辽东山区落叶松人工林土壤质量的研究

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落叶松(Larix gmelinii(Rupr.)Kuzen.)具有生长速度快、耐瘠薄、耐寒冷以及材质优良等特点,使其作为一种重要的商业用材树种在东北地区广泛种植。20世纪70年代后,落叶松林成为东北地区人工林的主体。但由于人工林树种单一且林分结构简单,导致落叶松人工林土壤地力衰退,土壤质量问题日益明显,而维护和提高土壤质量是保证人工林长期生产力的重要条件。在森林生态系统中,营林措施通过改变凋落物的数量和组成,显著影响到土壤质量状况,进而影响森林生产力的可持续性。因此,本研究以辽东山区典型的落叶松人工林为研究对象,对比分析了落叶松纯林和混交林(针叶混交林-落叶松红松混交林、阔叶混交林-落叶松赤杨混交林),以及不同间伐强度(20%、30%和40%)对土壤质量的影响,并通过凋落物混合实验,探讨了由于树种搭配和营林措施导致的凋落物数量和组成的变化对土壤质量的影响,以期为改善落叶松土壤质量,提高落叶松人工林生产力提供依据。主要结论如下:  1.间伐5a后,各间伐强度落叶松林土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、全C、全N、C∶N、N∶P以及NO3--N含量与对照之间差异性均不显著,但是间伐有利于大径材的获取(表2.1),而且极强度间伐落叶松林表层土壤田间持水量、全C、全N、N∶P及活性碳含量显著高于中度和强度间伐落叶松林。综上,对于辽东山区落叶松人工林,间伐对土壤质量影响较小,但有利于大径材的获取,其中极强度间伐最有利于提高土壤养分有效性。  2.落叶松不同林型土壤养分含量呈现“表聚性”特征,落叶松赤杨混交林土壤C/N与纯林之间差异性显著,其中落叶松赤杨混交林中落叶松林土壤MBC含量显著高于对照林分,落叶松红松混交林下层土壤MBC含量显著低于对照林分,说明混交对土壤活性碳含量的影响不只与凋落物的多元性有关,还可能与凋落物的质量和养分释放过程有关;此外,落叶松混交林显著降低土壤土壤NH4+-N含量,增加了土壤表层土壤NO3-N含量。总的来说,混交改善了土壤质量,其中落叶松赤杨混交模式对土壤质量的改善最佳。  3.凋落物的分解,都存在前期快速分解和后期缓慢分解两个阶段。其中,在单一植物凋落物的分解过程中,赤杨叶片分解最快,红松叶片分解最慢。在以75∶25、50∶50和25∶75三种比例混合的不同植物凋落物分解过程中,各比例落叶松叶赤杨凋落物的失重率高于对照,各比例落叶松红松凋落物的失重率低于对照,其中仅75LG∶25PL的失重率与对照之间差异性显著,但是各比例混合凋落物的氮素残留量均显著高于对照,磷素残留量也高于对照,其中仅25LG∶75PL的磷素残留量与对照之间差异性显著,由此说明短时间内,落叶松与赤杨、红松的混合凋落物均固持了土壤中的养分,但是落叶松与赤杨混合时加速了凋落物的分解,落叶松与红松混合时减慢了凋落物的分解,其中75LG∶25PL分解最快。此外,落叶松和红松、赤杨以不同的比例混合时,其氮和磷的养分释放状况也不同。  4.随着添加的凋落物数量的增加,土壤MBC、DOC含量、NH4+-N含量以及累积的CO2-C释放量和土壤呼吸速率基本呈增加的趋势;相比对照,以75∶25、50∶50和25∶75三种比例混合的落叶松赤杨凋落物和落叶松红松凋落物均显著增加了土壤的MBC、DOC含量和累积的CO2-C释放量及土壤呼吸速率,其中50LG∶50PL和75LG∶25PL显著增加了土壤矿质氮含量,其余4种处理显著降低了土壤矿质氮含量,说明落叶松分别与赤杨、红松混交时,落叶松赤杨混交对土壤质量的促进作用显著。因此,在落叶松的混交树种选择中,赤杨优于红松,且当落叶松与赤杨混交时,均量混合最优。  5.辽东山区落叶松人工林土壤质量较差,通过间伐和混交模式提高土壤碳/氮养分含量、活性碳、矿质氮含量及土壤有机碳矿化速率,对于调节这一地区落叶松纯林林地土壤生态系统碳、氮养分的转化与循环,促使该森林生态系统中物质循环和能量流动朝着人与自然环境和谐共处的方向发展,具有十分重要的作用。
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