凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

土壤生态化学计量是土壤肥力和植物养分状况的重要指标,探索森林的恢复方式对土壤生态化学计量特征的影响,可为准确评价生态系统物质循环过程对干扰和恢复的响应提供理论依据和数据支撑.该研究比较测定了东北东部山区人工恢复的3种针阔混交林和天然恢复的4种落叶阔叶林的土壤、凋落物和枯落物的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量,以及土壤pH、土壤密度等理化性质.结果显示:人工针阔混交林和天然落叶阔叶林的土壤C、N和P含量均随着土壤深度的增加而降低.各林分类型的O(有机质)层土壤C、N和P含量的波动范围分别为53.78-90.59、5.02-7.83和0.75-0.91 g?kg-1.人工针阔混交林O层土壤的C和N含量显著低于天然落叶阔叶林,而人工针阔混交林A(腐殖质)和B(淀积)层土壤的C、N和P含量均高于天然落叶阔叶林.人工针阔混交林O层土壤的C密度显著低于天然阔叶林.土壤C:N、C:P和N:P的波动范围为10.08-12.53、43.97-135.52和4.56-11.64;O层土壤的C:N在两种恢复方式的森林间无显著差异,人工针阔混交林O和A层土壤的C:P和N:P显著低于天然落叶阔叶林.土壤各层次的C和N含量均存在显著的正相关关系(R2范围0.40-0.76).除C:N以外,恢复方式、土壤发生层及其二者交互作用对土壤C、N、P含量、密度和计量比均存在显著影响.土壤密度和凋落物C含量显著影响土壤C、N和P含量.这些结果表明,通过人工恢复方式增加针叶树种的比重,使表层土壤的C、N含量降低,导致表层土壤的碳固持量减弱;但是对C:N无显著影响,表现出相对稳定的土壤C、N计量特征.

氯仿(CHCl3)和溴仿(CHBr3)是两种重要的挥发性卤代烃(Volatile halohydrocarbon,VHCs),可通过光化学作用,引起臭氧层破坏和温室效应,影响全球气候变化.以黄河三角洲湿地的优势物种—盐地碱蓬(Suaeda glauca)为研究对象,采用室内盆栽培养来探究不同浓度氮输入水平(CK,对照,6.0 g N m-2 a-1;1.5N0,低氮处理,9.0 g N m-2 a-1;3.0N0,高氮处理,18.0 g N m-2 a-1)对盐地碱蓬以及盆栽微生态系统CHCl3、CHBr3通量特征的影响.结果表明,不同氮梯度下盐地碱蓬CHCl3和CHBr3排放通量均呈现出先降后升的趋势,低浓度1.5N0下可以促进盐地碱蓬CHCl3的释放,高浓度3.0N0则抑制;盐地碱蓬CHCl3、CHBr3气体通量的峰值分别出现在枯萎期与苗期,其主要原因是不同氮梯度刺激了气体消耗与产生之间的平衡以及植物各生长期生长因子的改变.由相关性分析可知,盐地碱蓬CHCl3排放通量受多种因子相互作用,植物根长与CHBr3排放之间存在显著相关性,根部越长,CHBr3的排放通量越低.不同氮梯度下盆栽微生态系统内CHCl3、CHBr3排放通量的变化趋势不同,CHCl3通量为先升后降,CHBr3为先降后升,气体通量的最高值与最低值出现在植物不同生长时期,盆栽微生态系统气体排放通量主要受土壤NH4+-N、NO3--N、以及植物凋落物等交互作用的影响.

本研究将垂柳(Salix babylonica L.)、元宝枫(Acer pictum subsp.mono(Maxim.)H.Ohashi)、银杏(Ginkgo biloba L.)、龙爪槐(Sophora japonica L.var.japonica f.pendula Hort.)、油松(Pinus tabuliformis Carrière)、刺柏(Juniperus formosana Hayata)、侧柏(Platycladus orientalis(L.)Franco)和云杉(Picea asperata Mast.)等8种北方城市常见绿化树种的凋落物与延安市城区受到频繁扰动的表层土壤以2%(凋落物/干土)的比例混合,在模拟自然条件下的土壤容重和含水量的基础上进行120 d的室内培养实验,检测处理后土壤有机碳及其各组分的含量以及相应碳库指数的变化,并分析凋落物化学特性与上述指标的关系.结果显示,8种供试凋落物中,除五角枫和刺柏外的所有凋落物处理均显著提高了土壤总有机碳含量,除五角枫、银杏和刺柏外的凋落物处理显著提高了其稳定组分的含量,而所有凋落物处理普遍显著提高了中等和高活性组分的含量.垂柳、侧柏、云杉和油松凋落物处理显著提高了土壤碳库指数,几乎所有处理均显著提高了土壤有机碳活度指数和碳库管理指数,仅侧柏凋落物处理显著提高了土壤固碳指数.凋落物氮和氨基酸含量与土壤有机碳各组分含量和相关碳库指数总体呈负相关;凋落物总酚和可溶性糖含量以及碳氮比、碳磷比和氮磷比与高活性、低活性和稳定有机碳组分含量呈正相关,其总有机酸、磷、总碳、萜类、酚类含量和碳氮比则与中等活性有机碳组分含量呈正相关.仅从提高土壤有机碳总量及其各组分含量,以及土壤有机碳活性和稳定的角度考虑,侧柏凋落物可作为处理城市土壤的优选材料,其次为垂柳、云杉和油松凋落物.

