探究轻度火烧后土壤呼吸及其组分变化规律以及对林地环境因子的影响,可为林火干扰条件下滨海沙地人工林土壤碳排放估算提供科学依据.该研究以闽南沿海地区木麻黄(Casuarina equisetifolia)人工林火烧迹地和对照样地为研究对象,于2019年9月至2020年8月采用LI-8100土壤碳通量自动测量系统测定土壤总呼吸速率(Rs)和异养呼吸速率(RH),同时测定10 cm深处的土壤温度(T10)、湿度(W10)和0-10 cm土壤的物理化学性质,探讨轻度火烧对林地土壤Rs和RH以及非生物因子的影响.结果表明:火烧迹地土壤全年平均Rs和RH分别为(2.37±0.65)和(2.05±0.63)μmol·m-2·s-1,对照样地土壤全年平均Rs和RH分别为(2.86±1.08)和(2.51±1.08)μmol·m-2·s-1,火烧迹地与对照样地土壤呼吸速率及其组分存在显著差异.除对照样地土壤RH外,两块样地土壤呼吸速率及其组分与土壤温度呈极显著指数相关关系,与土壤水分的相关关系均未达到显著水平.土壤呼吸速率与土壤可溶性有机碳、土壤微生物生物量氮含量呈极显著正相关关系,与土壤可溶性有机氮含量呈显著正相关关系,与土壤微生物生物量碳含量呈显著负相关关系.轻度火烧对木麻黄人工林土壤呼吸及其组分均有抑制作用,说明林火干扰对森林生态系统土壤呼吸和碳循环具有重要影响.

为探究滨海地区人工防护林火烧迹地土壤总呼吸速率及其组分的动态变化规律以及与之相关的影响因素,利用壕沟法区分土壤异养呼吸和自养呼吸,采用Li-8100碳通量自动测定系统,对福建省滨海沙地尾巨桉人工林火烧迹地土壤呼吸进行测定,同时测定0～10 cm处的土壤温度(T10)和土壤体积含水量(W10),分析火烧迹地和对照样地土壤呼吸及其组分与林地水热因子的月动态变化,探讨土壤呼吸速率与土壤温度、土壤水分以及土壤理化性质的相关关系.结果表明:火烧迹地土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的月平均速率分别为2.20、1.87和0.33 μmol·m-2·s-1,对照样地土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的月平均速率分别为2.96、2.15和0.81 μmol·m-2·s-1,火烧迹地土壤呼吸及其组分均显著下降(P＜0.05);全年火烧迹地和对照样地土壤呼吸及其组分与T10均表现出极显著指数相关,全年火烧迹地和对照样地土壤总呼吸速率与W10均表现出显著正相关,火烧迹地土壤异养呼吸与W10无显著相关,对照样地土壤异养呼吸与W10表现出极显著正相关,火烧迹地土壤总呼吸和异养呼吸的Q10值相同,且稍低于对照样地的Q10值;林地土壤呼吸速率与土壤NO3--N、无机氮均存在极显著正相关,与NH4+-N存在显著正相关;在尾巨桉人工林中,林火干扰对土壤呼吸速率有显著影响,土壤异养呼吸和自养呼吸均显著降低.通过建立回归模型可知,土壤总呼吸与土壤温度和体积含水量均显著相关,进一步证明土壤温度和含水量是影响林地土壤呼吸速率的主要因子,且林火干扰还会导致土壤碳氮组分发生改变,从而影响土壤碳排放速率.

