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降雨季节亚热带常绿阔叶林透冠雨对土壤可溶性有机质的迁移作用

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水土保持学报 2024年第4期38卷 181-189,197页

作者：王宏宇吴福忠张耀艺郑旭灵吴捷录张雪张欣影福建师范大学地理科学学院湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室福州350117 福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站福建三明365002

[目的]作为森林土壤中活性最高的组分,可溶性有机质(DOM)不仅可以直接被微生物利用,还是生态系统中C、N、P等元素迁移的主要载体,其迁移过程受到透冠雨驱动的水力作用和溶解过程的影响。[方法]通过野外原位控制透冠雨输入试验,以亚热带... 详细信息

[目的]作为森林土壤中活性最高的组分,可溶性有机质(DOM)不仅可以直接被微生物利用,还是生态系统中C、N、P等元素迁移的主要载体,其迁移过程受到透冠雨驱动的水力作用和溶解过程的影响。[方法]通过野外原位控制透冠雨输入试验,以亚热带常绿阔叶林的砂质红壤为对象,对照林窗降雨,分析降雨季节森林透冠雨对不同土层土壤可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)和可溶性有机磷(DOP)动态变化的影响。[结果](1)相对于林窗降雨,整个降雨季节以透冠雨为载体输入到土壤的DOM显著增加(p生态系统可持续经营和管理具有一定的科学意义。

关键词：亚热带森林砂质红壤可溶性有机质林冠截留林窗降雨

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亚热带森林转换对凋落叶分解过程中土壤无脊椎动物群落结构的影响

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福建师范大学学报（自然科学版） 2024年第3期40卷 12-23页

作者：苏俊朱贵青张雪吴捷录王定一吴福忠福建师范大学湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室福建福州350117 福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站福建三明365002

以地带性植被建群种米槠(Castanopsis carlesii)的凋落叶为研究对象,采用不同孔径凋落物袋排除土壤无脊椎动物的方法,分析常绿阔叶林转换为米槠人工林后凋落叶分解过程中土壤无脊椎动物群落结构、多样性和功能群。以米槠凋落叶完全分解... 详细信息

以地带性植被建群种米槠(Castanopsis carlesii)的凋落叶为研究对象,采用不同孔径凋落物袋排除土壤无脊椎动物的方法,分析常绿阔叶林转换为米槠人工林后凋落叶分解过程中土壤无脊椎动物群落结构、多样性和功能群。以米槠凋落叶完全分解为研究期间,共捕获土壤无脊椎动物6417头,隶属3门12纲27目114科,其中白蚁科为优势类群。2种林分凋落叶分解过程中总的、大型土壤无脊椎动物丰度均于30 d到达峰值,而中小型为15 d,类群数均在91 d达到峰值,整体的动态变化规律较为相似。常绿阔叶林转换为人工林后,土壤无脊椎动物丰度和类群数显著降低,其中中小型土壤无脊椎动物丰度的响应更为迅速,降低了33.67%;林型转换后,土壤无脊椎动物各功能群个体数量均有所减少,其中杂食性土壤无脊椎动物对林型转换最为敏感,降幅达37.85%;土壤无脊椎动物群落的多样性指数、丰富度指数、优势度指数和均匀度指数也均有所降低。冗余分析表明,土壤有机碳含量和土壤温度是调控凋落叶分解过程中土壤无脊椎动物群落结构的主要因子,总解释率达22.4%。可见,亚热带常绿阔叶林转换为人工林的森林林型转换会导致森林地表理化特征变化,使得米槠凋落叶分解过程中土壤无脊椎动物的群落结构更为简化,进而可能影响土壤无脊椎动物对凋落叶分解的贡献,最终深刻作用于亚热带森林物质循环和能量流动。

关键词：森林转换凋落叶分解土壤无脊椎动物群落结构

初植和补植阔叶树对红壤丘陵区湿地松养分获取和转运的影响

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林业科学 2024年第1期60卷 47-57页

作者：夏成康林勇兰勇吴高洋王晟楠陈伏生江西农业大学林学院江西省森林培育重点实验室南昌330045 江西农业大学鄱阳湖流域森林生态系统保护与修复国家林业和草原局重点实验室南昌330045 江西官山国家级自然保护区管理局宜丰336300 江西省森林资源监测中心南昌330045