凋落物所处的土壤微环境是影响其分解的关键因素之一,然而在黄土高原广泛栽植的刺槐人工林中,土壤微环境随林龄增加如何改变、其对凋落物分解过程的影响趋势尚不清楚.为明确上述问题,以油松凋落物(典型的难分解凋落物)和白三叶凋落物(易分解)为对象,分别在林龄为 10、20、33 a和 43a的刺槐林地土壤表面进行为期 592 d的模拟分解试验,检测凋落物分解特征以及地表土壤理化生物学性质随林龄增加的变化趋势,并分析凋落物分解速率与土壤微环境指标间的关系.结果表明:(1)随林龄增加,油松凋落物的分解速率呈先小幅降低后提高的趋势,白三叶凋落物的分解速率持续提高(P＜0.05);(2)总体而言,随林龄增加林地表层土壤温度呈先降后增趋势,土壤湿度、有效磷含量和pH持续降低,而速效氮含量持续提高(P＜0.05);(3)林龄增加显著改变了林地土壤微生物群落结构,特别是在各分解时间点时均导致真菌属的明显演替现象.土壤中 9种凋落物分解酶的总酶活性和木质纤维素酶活性均在分解第108 天时随林龄增加呈先降后增趋势,而在分解第389 天和第592天时持续提高(P＜0.05).(4)油松凋落物分解速率仅与土壤总酶活性、真菌群落结构和铵态氮含量呈显著正相关,白三叶凋落物分解速率则与总酶和木质纤维素酶活性、细菌和真菌群落结构、温度和铵态氮含量显著正相关,而与土壤湿度和pH显著负相关(P＜0.05).综上所述,刺槐林龄增加引起的土壤理、化和生物微环境变化总体倾向于加速凋落物的分解过程.

云南松是我国西南林区典型易燃针叶树,研究林火对云南松林地表可燃物负荷量及火烧后碳排放量的影响,对可燃物管理及区域碳平衡维持提供科学依据.本研究以四川省西昌市2020年3月30日云南松林火烧迹地为对象,设置不同火烧强度(轻度、中度、重度)和对照(未火烧)样地,分析不同火烧强度下地表可燃物负荷量的变化以及地表可燃物负荷量与环境因子之间的相关关系,通过乔木层、凋落物层及地表有机质层可燃物负荷量损失程度计算可燃物燃烧效率,进而计算不同组分可燃物的碳排放量.结果表明:(1)不同火烧强度下云南松林各类型地表可燃物负荷量均存在显著差异(P＜0.05),地表可燃物总负荷量具体表现为:重度火烧(50.94 t·hm-2)＞对照样地(41.08 t·hm-2)＞中度火烧(37.40 t·hm-2)＞轻度火烧(28.83 t· hm-2);(2)冗余分析结果表明,林分因子中,烧死木百分比、熏黑高度与树高的比值对灌木和草本可燃物负荷量的解释量较大;地形因子中,坡向对地表可燃物负荷量的解释量大于坡度和海拔;(3)云南松林乔木层、凋落物层、地表有机质层可燃物碳排放量在不同火烧强度样地间均存在显著差异(P＜0.05),碳排放量分别为23451.30、8322.86、5244.74 t,此次森林火灾碳排放量为37018.90 t.

