土壤呼吸是森林生物地球化学循环的关键过程,探究植物功能性状与土壤呼吸的关系有助于了解森林树种转换对土壤碳循环的影响.本文选取在二代杉木林采伐迹地营造的亚热带15个常见树种,测定土壤CO2排放通量、土壤理化性质,以及各树种的叶片和根系功能性状,探讨植物功能性状对土壤呼吸的影响.结果表明:各树种土壤CO2排放年通量在7.93～22.52 Mg CO2·hm-2,其中米槠的土壤CO2排放年通量最高(22.52 MgCO2·hm-2),南方红豆杉最低(7.93 Mg CO2·hm-2).逐步回归分析显示,土壤CO2排放年通量随着叶氮含量和细根直径的增加而降低,随叶片非结构性碳水化合物增大而提高.结构方程模型中,植物叶片非结构性碳水化合物对土壤CO2排放通量具有直接的、显著的正效应,而植物叶片氮含量和细根直径则通过显著降低土壤pH值和可溶性有机氮含量等对土壤CO2排放通量产生负效应.不同树种人工林利用与水分、养分获取相关的功能性状直接或间接通过土壤特性影响土壤碳排放.在营造人工林时,可以参考植物功能性状-生态系统功能的关系来选择树种,以期提高林地生产力和土壤固碳潜力.

开展川西亚高山相似土壤母质背景下天然次生林土壤微生物群落结构及其多样性探究,可加深次生林更新过程中土壤微生物群落结构变化的认知.选取川西米亚罗林区20世纪60年代采伐后经自然更新恢复形成的3种天然次生林(械-桦阔叶林,ABB;桦-槭-冷杉针阔混交林,BAA;岷江冷杉林,AFF),分析林下表层(0-20 cm)土壤微生物群落结构变化及其影响因素,结果显示:(1)3种林型土壤细菌Chao1和Shannon指数均极显著高于真菌,但仅真菌群落的Shannon指数差异显著,表现为BAA＞ABB＞AFF;(2)细菌群落优势门主要为变形杆菌门、酸杆菌门、疣微菌门、拟杆菌门、绿弯菌门,相对丰度占比超过82％;真菌群落则为子囊菌门和担子菌门,占比超过85％,AFF担子菌门相对丰度最高而子囊菌门最低.(3)RDA分析显示,土壤pH和乔木物种多样性(Shannon指数)是影响微生物群落结构变化的主导因子;土壤养分元素对细菌群落影响不显著,真菌群落主要受TN、TP含量显著影响.总体上,林型间乔木层物种多样性、土壤酸碱度及其氮磷含量是导致微生物群落结构变化的关键因素.

森林是维持生物多样性的重要保障,森林面积的损失常常会导致区域生物多样性的降低或丧失.为探讨新冠疫情对全球生物多样性的影响,该文利用Image J软件筛选出全球生物多样性热点地区占国土面积超 60%的国家作为研究对象,以全球生物多样性热点地区的森林损失面积、生物多样性完整性数据、年度(2020 年和 2021 年)新冠疫情感染数据、国内生产总值(GDP)为研究对象,进行关联分析、线性混合效应模型构建和回归预测.结果表明:虽然新冠病毒的每百万人口感染数量与森林损失面积表现为显著负相关,具体表现为新冠疫情显著减少了因城市和农业大规模扩张而导致的森林损失面积,但在新冠疫情暴发的 2 年(2020 年和 2021 年)期间,全球生物多样性热点地区的森林损失总量仍然持续上升,主要原因是新冠疫情间接加速了人工林和天然林的采伐.回归模型预测显示,新冠疫情期间,全球生物多样性热点地区的森林损失面积在 2020 年和 2021 年分别增加了 5.83%和 21.78%.综上表明,虽然新冠疫情对生物多样性热点地区的森林损失具有一定的抑制作用,但森林损失面积仍然在增加.该研究结果为制定生物多样性的保护措施提供了数据支撑.

本文以长白山国家级自然保护区及其外围的4个林业局为研究区,基于2004年和2015年的Landsat遥感影像数据,分析了保护区与周边林业局的森林景观格局在空间分布、形状、破碎化程度和多样性等方面的变化.结果表明:长白山保护区与周边林业局之间的森林景观格局变化既有一致性,也存在着差异.与2004年相比,2015年保护区与周边林业局的林地景观形状均变得简单规则,针叶林景观面积减少,主要转变成了针阔混交林.保护区内林地总面积基本不变,而保护区周边林业局内的林地总面积共减少了7326 hm2,转出的林地主要变成了耕地,其次是裸地及采伐地和建设用地.保护区及周边林业局普遍表现为景观破碎化加重,景观异质性和景观多样性增加,受人为干扰明显.另外,不同林业局之间的景观格局变化不一致.例如,白河林业局内林地景观形状趋于简单规则,破碎化得到改善,而泉阳和松江河林业局却表现出相反的趋势.

