论文部分内容阅读
森林生态系统在演替过程中随着林分林龄及结构的改变,很大程度上影响到森林土壤碳素的改变。由于不同演替阶段森林生态系统内树种特性与影响因子错综复杂以及各影响因子主导地位的不同,各土壤碳形态月动态波动也呈现出差异性。大兴安岭拥有我国唯一的寒温带针叶林,也是我国原始林主要分布区,定量研究区域内森林生态系统演替过程中土壤碳素各组分含量特征及其影响因子,对揭示大兴安岭地区森林演替过程中土壤碳素变化特征,研究森林植被对土壤碳库的影响有着重要意义。本研究采用空间代替时间的方法,在黑龙江漠河森林生态系统国家定位观测研究站选取白桦次生林(演替初期)、白桦-兴安落叶松混交林(演替中期)以及兴安落叶松林(演替后期)等典型森林类型为研究对象,揭示土壤碳素随着森林演替而产生的变化。研究结果表明:(1)演替初期各土层总有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳及轻、重组有机碳含量5～10月均呈显著下降趋势,变化范围分别为9.63 g·kg-1～58.72 g·kg-1、1.63 g·kg-1～17.69 g·kg-1、0.22 g·kg-1～16.00 g·kg-1、2.09 g·kg-1～27.06 g·kg-1、6.30 g·kg-1～43.94 g·kg-1;演替中期与后期呈先降后升趋势,5月含量整体高于10月相,其最大下差值为8.43 g·kg-1,下层含量相差较小。同时总有机碳表层土壤、轻组有机碳表层与中层有上升趋势,上升含量分别为15.35 g·kg-1、15.67 g·kg-1、1.64 g·kg-1,表明随演替推进,土壤对这些碳素有积累的作用。(2)随着演替过程的发展,0～5 cm和5～10 cm 土层土壤微生物量碳含量逐渐增加,混交林达到峰值,兴安落叶松林有不同程度的降低,10～20 cm 土层波动较小。不同林龄白桦林各土层微生物量碳含量月动态呈不同程度的波动下降趋势,波动范围分别为18.65 mg·kg-1～92.98 mg·kg-1、45.86 mg·kg1～183.61 mg·kg-1、107.95 mg·kg-1～282.97 mg·kg-1;演替中期0～5 cm与5～10 cm 土壤微生物量碳含量呈波动上升趋势,下层土壤呈下降趋势;在演替后期各土层均呈波动上升趋势,其波动范围为32.63 mg·kg-1～354.80 mg·kg-1。说明随演替推进微生物量碳出现了积累现象。(3)在演替进程中,除白桦幼龄林外,其他演替阶段土壤可溶性有机碳在各土层间差异较小。0～5 cm 土层颗粒有机碳表现为随演替推进而逐渐增大至兴安落叶松的峰值(12.19 g·kg-1),其他土层则表现为白桦老龄林阶段为最高值。总有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳、轻组有机碳和重组有机碳最高值均出现在演替中期的混交林阶段,峰值分别为 58.79 g·kg-1、11.36 g·kg-1、483.62 g·kg-1、24.58 g·kg-1 和 34.21 g·kg-1,但在演替后期有不同程度的下降。(4)在演替过程中可溶性有机碳与重组有机碳的分配比例随土层加深而增大;而颗粒有机碳与轻组有机碳随土层加深而减小;微生物量碳分配比例最小值均出现在土壤下层;而易氧化有机碳分配比例随土层加深较为稳定。在演替过程中,随演替推进易氧化有机碳、可溶性有机碳及轻组有机碳分配比例有小幅下降,而颗粒有机碳、微生物量碳及重组有机碳成升高趋势。(5)在土壤碳素间的相关分析中,除可溶性有机碳外,其他碳素间均呈极显著正相关(P<0.01)。其他碳素见大部分均与土壤全氮含量、碳氮比、含水率呈显著正相关(P<0.05),与土壤pH呈显著负相关。由此可见土壤全氮含量、碳氮比及含水率的升高有利于土壤碳素的积累,pH的上升抑制了它们的积累。