森林生态系统的养分循环-一个温带落叶阔叶林生态系统的研究

l、有机质和全N在草甸土壤的不同层次之间呈现明显的差异，表现力随着土壤深度的增加，含量逐渐降低。无机N包括NH4+-N和No3--N在土层之闻的差异并没有象全N和有机质那么显著。NH4+-在表面30Cm的土壤中明显高于NO3--N的。全P在各层土壤中的含量差异并不显著，但有效p在三层土壤中表现出明显的差异，表现为随土壤深度的增加而降低。 K、Na、Ca、Mg、Fe和AI等6种金属元素的可交换成分在革甸土壤中的含量除K表现出明显的土层间的差异外，在表层30cm的土壤中并没有明显的随土壤深度变化的趋势。 有机质和全N在东灵山地区主要森林土壤中的含量以0~lOcm土层中的显著高于10~20cm的土层中的。20cm的土层中无机N中也以NH4+-为主，这与草甸土壤中的一致。全p和有效P在两个土层之间的差异并不十分显著，而以0^lOcm土层略高于10～20Cm土层的。 K、Na、Ca、Mg、Fe和AI等6种金属元素的可交换成分在不同土层间的差异以K和Ca较为明显，K和Ca在O—1Ocm的土层中要高于lO-20cm的。 森林土壤中的有机质、全N（包括NH4+-N）、全p（包括有效P)都表现为低于亚高山草甸土壤中的，主要原因是亚高山革甸分布于海拔1800cm至2300m，而主要森林类型则基本分布在海拔120m至1500m，亚高山草甸较为恶劣的气候条件明显不利于有机质的矿化，因而分解速率较低，积聚了较多的有机质．而森林土壤中较低的NH4+-N和有效P则可能是由于森林中旺盛的生命活动，尤其是微生物的活动，而大量被植物和微生物固持，因而，即使在森林土壤中有较高的矿化速率，但仍具有较低的NH4+-N和有效p的含量． 不同类型的森林土壤之间各化学成分并没有发现有明显的变化趋势，即使森林类型差异较大的落叶阔叶林和针叶林之间也并没有发现十分显著的差异，这说明各森林类型土壤之间养分特征的一致性。两种针叶林均为人工林，林龄不超过30，而在这之前推测也是以落叶阔叶林为主，森林土壤在这30年间并没有发生十分明显的变化。 在l100m至I500m之间的各种森林类型的土壤也没有表现出十分明显的与海拔高度的相关性。同一森林土壤在不同时间的采样之间，各化学成分也没有表现出明显的差异。 2、降水引起的树干茎流水分中全N的含量在降水季节的初期的含量略高于大量降水期间的。而在降水季节后期，随着每次降雨量的减少，降水间隔时间的增加，树干茎流中N的含量明显地有很大幅度的升高。NO3-N在树干茎流中的含量也同样受到了降水量的影响，表现在后期也发生显著的升高，但升高的幅度没有全N的大。受到降水量影响的元素还有S。 全p在树干茎流水分中含量随降水时间的变化，在各个树种之间有很大的差异。 其它几种元素的可交换态在茎流水分中的含量以K的含量为最高;其次是S、ca、Mg，AI在所有分析的元素中含量最低。不过，AI在降水初期(6月22日)的取样中，含量在几个树种的茎流水分样品中普遍较高，Ca和Mg也被发现有类似的情形。 穿透雨中全N的含量在降水初期略高于降水中期的，而至降水末期时又略有升高，这种格局与树干茎流水分中的具有一致性。全P、K、Ca、Mg、S．ＡＩ等包括全N及其无视成分与树干茎流中的含量的差异并不显著． 地表径流中的全N含量在去除枯枝落叶层的径流场的变化格局与树干茎流和穿透雨中的较为一致．表明这三者之间存在一定的相关性．但与未去除枯枝落叶层的径流场的径流水分中全N和NO３－Ｎ的含量并不十分一致，全N和NO３－N的含量有时较高． 取自马牙石沟流水堰口的集水区水样中全N和NO３-N的含量均变化在l～3ｍｇ／L之间;而取自南沟流水堰口的集水区水样中的全N和N03-N的含量均在l～2mg／L之间，但在这两者之间并没有十分显著的差异，说明取自两个集水区溪流水分中的全N和N03-N的含量基本一致。 