【目的】探究初植(同龄混植)和补植(异龄混植)阔叶树对湿地松养分获取和利用策略的影响,为湿地松林的科学管理提供参考。【方法】以种植于我国亚热带红壤丘陵区的湿地松林为对象,基于长期单种和混交试验平台,分别在林龄30年且立地条件... 详细信息

【目的】探究初植(同龄混植)和补植(异龄混植)阔叶树对湿地松养分获取和利用策略的影响,为湿地松林的科学管理提供参考。【方法】以种植于我国亚热带红壤丘陵区的湿地松林为对象,基于长期单种和混交试验平台,分别在林龄30年且立地条件相似的湿地松纯林、湿地松-木荷初植混交林、湿地松-木荷补植混交林(补植木荷14年)中构建5块20 m×20 m标准样地(共15块样地),采集湿地松标准木的根际土壤、细根、枝、新鲜叶和凋落叶样品,测定土壤和植物各器官的氮(N)、磷(P)含量,评估不同混交模式对根养分捕获能力、叶养分回收和树木养分转运的影响,揭示养分获取策略变化的驱动因素。【结果】混交阔叶树显著提高湿地松根际土壤的NH_4~+-N和矿质氮含量(P0.05);整体看,混交阔叶树提高湿地松各器官的N、P含量,其中初植混交效应比补植好。与纯林相比,初植混交林中湿地松根氮和磷捕获能力分别显著提高14.04%和46.16%,叶氮回收效率显著降低6.07%,磷回收效率显著提高15.49%。尽管补植阔叶树降低根养分捕获成本,但阔叶树根系抑制湿地松根系的养分捕获能力,导致补植混交林中湿地松根养分捕获能力和叶养分回收效率均无显著变化。此外,与纯林相比,初植混交林中湿地松运输根向枝、叶的N转运分别提高36.05%和15.61%,P转运分别降低35.13%和36.52%;补植混交林中N转运无显著变化,但运输根向枝、叶的P转运比在纯林分别降低53.21%和40.17%。【结论】混交阔叶树提高红壤丘陵区湿地松根际土壤和植株各器官的养分含量,改变湿地松养分获取策略,其中初植比补植更能促进湿地松的养分获取和利用。此外,养分在植物体内的转运过程可被检测,且反映根捕获和叶回收的权衡关系。

关键词：针阔混交林根捕获叶养分回收养分获取策略木荷

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气候敏感的杉木天然林林分进界模型

林业科学 2024年

作者：何江覃林广西大学林学院广西森林生态与保育重点实验室

【目的】林分进界作为林分生长动态变化过程之一，是确保森林生态系统结构和功能长期维持的基础。林分进界模型可以有效预测森林发展动态，量化森林生态系统未来健康和生产力，进而为天然林的保护和修复提供基础理论和模型支持。【方法... 详细信息

【目的】林分进界作为林分生长动态变化过程之一，是确保森林生态系统结构和功能长期维持的基础。林分进界模型可以有效预测森林发展动态，量化森林生态系统未来健康和生产力，进而为天然林的保护和修复提供基础理论和模型支持。【方法】基于湖南省第八（2009年）和九（2014年）两次国家森林资源连续清查数据，筛选出杉木天然林样地784块，构建了包含林分因子、立地因子及气候因子的杉木天然林林分进界模型。基础模型采用负二项模型（NB），考虑到进界数据存在过度离散的特点，引入零膨胀模型和Hurdle模型，构建了零膨胀泊松（ZIP）模型、零膨胀负二项（ZINB）模型、Hurdle-Poisson（HP）模型和Hurdle-NB（HNB）模型。此外，为解决数据由于重复测量和分层而可能存在的自相关和异方差问题，在上述5种模型基础上，引入样地所在县域作为随机效应，构建了相应的混合效应模型。最后采用十折交叉验证的方法对模型进行检验。【结果】单木所属树种的胸高断面积（Bai）、土层厚度（ST）、海拔（EL）和年平均降雨量（MAP）均显著影响杉木的进界。负二项复合模型（NB、ZINB和HNB）在模拟杉木林分进界方面的表现要明显优于泊松复合模型（ZIP和HP）；ZINB和HNB的拟合效果优于NB，而ZINB略优于HNB；引入县域随机效应后，NB、ZIP、ZINB和HP模型的拟合效果均显著优于基础模型，其中以ZINB 混合效应模型拟合效果最好，十折交叉验证的结果也证明了该结论。【结论】本研究所构建的气候敏感的杉木天然林林分进界模型具有一定的生物学意义和统计可靠性，能为该区域天然次生林实施科学修复措施和抚育工作进而提高林分质量、助力“双碳”战略目标如期实现提供科学指导。

