土壤化学计量比是衡量土壤有机质组成及质量的有效指标.多数研究关注土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)及化学计量比,而较少关注森林恢复过程中土壤钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)及化学计量比的变化.本研究以亚热带自然恢复的5、8、21、27、40年林分为研究对象,以自然恢复的天然林为对照,分析土壤K、Ca、Mg及化学计量比随林分恢复年限的变化.结果表明:随着土层的加深,土壤C和N含量显著降低,土壤元素化学计量比除K∶P、Mg∶P和P∶Ca外均显著降低.随森林恢复年限的增加,0～10 cm 土层C和N含量显著增加,10～20 cm 土层Ca含量显著增加,20～40 cm 土层全磷含量显著降低,各土层K和Mg含量均无显著变化.随森林恢复年限的增加,0～10 cm 土层C∶Ca、N∶Ca、P∶Ca显著增加,20～40 cm 土层C∶P、N∶P和K∶P显著增加,而P∶Ca显著降低.所有土层K∶P和Mg∶P与总磷含量呈显著负相关,C∶Ca和N∶Ca与矿质氮、有效磷、速效钾含量呈显著正相关.随着次生林恢复年限的增加,研究区土壤普遍受到P限制,恢复后期Ca的限制逐渐增强,进而导致了多种养分元素的限制.

目的:探究安徽潜山板仓省级自然保护区常绿落叶阔叶混交林物种组成和群落结构.方法:按照CTFS的建设标准,在安徽潜山板仓省级自然保护区建立1 hm2的森林监测固定样地.对样地内所有胸径(DBH)≥1 cm 的木本植物进行调查,并从群落物种组成、区系特征、重要值、群落垂直结构和径级特征等进行分析研究.结果:该固定样地内DBH≥1 cm 的木本植物共有3 572 株,隶属于34科66属98种;其中樟科、豆科、蔷薇科、壳斗科等有较大优势.从属的水平上看,温带区系成分占总属数的71.43%,热带区系成分占25.40%,区系具有过渡性,且温带成分明显.样地稀有种17种,占总物种数的17.35%.重要值≥1.00%的物种共有22个,重要值最大的为毛柄连蕊茶13.05%、其次为豹皮樟11.04%和山胡椒7.13%.样地内所有植株平均胸径为4.60 cm,平均高度为4.3 m,群落径级分布呈"J"型,表明群落结构总体稳定和健康生长状态.结论:样地内木本植株数量较多,物种丰富,具有天然次生林典型特征.区系成分复杂,具有明显的过渡特征.植被由落叶阔叶混交林向常绿阔叶林演替.

土壤酶以及化学计量比是表征土壤养分可用性和微生物养分限制的关键指标.然而,对川西亚高山天然林转换为人工林后土壤酶活性和化学计量比的变化特征及其关键驱动因素尚不清晰.本研究以川西亚高山云杉天然次生林和人工林为对象,测定了两种林分的土壤理化性质和酶活性.结果表明:(1)天然林土壤碳氮比(C∶N)显著低于人工林(P＜0.05),其土壤碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)则均显著高于人工林土壤(P＜0.05);(2)天然林的酶碳氮比(C∶NEEA)和酶碳磷比(C∶PEEA)显著高于人工林,而酶氮磷比(N∶PEEA)却显著低于人工林(P＜0.01);人工林的碳质量指数CQI1和CQI2显著高于天然林(P＜0.05),而矢量长度和矢量角度显著低于天然林(P＜0.01);(3)天然林土壤微生物受到了一定程度的碳、磷限制,人工林土壤微生物则受氮严重限制;(4)冗余分析结果表明,全氮是影响酶化学计量比的主要因素.以上研究结果表明,在本区域内人工林土壤养分管理中,需充分考虑微生物对氮素的需求.

近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林.氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程.然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰.以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素.结果表明:森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素.森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复.研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据.