3、通过对三个森林立地乔木层生物量的两次调查（相隔6年），发现尽管以辽东栎为主要优势树种的暖温带落叶阔叶混交林（91- 03）第一次调查的生物量低于辽东栋林（91 - 02）和桦木林（91 - 04)的，但在生长6年后，该立地的乔木层生物量已明显超过桦木林的，其增长速率在三个样地中为最高。 根据两次调查的结果，三个样地中出现的11种乔木树种胸径的增加可以分成两组，第一组包括北京花楸、糠椴、白桦和辽东栎，另一组则由山杨、五角枫、棘皮桦、大叶白蜡、蒙椴、黄花柳和沙涞组成。6年中，第一组树种的胸径增加量在1.O～l.4em之间，而第二组的增量在0.2~O.9cm之间，两者之间具有显著的差异。 常用的生物量预测模型包括两个因子，即胸径(D)和树高(H)。D通常可以实测得到，但H大部分只能估计得到。本研究通过比较6年前后两次树高的实际估测结果，证明用D和H共同建立的模型预测结果可能会产生较大的人为误差，建议改用D的单因子预测模型。 无论是实测结果还是树木年轮分析结果，都表明处于目前径级水平的暖温带地区分布的这几个树种还处在不断生长的过程中，随着年龄的增加，表现为胸径还有很大程度的增加，因为这些树种目前的大径级个体的年平均增加速率大于小径级的． 树木年龄与胸径的相互关系的分析结果表明，树木年龄和胸径可以很好地用饱和模型Y=a-be－ｃｘ来拟合． 4、通过近5年对辽东栎枝条( D<0.5cm)和叶片凋落物分解的观察和分析，发现辽东栎枝条的总失重率达到了43%，分解速率常数k为2.713x10－3／周，而叶的总失重率则可以达到70%，分解速率常数k为6.234xl0-3/周. 枝条分解过程中的有机质含量变化可以分为三种类型，一种是单调上升型的，如蛋白质，其含量从3.5%增加到约6%;-种是单调下降型的，如半纤维素，约从15%降低至7%;另一种则是相对变化不大，如粗纤维（包括纤维素和木质素），粗纤维的含量变化在58％±3%，木质素变化在56%±2.5%，纤维素则变化在1%～3%之间。 用Olson指数方程拟合，结果表明粗纤维、木质素和半纤维素三者的分解以半纤维素为最快，分解速率常数为5.693xl0-3／周，其次是木质素和粗纤维，分别为2.461x10-3/周和2.352xl0-3／周．而蛋白质和纤维素的拟合结果较差或根本无法拟合． 用Olsoｎ指数方程拟合的结果表明，有些元素在凋落物分解过程中可以很好地用该方程拟合，如K，Na、Mn和C，p和N，Mg，Zn，而一些元素如Ca和Cu没有取得很好的拟合效果。 几种元素在叶片凋落物分解过程过程的丢失速率也以K为最快，其它元素的顺序为，e，N，p，Na，Mn，Mg和Ca（Ca的拟合效果较差），而Cu、Zn也不能很好地用Olson指数方程拟合。 5、根据对东灵山地区6年(199l~1997)的气象观测结果，可得到该地区的年平均降水量和总降水量，用1994年分析的降水中养分含量的数据可以近似计算得东灵山地区每年通过降水进入该暖温带落叶阔叶林生态系统的几种养分输入量。同理可以计算降水输入养分在树干茎流和穿透雨中的分配，还可以计算养分从地表径流中的输出。通过对这几个水分循环的主要环节中养分输入或输出量的计算，发现每年通过降水而进入系统的养分，大部分将积累在系统中，而输出份额只占很小的一部分。 K和Mg两种养分元素在降水通过林冠和树干表面时，将产生大量的淋溶，而Ca的淋溶较小．N、P和AI则产生少量的吸附或吸收。对于S来说，淋溶和吸收或吸附作用相当，或两者都很小。 通过生物量的年平均增量和生物量中的养分含量可以计算得到每年积累在生物量中的养分量即存留量，同理可以计算年凋落物中的养分量、归还量及生物系统从土壤中吸收的养分量，每年养分的存留率．通过以上计算，发现该落叶阔叶林对养分的存留率较低，这可能是由于该落叶阔叶林森林生态系统每年具有较高的养分归还量，对于一些元素来说，还具有较高的淋溶量，尤其是K和Mg．