关键词：杉木林分进界零膨胀模型 Hurdle模型混合效应模型

森林生态系统碳汇：概念、时间效应与提升途径

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应用生态学报 2024年第09期 2313-2321页

作者：朱教君高添于立忠杨凯孙涛卢德亮刘志华楚瀛东张金鑫滕德雄朱苑孙一荣王绪高王高峰中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与保育重点实验室(中国科学院)/辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站辽宁省公益林经营管理重点实验室科尔森林痕量气体与同位素通量监测研发联合实验室中国科学院大学美国克莱姆森大学林业与环境保护系

工业革命以来，由于广泛使用化石燃料向大气中排放大量二氧化碳(CO2)，造成全球气候变化，导致气候变暖、极端气候事件频发。为有效缓解气候变化，国际社会在减少碳排放和清除大气中CO2等方面做了各种努力。2020年9月我国政府郑重承诺：... 详细信息

工业革命以来，由于广泛使用化石燃料向大气中排放大量二氧化碳(CO2)，造成全球气候变化，导致气候变暖、极端气候事件频发。为有效缓解气候变化，国际社会在减少碳排放和清除大气中CO2等方面做了各种努力。2020年9月我国政府郑重承诺：CO2排放力争于2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和（“双碳”目标）。根据目前已有预测结果，至2060年碳中和时，在化石能源使用、生产、生活所有排放均达到最低条件下，我国不得不排放的CO2约为目前排放总量的1/4，这些碳排放主要由生态系统吸收；即便达到碳中和，工业革命以来大气中增加的约140 ppm CO2仍然需要生态系统清除。其中，森林是陆地生态系统的主体，其碳汇能力占陆地生态系统碳汇的80%以上。但是，由于森林生态系统的长周期性、复杂性与动态变化性，生态系统碳汇存在基本概念不清、碳汇时间效应不明等问题，导致森林碳汇能力提升技术受限、碳汇交易市场混乱等诸多问题。为此，本文首先从植物光合作用吸收CO2固定在植物体内的过程梳理了森林生态系统碳汇概念，结合地上-地下过程介绍了森林生态系统碳汇形成机理。其次，分析了依赖时间尺度的森林生态系统碳汇变化过程，讨论了森林碳汇的时间效应，建议在尚未明确碳汇对缓解气候变化的时间效应前，使用“吨-年”（tonne-year）计量碳汇，并将3～6个月作为碳汇的最小计量时间（即，当年固碳的开始）。第三，明确了提升森林生态系统碳汇能力的主要途径：最大限度增加森林生态系统的碳汇能力（扩大森林面积、提高森林质量、增加森林土壤碳储量等）；尽量延长森林生态系统碳汇维持时间，即降低“临时碳汇”（森林生态系统中的碳库一定时间内重新排放到大气中的碳汇），增加“永久碳汇”(森林生态系统从大气中清除CO2，并在一定时间内不再排放到大气中的碳汇；根据《巴黎协定》相关内容，碳汇计量的上限时间为2100年)；推广维持永久碳汇的措施（用木材取代钢筋、水泥、塑料等、减少林火等干扰排放、将森林生物质以“生物炭”形态固定下来等）。最后，提出发展以人工智能（AI）为核心技术的“气候智慧林业（climate-smart forestry）”，以期为提升森林生态系统碳汇能力和可持续管理提供理论与技术支撑。

