤其应该注重氮沉降对生态系统影响的季节模式。

摘要:

选取中亚热带福建三明格氏栲天然林及其转换而成的木荷、锥栗及福建柏等3种人工林表层土壤(0—10 cm)可溶性有机质( DOM)为对象,对其数量和光谱学特征进行了研究,以探讨森林转换对土壤DOM的影响。结果表明,天然林转换成上述3种人工林后,0—5 cm土壤可溶性有机碳(DOC)浓度显著降低(P<0.05),降低程度分别为66.1%,69.9%及29.4%,可溶性有机氮( DON)浓度也有所下降；除福建柏外,其余两种人工林5—10 cm土壤DOC及DON浓度均低于天然林。各林分0—5 cm土壤DOC及DON浓度均高于5—10 cm土层。两个土层中,天然林土壤DOM的芳香化及腐殖化程度均显著高于人工林(P<0.05),但荧光效率值低于人工林；荧光光谱图显示,天然林土壤DOM在芳香性脂肪族及木质素类复杂结构荧光基团处的吸收大于人工林；各林分土壤DOM傅里叶红外光谱出现吸收谱带的位置相似,其中吸收强度最大的为形成氢键的—OH的伸缩振动,此外还有芳香性C—C伸缩振动、有机羧酸盐COO-反对称伸缩振动、碳水化合物中烷氧基C—O的振动等,人工林土壤DOM中碳水化合物的比例增加是其结构简单的主要原因。土壤DOM中结构复杂、分子量大的组分不易向下迁移；天然林与人工林间土壤DOM数量及光谱学特征的差异主要与凋落物输入及营林措施的干扰有关；本研究所涉及的3种人工林中,福建柏更有利于土壤养分的累积。

摘要:

选取我国中亚热带典型的常绿阔叶林米槠天然林(Castanopsis carlesii为研究对象,采集林内米槠凋落物并通过挖剖面法分6个土层采集土样至1 m.通过浸提米槠凋落物得到可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)溶液并在室内模拟其在不同土层的淋溶过程,不仅分析了土壤性质对DOC淋溶的影响,还研究了淋溶前后DOC化学结构的变化,以阐明DOC在不同土层中的迁移特征及影响因素,探寻米槠天然林土壤的固碳潜力和DOC在土壤有机碳循环中的作用.结果表明:(1)下层土壤比上层土壤吸附DOC的能力更强,亲水性DOC与疏水性DOC间会争夺土壤颗粒表面的吸附位点,而且芳香化合物和大分子物质等疏水性DOC组分会被优先吸附;(2)红外光谱表明,芳香类和醚类等疏水性物质会优先被吸附,烷烃类物质却不易被吸附,土壤中原有的酚、醇类亲水性物质会被初始DOC中的疏水性物质置换出来;(3)土壤DOC的截留能力与粘粒、游离氧化铁含量呈极显著正相关,而与土壤有机碳和砂粒含量呈极显著负相关,其中土壤有机碳的含量是影响米槠天然林不同土层DOC截留量的关键因素.

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了解土壤生态化学计量特征对预测不同生态系统养分变化、功能以及植物生产力具有重要意义.森林更新是维持中亚热带森林生态系统可持续发展的重要手段.选取福建省三明市陈大林业采育场3种不同森林更新方式进行研究,包括米槠次生林(SF)、米槠人工促进天然更新林(AR)和杉木人工林(CF),测定其土壤理化性质及土壤3种酶,计算酶化学计量.结果显示:1)AR的土壤总氮、全磷、铵态氮含量以及含水量最高(P＜0.05),土壤有效磷的含量则是CF最高(P＜0.05);2)生态酶化学计量结果表明AR的土壤微生物处于氮限制状态,CF的土壤微生物处于磷限制状态;3)冗余分析表明,土壤含水量和铵态氮是驱动不同森林更新方式土壤生态酶化学计量变异的重要环境因子.研究表明,人促更新方式更有利于土壤有效氮的积累,而人工林则有利于土壤有效磷积累,这可能与造林树种有关.土壤生态酶化学计量更易受到土壤含水量以及有效性养分的驱动,而与土壤化学计量未呈现良好的耦合性.