Seasonal change in the structure of fig-wasp community and its implication for conservation

Figs (Moraceae) and their pollinating wasps (Agaonidae) constitute a famous reciprocal mutualism in which figs provide some female flowers for the development of fig wasp offspring while the fig wasps pollinate Fig flowers. However, figs also host many no

Fragmentation effects on diversity of wasp community and its impact on fig/fig wasp interaction in Ficus racemosa L.

Habitat fragmentation usually results in alteration of species composition or biological communities. However, little is known about the effect of habitat fragmentation on the fig/fig wasp system. In this study, we compared the structure of a fig wasp community and the interaction between figs and fig wasps of Ficus racemosa L. in a primary forest, a locally fragmented forest and a highly fragmented forest. Our results show that, in the highly fragmented forest, the proportion of pollinator wasps is lower and the proportion of non-pollinator wasps is higher compared with the primary forest and locally fragmented forest. The proportion of fruits without pollinator wasps in mature fruits is also greatly increased in the highly fragmented forest. The proportion of galls in all female flowers increases in the highly fragmented forest, whereas the proportion of viable seeds does not change considerably. The disruption of groups of fig trees results in a decrease in pollinator wasps and even might result in the extinction of pollinator wasps in some extreme cases, which may transform the reciprocal interaction between figs and fig wasps into a parasite/host system. Such an effect may lead to the local extinction of this keystone plant resource of rain forests in the process of evolution, and thereby, may change the structure and function of the tropical rain forest.

西双版纳热带雨林片断小气候边缘效应研究

以西双版纳地区三个热带雨林片断和一个原始热带雨林为对象，研究了林内至林外、以及林窗内小气候要素的水平和垂直梯度变化规律、小气候边缘效应及其与林缘方位之间的关系、林缘空气流动规律、边缘效应深度、片断后林内生境变化及对气候变化的抵抗能力。利用林墙太阳辐射理论，计算分析了各方位林缘的可照时数。根据Monteith的植物叶面热量平衡方程讨论了叶温度理论模拟方法，计算和分析土壤-植被-大气连续体（SPAC）能量平衡中各分量通量。主要结果如下： 1.西双版纳地区不同方位林缘可照时数一般比水平面减少，只有南向林缘在春、秋分日及北向林缘在夏至日的可照时数与水平面相同。在夏半年，北向林缘可照时间最长，东西向林缘次之，南向林缘最短；在冬半年，南向林缘可照时间最长，与水平面相同，东西向次之，北向林缘最短。年可照时数以南向林缘最长，北向林缘最短。 2.片断化热带森林的小气候边缘效应影响深度在北向林缘深至林内15m、在南向林缘深至林内25m。林外小气候水平梯度大于林内，这种梯度变异尤以林缘附近（-10m  10m范围）最大。统计世界各地研究结果，发现生物和物理环境的边缘效应深度变化于10  500m之间，但主要发生在100m范围内（占87%）。随着边缘效应深度增加或片断面积减小，正方形森林片断受林缘影响面积的百分率增加。圆形森林片断受边缘效应的“蚕食”作用最小，而狭长或不规则森林片断受边缘效应影响最大。 3.在南向林缘外侧10m范围内存在太阳辐射和温度较高地带；林窗边缘林墙壁面有显著得热力效应和水汽效应，尤其在北向边缘更显著。 4.林缘2/3H（H为林缘树高）高处以下及其以上（林冠层及上方）存在一反向双环流，在林冠层处其强度相对较弱。 5.片断化森林对外部变化抵御能力变得更为脆弱，林内环境由湿晾转向干暖，森林生态功能降低。 6.林缘植物叶温表现出气温型（Ta>Tl）、中间型（Ta=Tl）和辐射型（Tl>Ta）三种类型。林缘处草本植物与乔木、藤本植物之间的叶温差异显著，草本比乔木、藤本高约5℃。 7.叶面积指数在林缘最低和在林内25m处最大，林缘叶角小于林内，而在25m处散射光透过系数则最小。

