凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

本研究以福建三明森林生态系统国家野外观测研究站的青冈、格氏栲、马尾松、闽楠、香樟林5种人工林为研究对象,分析了 0～10 cm表层土壤微生物呼吸对葡萄糖添加的代谢响应.结果表明:与对照相比,葡萄糖添加使土壤微生物呼吸提高了 82.4％～349.5％,不同树种间差异显著.对照中,土壤微生物呼吸与微生物生物量、土壤有机碳及真菌/细菌有显著的相关关系,表明在没有活性碳供应时,微生物代谢受土壤有机碳含量的调控,且与土壤微生物生物量和群落结构有关.在葡萄糖添加处理中,土壤微生物呼吸与土壤总氮、溶解性有机氮和矿质氮呈显著正相关,表明当活性碳供应充足时,微生物代谢主要受土壤氮含量及其有效性制约.微生物呼吸的代谢响应,即葡萄糖添加处理与对照土壤微生物呼吸的比值,主要受土壤碳氮比的影响,呈现出微生物代谢响应随土壤碳氮比的下降而升高.此外,土壤pH也是影响微生物代谢响应的重要因素.土壤碳、氮含量及有效性对微生物呼吸的影响依赖于微生物是否受碳限制,土壤碳含量调控了碳限制时的微生物呼吸,而土壤氮含量及有效性调控了碳限制解除后的微生物呼吸.

有机磷(Po)是土壤磷库的重要组成部分.为探究马尾松人工林近自然化改造对土壤团聚体Po分布特征的影响,该研究以南亚热带的马尾松纯林(PP)和近自然化改造后的马尾松-阔叶树种混交林(CP)为对象,采集 0～10 cm土样后利用干筛法将其筛分为>2 mm、0.25～2 mm和<0.25 mm三部分粒径团聚体,并测定原土及各粒径团聚体中各Po组分、微生物生物量磷(MBP)含量和酸性磷酸酶(ACP)活性.结果表明:(1)CP的土壤Po组分与PP相比发生了变化,高稳定性有机磷(HRO-P)和中度活性有机磷(MLO-P)在原土以及各团聚体径级中均显著高于PP(P<0.05),而活性有机磷(LO-P)和中度稳定性有机磷(MRO-P)在CP和PP中并无显著差异,PP和CP各组分Po在原土和各团聚体径级中无明显变化规律.(2)各形态Po在PP中占比大小为HRO-P>MRO-P>MLO-P>LO-P,而在CP 中为HRO-P>MLO-P>MRO-P>LO-P.(3)CP中的MBP含量和ACP活性在原土及各团聚体径级中均显著高于PP,并且随着团聚体径级的减小,ACP 活性上升.(4)冗余分析发现,土壤有效磷(AP)、土壤团聚体平均重量直径(MWD)、MBP 和全氮(TN)为土壤Po组分的主要驱动因子.综上认为,近自然化改造有利于马尾松人工林土壤中磷的积累与转化,该研究结果为马尾松人工林土壤质量和生产力的提升提供了理论依据.

营造乡土树种人工林和桉树人工林是我国南亚热带森林经营的常见模式.为探究土壤真菌群落多样性及功能对乡土树种和桉树人工林的响应特征与机制,该研究以南亚热带 4 个乡土树种人工林[马尾松(Pinus massoniana)、火力楠(Michelia macclurei)、米老排(Mytilaria laosensis)、红锥(Castanopsis hystrix)]和外来树种尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林为对象,基于各林分土壤(0～20 cm)真菌 18S rRNA高通量测序数据,利用FUNGuild数据库,比较分析乡土树种与尾巨桉人工林土壤真菌群落多样性和功能类群的差异特性及影响的主导土壤环境因子.结果表明:(1)5 个研究林分的土壤真菌优势门均为子囊菌门和担子菌门,但不同乡土树种林分与尾巨桉林的土壤真菌优势目存在差异.(2)尾巨桉林土壤真菌群落α多样性高于乡土树种人工林,其群落组成结构也与乡土树种人工林存在显著差异(P<0.05).(3)4 个乡土树种人工林土壤的腐生营养型的相对丰度高于尾巨桉林,并且火力楠林和米老排林土壤丛枝菌根真菌的相对丰度明显高于尾巨桉林,尾巨桉林土壤共生营养型以及外生菌根真菌和木材腐生菌的相对丰度明显高于乡土树种人工林.(4)pH是导致尾巨桉林与乡土树种人工林土壤真菌群落多样性和功能类群差异的主要土壤环境因子.综上认为,在南亚热带地区将尾巨桉林改建成火力楠林或米老排林可提高土壤养分水平,提升土壤生态功能.