受人类活动干扰的增加,亚热带森林频繁转换为次生林和人工林,可能显著影响土壤无脊椎动物群落结构及其生态功能,但当前的认识并不一致.因此,于2022年7月调查了亚热带天然常绿阔叶林转换为次生林、米槠人工林、杉木人工林后土壤无脊椎动物群落结构特征.共捕获土壤无脊椎动物659只,丰度为26540只/m2,隶属1门6纲13目59科,其中蚁科和球角?科为优势类群.森林转换改变了土壤无脊椎动物群落组成和多样性.天然林向米槠人工林和杉木人工林转换后,土壤无脊椎动物丰度和类群均明显降低,其中大型土壤无脊椎动物丰度的响应更为敏感,在2种林型中分别显著降低了 33.58％和36.53％.尽管林型转换对土壤无脊椎动物群落多样性指数无显著影响,但改变了土壤无脊椎动物群落组成,其中天然林与杉木人工林群落组成极不相似(J＜0.25),等节?科为杉木人工林优势类群,占比达到59.84％.冗余分析显示,土壤湿度、凋落物现存量和凋落物磷含量是影响土壤无脊椎动物群落的主要因子,对土壤无脊椎动物群落的解释率为69.30％.可见,林型转换可能通过改变土壤理化性质和凋落物质量,调控土壤无脊椎动物群落结构.

为实现大兴安岭地区落叶松天然林的全周期可持续经营,以新林林业局翠岗林场3块100m×100m不同演替阶段(白桦林、落叶松-白桦混交林和落叶松林)的天然林固定调查样地数据为基础,采用统计模型(对数正态模型)、生态位模型(断棍模型、生态位优先占领模型、Zipf模型、Zipf-Mandelbrot模型)和中性模型(群落零和多项式模型、Volkov模型)对不同演替阶段天然林的乔木层、幼苗层和由乔木层划分的不同林层的物种多度格局进行拟合,并用x2检验和Kolmogorov-Smirnov检验选择最佳模型.结果表明:(1)在大兴安岭地区不同演替阶段的落叶松天然林群落中,Zipf-Mandelbrot模型的拟合效果均最好.(2)对数正态模型对于稳定的演替阶段白桦林和落叶松林的群落相较于过渡阶段群落落叶松-白桦混交林的物种多度分布的拟合效果更好.(3)在大兴安岭地区落叶松天然林中,生境过滤主导群落构建,随着群落不断演替生境过滤和中性过程减弱.(4)天然林群落乔木层的群落构建过程与乔木层内不同生长阶段林层的构建过程不同,生境过滤过程在落叶松林乔木层中逐渐减弱,而在落叶松林不同生长阶段的林层和更新层中增强.

母岩对景观演化和生物定植起着决定性作用,但母岩对区植物多样性是否产生影响是地学、植物学和生态学共同关注的热点.以桂北冠岩、恭城两个典型岩溶区 3 种母岩(灰岩、碎屑岩、灰岩夹白云岩)天然次生林为研究对象,基于野外调查数据,分析了岩溶区植物alpha和beta多样性特征及影响因素.结果显示:(1)研究区内物种相对丰富,共记录乔木86 种、灌木93 种、草本 56 种,灰岩植物alpha多样性最高,碎屑岩次之,灰岩夹白云岩最低;(2)不同母岩和同一母岩区的植物群落相异性均较高,物种周转组分对beta多样性贡献(82.86%—84.49%)显著高于物种丰富度组分(15.51%—17.14%);(3)Pearson和Mantel分析表明,母岩、基岩裸露率和土壤厚度与桂北岩溶区植物alpha和beta多样性显著相关(P＜0.05).综上所述,桂北岩溶森林林分异质性较高,碳酸岩混合沉积区植物多样性显著低于纯灰岩和碎屑岩.植物组成差异主要取决于物种周转过程,母岩、基岩裸露和土壤厚度是主要影响因素.本研究从母岩的角度评估了岩溶森林的植物多样性特征及主要影响因素,为桂北乃至中国西南岩溶地区植被保护和重建提供科学依据和理论支持.

土壤团聚体在土壤磷贮存和调节磷有效性中起重要作用,然而森林更新方式如何影响土壤团聚体磷组分仍不清楚.本研究选取米槠天然林经不同强度干扰形成的米槠次生林(轻度干扰)、米槠人促更新林(人促林,中度干扰)及杉木人工林(重度干扰)为对象,通过分析土壤团聚体粒径组成、全土和团聚体磷组分、磷吸附指数(PSOR)、磷遗留指数(PLGC)、磷饱和度(DPSM3)等指标,探究森林更新方式对全土及团聚体磷有效性及供磷潜力的影响.结果表明:森林更新方式显著影响土壤团聚体组成.米槠次生林和人促林土壤粗大团聚体(＞2 mm)占比显著高于杉木人工林,而土壤粉黏粒团聚体(＜0.053 mm)则表现为相反趋势.土壤团聚体组成显著影响土壤磷组分含量.土壤活性磷组分(可溶性磷PSOL、速效磷PM3)含量随团聚体粒径减小而降低;总磷(TP)、有机磷(Po)、中等活性磷组分(无机磷PiOH、有机磷PoOH)、闭蓄态磷(POCL)含量、PSOR、PLGC随团聚体粒径减小呈先降低后升高的趋势,具体表现为粗大团聚体和粉黏粒团聚体中的TP、Po和PiOH含量显著高于细大团聚体(0.25～2 mm)和微团聚体(0.053～0.25 mm).森林更新方式显著影响全土和团聚体磷组分含量.米槠次生林全土 TP、Po、PSOL和PM3含量显著高于米槠人促林和杉木人工林,米槠次生林不同粒径团聚体PSOL和PM3含量均显著高于杉木人工林.森林更新方式显著影响土壤团聚体磷组分组成及供磷潜力.米槠人促林土壤不同粒径团聚体PSOL和PM3占TP的比例显著低于米槠次生林,米槠次生林土壤不同粒径团聚体PSOR和DPSM3显著高于杉木人工林.综上,自然更新更有利于维持土壤磷有效性,森林更新会通过改变土壤团聚体组成进而影响土壤磷有效性及供磷潜力.

