潮汐涨落导致的植物残体异位分解是河口湿地最常见的分解方式,研究分解环境变化下残体的分解及其养分释放对深入了解河口湿地养分循环具有重要意义.为此,2021年3-12月,在闽江河口互花米草(Spartina alterniflora)分布区,以自然环境梯度作为分解环境变化研究的替代系统,由陆向海方向布设入侵7年的互花米草湿地(M7,残体记为L7)、新近入侵1年的互花米草湿地(M1,残体记为L1)以及入侵前的光滩(BF)3个分解样地,采用分解袋法模拟研究了分解环境变化对不同入侵年限互花米草残体(L7和L1)分解及磷养分释放的影响.结果表明,分解环境变化可对残体分解速率产生显著影响.L7在M1和BF环境中的分解相比其在原来环境中(M7)更快,而L1在M7和BF环境中的分解相比其在原来环境中(M1)更慢.分解环境变化导致的L7或L1分解速率的改变一方面取决于分解环境中关键环境因子(温度和pH)的变化,另一方面与分解环境变化导致的残体质量(碳氮比和氮磷比)发生改变有关.相较于原分解环境,分解环境的变化导致L7的总磷(TP)含量整体增加,而L1的TP含量降低,但二者TP含量均在M1分解环境中最高.残留率是影响不同分解环境下残体TP含量变化的共性因素,而分解环境变化引起的主要环境因子(电导率)和残体质量改变是导致TP含量存在差异的重要原因.不同分解环境下L7和L1的磷养分在分解期间均表现为不同程度的净释放.研究发现,L7和L1的分解速率及磷养分释放量均在M1分解环境中较高,说明残体在该分解环境中的磷养分归还速率可能更快,而这有利于提高对新近入侵互花米草的磷养分的供给能力.

森林凋落物的养分归还对于维持土壤碳库和养分循环起至关重要的作用.本研究以亚热带人工幼林的21个树种为对象,分析各树种的叶片和根系功能性状与凋落物养分归还特征的关系.结果表明:不同树种的凋落物量、现存量与养分归还量差异显著,其中米老排的年凋落物量(689.2 g·m-2·a-1)和现存量(605.1 g·m-2)最高,柳杉的年凋落物量(36.0 g·m-2·a-1)和现存量(10.0 g.m-2)最低.21个树种的氮归还量为3.0～48.3 kg·hm-2,其中最高为闽粤栲;21个树种的磷归还量为0.1～2.0 kg·hm-2,最高为枫香.氮、磷归还量最低的树种均为柳杉.逐步回归分析显示,叶片氮含量和叶片干物质含量对凋落物量有显著的负影响,细根组织密度对凋落物量有显著的正影响;叶片氮含量、叶片干物质含量和比根长对现存量有显著的负影响.结构方程模型显示,具有较高叶片干物质含量的树种直接或间接地通过降低凋落物产量来减少氮归还量,而具有较高细根组织密度的树种通过显著增加凋落叶氮含量从而增加氮归还量;具有较高叶片氮含量和叶片干物质含量的树种直接或间接地通过降低凋落物产量从而减少磷归还量.在亚热带营造人工林时,要考虑叶干物质含量低、细根组织密度大的树种,以提高林地凋落物产量和氮、磷养分归还量,进而提高土壤肥力和林地生产力.