通过树种选择与配置优化提高土壤磷有效性进而促进树木生长是值得关注的问题.本研究在南亚热带人工林树种多样性平台开展研究,采用随机区组的试验设计方法,选取马尾松、米老排、格木、红椎、火力楠、灰木莲、土沉香、降香黄檀8个乡土树种,建立了 1、2、4和6个树种丰富度梯度的混交造林试验,测定了根际土壤生物有效磷组分(氯化钙磷、柠檬酸磷、酶磷和盐酸磷),探究不同树种配置对根际土壤生物有效磷组分的影响.结果表明:对比非固氮树种,固氮树种(格木和降香黄檀)的混交有效增加了土壤含水率、全氮含量、全磷含量和微生物生物量磷,树种合理配置有利于土壤生物有效磷的生成积累.固氮树种混交条件下,土壤氯化钙磷含量显著增加了 46.2％～160.3％,微生物矿化产生的酶磷提高了 69.3％～688.2％,盐酸磷增加了 31.5％～81.3％;土壤微生物生物量磷提高了 81.8％～149.4％,土壤微生物量氮增加了 88.1％～160.6％.冗余和相关分析显示,土壤微生物生物量磷、速效磷、全磷、蛋白酶、纤维二糖水解酶、酸性磷酸酶、微生物生物量氮和有机碳是驱动根际土壤生物磷组分差异的关键因子;固氮树种混交提高了酶磷和柠檬酸磷含量,这两种生物有效磷组分含量与林分树木胸高断面积呈显著正相关.固氮树种(格木)混交有效提升了根际土壤生物有效磷含量,有利于促进林分树木生长.

为了解桉树人工林土壤种子库特征,对不同林龄尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林种子库的储量、垂直分布特征及与林下植被的相似度进行了分析.结果表明,土壤活力种子储量最高的为1～2 a生桉林,显著高于其他林型;其次为3～4 a生桉林和马尾松(Pinus massoniana)林;最低的为杉木(Cunninghamia lanceolata)林,显著低于其他林型.随林龄增加,尾巨桉林土壤种子库储量快速下降.土壤种子库中植物种类最为丰富的是杂木林和马尾松林,显著大于其他林型.随林龄增加,尾巨桉林土壤种子库植物种类先增后降.所有林型中,0～5 cm土壤种子库的密度均显著高于5～10 cm土层.杂木林种子库和林下植被共存植物种类最多,其次是马尾松林,杉木林最少.尾巨桉人工林随林龄的增加,共存植物种数呈先升高后下降趋势,土壤种子库Jaccard(CJ)和Sorensens(CS)相似系数也呈先升后降的趋势.因此,在速生桉人工林经营中适当间种(保留)乡土树种,可增加森林生态系统的生物多样性和生态功能的稳定性.

为了探讨解磷菌肥分区施入对低磷胁迫下马尾松磷营养状况的影响,该文设置了局部和均匀施用解磷菌肥(PSB肥)的盆栽接种试验,并利用WinRHIZO Pro STD1600+根系图像分析软件、H2 SO4-H2 O2消煮和钼锑抗比色法研究了马尾松不同家系根系形态参数和苗木磷素吸收量对PSB肥不同施用方式的响应.结果表明:(1)局部和均匀施用PSB肥均对马尾松生长影响显著,局部施用较均匀显著增加了苗木苗高、地径、根冠比、根系和整株干物质量等主要生长指标.(2)局部施用PSB肥苗木根长、根表面积、根体积和根尖数显著增加,而均匀施用根系各参数有所增加但差异不显著;局部施用较均匀 0<根系直径(D)≤0.5 mm的细根根长增加了近 2 倍.两种处理根系生长的差异与局部施用PSB肥造成了土壤磷素的异质性分布有关.(3)与均匀施用PSB肥相比,局部施用显著增加了苗木根、茎、叶及整株磷素吸收量.相关性分析表明,苗木磷素吸收量与根系形态参数、D≤1.0 mm根系根长呈显著正相关.说明局部施用PSB肥通过诱导根系的生长促进苗木对磷素的吸收.(4)马尾松不同家系对施用PSB肥的响应存在差异.亲本为耐低磷种源的 22 号家系对局部施用PSB肥较敏感,其各生长指标均显著高于 10 号和 50 号家系.综上所述,低磷环境下局部施用PSB肥较均匀施用对马尾松幼苗生长和磷素吸收的影响更加显著,该研究结果可为磷匮乏立地上马尾松人工林的管理提供参考和指导.