以福州市滨海后沿沙地人工营造的湿地松、木麻黄、尾巨桉、肯氏相思和纹荚相思防护林为研究对象,测定不同年龄(新叶、老叶)叶片、表层土壤(0～10 cm)天然稳定碳、氮同位素丰度值(δ13C、δ15N),研究稳定碳、氮同位素丰度值与水分利用效率和土壤氮饱和程度的相互关系,以揭示不同树种水分利用效率、氮饱和程度和碳氮循环速率差异的机理.结果表明:(1)滨海沙地不同树种叶片δ13C变化范围为-31.682‰～-29.323‰,其δ13C大小为:湿地松＞肯氏相思＞木麻黄＞纹荚相思＞尾巨桉,除尾巨桉外各树种δ13C均表现为新叶＞老叶;各树种叶片δ15 N变化范围为-5.548‰～-2.167‰,其δ15N大小为:肯氏相思＞纹荚相思＞木麻黄＞湿地松＞尾巨桉,且各树种均表现为新叶＞老叶.(2)不同树种表层土壤δ15N变化范围为-4.675‰～-2.975‰,表层土壤δ15N大小为:纹荚相思＞肯氏相思＞木麻黄＞尾巨桉＞湿地松,但不同树种表层土壤C含量无显著差异.(3)滨海沙地湿地松、木麻黄、肯氏相思和纹荚相思的水分利用效率随叶龄增加均呈显著递减趋势;不同树种新叶的水分利用效率变化范围为39.09～76.57 μmol·mol-1,其大小依次为:湿地松＞肯氏相思＞木麻黄＞纹荚相思＞尾巨桉;老叶的水分利用效率变化范围为38.56～62.59 μmol·mo[-1,其大小依次为:湿地松＞木麻黄＞肯氏相思＞尾巨桉＞纹荚相思.(4)不同树种人工林水分利用效率与其新叶水分利用效率呈显著正相关关系,说明林分水分利用效率主要体现在新叶的水分利用效率上,同时林分水分利用效率受林分类型的影响.

以福建省福州市滨海后沿沙地人工营造的湿地松、木麻黄、尾巨桉、肯氏相思和纹荚相思人工林为研究对象,运用稳定碳同位素法测定植物水分利用效率,探索叶片氮、磷养分状况与水分利用效率之间的差异及相互关系.结果表明:(1)湿地松和肯氏相思的叶片δ13C均与尾巨桉差异显著(P＜0.05),但湿地松、木麻黄、肯氏相思、纹荚相思之间的叶片δ13C均无显著差异;肯氏相思、纹荚相思的叶片δ15N均显著高于湿地松、木麻黄和尾巨桉.(2)不同树种水分利用效率大小依次为:湿地松＞肯氏相思＞木麻黄＞纹荚相思＞尾巨桉,且湿地松叶片的WUE显著高于尾巨桉36.87％,而与其他树种的水分利用效率均无显著差异.(3)各树种叶片氮浓度大小依次为:肯氏相思＞纹荚相思＞尾巨桉＞木麻黄＞湿地松,但仅肯氏相思和纹荚相思与湿地松之间差异达到显著水平;各树种叶片磷浓度大小依次为:尾巨桉＞肯氏相思＞纹荚相思＞湿地松＞木麻黄,其中尾巨桉与湿地松、木麻黄、纹荚相思之间差异显著;木麻黄和纹荚相思人工林叶片的N/P显著高于尾巨按人工林,其余树种之间的叶片N/P均无显著差异.(4)叶片δ13C与叶片N浓度呈显著二次曲线相关关系,叶片δ15N与叶片N浓度呈极显著线性正相关关系(P＜0.01).研究发现,滨海沙地不同树种人工林间水分利用效率、叶片氮浓度、磷浓度、N/P均存在显著差异,水分利用效率与叶片氮浓度、磷浓度均呈显著负相关关系,氮、磷含量是影响滨海沙地沿海防护林树种水分利用效率的重要因子.