关键词：森林碳汇临时碳汇永久碳汇碳汇时间效应气候智慧林业

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凋落物输入变化对森林土壤CH吸收的影响

生态学杂志 2024年

作者：郑夏萍吴福忠吴秋霞朱晶晶倪祥银福建师范大学地理科学学院碳中和未来技术学院湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站

甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳的第二大温室气体。森林土壤作为大气CH4“汇”，在全球CH4预算中发挥着重要作用。凋落物是森林土壤重要的碳库和养分库，凋落物分解既增加了土壤碳和养分归还，也降低了土壤表面氧气浓度，可能影响土壤CH4氧... 详细信息

甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳的第二大温室气体。森林土壤作为大气CH4“汇”，在全球CH4预算中发挥着重要作用。凋落物是森林土壤重要的碳库和养分库，凋落物分解既增加了土壤碳和养分归还，也降低了土壤表面氧气浓度，可能影响土壤CH4氧化和扩散。但目前对凋落物输入是否改变森林土壤CH4吸收的认识仍不清晰。本研究首先在福建三明国家野外站通过凋落物输入微宇宙实验，连续监测了杉木人工林凋落物去除后土壤CH4通量的变化，发现去除凋落物使杉木人工林土壤CH4吸收量显著增加。在此基础上，我们用Meta分析进一步整理了其他6个森林样点凋落物(叶和根)去除和加倍输入对土壤CH4吸收的影响，发现凋落物去除使阔叶林土壤CH4吸收显著增加16.5%。相反，凋落物加倍输入使阔叶林和针叶林土壤CH4吸收分别显著降低了11.1%和20.0%，说明凋落物加倍输入降低了森林土壤CH4“汇”的功能。这些结果表明，凋落物输入是影响森林土壤CH4吸收的重要因素，凋落物层可能通过降低土壤表面氧气浓度，减少森林土壤对大气CH4的吸收。

关键词：凋落物添加凋落物去除 CH 通量温室气体

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东北地区森林地上碳储量动态及固碳潜力预测

生态学杂志 2024年

作者：王耀梁宇刘波马天啸吴苗苗窦佳慧王绪高森林生态与保育重点实验室(中国科学院) 中国科学院大学辽宁省陆地生态系统碳中和重点实验室山东师范大学地理与环境学院

东北地区作为中国最大的森林分布区，其森林碳储量约占全国的40%。在过去的几十年里，该地区实施了大规模的植树造林及森林恢复工作，但其对碳循环的影响尚不明确。因此，准确预测东北地区未来森林的地上碳储量及固碳潜力对制定东北森... 详细信息

东北地区作为中国最大的森林分布区，其森林碳储量约占全国的40%。在过去的几十年里，该地区实施了大规模的植树造林及森林恢复工作，但其对碳循环的影响尚不明确。因此，准确预测东北地区未来森林的地上碳储量及固碳潜力对制定东北森林未来管理政策具有重要意义。本研究基于森林清查数据，耦合生态系统过程模型和森林景观模型，模拟未来百年东北地区森林的演替过程及其碳储量动态。同时，本研究通过多源数据（遥感数据、森林清查数据、其他模型结果）对模拟结果进行多尺度验证，提高模型模拟精度，在此基础上估算东北地区森林未来固碳潜力，量化其固碳拐点。结果表明：（1）模型模拟的森林地上碳储量空间分布结果与其他文献基于遥感数据得到的地上碳储量空间分布数据基本一致（Kappa系数=0.81）。此外，模型从林龄角度对模拟结果进行验证，各区域森林及主要树种在各林龄段的比例结果与森林清查数据存在相关性(R2>0.6)。（2）现行气候条件下东北地区森林地上碳储量将在2070年达到峰值（6.38 Pg C），相比2000年森林地上碳储量及碳密度分别增加4.57 Pg C、67.46 Mg·hm-2。（3）在不考虑气候变化和森林经营管理政策的前提下，东北地区森林固碳速率呈现先增后降的趋势，峰值出现在2020—2025年，为0.108 Pg C·a-1，0值出现在2070—2075年，森林将由碳汇转为碳源。

