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.

非结构性碳水化合物(NSCs)包括淀粉和可溶性糖,两者之间的相互转化可以增强植物对环境胁迫的抵抗力.热带雨林在陆地生态系统碳库和缓解气候变化中占有重要地位,同时也是大气氮磷沉降的热点区域.目前,热带雨林原始林和次生林优势植物叶片NSCs对长期氮磷输入的响应尚不清楚.该研究基于海南尖峰岭原始林和次生林10年的氮磷添加实验,探究长期氮磷输入对两种森林各8个物种叶片NSCs的影响,并分析叶片性状、光合作用参数和土壤养分含量与NSCs的关系.研究结果表明,次生林优势植物叶片相对于原始林优势植物叶片有更高的可溶性糖和NSCs含量.低氮添加显著降低了原始林优势植物叶片淀粉的含量,磷添加显著增加了原始林优势植物叶片可溶性糖的含量,氮磷同时添加提高了原始林优势植物可溶性糖与淀粉的比值,而氮磷添加对次生林优势植物叶片NSCs含量均无显著影响.两种森林8个物种的叶片NSCs含量均与叶片pH和比叶面积负相关,而与叶片碳含量、光合速率和光合氮利用效率正相关.次生林土壤有效氮含量、总磷含量与叶片NSCs含量显著正相关.上述结果表明热带雨林优势植物叶片NSCs受到叶片性状和土壤养分的综合影响.该研究从叶片碳经济角度揭示了原始林优势植物相对于次生林优势植物对大气氮磷沉降的响应更敏感,并呼吁加强对热带原始雨林的保护.

本研究依托同质园观测样地,选择次生林(主要树种为米槠)、10年生的米槠人工林和杉木人工林为研究对象,分析亚热带不同林分土壤酶活性和计量比特征的差异及其影响因素.结果表明:与次生林相比,米槠人工林土壤有机碳、总氮和可溶性有机碳含量分别显著降低42.6％、47.4％和60.9％,杉木人工林显著降低了 42.9％、36.7％和61.1％.相比于次生林,米槠人工林土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮(MBN)以及微生物生物量磷分别显著降低40.6％、35.5％和45.9％,杉木人工林显著降低了53.7％、56.4％和61.7％.与次生林相比,米槠人工林土壤酶活性变化不显著,但杉木人工林的碳获取酶(β-1,4-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶)活性显著降低51.2％和59.8％,氮和磷获取酶活性分别显著降低41.0％和29.8％,碳获取酶/氮获取酶以及碳获取酶/磷获取酶分别显著降低11.3％和7.7％.冗余分析表明,MBN和硝态氮是驱动土壤酶活性及酶化学计量比变化的主要因素.不同林分的土壤酶活性和微生物养分需求存在显著差异,与次生林相比,营造杉木人工林会刺激植物与微生物的养分竞争,加剧微生物的氮、磷养分限制.

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.

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.

根据对全球降雨格局的预测,降雨的季节分配和强度已发生明显变化.为探讨降雨季节分配对热带次生林幼苗生长及根系形态的影响,于广东省茂名市电白区的热带次生林开展短期人工模拟降雨实验,设置雨季推迟(DW)、雨季增雨(WW)和对照(CT,正常自然降雨)3种处理,探究2种固氮树种幼苗铁刀木(Cassia siamea)、大叶相思(Acacia auriculiformis)和 3 种非固氮树种香樟(Cinnamomum camphora)、红车(Syzygium hancei)、蒲桃(Syzygium jambos)不同功能型树种幼苗细根形态特征对降雨季节分配改变的响应.结果表明:雨季增雨显著增加了 5种幼苗细根的根长、根表面积、根体积、根生物量及比根长;显著降低香樟细根的根长和比根长,同时降低香樟粗根的比根长;显著增加红车粗根根长、根表面积、根体积和生物量,显著增加大叶相思粗根体积和根平均直径;雨季增雨处理显著增加了两种固氮树种铁刀木和大叶相思细根根长、根表面积、根体积和生物量,也显著增加了铁刀木细根的平均直径;雨季增雨处理显著增加红车细根根长、蒲桃粗根体积、香樟和红车的细根生物量;雨季推迟对幼苗根系的影响较小,仅显著降低香樟幼苗根长、大叶相思粗根表面积、蒲桃的粗根和香樟细根的比根长,仅显著增加红车的粗根体积和平均直径、铁刀木的粗根体积和蒲桃粗根平均直径;固氮树种在雨季推迟以及雨季增雨情况下,根系生物量、根体积等指标高于自然降雨;热带次生林5种幼苗根系对干旱(雨季延迟)具有一定的忍受性,细根对雨季增雨的响应更加敏感,雨季增雨对固氮树种细根形态特征的改变比非固氮树种更大,固氮树种对于异常降雨适应性更强;热带次生林林下幼苗根系形态能够较好地适应降雨季节分配的改变,进而维持群落的更新及稳定性.