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选取中亚热带米槠人促更新林(CCF)和杉木人工林(CLP)内的鲜叶、未分解层(L层)和半分解层(F层)凋落物为研究对象进行室内淋溶,对其淋溶液中的溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)和溶解性有机磷(DOP)含量,紫外吸收值(SUVA),腐殖化指标(HIX)和红外光谱(FTIR)等进行了比较分析,以揭示其淋溶液中溶解性有机物(DOM)的数量和光谱学特征.结果表明:随着淋溶时间的增加,不同样品的DOM含量呈现先上升后下降,或者有波动的上升的趋势,这是因为DOM的释放和反吸附共同控制着DOM的含量.两林分中,F层凋落物DOM的SUVA值显著高于鲜叶和L层凋落物(P＜0.05);从鲜叶到L层到F层凋落物,其HIX逐渐变大并且三者荧光强度最大值对应的波长由短波向长波移动,这是腐殖化程度越来越高、电子共轭体系逐渐增大的体现.两个林分6种样品的红外光谱显示了5个相似的吸收谱带,但不同样品各吸收带的相对比例不同,强度最大的吸收来自于H键键合的-OH的伸缩振动;同一林分内3种样品之间红外吸收的差异证明了鲜叶到L层再到F层凋落物,其DOM的芳香类物质含量逐渐升高,化学键力常数变小.总体上,与杉木人工林相比,米槠人促更新林的DOM养分含量更高,结构更复杂,因而更有利于有机质的积累.

摘要:

以46年生杉木(Cunninghamia lanceolata)及锥栗(Castanea henryi)人工林为对象,研究其表层土壤(0-5 cm,5-10 cm)可溶性有机质(DOM)数量和光谱学特征,比较2树种差异对土壤可溶性有机质的影响.结果表明,杉木林土壤可溶性有机碳(DOC)及可溶性有机氮(DON)含量均显著高于锥栗林,其芳香化及腐殖化程度亦高于锥栗林,但荧光效率值低于锥栗林.荧光光谱图显示,杉木林土壤DOM在芳香性脂肪族及木质素类复杂结构荧光基团处的吸收大于锥栗林.傅里叶红外光谱中吸收强度最大的谱带来自于形成氢键的-OH的伸缩振动,此外还有碳水化合物中烷氧基C-O及氨基酸C-N的振动等.相关分析结果显示,土壤DOM光谱学特征值与土壤养分含量间存在一定程度的相关性.与锥栗林相比,杉木林土壤DOM含量更高,结构更复杂,更有利于土壤养分的存蓄.

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为探讨福建省三明市马尾松人工林淋溶液中水溶性有机物(DOM)的溶解特征和光谱学特征，以马尾松(Pinus massoniana)和芒萁(Dicranopteris dichotoma)鲜叶、未分解层(L层)和半分解层(F层)凋落物为研究对象进行室内淋溶，对淋溶液中的水溶性有机碳(DOC)、水溶性有机氮(DON)与水溶性有机磷(DOP)含量和紫外光谱(SUVA)、荧光光谱指标和红外光谱(FTIR)等特征进行研究。结果表明，在24 h内，随着淋溶时间的延长，DOM含量呈现有波动的上升趋势；芒萁除鲜叶的DOC含量显著高于马尾松外(P<0.01)，其余DOM含量均小于马尾松。两植物F层DOM的SUVA值和腐殖化指标(HIX)都显著高于鲜叶和L层(P<0.05)，表明F层的芳香性化合物含量和腐殖化程度越来越高。DOM的同步荧光峰值显示淋溶液中含有类蛋白和类富里酸荧光团。两植物的红外光谱显示有5个相似的吸收谱带，强度最大的吸收来自于H键键合的-OH的伸缩振动，同一植物3种样品之间红外吸收的差异证明从鲜叶-L层-F层凋落物的共轭体系逐渐增大，结构更复杂。因此，随分解进程两植被DOM的化学结构越来越复杂；马尾松较芒萁含有更多的DON和DOP，这一方面为微生物提供了更多的养分，另一方面又增加了底物分解的难度。