去除根系或枯落物对湿地松和...巨桉人工林土壤碳氮库的影响_沈健.pdf

Vol.43 No.2Feb.2023第 43 卷 第 2 期2023 年 2 月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Journal of Central South University of Forestry&Technologyhttp:/收稿日期：2022-04-01基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFD0600300）；福建省自然科学基金项目（2021J011045）。第一作者：沈健（），硕士研究生。通信作者：董强（），博士，讲师。引文格式：沈健,何宗明,郜士垒,等.去除根系或枯落物对湿地松和尾巨桉人工林土壤碳氮库的影响 J.中南林业科技大学学报,2023,43(2):114-123.SHEN J,HE Z M,GAO S L,et al.Effects of root or litter removal on the soil carbon and nitrogen pools of Pinus elliottii and Eucalyptus urophyllaE.grandis plantationsJ.Journal of Central South University of Forestry&Technology,2023,43(2):114-123.去除根系或枯落物对湿地松和尾巨桉 人工林土壤碳氮库的影响沈 健1，何宗明1，郜士垒1，林 宇2，赵文东1，董 强1（1.福建农林大学 a.林学院；b.国家林业和草原局杉木工程技术研究中心，福建 福州 350002；2.福建省闽侯白沙国有林场，福建 闽侯 350100）摘 要：【目的】研究地上枯落物和地下根系在土壤碳氮循环中的作用，为提高滨海沙地人工林土壤碳氮保留能力提供科学依据，为促进沿海地区人工林可持续经营提供启示。【方法】以福建长乐滨海沙地 2 种典型人工林（湿地松和尾巨桉）为研究对象，设置去除根系、去除枯落物以及对照 3 种处理，1 a 后采集土壤样品，测定土壤碳氮及其组分。【结果】滨海沙地湿地松林和尾巨桉林碳氮储量差异不明显，去除地上枯落物使尾巨桉林土壤可溶性有机碳含量显著下降，去除地下根系使湿地松林土壤可溶性有机氮含量显著上升，去除根系或枯落物处理均降低了 2 种人工林土壤微生物有机碳和微生物有机氮含量，湿地松人工林去除根系或枯落物后土壤矿质氮含量均有所升高，尾巨桉人工林则与之相反。回归分析表明不同碳输入下土壤 DOC与 DON、MBC、MBN之间存在极显著正相关关系，与土壤 NO3-N 之间存在显著正相关关系，土壤 MBC与土壤 NH4+-N、NO3-N 之间存在显著正相关关系。【结论】去除根系或枯落物处理对不同树种人工林土壤碳氮库的影响存在显著差异，调控地上、地下有机物输入会影响土壤碳氮及其组分，进而影响土壤碳氮库，表明根系和枯落物是土壤碳氮库的重要影响因素，其影响作用会因树种类型而异。关键词：去除根系；去除枯落物；可溶性有机碳氮；微生物量碳氮；土壤矿质氮；滨海沙地中图分类号：S714.2 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2023)02-0114-11Effects of root and litter removal on the soil carbon and nitrogen pools of Pinus elliottii and Eucalyptus urophyllaE.grandis plantationsSHEN Jian1,HE Zongming1,GAO Shilei1,LIN Yu2,ZHAO Wendong1,DONG Qiang1(1.a.College of Forestry;b.Chinese Fir Engineering Technology Research Center of the State Forestry and Grassland Administration,Fujian Agriculture and Forestry University Fuzhou 350002,Fujian,China;2.Minhou Baisha State-Owned Forest Farm of Fujian Province,Minhou 350100,Fujian,China)Abstract:【Objective】By studying the role of aboveground litter and underground roots in the soil carbon and nitrogen cycle,this work provided a scientific basis for improving the soil carbon and nitrogen retention capacity of the coastal sandy plantation,and inspired the promotion of the sustainable management of plantations in coastal areas.【Method】Taking two typical artificial plantations(Pinus elliottii and Eucalyptus urophyllaE.grandis)in the coastal sandy land of Changle,Fujian as the research objects,the study set up three treatments of root-trenching,litter removal and the control,and the soil samples were collected after one year to determine the carbon and nitrogen contents of soil and its components.