森林土壤碳库是森林生态系统碳库的重要组成部分,对于调节陆地生态系统碳循环和大气CO2浓度变化起着非常重要的作用.以往的研究主要探究了各种因素(如地形、植被、土壤理化性质等)与森林土壤碳之间的单因子或多因子关系.然而,对于多因子中的关键因子识别及其相互作用机制尚不清楚.本研究利用陕西省商洛市丹凤县50块油松(Pinus tabuliformis)飞播林标准地调查数据,采用结构方程模型探究土壤有机碳密度的影响因素.选取了林分结构、物种多样性、生物量、土壤理化性质等方面的23个指标作为观测指标,形成乔木特征,林下灌、草及凋落物特征,其他土壤理化性质和土壤有机碳密度4个潜变量,构建偏最小二乘法的结构方程模型.结果表明:(1)最终的结构方程模型筛选出12个观测变量,其他土壤理化性质中筛选出3个观测变量,分别为土壤全氮、土壤全磷、土壤含水量;林下灌、草及凋落物特征潜变量中筛选出5个观测变量,分别为灌木Simpson指数、草本Simpson指数、草本Margalef指数、草本生物量、凋落物层厚度;乔木特征潜变量中筛选出3个观测变量,分别为乔木Simpson指数、林分大小比数、乔木物种数.(2)其他土壤理化性质是土壤有机碳密度的直接影响因素(路径系数为0.877,P＜0.01),林下灌、草及凋落物特征与乔木特征是土壤有机碳密度的间接影响因素(路径系数分别为0.552和-0.299,均P＜0.01).(3)林下灌、草及凋落物特征通过直接影响其他土壤理化性质(路径系数为0.630,P＜0.01)进而影响土壤有机碳密度,乔木特征通过直接影响林下灌、草及凋落物特征(路径系数为-0.541,P＜0.01)进而影响土壤有机碳密度.本研究为揭示不同驱动因素之间的关系提供了新的见解,对于理解飞播林土壤有机碳调节有重要意义.

为研究木本植物自然恢复过程中生态系统碳密度对群落结构变化的响应机制,选取百山祖国家公园高、中、低3种杉木萌条保留密度(1154、847和465株·hm-2)下自然恢复初期林分为研究对象,分析生态系统碳密度及其组分与树种多样性、林分结构多样性(胸径变异系数)、林分空间结构参数(混交度、角尺度、大小比数、密集度)之间的关系.结果表明:随杉木萌条保留密度减少,树种多样性(物种丰富度指数、Shan-non 多样性指数)增加;林分结构参数中胸径变异系数、林分密度和混交度随杉木萌条保留密度减少呈升高趋势,不同杉木保留密度处理林分分布格局均为均匀分布,林木生长状态均为亚优势,林分密集程度均为比较密集.高、中、低3种杉木萌条保留密度处理乔木层碳密度分别为57.56、56.12和46.54 t·hm-2,土壤层碳密度分别为104.35、122.71和142.00 t·hm-2,生态系统碳密度分别为164.59、182.41和190.13 t·hm-2,林下植被层和凋落物层碳密度在不同处理之间变异较小.不同杉木保留密度处理生态系统碳密度分配特征均为土壤层(63.4％～74.7％)＞乔木层(24.5％～35.0％)＞林下植被层与凋落物层(0.8％～2.0％).方差分解结果表明,乔木层碳密度变化主要受林分结构多样性影响,土壤层碳密度受树种和结构多样性共同影响,而生态系统碳密度主要受树种多样性影响,林分空间结构参数对生态系统碳密度及其组分影响相对较小.在试验区杉木人工林向天然林转变过程中,杉木萌条保留密度显著影响生态系统碳积累,保留较低的杉木密度(500株·hm-2左右)更有利于林分固碳增汇.

凋落物作为森林土壤有机质的重要来源,对森林生态系统土壤微生物群落具有重要影响.本研究以清除凋落物层马尾松林(L)和未清除凋落物层马尾松林(NL)作为调查对象,探究凋落物清除对马尾松林外生菌根真菌(EMF)群落的影响.马尾松EMF群落共鉴定出 56 个OTUs,隶属于 2 门6 纲 14 目 16 科 24 属,且担子菌门丰富度明显高于子囊菌门;其中棉革菌属 Tomentella、红菇属Russula、乳菇属Lactarius、土生空团菌属Cenococcum为优势属,特有OTUs高于共有OTUs.NL与L样地间马尾松EMF群落组成和结构差异明显,门水平上,凋落物清除增加了马尾松EMF群落子囊菌门的丰富度;属水平上,凋落物清除马尾松EMF群落土生空团菌属Cenococcum、假小垫革菌属Pseudotomentella和古根菌属Archaeorhizomyces相对丰度占比增加,而乳菇属Lactarius、红菇属Russula和绵革菌属Tomentella相对丰度占比则减少.冗余分析(RDA)表明全磷、pH和有效磷是马尾松EMF群落重要的影响因子.马尾松林凋落物清除对马尾松EMF群落组成结构产生重要影响.

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.