三峽庫(kù)區(qū)馬尾松林凋落物分解及對(duì)土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)的影響研究.pdf

1、森林凋落物分解是陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)養(yǎng)分礦化和碳平衡形成的重要過(guò)程，植物凋落物的數(shù)量和質(zhì)量對(duì)土壤碳庫(kù)和養(yǎng)分循環(huán)起著重要作用。森林土壤碳庫(kù)存儲(chǔ)了全球土壤碳庫(kù)的40％，全球每年通過(guò)凋落物分解歸還到土壤的有機(jī)碳約為50 Gt，凋落物分解（包括根凋落物）對(duì)總年碳通量貢獻(xiàn)70%，大約68 Pg C a-1（Pg=1015 g），因此，森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳的微小變化，都會(huì)對(duì)地-氣碳交換過(guò)程、大氣中CO2濃度產(chǎn)生較大的影響。
　　三峽庫(kù)區(qū)

2、地處長(zhǎng)江中上游，是我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)地區(qū)；馬尾松林是三峽庫(kù)區(qū)主要植被類型之一，對(duì)其凋落物產(chǎn)量、基質(zhì)質(zhì)量、分解速率、養(yǎng)分歸還與土壤養(yǎng)分、碳庫(kù)間的關(guān)系進(jìn)行研究，為凋落物分解對(duì)土壤碳庫(kù)年動(dòng)態(tài)影響提供重要的科學(xué)積累，為探討三峽庫(kù)區(qū)氣候變化對(duì)土壤碳儲(chǔ)量及養(yǎng)分循環(huán)的可能性影響和適應(yīng)性措施提供科學(xué)依據(jù)，為亞熱帶地區(qū)森林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)和增匯潛力提供參考，對(duì)凋落物-土壤生物化學(xué)連續(xù)體的生態(tài)過(guò)程的更深層理解有重要意義。
　　本研究以20年生（YS=

3、younger stand with20years old）、30年生（MS=middle-aged stand with30years old）和46年生（OS=older stand with46years old）馬尾松林為研究對(duì)象，于2010年6月至2011年12月用凋落物失重法對(duì)馬尾松林混合凋落物、凋落物葉分解動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，并對(duì)其主要影響因素氣候（土壤溫度、水分含量）、基質(zhì)質(zhì)量、土壤動(dòng)物、氣候變化（模擬N沉降）等進(jìn)行研究和分析

4、，以探討馬尾松林凋落物輸入的質(zhì)和量對(duì)土壤碳庫(kù)的影響過(guò)程，結(jié)果表明：
　　1.20年生、30年生和46年生馬尾松林凋落物年產(chǎn)量分別為3.38、4.69、5.60 t·ha-1·a-1；凋落物總產(chǎn)量和葉產(chǎn)量均為單峰模式，即11月最高，2月最低。各組織器官凋落物產(chǎn)量大小順序是：花果＜皮＜枝＜碎屑＜葉。凋落物各組分變化規(guī)律差異較大，凋落物葉含量最高；花果等繁殖器官3種林分中明顯不同，OS最高（2.7%），MS最低（0.6%）；3林分中花凋

5、落的時(shí)間也有明顯不同，MS主要在4月份，YS和OS則主要在5月份凋落。凋落物產(chǎn)量與氣溫呈反比，與降雨量和風(fēng)速相關(guān)但不顯著。
　　2.凋落物分解540 d后，20年生林分干重剩余率是63.57%，30年生是59.8%，46年生林分是65.50%，分解模式類似。20年生、30年生、46年生林分凋落物分解50%、95%的時(shí)間分別是2.4 a、10.36 a，2.11 a、9.15 a，2.35 a、10.07 a。混合凋落物分解360

6、d后，20年生林分凋落物葉比混合凋落物分解快3.33%，30年生和46年生林分則是混合凋落物比凋落物葉分解分別快10.38%、4.67%。
　　3.凋落物分解速率與土壤溫度、水分含量呈正相關(guān)但非線性關(guān)系，與土壤水分含量/溫度比呈二項(xiàng)式回歸關(guān)系，土壤水分含量/土壤溫度比在0.5-2.0時(shí)凋落物分解相對(duì)較快，土壤水分含量/土壤溫度比在2.0-5.0時(shí)凋落物分解相對(duì)較慢；凋落物分解速率與N含量、N/P比呈正相關(guān)，與P含量、Mn含量呈負(fù)二

7、項(xiàng)式回歸關(guān)系，與C/N比呈負(fù)相關(guān)，與C/P比呈正二項(xiàng)式回歸關(guān)系；土壤動(dòng)物對(duì)凋落物分解作用明顯，微孔徑＜中孔徑＜大孔徑；凋落物分解干重剩余率與多酚氧化酶活性關(guān)系呈正相關(guān)，與過(guò)氧化物酶活性呈負(fù)相關(guān)。
　　凋落物分解影響因素主成分分析表明：凋落物分解影響因素順序是土壤動(dòng)物＜C、C/N比、C/P比＜多酚氧化酶活性、纖維素酶活性＜土壤水分含量/土壤溫度、土壤水分＜N、N/P比。馬尾松林土壤溫度通過(guò)凋落物基質(zhì)質(zhì)量碳含量釋放速率而不是起始碳含量