旨在探究喀斯特地区退化生态系统植被恢复树种凋落叶分解过程及其对土壤碳排放的激发效应,为选择合适的树种进行植被恢复提供数据支持.以中国林科院热带林业实验中心大青山石山树木园11种适应性强、耐干旱贫瘠的优良石山树种为研究对象,利用13C自然丰度法区分凋落叶和土壤来源CO2并量化土壤激发效应,比较不同生态恢复树种凋落叶分解及其激发效应的差异,探讨凋落物分解及其激发效应与凋落物性状之间的关联.结果表明:(1)11个生态恢复树种凋落叶在碳相关化学性质(水溶性碳、半纤维素和单宁含量等)、养分含量(磷和镁含量等)及化学计量特征(碳磷比和氮磷比)等方面均表现出较高程度变异.(2)不同生态恢复树种凋落叶分解及其诱导的土壤激发效应具有极显著差异(P＜0.001);在整个培养实验期间,11个生态恢复树种凋落叶平均分解了 35.3％,其中海南椴分解最快,达到50％,而青冈栎分解最慢,仅分解16.5％.(3)总体上看,凋落叶处理的土壤呼吸速率(5.1 mg C kg-1 土壤d-1)是对照土壤呼吸速率(2.3 mg C kg-1 土壤d-1)的2.2倍,凋落叶添加显著促进土壤有机碳分解,平均达到37.6％;其中海南椴、割舌树和任豆凋落叶输入则抑制土壤有机碳分解(抑制程度分别为-13.2％、-6.9％和-22.5％),产生负激发效应.(4)凋落叶分解与非结构性碳(r=0.63,P=0.04)和水溶性碳(r=0.91,P＜0.001)呈显著正相关,与叶干物质含量(r=0.64,P=0.03)、纤维素(r=0.62,P=0.04)和锰含量(r=-0.63,P=0.04)呈显著负相关.多元回归分析结果表明,水溶性碳、钾和钙含量相结合可以解释生态恢复树种凋落叶分解变异的98％;然而,凋落叶性状与土壤激发效应强度之间并没有显著相关性.从土壤养分归还角度考虑,喀斯特退化生态系统恢复树种可以选择光皮梾木、海南椴、顶果木和降香黄檀等凋落叶分解较快的树种,以促进土壤养分循环和植被恢复;另一方面,从土壤碳固持角度来看,海南椴、任豆和割舌树等凋落叶输入会抑制土壤有机碳分解,从而有利于提高退化生态系统土壤碳封存能力.

细根是植物吸收养分和水分的主要器官,也是土壤养分归还的重要途径.研究细根的化学计量特征对了解森林生态系统植物-土壤养分循环具有重要意义.以吉林省八家子林业局蒙古栎天然林、天然阔叶混交林和落叶松人工林中龄林为对象,基于15块30 m×30 m样地的林分调查数据以及细根和土壤样品的测定数据,研究了不同林分类型细根和土壤的C、N、P化学计量特征以及两者的关系.结果表明:不同林分的细根和土壤C、N、P化学计量特征差异显著(P＜0.05).3种林分类型细根均受N限制,天然阔叶混交林土壤养分丰富,但蒙古栎天然林土壤P较贫乏.落叶松人工林和天然阔叶混交林的细根化学计量特征与土壤化学计量特征的相关程度明显高于蒙古栎天然林.3种林分的细根C∶N、C∶P和C含量受土壤化学计量特征影响较大.土壤C∶P是影响3种林分细根化学计量特征的最主要因素.研究结果可为长白山林区蒙古栎天然林、天然阔叶混交林和落叶松人工林的土壤养分管理和森林可持续经营提供一定的理论依据.

为探明科尔沁沙地杨树造林后碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量变化规律,阐明林分发育对植物-土壤间元素循环的影响,以杨树幼树和成年树为对象,分析杨树不同器官(叶、茎、根)、枯落叶和土壤C、N、P含量及其比值,计算N、P重吸收效率,研究植物与土壤间C、N、P的相关性.结果表明:杨树幼树N和P含量表现为叶＞根＞枝,而成年树为叶和枝＞根;幼树叶和枝C∶N、C∶P和N∶P、根N和P含量高于成年树,而枝N含量、叶和枝P含量、根C∶N和C∶P低于成年树.幼树枯落叶N和P含量低于成年树,而C∶N和C∶P高于成年树.幼树N重吸收效率更高,而成年树P重吸收效率更高.杨树造林后0～40cm 土层土壤C和N含量升高,P含量下降.杨树枝和根N、P含量分别与土壤N、P含量呈正相关.因而,杨树幼树将更多N、P供给到根系,减少枯落叶N、P损失,促进植物体快速生长;而成年树则将更多N、P供给到枝叶,增加枯落叶N、P归还土壤,促进植物-土壤间养分循环.科尔沁沙地杨树幼树生长主要受N限制,而成年树主要受P限制.