【Result】The results showed that there was no significant difference in the C and N accumulation between the P.elliottii and the E.urophylla E.grandis plantations on the coastal sandy land.The removal of aboveground litter significantly decreased the soil DOC content of the E.urophylla E.grandis plantation,and the removal of underground roots significantly increased the soil DON content of the P.elliottii plantation.Both root and litter treatments reduced soil MBC and MBN contents in the two plantations,and the soil mineral nitrogen content increased after the root or litter was removed in the P.elliottii plantation,while it was the opposite in the E.urophylla E.grandis plantation.Regression analysis showed that the DOC concentration was significantly positively correlated with DON,MBC and MBN,while there was a positive relationship between the soil DOC and NO3-N.MBC was significantly positively correlated with soil NH4+-N and NO3-N under different carbon inputs.Doi:10.14067/ki.1673-923x.2023.02.013115中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 43 卷土壤碳氮是生物生存所需的重要营养元素，两者共同维系着生态系统的稳定性1。土壤碳可以加快养分循环，改良土壤结构；土壤氮可以调控陆地生态系统的结构和功能，与土壤碳紧密相关。森林生态系统土壤碳氮循环过程是能量交换和物质循环的核心2，且土壤碳氮储存和循环相互耦合。植物根系和枯落物是森林土壤碳、氮的主要来源，在维持土壤肥力、物质循环、养分有效性以及森林生态系统碳、氮收支等方面有着重要作用3-4。森林生态系统碳氮循环过程受多种因素共同影响，树种就是关键的影响因子之一，不同树种的枯落物数量、质量和降解速率以及根系生物量、根系分泌物和根际沉降过程等均具有差异，进而导致林地土壤碳氮库和碳氮循环过程具有差异性5-6。当下，关于改变有机质输入对土壤呼吸影响的报道较多，但改变有机质输入对土壤碳氮库稳定性变化，以及土壤碳氮各组分与有机质输入关系的研究较少，且大多研究主要在欧美地区的森林生态系统中，其结论不能直接应用到我国的森林中。在全球大气变化和人类活动影响愈来愈剧烈的背景下，亟待加强这方面的研究，以更好地应对土壤碳氮库和碳氮循环变化，来保证生态系统的稳定循环7。沿海地区人工林生态系统受海洋、陆地、大气三方面共同影响，其碳氮循环与内陆生态系统有很大不同，滨海沙地土壤碳氮及各组分含量明显小于内陆，生态环境更为脆弱8-9。随着全球变化进程的不断加剧，出现了全球变暖、二氧化碳浓度增加和全球降雨量再分配等一系列问题，以及大气环境污染、干旱胁迫、森林病原体入侵等自然干扰，去除枯落物、切断植物根系和控制火烧等人为干扰，都会导致森林地上/地下有机质输入改变，造成林下地表覆盖状况和地下植物根系周转的一系列变化，使森林生态系统的生产力和生物多样性发生改变，对土壤储存碳氮产生重要影响10-11。沿海人工林土壤养分输入主要来源于地表枯落物和地下植物根系，土壤碳氮循环过程主要是受枯落物分解和根系代谢周转的影响12。为探究滨海地区人工林土壤生态系统碳氮循环对枯落物和根系有机物质输入的响应，以福建省南部地区具有代表性的 2 种（湿地松 Pinus elliottii 和尾巨桉 Eucalyptus urophyllaE.grandis）沿海人工防护林为试验对象，通过设置去除根系、去除枯落物以及对照处理来研究 2 种防护林土壤碳氮储量、DOC、DON、MBC、MBN含量变化，以期为提高滨海沙地人工防护林土壤碳氮保留能力提供科学依据，促进沿海地区人工防护林可持续 经营。1 材料与方法1.1 研究地概况研究地位于福建省长乐大鹤国有防护林场（11940 11943E，2557 2559N），该林场始建于 1964 年，气候属亚热带海洋性季风气候，东临东海，地貌属沿海台地，属沿海防护林基干林带区域。平均海拔 10 m，年平均气温 19.2，最高温度 37.4，平均湿度 72.3%，年均降水量为 1 382 mm，年实际日照时数 1 837.6 h，霜冻害较少，早霜多出现在 12 月，晚霜在 2 月，无霜期320 d 以上，全年无积雪现象。土壤为 6 10 m 厚的滨海风积沙土，保水性和肥力较差，林下植被稀少,常见植被有大蓟 Cirsium japonicum、硕苞蔷薇 Rosa bracteata、马缨丹 Lantana camara、白茅 Imperata cylindrica、茅莓 Rubus parvifolius 等。1.2 试验设计以湿地松 Pinus elliottii 和尾巨桉 Eucal