南亞熱帶不同樹(shù)種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮特征研究.pdf

1、20世紀(jì)80年代，在我國(guó)熱帶和亞熱帶地區(qū)發(fā)起了大規(guī)模的造林運(yùn)動(dòng)，對(duì)退化荒坡進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。然而在我國(guó)熱帶和亞熱帶林區(qū)造林恢復(fù)過(guò)程中，普遍存在著人工針葉純林所占比重較大，由此引起生態(tài)穩(wěn)定性較差、生態(tài)服務(wù)功能低、易受病蟲(chóng)害的攻擊等一系列的問(wèn)題。為了減少這些針葉人工純林所帶來(lái)的不利影響，許多不同功能型的闊葉樹(shù)種（如速生樹(shù)種和鄉(xiāng)土珍貴樹(shù)種，固氮樹(shù)種和非固氮樹(shù)種等）用于改造人工林經(jīng)營(yíng)模式已成為我國(guó)該地區(qū)人工林經(jīng)營(yíng)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)于不同功能型鄉(xiāng)土珍貴闊

2、葉樹(shù)種，人們更多的是關(guān)注其木材收益，缺乏對(duì)其人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮特征的研究。本研究以中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心為研究地點(diǎn)，選取立地條件、林齡和經(jīng)營(yíng)歷史相似的南亞熱帶不同樹(shù)種人工林:格木(Erythrophleum fordii)人工林、紅椎(Castanopsis hystrix)人工林和馬尾松(Pinus massoniana)人工林，主要運(yùn)用常規(guī)理化實(shí)驗(yàn)分析方法、氣壓過(guò)程分離技術(shù)(BaPS)、磷脂脂肪酸法(PLFA)和凋落物分

3、解袋法，研究了:(1)不同樹(shù)種人工林生態(tài)系統(tǒng)不同組分碳氮儲(chǔ)量及其分配格局;(2)不同樹(shù)種人工林土壤碳、氮元素轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律及其環(huán)境響應(yīng);(3)不同樹(shù)種人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成及其對(duì)土壤碳氮轉(zhuǎn)化的影響;(4)不同樹(shù)種凋落物葉和細(xì)根分解特征及其相關(guān)關(guān)系。主要目的是通過(guò)對(duì)南亞熱帶不同樹(shù)種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮特征的比較研究，以期能為該區(qū)人工林營(yíng)建中的樹(shù)種選擇以及人工碳匯林的經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)參考。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)不同樹(shù)種

4、人工林喬木層各器官碳的分布與器官年齡的關(guān)系不明顯，而氮的分布與器官年齡的關(guān)系則較為密切，表現(xiàn)為幼嫩器官中的氮含量大于老化器官，而老化器官的C/N比值大于幼嫩器官。說(shuō)明碳具有相對(duì)穩(wěn)定性，而氮具有流動(dòng)性，并且氮素對(duì)幼嫩器官的生長(zhǎng)具有重要作用。由于樹(shù)種不同，其土壤有機(jī)碳和全氮含量具有顯著差異，表土層有機(jī)碳和全氮含量均是鄉(xiāng)土固氮樹(shù)種格木林表現(xiàn)為最高，其次是紅椎林，說(shuō)明在本研究區(qū)鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種是最具有潛力的土壤改良樹(shù)種。格木、紅椎和馬尾松人工林生態(tài)

5、系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分別為236.22 t·hm-2、267.84 t·hm-2和200.57 t·hm-2，氮儲(chǔ)量分別為17.91 t·hm-2、12.38 t·hm-2和10.59 t·hm-2。喬木層碳儲(chǔ)量分別占42.57％、36.31％和40.28％，0-100 cm土壤碳儲(chǔ)量分別占55.77％、62.52％和57.83％;氮儲(chǔ)量則是土壤占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，分別為92.00％、93.72％和95.53％。以上結(jié)果表明，在本研究區(qū)鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種人工林

6、具有較高的碳氮儲(chǔ)存量。
　　 (2)不同樹(shù)種人工林土壤呼吸及土壤總硝化表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，且雨季碳、氮轉(zhuǎn)化速率顯著高于干季。所有林分土壤呼吸及土壤總硝化的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化很大程度上依賴(lài)于土壤溫度和土壤水分含量，土壤溫度分別解釋了土壤呼吸和土壤總硝化變異的76-86％和54-79％;土壤水分含量分別解釋了土壤呼吸和土壤總硝化變異的31-56％和14-32％。由于不同樹(shù)種對(duì)土壤環(huán)境的影響不同，不同林分間土壤呼吸速率及土壤總硝化速率存在

7、顯著差異。與其他兩種林分相比，固氮樹(shù)種格木林林下土壤具有較低的C/N比值和較高的有機(jī)碳含量、全氮含量及有效氮含量，因此，格木林土壤呼吸速率及總硝化速率顯著高于紅椎林和馬尾松林。
　　 (3)不同樹(shù)種人工林林分間土壤微生物生物量和土壤碳氮轉(zhuǎn)化存在顯著差異，土壤有機(jī)碳、全氮含量較高的鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種紅椎林和格木林下土壤微生物生物量和總PLFAs量也較高，固氮樹(shù)種格木林下土壤碳氮轉(zhuǎn)化速率表現(xiàn)為最高，且由于格木林下土壤較低的C/N比和pH值

8、，導(dǎo)致格木林下土壤真菌生物量顯著低于其它兩種林分。產(chǎn)生這種差異的主要原因是不同樹(shù)種由于自身凋落物組分和質(zhì)量的差異而改變土壤的化學(xué)性質(zhì)、土壤微生物特征，從而影響土壤碳氮轉(zhuǎn)化速率。從季節(jié)變化來(lái)看，不同林分下土壤微生物生物量均表現(xiàn)為干季大于雨季，而土壤碳氮轉(zhuǎn)化速率卻表現(xiàn)為雨季最大，造成這種格局的主要原因是雨季（植物生長(zhǎng)的旺盛期）植物對(duì)土壤養(yǎng)分的大量需求限制了土壤微生物對(duì)養(yǎng)分的可利用性，因此減少了微生物生物量的固持。這也暗示了植物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的吸

9、收與土壤微生物對(duì)體內(nèi)養(yǎng)分的保持具有同步性。
　　 (4)格木、紅椎和馬尾松凋落物葉分解系數(shù)分別為0.98a-1、0.88a-1和0.62a-1，而細(xì)根分解系數(shù)則分別為0.65a-1、0.59a-1和0.47a-1。不同樹(shù)種對(duì)凋落物分解的影響不僅受凋落物自身化學(xué)性質(zhì)的影響，還受不同樹(shù)種林分內(nèi)環(huán)境條件的影響，不同樹(shù)種凋落物分解速率均與凋落物中氮含量呈正比，與C/N比、木質(zhì)素/N比呈反比，與土壤水分含量的關(guān)系也較密切。不同樹(shù)種凋落葉分