为促进沿海合理营林和碳库平衡, 基于对福州市滨海后沿沙地上营造的人工林的调查, 研究尾巨桉、木麻黄、纹荚相思3种人工林生态系统的碳含量、碳储量及分配格局.结果表明, 尾巨桉、木麻黄、纹荚相思不同器官平均碳含量分别为456.08-482.68、431.89-464.90、472.93-505.10 g/kg.相同树种不同器官之间和相同器官不同树种之间的碳含量均存在显著差异 (P＜0.05).不同林分间乔木层的碳储量表现为木麻黄 (32.89 t/hm2)＞纹荚相思 (31.33 t/hm2)＞尾巨桉 (30.20 t/hm2), 其中, 乔木层各器官碳储量均以树干 (10.92 t/hm2、10.36 t/hm2、15.00 t/hm2) 最大, 分别占各自乔木层碳储量的33.20％、33.06％、49.67％;地被层 (包括林下植被层和凋落物层) 的碳储量表现为尾巨桉 (6.42 t/hm2)＞纹荚相思 (6.19 t/hm2)＞木麻黄 (4.57 t/hm2), 其中凋落物层碳储量均远远大于草本层碳储量;土壤层的碳储量表现为木麻黄 (8.02 t/hm2)＞纹荚相思 (7.31 t/hm2)＞尾巨桉 (6.42 t/hm2).这3种人工林生态系统总碳储量表现为木麻黄 (45.48 t/hm2)＞纹荚相思 (44.83 t/hm2)＞尾巨桉 (43.04 t/hm2), 且碳储量分布格局均为乔木层＞土壤层＞凋落物层＞草本层.因此, 滨海沙地这3种人工林生态系统固碳效益无显著差异, 纹荚相思、尾巨桉和木麻黄都是很好的固碳树种.

为探讨不同树种对滨海沙地干旱贫瘠环境的适应策略,以滨海沙地主要造林树种木麻黄、湿地松、厚荚相思和尾巨桉为对象,研究了不同树种叶片功能性状及养分重吸收特征.结果表明:阔叶树种(厚荚相思和尾巨桉)的叶面积、比叶面积显著高于针叶树种(木麻黄和湿地松),而针叶树叶干物质含量、叶厚度最高.成熟叶和凋落叶的N、P含量表现为阔叶树高于针叶树,成熟叶高于凋落叶,但凋落叶N:P较高.针叶树种的N、P养分重吸收效率大于阔叶树种,P重吸收效率明显高于N,木麻黄、湿地松、厚荚相思和尾巨桉的N、P吸收效率分别为64.2％、63.1％、47.0％、16.8％和92.5％、81.6％、80.3％、l8.0％.比叶面积与叶片N、P含量呈显著正相关,与叶干物质含量,叶厚度以及N、P养分重吸收效率呈显著负相关;叶干物质含量与叶厚度及N、P养分重吸收效率呈显著正相关.就叶片功能的权衡关系而言,木麻黄和湿地松属于缓慢投资-收益型物种,具有较高的养分重吸收效率,而厚荚相思和尾巨桉属于快速投资-收益型物种,养分的重吸收效率较低.不同滨海沙地造林树种通过叶片功能性状及养分重吸收之间的相互协调实现对滨海沙地特殊生境的适应性.

为了解东山岛滨海防护林木麻黄(Casuarina equisetifolia)和花吊丝竹(Dendrocalamus minor var.amoenus)混交林群落的稳定性,采用样方法调查分析群落的种间关联和生态位.结果表明,群落总体的种间联结呈现不显著的正关联(VR=1.72,W=20.625),表明群落处于不稳定的动态演替状态.花吊丝竹和马缨丹(Lantana camara)、梵天花(Urena procumbens)和木麻黄表现出非常紧密的关联性和共现性(PC≥0.7,OI≥0.8,DI≥0.8).马缨丹等外来植物生态位宽度较高,与花吊丝竹具有较高的生态位重叠,从而与花吊丝竹具有较高的正联结,使得群落处于不稳定状态.滨海防护林生境单一,优势物种习性相似,使花吊丝竹与多数物种形成强的正关联.受到环境资源的限制,强的正关联与物种生态位宽度较大有关.种对间强的正关联以及外来物种潜在的生存优势可能是影响群落稳定性的重要因素.

