磷是限制植物生产力的重要养分之一,但土壤磷组分随林木生长发育阶段的变化特征仍不清楚.本研究以四川盆地华西雨屏区洪雅林场7个林龄(6、12、23、27、32、46、52a)柳杉人工林为对象,采集0～20 cm 土壤样品,运用Hedley磷分级法测定土壤磷组分含量,探究不同林龄柳杉人工林土壤磷组分的差异.结果表明:柳杉人工林土壤全磷含量为231.93～370.27 mg·kg-1,在幼龄林(6 a)最低,中龄林(12 a)最高;土壤总无机磷和总有机磷含量随林龄增加呈先增后降和增加的趋势.总无机磷占全磷的比例随林龄增加呈下降趋势,而总有机磷则相反.活性无机磷组分、活性有机磷组分和中等活性有机磷组分含量随林龄增加而增加,可能与pH降低和有机碳增加有显著关联.中龄林(12a)和成熟林(32a)的中等活性无机磷组分含量显著高于其他林龄.稳定态磷组分含量随林龄增加呈先增加后降低趋势,土壤容重增加和土壤含水率降低是重要影响因素.多元线性回归模型与Pearson相关性分析表明,活性无机磷与林龄无显著相关,中等活性有机磷随林龄增加而升高能正向影响活性无机磷生成.本研究发现表层土壤磷组分会随着林龄增加发生变化,这有助于对相应林龄土壤磷素出现的问题提出解决措施,为柳杉人工林提质增效与土壤肥力维持提供理论依据.

为探究氮(N)沉降和凋落物输入量改变对凋落叶分解的影响,该研究于2014年6月至2019年6月,以华西雨屏区处于N饱和状态的常绿阔叶林为研究对象,设置N添加和凋落物处理双因素实验,其中N添加处理分别为对照(CK,0 kg·hm-2 a-1)、低N(LN,50 kg·hm-2·a-1)和高N(HN,150 kg·hm-2·a-1),凋落物处理分别为凋落物输入量不变(L0,不改变凋落物输入),减少(L-,减少50％)以及增加(L+,增加50％).结果表明:6年N添加处理对该森林生态系统地上凋落物产量影响不显著;N添加处理显著抑制凋落叶分解,且N添加量越高,凋落叶分解抑制作用越强;N添加显著降低分解后期凋落叶中锰(Mn)的残留率,促进Mn的释放;凋落物输入量的增减处理未显著改变凋落叶分解速率,而凋落物增减处理升高了凋落叶中Mn的残留率,减缓Mn的释放;N添加和凋落物处理交互作用不显著.该研究表明亚热带N饱和常绿阔叶林凋落叶分解受N沉降的直接影响显著,凋落物处理主要影响凋落物分解过程中Mn的含量,并且凋落物Mn含量在凋落物分解响应N输入的过程中可能起着关键作用.

大气氮沉降已成为全球性环境问题,对陆地生态系统结构与功能产生显著影响.于2015年8月-2016年7月,在都江堰灵岩山森林生态系统开展定位观测,分析大气降水中各形态氮素浓度;结合都江堰全年降水数据,估算当地湿氮沉降量的季节动态特征.结果显示,观测期间全年降水量为1 073.4 mm,降水中可溶性总氮(TDN)、可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)平均浓度分别为5.9、2.9、1.6和1.4 mg/L,各形态氮浓度具有明显的季节变化特征,均表现为冬春季高于夏秋季.湿氮沉降中各形态氮沉降量与降水量和降水频次呈显著正相关(P＜0.05).全年TDN湿沉降量为36.2 kg hm-2 a-1,其中NH4+-N、NO3--N和DON分别为16.4、10.0和9.8kghm-2a-1.可溶性无机氮(DIN)沉降量占TDN沉降量的72.8％,DIN中有62.1％来自NH4+-N.综上所述,都江堰地区湿氮沉降显著,且以无机氮为主,这可能对区域植被生长有一定促进作用.

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH4 NO3)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK,0gN·m-2 ·a-1)、低氮沉降(L,5gN· m-2 ·a-1)、中氮沉降(M,15 g N·m-2·a-1)和高氮沉降(H,30 g N·m-2·a-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明:氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～ 12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.

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,50kgN· hm-2·a-1)、高氮(HN,150 kg N·hm-2·a-1)、低硫(LS,200kgS·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.

2016年12月-2017年11月研究了都江堰灵岩山麻栎-喜树人工混交林林冠对不同物候期(无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期)雨水中K+和Na+的再分配作用.结果表明:大气降雨中K+和Na+浓度分别为1.87和1.46 mg·L-1,穿透雨中分别为5.78和1.39 mg·L-1,雨水中的K+浓度在展叶期最高,盛叶期最低,Na+在无叶期和展叶期较高,盛叶期和落叶期较低;大气降雨中K+和Na+的输入量分别为25.47和21.60 kg·hm-2·a-1;降雨对林冠中K+的淋溶量为13.64 kg·hm-2·a-1,无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期的淋溶量分别为1.67、6.23、2.28和3.46 kg·hm-2,在展叶期淋溶量最大;林冠对Na+的截留量为11.26 kg·hm-2·a-1,无叶期、展叶期、盛叶期和落叶期的截留率分别为32.6％、18.0％、44.9％和31.5％,盛叶期时截留量最大.可见,麻栎-喜树人工混交林林冠对大气降雨中K+和Na+的再分配作用随物候期而变化,这为深入了解华西雨屏区森林生态系统的K+和Na+循环提供了基础数据.