森林类型和林龄是影响土壤酶活性的重要生物因子,但人工林和天然次生林两种森林恢复模式对土壤酶活性随林龄的变化规律及其影响机制还不明确.本研究以亚热带杉木人工林和天然次生林(5、8、21、27和40年生)为对象,探究与土壤碳、氮和磷循环相关的4种土壤酶[纤维素水解酶(CBH)、β-葡萄糖苷酶(βG)、酸性磷酸酶(AP)和乙酰氨基-葡萄糖苷酶(NAG)]活性对林龄的响应特征.结果表明:土壤酶活性在不同林型中呈现不同的变化趋势.杉木人工林土壤AP、βG和CBH活性显著高于天然次生林,而土壤NAG活性无显著差异.对于杉木人工林,随着林龄的增加,土壤AP活性呈降低趋势,5年生林分AP活性显著高于其他林龄阶段62.3％以上;土壤NAG和CBH活性呈先降低后增加趋势,土壤βG活性呈波动变化.对于天然次生林,随着林龄的增加,土壤NAG活性呈波动变化,8年生和27年生林分显著高于其他林龄阶段14.9％以上;土壤βG和CBH活性呈先增加后降低趋势,而土壤AP活性无显著差异.逐步回归分析表明,影响杉木人工林和天然次生林土壤酶活性的最优模型中,土壤预测因子解释了其变异的34％以上.综上,杉木人工林随着林龄的增加其土壤肥力有退化的风险,天然次生林则更有利于维持森林生态系统土壤肥力.

非生物重金属元素的累积可能会对植物生长发育产生不利影响,但林木叶片在衰老过程中是否对这些重金属元素具有重吸收作用尚不清楚.因此,选择中亚热带以米槠为建群种的天然林和次生林以及米槠人工林和杉木人工林4种不同类型森林为研究对象,在一个生长季(4-10月)同步分析林木成熟叶片和新鲜凋落叶片铬(Cr)、镉(Cd)和铅(Pb)的含量变化,探讨不同森林叶片非生物重金属元素的重吸收和累积规律.结果表明:4种森林叶片表现出对3种非生物重金属元素明显的选择性重吸收作用,其重吸收率受森林类型、元素和时间的显著影响.天然林在4月和7-10月对Cr元素重吸收(4月重吸收率最高,达67.8％),在4月和6月对Cd元素重吸收,仅在4月对Pb元素重吸收,其余月份表现出累积特征.次生林在4月(最高达62.5％)、5月和10月对Cr元素重吸收,在4月和10月对Cd和Pb元素重吸收,其余月份表现出累积特征.米槠人工林在整个生长季节中Cr元素均在衰老叶中累积,在8月和9月对Cd元素重吸收,在4月、7-8月和10月对Pb元素重吸收,其余月份表现出累积特征.杉木人工林在4月和10月对Cr元素重吸收,整个生长季节Cd元素均在衰老叶中累积,在10月对Pb元素重吸收,其余月份表现出累积特征.总体来看,天然林和次生林对Cr和Cd元素的重吸收显著高于人工林,而对Pb元素的重吸收特征表现相反.另外,在4种类型森林中,Cr与Pb元素在新老叶片中的变化动态呈显著正相关,并随降水的增加而增加,随气温升高而降低,但Cd与Cr和Pb元素呈显著负相关.这些结果表明,相对于人工林,米槠天然林和次生林对含量较高的Pb元素具有较好的避害能力,为区域森林营建和可持续经营提供了理论依据.