通过分析杉木采伐迹地营造阔叶树种尾巨桉和固氮树种黑木相思人工林后土壤微生物群落组成和酶活性,探讨造林树种转换对于改善杉木林地土壤微生物特性的影响.结果表明:树种转换对土壤微生物群落组成和酶活性的影响主要局限于0～ 10 cm土壤层.杉木转换为固氮树种黑木相思后,显著提高了0～10 cm土壤层总脂肪酸含量、真菌、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和放线菌生物量.主成分分析表明,黑木相思人工林土壤微生物群落组成与杉木和尾巨桉人工林具有显著差异,土壤中革兰氏阳性细菌、阴性细菌和放线菌丰度显著提高.在0～10 cm土壤层,黑木相思人工林土壤纤维素水解酶、乙酰氨基-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性均显著高于杉木和尾巨桉人工林.研究表明,杉木转变为固氮树种黑木相思后会显著提高微生物生物量和酶活性,有助于土壤有机质的恢复,加快养分循环过程.

物种多样性指数的空间分布格局及其尺度效应对揭示生物多样性形成与维持机制具有重要意义.以长白山原始阔叶红松林(broad-leaved Korean pine forest,BKPF)、采伐后天然恢复的次生白桦林(birch forest,BF)以及人工补植的次生落叶松林(larch forest,LF)为研究对象,利用方差和变异系数探讨长白山区典型植被物种多度和丰富度的空间尺度效应.结果表明:1)BKPF和LF物种多度的方差随着尺度增加呈线性增加,变异系数呈线性下降.丰富度的方差随尺度的增加表现出单峰特征,且在20 m×20 m尺度上达到最大值,说明物种多度和丰富度存在空间变异,并且多度具有尺度推演规律,而丰富度没有;2)BF物种多度的方差和变异系数与BKPF具有相同的变化趋势,而物种丰富度的方差随着尺度增加而增加,未出现单峰现象,这是由于BF主要树种聚集程度显著增加;3)3个林型物种多度与丰富度在小尺度上具有显著相关性,随着尺度增加不再显著.本研究揭示了长白山区典型植被类型物种多样性随尺度变化的特征及其原因,为阔叶红松林植被恢复和管理提供数据支撑.

全球气候变化、森林采伐和生境破碎化导致全球生物多样性迅速下降,并对生态系统功能产生了严重的影响.近年来,生物多样性与生态系统功能的关系成为生态学研究的热点,但以往的研究多关注生物多样性与单一生态系统功能的关系,对生态系统尤其是森林生态系统多功能性的研究亟待加强.本文基于云南松(Pinus yunnanensis)天然次生林94个样地的调查数据,选取木本植物生物量、土壤有机碳含量、植物氮、植物磷、土壤全氮、土壤水解性氮、土壤全磷和土壤有效磷等8个生态系统功能变量,采用平均值法、单阈值法和多阈值法综合评价了云南松天然次生林物种丰富度与生态系统多功能性的关系及影响因子.结果表明:(1)云南松天然次生林物种丰富度与生态系统多功能性的关系强于它与单一生态系统功能间的关系;(2)在3-88％阈值范围内,物种丰富度对于多功能性具有显著正影响,在中等阈值水平(54％)上,物种丰富度效应最大,此时可能的最大物种丰富度作用实现百分比为53.53％;(3)云南松天然次生林中物种丰富度对多功能性的影响最大,表现为极显著正相关;年均气温、年均降水量和土壤pH对多功能性无显著直接影响,但均可通过对物种丰富度的影响而产生间接影响.物种丰富度对生态系统多功能性具有重要意义,但是物种数目的增加并不能保证所有功能均达到最佳状态,在中等功能水平时,物种数目的增加对多功能性的影响最大.