8、間接影響分解，基質(zhì)質(zhì)量C含量釋放速率與凋落物分解呈反比。
　　4. N沉降對(duì)凋落物分解速率前期影響不顯著，后期影響明顯，對(duì)凋落物基質(zhì)質(zhì)量影響較大。分解540 d后，與對(duì)照相比，低氮（LN/MN）促進(jìn)分解，高氮（HN）均抑制分解；N沉降對(duì)30年生林分凋落物碳釋放速率影響最大，明顯改變凋落物N含量?jī)艄坛?、P含量?jī)翎尫疟戎兀籒沉降對(duì)凋落物C/N比、C/P比、N/P比的影響差異顯著；土壤動(dòng)物在分解過(guò)程中對(duì)N沉降響應(yīng)顯著。林齡、處理時(shí)間和N

9、沉降對(duì)凋落物分解影響的方程分析結(jié)果表明，林齡、處理時(shí)間和N沉降四個(gè)梯度均顯著。
　　5.馬尾松林土壤有機(jī)質(zhì)、總氮含量變化均為30年生＜20年生＜46年生，且土壤有機(jī)質(zhì)、總氮含量差異均顯著（P＜0.05），而土壤銨態(tài)氮含量是30年生＜46年生＜20年生，硝態(tài)氮含量則是46年生＜20年生＜30年生。馬尾松林土壤pH值季節(jié)變化明顯，土壤容重季節(jié)動(dòng)態(tài)差異顯著。馬尾松林土壤碳密度變化不同，4個(gè)季節(jié)0-20 cm土壤碳儲(chǔ)量均是30年生＜20年

10、生＜46年生，且隨著林分年齡的增加，土壤碳儲(chǔ)量季節(jié)動(dòng)態(tài)差異變大；同一林分不同土層對(duì)土壤碳儲(chǔ)量貢獻(xiàn)差異顯著，0-5 cm貢獻(xiàn)最大。
　　6.馬尾松林凋落物年歸還的K、Ca、Mg含量隨著林齡的增加而增加，土壤養(yǎng)分含量與凋落物基質(zhì)質(zhì)量呈正比，土壤養(yǎng)分含量高，凋落物基質(zhì)質(zhì)量相對(duì)較好；土壤養(yǎng)分與凋落物分解速率成反比，土壤養(yǎng)分貧瘠的凋落物比土壤養(yǎng)分豐富的凋落物養(yǎng)分釋放快；土壤表層養(yǎng)分中C/N比、C/P比越高，凋落物N含量固持越快，P含量釋放越

11、慢。凋落物各指標(biāo)對(duì)土壤養(yǎng)分和碳庫(kù)的影響順序是：養(yǎng)分歸還量＜凋落物產(chǎn)量＜基質(zhì)質(zhì)量（C/N比、木質(zhì)素/N比等）＜凋落物分解速率和C釋放速率。
　　凋落物層碳年歸還量隨林齡增加而增加，凋落物層和土壤碳庫(kù)分別為1.85、39.52，2.62、26.12，3.22、66.69 t·ha-1，凋落物層碳年歸還量分別占土壤碳庫(kù)的4.68%、10.03%和4.83%，30年生林分凋落物層碳對(duì)土壤碳庫(kù)的貢獻(xiàn)明顯大于20年生和46年生林分。
　

12、　7.不同林型凋落物基質(zhì)質(zhì)量、分解速率與土壤養(yǎng)分相互作用更明顯。不同林型凋落物分解速率是馬尾松林＜栓皮櫟林＜混交林，凋落物基質(zhì)質(zhì)量差異較大，起始凋落物 C含量大小順序是混交林＜栓皮櫟林＜馬尾松林，分解450 d后碳釋放速率是混交林最快，栓皮櫟林最慢；起始凋落物N含量是栓皮櫟最高，馬尾松林最低，分解450 d后固持量明顯不同，大小順序是混交林（44.52%）＜栓皮櫟（44.91%）＜馬尾松林（66.67%）。3種林型凋落物基質(zhì)質(zhì)量均與N含

13、量、N/P比呈正相關(guān)，與P含量、Mn含量呈負(fù)二項(xiàng)式回歸關(guān)系，與C/N比呈負(fù)相關(guān)，與C/P比呈正二項(xiàng)式回歸關(guān)系。3種林型土壤有機(jī)質(zhì)0-5 cm均是馬尾松林＜混交林＜栓皮櫟林。除了11月份，栓皮櫟林0-20 cm土壤碳儲(chǔ)量均高于馬尾松林和混交林，3種林型中均是0-5 cm對(duì)土壤0-20 cm土壤碳儲(chǔ)量貢獻(xiàn)最大。
　　總之，馬尾松林凋落物年產(chǎn)量、基質(zhì)質(zhì)量、年歸還量和分解速率共同決定土壤碳庫(kù)。本研究中凋落物年產(chǎn)量和歸還量隨著林齡的增加而增

14、大，凋落物基質(zhì)質(zhì)量起始碳、氮含量差異不顯著，凋落物葉分解速率和碳釋放速率均是30年生最高，20年生最低，土壤碳庫(kù)則是30年生最低，46年生最高，即3種馬尾松林分土壤碳庫(kù)和養(yǎng)分與凋落物產(chǎn)量、基質(zhì)質(zhì)量和養(yǎng)分歸還明顯不同，與凋落物分解速率相反，說(shuō)明凋落物分解速率對(duì)土壤碳庫(kù)的影響較凋落物年產(chǎn)量和基質(zhì)質(zhì)量大，土壤養(yǎng)分差的林分因緩解對(duì)植物生長(zhǎng)的限制而加快凋落物分解；土壤養(yǎng)分差的馬尾松林固碳潛力相對(duì)較差，通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化林齡、混交林結(jié)構(gòu)具有較大的增匯潛