次生林转成红松人工林后土壤碳氮含量及团聚体稳定性的变化

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红松为主要组成树种的阔叶红松林对于东北地区生态环境的维护起着非常重要的作用。由于历史原因和不合理的利用,结构复杂、功能强大稳定、生物量和生物多样性较高的原始阔叶红松林消耗殆尽。虽然经过大面积造林来尽力恢复红松林,但红松人工纯林产生的一系列诸如生物多样性下降、地力衰退等问题影响了阔叶红松林的恢复进程。本文选取东北林业大学尖砬沟森林培育实验站天然林窄带状皆伐后1987年营造的胡桃楸红松林、水曲柳红松林、黄檗红松林和红松纯林为研究对象,并以次生林为对照。通过野外采样和室内分析相结合的方法,对5种林型土壤碳氮含量及团聚体稳定性进行测定,分析次生林转成红松人工林后土壤碳氮含量及团聚体稳定性的变化,结果表明:(1)次生林土壤总有机碳和重组有机碳含量高于红松人工林,3种红松混交林和红松纯林土壤总有机碳含量下降了1.79%~48.74%,胡桃楸红松林下降程度最低为1.79%~30.06%。与红松纯林相比,3种红松混交林土壤总有机碳含量提升了6.30%~42.39%,其中胡桃楸红松林提升率最高为29.39%~42.39%。阔叶树种混交能够促进总有机碳和重组有机碳含量的积累,改善红松针叶纯林环境,加速碳素循环。次生林转成红松人工林后土壤腐殖化程度降低,胡桃楸红松林、水曲柳红松林土壤腐殖化程度高于红松纯林。次生林腐殖质品质优于红松人工林,3种阔叶红松林腐殖质品质高于红松纯林,且胡桃楸红松林腐殖化程度和腐殖质品质相对较好。(2)4种红松人工林土壤全氮含量均低于次生林,3种红松混交林和红松纯林土壤全氮含量下降了6.43%~58.53%。与红松纯林相比,3种红松混交林土壤全氮含量提升了9.80%~98.13%,胡桃楸红松林提升率最高为23.14%~98.13%。栽植红松人工林导致土壤全氮含量下降,但相较于单一栽植红松纯林,阔叶树种的混交提高了土壤全氮累积水平,且胡桃楸混交树种在提高土壤氮素含量更具优势。胡桃楸红松林和水曲柳红松林土壤氨基酸态氮、氨态氮和酸解未知态氮含量高于红松纯林,胡桃楸、水曲柳与红松混交有利于改善红松人工林下土壤有机氮含量积累水平并促进有效氮库的稳定。(3)带状皆伐营造红松人工林后>2 mm粒径团聚体含量减少,胡桃楸红松林减少程度最低为17.94%;<0.053 mm粒径团聚体含量增多,红松纯林增加程度最高为45.78%。与次生林相比,红松人工林土壤平均质量直径和几何平均直径降低,土壤团聚体稳定性下降。在0~10 cm和10~20 cm土层,红松纯林土壤团聚体分形维数高于次生林和3种红松混交林,红松纯林土壤分散度较高,稳定性相对较差。3种红松混交林对土壤团聚体有机碳含量和全氮含量均有一定程度的提高,且胡桃楸红松林提高更为明显。基于次生林转成红松人工林土壤碳氮含量及团聚体稳定性的变化,为了改善土壤质量,通过栽植阔叶树种胡桃楸、水曲柳和黄檗与红松混交能够缓解红松纯林导致的土壤碳氮含量下降和土壤团聚体稳定性降低的问题,提高了腐殖质品质及腐殖化程度,可防止红松人工林土壤地力衰退、促进林地土壤质量的提升。
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