以科尔沁沙地南缘的彰武县章古台万亩林为研究对象,野外取样调查和实验室检测分析相结合,以樟子松固沙林采伐迹地为对照,研究不同植被恢复类型下樟子松固沙林更新迹地生境的改良效果,探讨植被重建后植物多样性及土壤理化性质的响应.结果表明:1)樟子松(Pinus sylvestris)固沙林更新迹地植被重建后,草本植物物种多样性增加,林下植物偶见种数目增多,13种草本植物在8个样地中未重复出现;2)与采伐迹地相比,不同植被重建类型土壤理化性质均有所改善,土壤容重、田间持水量、有机质、全氮、碱解氮、速效钾在彰武小钻杨(Populus xiaozhuanica)、五角枫(Acer mono)林地改良效果较好,全钾在红刺榆林(Hemiptelea davidii)地含量明显提高、山杏(Armeniaca sibirica)林地的有效磷相比采伐迹地明显提高,且均表现为上层改良效果优于下层;3)不同植被恢复类型土壤理化性质间存在显著差异,随着物种多样性的增加,土壤理化性质逐渐改善,土壤容重、田间持水量、有机质、全磷与植物多样性具有显著的相关性,土壤理化性质的与植物多样性相互作用,共同促进生态系统正向演替.研究结果为控制科尔沁沙地土壤沙化,加速该区生态系统的恢复与重建提供理论依据.

草本层对森林生态系统具有重要的作用,其对于环境的变化比乔木层和灌木层更为敏感,在较短的时间内更容易反映改造带来的影响.为了分析林分改造后草本植物多样性的变化和揭示草本群落间的关系,以川中丘陵区改造4 a后的11种模式:不同密度(株行距1.5 m×4 m与1.5 m×2 m)的桤木(Alnus cremastogyne)、香椿(Toona sinensis)、银木(Cinnamomum septentrionale)纯林模式和株行距为1.5 m×2 m的银木+桤木模式、香椿+银木模式、香椿+桤木模式、桤木+香椿+银木模式以及采伐迹地作为研究对象,柏木(Cupressus funebris)纯林为对照,对柏木低效林不同改造模式的优势草本植物多样性、生态位宽度及生态位重叠进行研究.结果表明:(1)除高低密度香椿模式、低密度银木模式和桤木+香椿+银木模式外,其他模式的草本植物多样性均优于柏木纯林,其中以香椿+银木模式(Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度和丰富度指数分别为(1.82、0.83、0.94和1.30),与香椿+桤木模式(1.83、0.83、0.93和1.33)的生物多样性显著高于柏木纯林(1.48、0.69、0.82和1.27),为最优的改造模式.(2)改造前铁线蕨(Adiantum capillus-veneris)生态位宽度最广为2.365,喜阴植物占有优势地位,改造后林下光照环境发生变化,喜阳植物五节芒(Miscanthus floridulus)在低密度的纯林模式中迅速占据林下生长空间,生态位宽度较大,随改造模式郁闭度的增加,薹草(Carex tristachya)、地果(Ficus tikoua)、竹叶草(Oplismenus compositus)等喜阴植物逐渐占据优势地位,喜阳植物逐渐被淘汰.生态位宽度的大小与重要值呈极显著正相关关系(r=0.916),但也与资源位呈极显著正相关关系(r=0.977).(3)生态位宽度较大的物种间既有较大的生态位重叠,也有较小的生态位重叠,不能仅凭生态位宽度来判定生态位重叠值,而生态位宽度较小的鼠麴草(Gnaphalium affine)(0.647)与蛇莓(Duchesnea indica)(2.152)之间拥有最大的生态位重叠(0.123),可能是因为它们有相似的资源利用方式或相近的生态学特性.总体来说所有模式中草本植物物种间生态位重叠值都较低(＜0.2),生态位分化明显,种间竞争并不激烈,这可能与改造时间较短有关系.

为探明东北温带森林恢复过程中土壤呼吸(RS)的变化趋势及其影响因子,在帽儿山选取皆伐后天然更新恢复的4个年龄(1a、10a、25a和56a)林分进行了1年的野外原位测定.结果表明:(1)皆伐后天然更新恢复1年、10年、25年和56年林分的年RS通量差异显著(P＜0.05),分别为686.5、639.7、733.3、762.3g C m-2 a-1;其中生长季(5月-10月)和非生长季的RS通量也存在显著差异,均呈现出随林龄增加先减后增的趋势.全年、生长季和非生长季RS随林龄变化的变异系数分别为7.6％、6.3％和21.1％,表明非生长季RS通量的变异性加大了全年RS通量的差异.(2)4个年龄林分的Rs季节变化趋势相似,且其主控因子均随季节而变:6月-8月RS与土壤含水率呈二次函数关系(R2波动在56％-79％之间),其余时段则与土壤温度呈指数函数关系(R2波动在85％-93％之间).(3)不同年龄林分生长季RS与0-20cm土层有机碳(SOC)密度呈正相关关系(R2=0.434,P＜0.05),而非生长季RS与同期土壤5cm温度呈正相关关系(R2=0.959,P＜0.01).本研究区森林皆伐导致RS降低,随皆伐后森林恢复RS不断增加,其主导驱动因子是SOC密度的增加和非生长季土壤温度的变化.