长白山不同海拔原始红松林土壤活性有机碳含量的生长季动态

【目的】研究长白山原始红松林土壤可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、易氧化碳(easily oxidized organic carbon,EOC)的含量随海拔变化的垂直地带性规律、生长季动态及差异机制。【方法】以长白山海拔699~1 177 m的原始红松阔叶林为对象,以100 m为间隔选择原始红松林,同一海拔设置3块重复样地,在每个样地内选取10个随机观察样方(15 cm×15 cm)。分析0~20 cm表层土中土壤3种活性有机碳的含量随海拔及生长季的动态变化。【结果】原始红松林土壤DOC含量随海拔升高而增大,EOC含量除在1 177 m处较低外,在海拔699~1 044 m间整体上呈现出高海拔处大于低海拔的趋势;MBC含量仅在5、6月表现为低海拔处大于高海拔,其他月份也呈现出与EOC相同的规律。3种活性有机碳占土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)比例分别在0.10%~1.45%、0.08%~2.18%和5.20%~69.18%之间,随海拔变化规律与其含量变化规律相似。在5—10月的生长季内,3种土壤活性有机碳含量及占TOC比例在月份间差异显著(P0.05)。土壤DOC含量最高值出现在9月,MBC含量在6月和9月较高,EOC含量的最高值则出现在5月和6月。土壤活性有机碳各组分含量与土壤有效氮、有效磷、有效钾、p H、含水率、容重的相关性均达到显著水平(P0.05),且与土壤含水率的相关性最强(r=0.835)。【结论】处于海拔699~818 m间原始红松林的土壤有机碳库稳定性更高,土壤碳汇功能更强。土壤碳素的积累主要发生在5、7、8、10月,此期TOC分解速度较慢,土壤碳汇功能更强。森林土壤活性有机碳含量可作为衡量土壤中N、P、K动态变化的敏感性指标。     

原始红松林土壤理化及微生物碳代谢特征对生长季动态的响应

【目的】明确原始红松林内土壤微生物群落对碳源的利用、土壤理化性质的季节变化规律及差异机制,探讨原始红松林土壤理化及生物学特征对气象因子季节动态的响应。【方法】以小兴安岭典型的原始阔叶红松林为研究对象,分别于2015年5—10月生长季内采集0～10 cm和≥10～20 cm的表层土壤样品。采用Biolog-ECO微平板检测法和土壤理化性质的常规测定方法测定红松林内土壤微生物功能多样性及土壤理化指标。【结果】①研究样地的多项土壤理化指标在月份间差异显著。②在整个生长季内平均颜色变化率(AWCD)的变化趋势基本一致,均随着培养时间的延长而逐渐升高,培养168 h以后,AWCD增加幅度逐渐减弱; AWCD值和多样性指数在月份间差异显著; 土壤微生物群落的代谢活性表现出明显的季节差异,并呈现一定的规律性,6月显著高于其他月份(P<0.05)。③氨基酸类、多聚物类、碳水化合物类碳源是红松林土壤微生物群落利用的主要优势碳源类型; 通过主成分分析(PCA)、聚类分析可将土壤微生物群落碳源代谢特征大致分为3簇,即5—6月、7月、8—10月; 土壤微生物利用碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类碳源的变化对季节最为敏感。④通过相关性分析发现,AWCD值和多样性指数与速效磷、速效钾、含水量和有效氮之间存在显著或极显著相关性; 分类变异分析发现土壤理化性质变化是引起微生物功能多样性发生季节性变化的主要因子,其中含水量、速效磷的解释度分别为12.76%和30.71%。【结论】原始阔叶红松林土壤理化及微生物功能碳代谢特征具有显著的生长季动态变化,月降水总量变化的影响最为重要。     

原始红松林皆伐后穿透雨对凋落物淋溶过程的影响

【目的】揭示原始红松林皆伐恢复演替为60年生的次生阔叶林后,凋落物对淋溶过程土壤养分归还及酸沉降的缓冲作用的影响,为评价森林生态功能的变化提供参考。【方法】以小兴安岭地区典型的原始红松林和皆伐后恢复演替60 a的次生阔叶林为研究对象,在两个样地内选择非林隙且林木通直分布均匀处放置30个体积为1 L的冠层穿透雨收集器,在每个穿透雨收集器附近设置1个凋落物淋溶液收集器。于2017年4—11月期间每隔45 d野外原位收集林下穿透雨和凋落物的淋溶液,以穿透雨为对照,对两者凋落物淋溶液中养分元素、可溶性有机物 (DOM) 的含量及pH的变化规律进行比较。【结果】与原始红松林相比,次生阔叶林凋落物中养分元素溶出总量显著偏低 (P<0.05),但不同元素的溶出规律并不一致,两个林型凋落物养分元素的释放高峰多集中于6月和7月;两者相比,原始红松林凋落物中DOM的溶出总量、可溶性有机碳 (DOC) 和可溶性有机磷 (DOP) 都极显著偏高,而可溶性有机氮 (DON) 的溶出量则极显著偏低 (P<0.01)。两个林型穿透雨中养分元素与DOM的变化规律与淋溶液基本一致。整个实验期间,两种林型的林下穿透雨pH变动范围为5.34~7.21,而凋落物淋溶液pH变动范围为6.37~7.65,凋落物层能对穿透雨的pH进行有效调节。两者相比,原始红松林凋落物层对林内穿透雨的调节作用更大。【结论】原始红松林皆伐恢复演替为60年生的次生阔叶林后,凋落物层在淋溶过程对土壤养分及DOM归还的能力减弱;凋落物层可以对穿透雨的pH进行有效调节,两者相比,原始红松林凋落物层对林内穿透雨的酸缓冲作用更强。