南亞熱帶不同樹種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮特征研究.pdf

1、20世紀80年代，在我國熱帶和亞熱帶地區(qū)發(fā)起了大規(guī)模的造林運動，對退化荒坡進行生態(tài)恢復。然而在我國熱帶和亞熱帶林區(qū)造林恢復過程中，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)服務功能低、易受病蟲害的攻擊等一系列的問題。為了減少這些針葉人工純林所帶來的不利影響，許多不同功能型的闊葉樹種（如速生樹種和鄉(xiāng)土珍貴樹種，固氮樹種和非固氮樹種等）用于改造人工林經營模式已成為我國該地區(qū)人工林經營的發(fā)展趨勢。關于不同功能型鄉(xiāng)土珍貴闊

2、葉樹種，人們更多的是關注其木材收益，缺乏對其人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮特征的研究。本研究以中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中心為研究地點，選取立地條件、林齡和經營歷史相似的南亞熱帶不同樹種人工林:格木(Erythrophleum fordii)人工林、紅椎(Castanopsis hystrix)人工林和馬尾松(Pinus massoniana)人工林，主要運用常規(guī)理化實驗分析方法、氣壓過程分離技術(BaPS)、磷脂脂肪酸法(PLFA)和凋落物分

3、解袋法，研究了:(1)不同樹種人工林生態(tài)系統(tǒng)不同組分碳氮儲量及其分配格局;(2)不同樹種人工林土壤碳、氮元素轉化的基本規(guī)律及其環(huán)境響應;(3)不同樹種人工林土壤微生物群落結構組成及其對土壤碳氮轉化的影響;(4)不同樹種凋落物葉和細根分解特征及其相關關系。主要目的是通過對南亞熱帶不同樹種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮特征的比較研究，以期能為該區(qū)人工林營建中的樹種選擇以及人工碳匯林的經營管理提供科學參考。主要研究結果如下:
　　 (1)不同樹種

4、人工林喬木層各器官碳的分布與器官年齡的關系不明顯，而氮的分布與器官年齡的關系則較為密切，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。說明碳具有相對穩(wěn)定性，而氮具有流動性，并且氮素對幼嫩器官的生長具有重要作用。由于樹種不同，其土壤有機碳和全氮含量具有顯著差異，表土層有機碳和全氮含量均是鄉(xiāng)土固氮樹種格木林表現(xiàn)為最高，其次是紅椎林，說明在本研究區(qū)鄉(xiāng)土闊葉樹種是最具有潛力的土壤改良樹種。格木、紅椎和馬尾松人工林生態(tài)

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

6、具有較高的碳氮儲存量。
　　 (2)不同樹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)動態(tài)變化很大程度上依賴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％。由于不同樹種對土壤環(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，固氮樹種格木林林下土壤具有較低的C/N比值和較高的有機碳含量、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)不同樹種人工林林分間土壤微生物生物量和土壤碳氮轉化存在顯著差異，土壤有機碳、全氮含量較高的鄉(xiāng)土闊葉樹種紅椎林和格木林下土壤微生物生物量和總PLFAs量也較高，固氮樹種格木林下土壤碳氮轉化速率表現(xiàn)為最高，且由于格木林下土壤較低的C/N比和pH值

8、，導致格木林下土壤真菌生物量顯著低于其它兩種林分。產生這種差異的主要原因是不同樹種由于自身凋落物組分和質量的差異而改變土壤的化學性質、土壤微生物特征，從而影響土壤碳氮轉化速率。從季節(jié)變化來看，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（植物生長的旺盛期）植物對土壤養(yǎng)分的大量需求限制了土壤微生物對養(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對養(yǎng)分的吸

9、收與土壤微生物對體內養(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分別為0.98a-1、0.88a-1和0.62a-1，而細根分解系數則分別為0.65a-1、0.59a-1和0.47a-1。不同樹種對凋落物分解的影響不僅受凋落物自身化學性質的影響，還受不同樹種林分內環(huán)境條件的影響，不同樹種凋落物分解速率均與凋落物中氮含量呈正比，與C/N比、木質素/N比呈反比，與土壤水分含量的關系也較密切。不同樹種凋落葉分