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全球变化带来大气CO2浓度上升并导致全球变暖,在全球碳循环过程中,森林生态系统起着至关重要的作用。阔叶红松林是我国东北重要的地带性植被,由于大片原始红松林被砍伐,取而代之的是逐步恢复过程中的温带阔叶次生林。当退化森林生态系统通过次生演替逐步恢复的时候,森林土壤也会随之作出相应的变化。土壤团聚体作为土壤有机碳最重要的物理保护因素,在森林系统碳固定中起着重要的作用。本研究采用湿筛,超声波物理外加能量法、冻融培养、分粒级恒温培养培养等方法对长白山白桦——红松演替序列的7个不同演替阶段群落的土壤水稳性团聚体各项特征进行了相应研究,得到以下主要结论:
(1)对长白山地区团聚体筛分方法进行修正并最终确认最佳时间为浸润10分钟并筛分10分钟所得结果最为稳定可信;
(2)由干扰破坏导致的森林生态系统及土壤生态系统退化所引起的土壤有机碳流失将会随着次生演替的深入而逐渐恢复。土壤团聚体粒径组成受演替过程影响显著。团聚体平均粒径质量随演替的进行呈现先升后降的单峰形式。除阔叶红松老龄林外,不同粒级团聚体内有机碳浓度随团聚体粒径的上升而下降。团聚体内全氮含量差异不显著。白桦成熟林到阔叶红松成熟林三个阶段土壤团聚体碳氮比高于其他阶段;团聚体中颗粒有机碳含量随着演替的深入逐渐下降,不同演替阶段矿质态有机碳含量与土壤总有机碳含量显著相关。并且随着演替的逐渐进行,矿质态有机碳数量及所占比例都在逐渐增加,直到阔叶红松老龄林阶段,出现下降;
(3)森林大团聚体抗物理外力分散能力非常强,并且其抗分散能力随演替的逐渐进行呈显著上升趋势;
(4)土壤团聚体及其内含有机碳稳定性在冻融过程中受到冻融次数、演替阶段以及含水率影响差异显著。白桦成熟林阶段土壤团聚体在冻融循环中表现出了最高的稳定性。原位实验得出秋冬季冻融对土壤团聚体的影响并不显著,但整个冻结阶段对团聚体的影响显著,春季冻融对团聚体的影响显著,而当土壤被雪覆盖后,土壤团聚体含量均出现了显著的上升;
(5)分粒级团聚体培养中CO2呼吸速率差异显著;团聚体呼吸速率与粒级成正比;团聚体加权呼吸速率随着森林演替的进行呈单峰型变化;由崩裂速率得出,森林大团聚体稳定性都较强,大部分团聚体崩裂率都随着粒级的下降而下降;团聚体崩裂速率受演替影响显著。