滨海沙地条件恶劣,季节气候环境差异较大,植物生存困难.厚藤是南方滨海沙地广泛分布的重要固沙植物.为探究厚藤对不同季节环境变化的适应机制,研究其叶片生理性状的季节变化,该文以广西滨海沙地自然生长的厚藤为实验材料,分别测定了不同季节厚藤叶片的叶绿素含量、渗透物质含量、抗氧化酶活性、叶绿素荧光参数等生理指标,并进行相关性分析和主成分分析.结果表明:(1)叶绿素含量随季节变化的趋势一致,春季均显著大于其他三个季节,但叶绿素a/b在各季节间无显著变化.(2)叶绿素荧光参数的Fv/Fm和Fv/Fo具有相同的变化趋势,整体表现为夏冬季显著高于春秋季.(3)脯氨酸含量随季节逐渐增大,冬季时含量最高;可溶性糖含量冬季显著高于其他三个季节;丙二醛(MDA)含量各季节间差异不显著.(4)春季的超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性显著高于其他季节,夏秋冬季节间无显著差异;过氧化物酶(POD)活性在各季节间差异不显著.(5)相关性分析和主成分分析显示,各生理指标与气候因子间存在一定的关联.温度和日照数显著影响可溶性糖含量;叶绿素含量和抗氧化酶活性能够较好地反映厚藤对季节气候变化的响应.综上可知,厚藤可通过调节叶绿素a与叶绿素b含量使叶绿素a/b保持稳定,同时提高渗透调节物质含量和抗氧化酶活性以适应季节变化,其中光合作用和抗氧化酶系统是影响其季节性适应能力的关键.

为明确混交林对木麻黄林地土壤肥力的改善作用,该文选取海南岛北部滨海沙地木麻黄纯林、木麻黄-琼崖海棠混交林、木麻黄-大叶相思混交林3种林分类型,通过采集土壤剖面样品,分析腐殖质层、0～100 cm土壤各层次的理化性质、分布特征及其林分间差异.结果表明:(1)与纯林相比,木麻黄-琼崖海棠混交林可显著提高腐殖质层以及20～40 cm土壤层pH,增幅分别为6.11％和5.97％.(2)与纯林相比,木麻黄-琼崖海棠混交林和木麻黄-大叶相思混交林均可显著提高各层土壤的有机碳和全氮含量,有机碳含量增幅分别为69.8％～358.3％和90.2％～908.3％,全氮含量增幅分别为44.1％～160.7％和31.4％～210.7％;另外,木麻黄-琼崖海棠混交林还可显著提高0～100 cm各土层的全磷含量,增幅为20.8％～39.6％,而木麻黄-大叶相思混交林可显著提高20～100 cm各土层的全磷含量,增幅为25.0％～39.6％;木麻黄-大叶相思混交林对腐殖质层速效养分的改善效果较好,而两种混交林均可显著提高各土层的速效钾含量.(3)方差分析表明,林分类型和土层深度对林下有机碳、全氮、全磷、有效磷、硝态氮和铵态氮含量均有极显著的交互作用影响.综上结果认为,木麻黄混交林对林下土壤肥力具有明显的改善作用.建议在构建木麻黄防风林时应重点考虑混交林模式,尤其是与大叶相思混交林的种植模式来更好地提升土壤肥力,以保障可持续生产.

为探讨滨海沙生植物对环境的适应策略,对海南岛滨海沙生植物单叶蔓荆、苦郎树、马缨丹、飞机草、假马鞭、厚藤的叶片主要功能性状分异特征及其土壤因子的关系进行了研究.结果表明,热带滨海沙生植物叶片功能性状存在明显的种间分异,叶片功能性状不仅受植物种类的影响,还受土壤因子影响;比叶面积呈现草本>灌木>藤本的规律;叶片的N/P为7.78～10.85,热带滨海沙生植物生长受土壤氮限制;叶片功能性状中Na含量的变异系数最大(18.46％～76.36％),说明不同植物对Na+的吸收存在较大差异,这将影响其在滨海沙地的自然分布;比叶面积、叶干物质含量与叶片的K、Na含量呈负相关,叶N/P与土壤Na+含量呈负相关,叶片Na+含量与土壤有机质、全磷、全钾呈负相关,土壤盐分限制植物对氮磷的吸收,滨海沙生植物通过比叶面积变化来适应盐胁迫.因此,在滨海沙生植被恢复中,施加土壤肥力是其快速恢复的重要措施,叶片Na+含量可作为滨海沙生植物耐盐性筛选的主要指标.