海岛人工林建设有利于减弱和消除海岛生态脆弱性,但目前单一的人工林群落结构存在较多的缺点,选用的植被也存在不适应海岛环境的问题.通过样方法对宁德三都澳6个海岛的马尾松(Pinus massoniana)半自然林的植被类型、物种组成、植物功能性状、物种多样性进行分析,并利用冗余分析法分析物种多样性与环境因子的相关性,旨在了解其演替状况,群落结构特征和物种组成,及其物种多样性与环境因子的相关关系,丰富当地植被基础资料,同时为海岛人工林建设、植被修复选择及当地马尾松林的合理经营和管理提供理论基础.结果表明:(1)40个样方共记录维管束植物86科168属255种(含5变种),在生活型谱上,以乔木(37.25％)和灌木(30.20％)植物种类最多,高位芽植物(83.92％)占比显著,对光耐受性以中性植物(69.02％)为主.(2)通过组平均聚类法将研究区植被划分为5类群系33类群丛,分属于常绿针阔混交林和常绿针叶林2种植被型.(3)常绿针阔混交林的多样性指数显著(P＜0.05)高于常绿针叶林,但受林分郁闭度的影响,马尾松+杨桐(Adiniandra millettii)林灌木层多样性指数明显偏低.(4)灌木层是马尾松林中的绝对优势层片,多样性指数(除Pielou指数外)均显著(P＜0.05)高于乔木层和草本层.草本层受芒萁化感作用的影响,多样性指数明显偏低.(5)冗余分析法(RDA)分析结果表明,土壤pH和速效钾显著(P＜0.05)影响群落的物种多样性指数,两者对物种多样性的总解释量为27.6％.(6)灌木层鹅掌柴重要值与群落郁闭度之间存在显著(P＜0.05)的二次函数关系.

以三峡库区马尾松人工林为对象,将土壤筛分为大团聚体(2000～8000 μm)、粗砂粒(1000～2000μm)、小团聚体(250～1000 μm)和微团聚体(＜250 μm)4个粒径,研究低、中、高氮添加处理(氮添加量分别为30、60、90kgN·hm-2·a-1)下土壤酸解性有机氮组分和净氮矿化的变化.结果表明:不同处理下,团聚体净硝化速率为0.30～3.42 mg N·kg-1,占净氮矿化的80％以上.与对照相比,不同处理4个粒径的总氮含量分别提高24.1％～45.5％、6.4％～34.3％、7.9％～42.4％,净氮矿化速率分别提高1.3～7.2、1.4～6.6、1.8～12.9倍,而速效磷含量分别降低9.3％～36.9％、12.2％～56.7％、19.2％～61.9％.可酸解性有机氮组分、有机质含量以及净氨化、净硝化和净氮矿化速率均随着团聚体粒径的减小而增加,但速效磷含量变化呈相反的趋势.酸解性有机氮组分含量大小为:酸解氨基酸态氮＞酸解铵态氮＞酸解未知态氮＞酸解氨基糖态氮.总氮是提高酸解性有机氮组分含量的主导因子.多元逐步回归显示,酸解氨基酸态氮和酸解氨基糖态氮含量影响了净氨化速率;酸解氨基糖态氮、酸解氨基酸态氮和酸解铵态氮含量共同影响了净硝化、净氮矿化速率以及净氮矿化累积量.综上,团聚体的物理结构影响了土壤氮矿化,氮添加提高了土壤生物可利用性及易矿化态酸解性有机氮的含量,但大量氮添加导致土壤有机质和速效磷含量下降.

我国亚热带地区大面积天然林已转变为人工林,对森林生态系统结构和功能产生了极大影响.为揭示森林土壤团聚体中N2O产生的关键基因亚硝酸盐还原基因(nirK和nirS)对森林转换后的响应特征,本研究选取中亚热带米槠天然林、杉木人工林和马尾松人工林为对象,分析了 3 种林分土壤和团聚体中nirK和nirS基因丰度.结果表明:天然林转变成人工林后,土壤pH值升高,但铵态氮含量下降.森林转换对土壤团聚体结构组成影响不大,但不同粒径团聚体中nirK和nirS基因丰度存在差异,以小团聚体分布最多,粉-黏颗粒分布最少.各林分土壤中nirK基因丰度均显著高于nirS基因丰度,表明nirK在酸性森林土壤中占主导.天然林转人工林显著增加全土和团聚体中nirK及nirS基因丰度,表明森林转换有利于提高nirK和nirS基因丰度,这可能与pH值的提高有关.综上,天然林转变为杉木或马尾松人工林显著提高了土壤和团聚体中nirK和nirS丰度,但对团聚体质量分数无显著影响.