次生林林窗光环境时空特征及其对下层植被的影响

林窗是森林中经常发生的重要中小尺度干扰，在森林天然更新中起着重要作用。灌木和草本植物通过与乔木幼苗竞争林窗资源（尤其是光）而影响林窗树种更新，因此，研究林窗光环境时空特征及其与下层植被关系对揭示林窗树种更新机制具有重要意义。然而，林窗光环境的时空异质性及有效测量方法的缺乏导致这方面研究很少。本研究提出了林窗立体结构的相片测量法；基于林窗立体结构、坡度和坡向改进了目前广泛用于估测林窗光环境的林窗光指数(gap light index, GLI)模型，并提出了林窗内任意位置最大光照时长(potential sunshine duration, PSD)的计算方法；采用改进的GLI和PSD分析了东北次生林3个不同大小林窗（110，270，510 m2）及其对应的9个模拟林窗中2007年光环境的时空特征；通过在12个人工林窗中连续3年的植被调查，研究了林窗形成后前3年下层木本和草本植物对4个光强梯度的响应，主要结论如下： 1. 林窗立体结构和光环境的测量方法：1) 等角椭圆扇形法计算的林窗面积比目前使用较多的等角多边形法具有更高的精度；2) 半球面影像法可以测量林窗面积和形状，且精度较高；3) 双半球面影像法不仅可以测量林窗面积、形状，还可以测量任意方位林窗边缘木高度；4) 改进的GLI可以快速、精确计算林窗任意位置的直射光和散射光；5) PSD可用于分析林窗光照强度时空特征。 2. 东北次生林林窗光环境时空特征：1) 水平空间结构（地面层）：光环境空间异质性高，最大值位于林窗北部，坡向对光分布格局影响大而对光强影响小，光强随林窗面积的增大和边缘木高度的降低而增加；2) 垂直空间结构（林窗南北轴）：不同高度层光强最大值均位于林窗南北轴中心偏北，南北轴距地面越高光强最大值则越靠近轴中心；光强随距地面高度下降而衰减，最大衰退速率点位于轴中心偏南，靠近该点光强衰退线呈指数形，远离该点则趋于直线形；3) 光成分特征（地面层南北轴）：南坡林窗整个南北轴上直射光大于散射光，北坡模拟林窗南半轴散射光大于直射光，而北半轴相反；南坡林窗中直射光的均值及其变化范围都比其对应的北坡模拟林窗大，然而，坡向对散射光影响不大；南坡林窗和北坡模拟林窗北半轴的全光和直射光均比南半轴大，但散射光没有这种显著的规律；4) 时间特征：不同月份PSD在相同大小林窗中分布格局十分相似，6月份林窗中被光照射面积和PSD均值最大，而10月份最小；各月PSD在南北轴上从南到北逐渐增加，在东西轴上自西向东缓慢增加。 3. 林窗早期下层植被对光强梯度的响应：1) 木本植物物种丰富度随光照强度的增加而增高，且在林窗形成后的第2和3年均存在显著相关性；2) DCA排序第一轴表明，木本植物物种组成仅第1年在4个光强梯度间存在显著差异，而在各年间存在显著差异；草本植物物种组成在4个光强梯度上存在显著差异，但在各年间不存在显著差异；3) 木本植物生物体积(biovolume)随光强梯度升高而增加，而植株密度不存在显著变化；生物体积逐年增加，平均年增长率为20.3%，植株密度逐年下降，平均年减少率为30.0%；4) 草本层盖度和高度在4个光强梯度间均不存在显著差异，但在林窗形成后的第2、3年均显著比第1年大。