为进一步深化氮沉降对凋落物分解影响的研究,2016年3月-2017年3月,在华西雨屏区天然常绿阔叶林内,用凋落叶分解袋法研究了模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的影响.实验设置了对照(0gNm-2a-1)、低氮(5gNm-2a-1)、中氮(15gNm-2a-1)和高氮沉降(30 g N m-2 a-1)4个处理.结果表明:低氮和中氮处理显著增加了凋落叶分解过程中的MBC和MBN,以低氮处理增加幅度最高;低氮和中氮处理对凋落叶分解过程中的MBP影响不显著;高氮处理显著降低了分解过程中的MBC、MBN和MBP.随模拟氮沉降量的递增,凋落叶分解过程中微生物生物量碳氮比逐渐减少,微生物生物量碳磷比呈现先增加后下降的趋势.研究结果说明,氮沉降影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程中微生物生物量,进而改变了凋落物的分解过程.

凋落物的可提取腐殖质碳可随着植物生长节律及物候时期的变化而变化,并进而影响物质循环的过程,为深入了解以凋落物为载体的生态系统物质循环特征,该研究以华西雨屏区麻栎(Quercus acutissima)、楠木(Phoebe zhennan)、柳杉(Cryptomeria fortune)和喜树(Camptotheca acuminate)为对象,通过定点动态收集萌芽期、展叶期、盛叶期和落叶期的不同类型凋落物,分析其可提取腐殖质碳(extractable humus carbon,HC)、胡敏酸碳(humic acid carbon,HAC)、富里酸碳(fulvic acid carbon,FAC)以及胡敏酸碳/富里酸碳(humic acid carbon/fulvic acid carbon,HAC/FAC)的差异.结果 表明:相对于其他凋落器官,在同一物候时期凋落叶中的HC和HAC含量都最高,大致都表现为凋落叶＞凋落枝＞凋落果,且在落叶树种中更为显著;相对于其他时期,展叶期四个树种凋落叶均表现出较高的FAC含量,但不同物候期凋落枝和凋落果的HAC含量以及FAC含量受物种的影响较大.尽管HAC/FAC在各器官间差异并不显著,但落叶树种相同器官的HAC/FAC低于常绿树种,表明落叶树种凋落物富里酸相对含量较高,形成速度相对较快,难降解程度也相对较大.统计分析表明关键时期、物种类型、器官类型及其相互作用对凋落物中HC、HAC、FAC含量和HAC/FAC均具有不同程度的影响,这为进一步深入认识区域生态系统以凋落物为载体的物质循环过程提供了理论依据及新的思路.

土壤动物在生态系统养分循环中扮演着重要角色,其中土壤节肢动物在凋落物破碎和土壤团聚体形成中起着决定性作用.为探究多年模拟氮沉降对苦竹人工林土壤节肢动物的影响,于2007年11月起在华西雨屏区苦竹人工林进行了每月1次的模拟氮沉降试验,以硝酸铵为氮源,设对照(0 g N·m-2·a-1)、低氮(5gN·m-2·a-1)、中氮(15gN·m-2·a-1)和高氮(30 g N·m-2·a-1)4个处理.在施氮6.5年后分别于2014年1月、10月,2015年1月采集凋落物层和0～15 cm土层样品带回实验室分离鉴定.结果 显示:本试验共观察到土壤节肢动物1852只,隶属于3门7纲18目;凋落物层土壤节肢动物个体数和类群数随施氮浓度的升高而增加,且高氮处理显著高于对照;土壤层土壤节肢动物个体数和类群数随施氮浓度的升高而减少,但与对照相比均不显著;模拟氮沉降对凋落物层和土壤层土壤节肢动物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数均无显著影响.

植物对矿质元素的吸收和利用是衡量森林群落养分状况的重要指标.为了解亚热带常绿阔叶林植物群落矿质元素分配特征,以华西雨屏区亚热带常绿阔叶林优势植物为研究对象,于2017年8月采集乔木、灌木和草本植物的根、茎、皮、枝、叶样品,测定分析森林群落优势植物矿质元素K、Ca、Na、Mg的分配特征.结果表明:优势植物矿质元素平均浓度表现为Ca＞K＞Mg＞Na;不同功能群各元素浓度存在一定差异,K和Mg浓度以乔木植物最低,Ca和K浓度分别以灌木和草本植物最高,Na浓度在植物功能群间无明显变化;不同植物功能群相同器官的矿质元素浓度明显不同,根系K、Ca和Mg浓度以乔木植物最低,叶片K、Ca、Na和Mg浓度以灌木植物最高,乔木和灌木植物枝条矿质元素浓度差异不显著;同一植物功能群的不同器官显著影响矿质元素浓度,乔木植物Ca浓度以树皮最高,灌木植物K、Ca和Mg元素浓度以枝条最低,草本植物叶片和根系矿质元素无显著差异;K与Mg和Na元素浓度以及Ca与Mg元素浓度显著正相关,Na与Ca和Mg元素浓度呈显著负相关,K和Ca元素浓度相关不显著.因此,亚热带常绿阔叶林植物矿质元素的分配不仅受到功能群及其器官的影响,还受到元素间相互作用的影响.