植被、凋落物、地形以及土壤属性都是土壤有机碳(SOC)变化的驱动因素,而多个驱动因素如何同时作用于SOC的研究较少.本文以云冷杉阔叶混交林为对象,通过样地调查、采样以及实验测定获得200组数据,包括不同土层土壤、植被以及不同分解层凋落物的数据,并通过遥感技术获得了地形数据.采用相关分析以及结构方程模型量化这些因子对SOC的影响.基于相关分析结果构建了 5个潜变量,包含植被、地形、凋落物归还特征、土壤属性以及SOC含量和土壤有机碳密度(SOCD),选取了 15个观测变量进行建模.结构方程模型的各项检验系数基本通过,且多元平方系数值为0.94,表明方程构建合理且效果较好,模型的收敛效度达标.4个预测潜变量对SOC含量和SOCD均有显著正效应,总效应从大到小表现为土壤属性(0.938)＞地形(0.383)＞植被(0.131)＞凋落物归还特征(0.099),可解释部分效应贡献占比分别为60.5％、24.7％、8.4％和 6.4％,其中高程、20～40 cm 土壤全磷、20～40 cm 土壤全氮、0～20 cm 土壤全氮、20～40 cm 土壤含水率为效应贡献前五位,对SOC含量和SOCD有较大的正效应.地形(高程与坡向)与植被(Shannon多样性指数、物种数、郁闭度)对SOC含量和SOCD具有间接正效应,地形通过土壤属性和凋落物归还特征两个路径影响SOC,且均达到极显著水平(P＜0.001);植被仅通过土壤属性路径在0.1水平达到显著.综上所述,SOC驱动因素的关系非常复杂,植被通过影响氮磷以及深层土壤属性影响SOC,凋落物通过直接输入对SOC产生正效应,地形通过水热分配影响其他土壤属性间接影响SOC.本研究构建的结构方程阐明了云冷杉阔叶混交林各类驱动因素的作用关系,为SOC保护以及天然林土壤养分管理提供理论依据.

为揭示横断山脉亚高山带高山栎(Quercus semicarpifolia)的生态适应性机制,选取该地区8个样地的高山栎叶片和生长基质土壤为研究对象,分别测定C、N、P含量及其比例特征,并对生长限制性元素进行判断,利用生态化学计量内稳性模型拟合判断高山栎叶片所处状态.结果表明8个样地土壤C、N、P质量分数分别为38.86～70.19、3.54～9.46、0.61～2.05 g?kg-1,土壤ω(C)∶ω(N)为5.65～16.07,ω(C):ω(P)为36.98～74.42,ω(N)∶ω(P)为4.41～12.90,均值分别为9.48、51.79和6.54.叶片C、N、P质量分数分别为428.31～473.86、21.22～31.68、2.21～3.68 g?kg-1,叶片ω(C)∶ω(N)、ω(C)∶ω(P)和ω(N)∶ω(P)分别为14.16～22.46,121.41～215.86和6.99～12.84,均值分别为17.36、164.39和9.68.叶片N、P含量均高于全球平均水平.各样地中叶N与土壤P、叶N与土壤ω(C)∶ω(N)、叶ω(C)∶ω(P)与土壤ω(N)∶ω(P)、叶ω(C)∶ω(N)与土壤ω(N)∶ω(P),以及叶ω(C)∶ω(P)与叶ω(N)∶ω(P)极显著正相关(P<0.01).此外,高山栎叶片化学计量内稳性指数以1/H进行探讨,1/Hω(N)为-0.181～0.141、1/Hω(P)为-1.255～1.206、1/H[ω(N)∶ω(P)]为0.391～0.960,表明各高山栎1/Hω(N)处于稳态、1/Hω(P)和1/H[ω(N)∶ω(P)]多处于弱稳态、弱敏感和敏感态.高山栎叶片ω(N)∶ω(P)小于或接近16,说明该地区对高山栎N、P两种元素供应充足.高山栎能够过量贮存N、P元素以适应变化的外界生境,但对于外界P元素的利用策略更为保守.该地区高山栎林在长期演替进程中与土壤形成了良好的养分供给与归还关系,已形成相对完整稳定的亚高山带森林生态系统.