关键词：森林清查数据森林景观模型模型验证

增温对植物叶片和细根氧化损伤与防御特征及其相互关联影响的研究进展

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植物生态学报 2024年第2期48卷 135-146页

作者：杜旭龙黄锦学杨智杰熊德成福建师范大学地理研究所福州350007 福建师范大学地理科学学院福建师范大学湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室福州350007 福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站福建三明365002

叶片和细根是植物地上和地下部分中最敏感和活跃的部分,对森林生态系统的碳循环起着十分重要的作用。叶片和细根生理代谢特征及其相互关联的变化不仅反映植物在全球变暖背景下的生长状况,也揭示了植物面对环境胁迫的响应特征和适应策略... 详细信息

叶片和细根是植物地上和地下部分中最敏感和活跃的部分,对森林生态系统的碳循环起着十分重要的作用。叶片和细根生理代谢特征及其相互关联的变化不仅反映植物在全球变暖背景下的生长状况,也揭示了植物面对环境胁迫的响应特征和适应策略,已经成为全球变化领域研究的热点和难点问题。国内外已开展了大量相关实验,从氧化损伤、抗氧化防御及代谢物的角度探讨了全球变暖条件下植物叶片和细根生理代谢的变化特征和响应机制。目前部分研究认为大气增温将促进叶片体内活性氧类物质的积累,对叶片产生氧化损伤,而对细根的损伤作用不明显,但也有部分研究认为细根受土壤增温的影响更大。总之,植物叶片和细根如何通过调整自身生理代谢特征和器官间的相互协作来响应气候变暖,以及这些响应的内在机制仍未得到充分研究。为此,该文系统综述了全球变暖背景下植物叶片和细根氧化损伤与抗氧化防御特征及其相互关联变化的研究进展,以期为植物对全球变暖的响应和适应机制研究提供参考,并认为今后还应开展以下几个方面的研究:(1)在种群和群落尺度上加强增温对植物氧化损伤与防御特征的研究;(2)结合地上地下物候特征研究增温对植物氧化损伤与防御特征的影响;(3)从更多植物生理指标间的关联着手深入分析植物氧化损伤与防御特征对增温的响应;(4)加强植物地上和地下器官的关联和季节差异研究。

关键词：全球变暖叶片细根氧化损伤抗氧化防御相互关联影响机制

米槠和杉木人工林土壤酶活性和酶化学计量特征对凋落物输入的短期响应

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应用生态学报 2024年第3期35卷 631-638页

作者：艾灵吴福忠樊雪波杨静吴秋霞朱晶晶倪祥银福建师范大学地理科学学院、碳中和未来技术学院福州350117 福建师范大学湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室福州350117 福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站福建三明365002

凋落物输入刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物中碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分释放,但不同基质质量凋落物输入如何调控土壤胞外酶活性和酶化学计量特征仍不清晰。本研究以亚热带10年生米槠和杉木人工林为研究对象,采用凋落物输入原位微宇宙... 详细信息

凋落物输入刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物中碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分释放,但不同基质质量凋落物输入如何调控土壤胞外酶活性和酶化学计量特征仍不清晰。本研究以亚热带10年生米槠和杉木人工林为研究对象,采用凋落物输入原位微宇宙试验,分析了2021年4—8月、10月和12月不同凋落物输入对β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶(AP)5种土壤胞外酶活性及其化学计量特征的影响。结果表明:1)与无凋落物输入相比,米槠人工林凋落物输入对土壤酶活性、酶化学计量和矢量特征均无显著影响;而杉木人工林凋落物输入使5月土壤AP活性显著提高1.7%,使8月酶化学计量碳氮比、10月酶化学计量碳磷比和氮磷比分别降低3.8%、11.7%和10.3%,使10月土壤酶向量角增加到53.8°,表明土壤微生物存在显著磷限制。2)偏最小二乘回归分析表明,土壤可溶性有机质和微生物生物量C、N分别是米槠和杉木人工林土壤胞外酶活性响应凋落物输入的主要影响因子。总体上,低质量(高C/N)的杉木凋落物输入在短期内更能刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物分解,研究区域土壤微生物受到磷限制。

关键词：凋落物输入土壤胞外酶凋落物分解酶生态化学计量生物地球化学