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植树造林固碳是缓解全球气候变化的重要手段。广东省是我国人工林面积最大的省份之一,但由于缺乏对森林土壤碳固持机理的了解,近年来大面积的人工林改造过程中并没有考虑强化土壤碳汇功能的因素。因此,本文以中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站的4种人工林为研究对象,通过研究不同人工林下土壤易分解性碳库特征、土壤呼吸及土壤微生物群落结构的变异,探讨华南典型人工林土壤碳稳定性特征和机理。主要结论如下:
(1)4种林型土壤TOC含量依次为:马占相思>大叶相思>湿地松>荷木,豆科人工林(马占相思与大叶相思林)有机碳含量显著高于非豆科人工林(湿地松和荷木林),马占相思林土壤有机碳库比其它人工林具有更好的稳定性。表土层(0~10cm)微生物生物量碳含量格局与土壤有机碳含量格局相似,而亚表土层(10~20 cm)与表土层形成相反的格局,但亚表土层微生物生物量碳含量并不高。因而,人工林土壤有机碳积累水平与土壤有机碳的稳定性及表层土壤微生物量有关。
(2)添加四种林型凋落叶或新鲜叶片均提高土壤呼吸速率,对于添加凋落叶,土壤CO2释放累积量从大到小为:湿地松>大叶相思>马占相思>荷木;对新鲜落叶,土壤CO2释放量从大到小依次为:大叶相思>马占相思>荷木>湿地松。湿地松干凋落物在4种林型中凋落物降解速率最小,但却可以较大幅度提高土壤有机碳的矿化速率和矿化量。
(3)土壤微生物量尤其是土壤真菌PLFA受新鲜叶片的影响较大。添加新鲜叶片可显著增加土壤中真菌含量,其中以添加荷木新鲜叶片最为明显。在处理后6个月和12个月,加入荷木凋落叶的土壤真菌PLFA含量分别为3.75 ng.g-1,3.53ng.g-1,加入荷木新鲜叶片的土壤真菌PLFA含量分别为7.04 ng.g-1,5.85 ng.g-1,约为前者的2倍。添加大叶相思新鲜叶片的土壤细菌和革兰氏阴性菌含量在处理后6个月显著增加,而在处理后12个月略有下降,革兰氏阳性菌随时间则无显著变化。各种处理方式在实验前中期和实验后期土壤PLFA主成分分析存在差异,在处理后6个月,不同林型是造成土壤微生物群落结构变化的主要因素,而在处理后12个月,不同凋落物形态是引起土壤微生物群落结构变化的主要因为。
(4)添加不同林型和凋落物的土壤有机碳在处理后12个月存在差异。添加荷木新鲜叶片和添加马占相思干落叶的土壤有机碳在处理后6个月时表现为碳积累,而在处理后12个月时则为碳流失状态。在处理后12个月时,湿地松土壤含碳量在4种林型中最大,其土壤氮素过低而对土壤微生物活性的限制可能是其因为之一。