凋落物在原生生境("主场")中比在非原生生境("客场")中分解得更快的现象被称为凋落物分解的"主场优势".探究凋落物分解的主场优势的主要影响因素及驱动机制对预测植物养分的归还过程和生态系统碳收支有重要意义.该文主要从主场优势的计算方法、影响因素及驱动机制出发,综述了近年来凋落物分解的主场优势的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望.度量凋落物分解的主场优势有4种常见的计算方法,其中采用线性模型计算主场优势在当前最为合适.凋落物质量(化学成分等)、土壤微生物群落结构是影响凋落物分解的主场优势的主要因素,土壤动物、气候条件、分解时间、植物生活型及生长型也能改变主场优势的强度.凋落物之间质量差异越大,产生的主场优势越大.土壤微生物群落驱动着凋落物分解的主场优势,但其作用时常受到动物的干扰及气候的制约.此外,带有叶际微生物的凋落物比去除了叶际微生物的凋落物有更强的主场优势.凋落物化学性质趋同假说、分解者控制假说及凋落物质量与环境相互作用假说是解释主场优势产生的主要假说,但它们均有不足之处.该文认为凋落物和土壤微生物的协同作用可能是产生和驱动主场优势的主要机制.当前的研究存在着各因素对主场优势的影响探究不够深入、关注的生态系统类型较为单一等问题,在未来的研究中需要进一步深入探究各因素对主场优势效应的影响及其相对贡献,关注更多不同的生态系统类型,从而增强对主场优势相关机制的理解.

该研究以桂林会仙喀斯特湿地典型芦苇植物群落土壤为对象,研究了土壤氮含量的季节动态变化特征,探讨了土壤氮对水热季节变化的响应趋势.结果表明:土壤有机氮在全氮中所占比例较大,0~10 cm土层的全氮与0~10 cm和10~20 cm土层的速效氮季节变化特征一致,表现为夏季>秋季>春季>冬季;10~20 cm和20~30 cm土层的全氮和有机氮均表现为春季>夏季>秋季>冬季.0~10 cm土层的有机氮和10~20 cm土层的速效氮变化趋势一致,表现为秋季>夏季>春季>冬季.各层土壤硝态氮呈现出先升高后降低的单峰曲线变化趋势,均表现为夏季>春季>秋季>冬季,并与铵态氮0~10 cm和10~20 cm土层的季节变化趋势相一致.20~30 cm土层的铵态氮与0~10 cm和20~30 cm土层的土壤微生物量氮含量时间动态一致,均表现为春季>秋季>夏季>冬季,10~20 cm土层的微生物量氮表现为秋季>春季>夏季>冬季的趋势.土壤铵态氮含量明显高于硝态氮,各层土壤铵态氮含量基本呈现出不规则"M"形的双峰曲线变化.会仙喀斯特湿地典型芦苇植物群落不同土层土壤各形态氮含量的动态特征对水热变化的季节响应差异较大,不同月份之间有所不同,但均在冬季含量最低,与月均气温和月均降雨量的变化关系表现为不完全的同步趋势.土壤氮含量季节变化特征的差异主要与气温、水分条件、不同生长期芦苇吸收利用、土壤有机碳、凋落物养分的归还以及有机氮矿化等影响有关.该研究结果为桂林会仙喀斯特国家湿地公园生态功能恢复与可持续发展利用提供了科学依据.

细根对土壤水分含量变化十分敏感,增加和减少降水直接影响土壤水分含量.为探索细根对降水变化的响应,该文从48篇己发表的国内外研究论文中搜集到202组数据,通过meta分析的方法揭示细根生物量、生产量、周转率、根长度密度、比根长及细根分解对增加和减少降水的一般响应规律,用加权响应比评价降水对细根各指标的影响效应,降水变化对细根分解的影响用土壤微生物生物量碳的响应比衡量.结果表明:1)不同类型植物的细根对降水变化的响应程度不同,灌木细根的响应强于乔木.2)细根各指标对降水变化的响应存在土层空间异质性,并且降水变化量为50％时细根响应最显著.降水增加50％时,显著增加20-40 cm土层的细根生物量和0-10 cm土层的细根比根长,降水减少50％时,显著减少20-40 cm土层的细根生产量和增加0-10 cm土层的细根根长度密度.3)降水变化实验持续时间的长短会影响细根的响应程度,短期实验中细根通过形态适应对降水变化做出应对,而长期实验中细根通过重新分配生物量对降水变化做出响应.4)增加降水促进了细根养分归还,致使土壤微生物得到了充足的底物资源,提高了自身活性,使细根分解加快.