Effects of nitrogen fertilization on soil respiration in temperate grassland in Inner Mongolia, China

Nitrogen addition to soil can play a vital role in influencing the losses of soil carbon by respiration in N-deficient terrestrial ecosystems. The aim of this study was to clarify the effects of different levels of nitrogen fertilization (HN, 200 kg N ha(-1) year(-1); MN, 100 kg N ha(-1) year(-1); LN, 50 kg N ha(-1) year(-1)) on soil respiration compared with non-fertilization (CK, 0 kg N ha(-1) year(-1)), from July 2007 to September 2008, in temperate grassland in Inner Mongolia, China. Results showed that N fertilization did not change the seasonal patterns of soil respiration, which were mainly controlled by soil heat-water conditions. However, N fertilization could change the relationships between soil respiration and soil temperature, and water regimes. Soil respiration dependence on soil moisture was increased by N fertilization, and the soil temperature sensitivity was similar in the treatments of HN, LN, and CK treatments (Q (10) varied within 1.70-1.74) but was slightly reduced in MN treatment (Q (10) = 1.63). N fertilization increased soil CO2 emission in the order MN > HN > LN compared with the CK treatment. The positive effects reached a significant level for HN and MN (P < 0.05) and reached a marginally significant level for LN (P = 0.059 < 0.1) based on the cumulative soil respiration during the 2007 growing season after fertilization (July-September 2007). Furthermore, the differences between the three fertilization treatments and CK reached the very significant level of 0.01 on the basis of the data during the first entire year after fertilization (July 2007-June 2008). The annual total soil respiration was 53, 57, and 24% higher than in the CK plots (465 g m(-2) year(-1)). However, the positive effects did not reach the significant level for any treatment in the 2008 growing season after the second year fertilization (July-September 2008, P > 0.05). The pairwise differences between the three N-level treatments were not significant in either year (P > 0.05).

Drivers of soil net nitrogen mineralization in the temperate grasslands in Inner Mongolia, China

Soil net nitrogen mineralization (NNM) of four grasslands across the elevation and precipitation gradients was studied in situ in the upper 0-10 cm soil layer using the resin-core technique in Xilin River basin, Inner Mongolia, China during the growing season of 2006. The primary objectives were to examine variations of NNM among grassland types and the main influencing factors. These grasslands included Stipa baicalensis (SB), Aneulolepidum Chinense (AC), Stipa grandis (SG), and Stipa krylovii (SK) grassland. The results showed that the seasonal variation patterns of NNM were similar among the four grasslands, the rates of NNM and nitrification were highest from June to August, and lowest in September and October during the growing season. The rates of NNM and nitrification were affected significantly by the incubation time, and they were positively correlated with soil organic carbon content, total soil nitrogen (TN) content, soil temperature, and soil water content, but the rates of NNM and nitrification were negatively correlated with available N, and weakly correlated with soil pH and C:N ratio. The sequences of the daily mean rates of NNM and nitrification in the four grasslands during the growing season were AC > SG > SB > SK, and TN content maybe the main affecting factors which can be attributed to the land use type.