间伐对日本落叶松人工林土壤肥力的影响

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抚育间伐是人工林经营过程中一项重要的培育措施,通过优化林分结构、改善林下环境、促进林下植被更新,进而改变土壤物质循环,影响土壤肥力变化,但不同土壤肥力的人工林对间伐的响应不同。落叶松是东北地区主要造林树种,在提供木材供给的同时,也发挥着重要的生态功能。为了明确间伐对落叶松人工林土壤肥力的影响规律,本研究以不同肥力日本落叶松人工林为研究对象,其中大边沟样地的日本落叶松人工林土壤肥力相对较差(全碳:27.48g/kg,全氮:2.46g/kg,全磷:0.57g/kg),而大孤家样地的日本落叶松人工林土壤肥力相对较好(全碳:40.96g/kg,全氮:3.66g/kg,全磷:0.75g/kg),通过设置不同强度的抚育间伐试验(对照:未间伐、中度间伐:25%强度间伐、强度间伐:50%间伐强度和皆伐四种处理,其中大孤家样地无皆伐处理),分析间伐后日本落叶松人工林土壤养分、土壤酶和土壤微生物等的变化规律,主要结果如下:  (1)间伐对不同肥力日本落叶松人工林土壤养分影响规律不同。强度间伐显著降低了大边沟日本落叶松人工林(肥力较差)土壤表层全碳、全氮和亚表层pH、全碳、全氮、全磷,显著增加其土壤表层碳氮比,皆伐显著降低表层全磷和亚表层全氮、全磷。中度间伐显著提高大孤家日本落叶松人工林(肥力较好)土壤表层pH、碳氮比、有效磷和亚表层pH,强度间伐显著提高表层pH、全碳、全氮、碳氮比、有效磷和亚表层pH。以上结果表明:间伐引起大边沟日本落叶松人工林(肥力较差)养分消耗,降低土壤养分含量,而促进大孤家日本落叶松人工林(肥力较好)土壤养分积累,增加土壤养分含量。  (2)中度间伐显著提高大边沟日本落叶松人工林(肥力较差)表层土壤酚氧化酶和N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶活性,中度间伐、强度间伐和皆伐显著降低了亚表层β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、和酸性磷酸酶活性;强度间伐显著提高了大孤家日本落叶松人工林(肥力较好)土壤表层外切葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶的酶活性和亚表层β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性。  不同间伐均提高了肥力较差的日本落叶松人工林(大边沟)土壤各种酶相对活性(酶活性/全碳),但仅提高了肥力较好的日本落叶松人工林(大孤家)土壤部分酶相对活性(表层:β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶;亚表层:酸性磷酸酶)。土壤酶活性受不同处理有机质影响,通过酶活性和酶相对活性分析表明间伐均提高了不同肥力日本落叶松人工林土壤酶活性。  (3)间伐对不同肥力日本落叶松人工林土壤微生物生物量(总PLFAs)影响规律不同,但对土壤微生物群落结构(真菌比例、AM菌比例、B/F等)影响规律一致。中度间伐和强度间伐均减少了大边沟日本落叶松人工林(肥力较差)土壤中的总PLFAs,而强度间伐显著提高大孤家日本落叶松人工林(肥力较好)表层土壤总PLFAs。不同间伐处理均提高了不同肥力日本落叶松人工林不同土层的真菌比例、AM菌比例,降低了B/F。真菌比例和B/F的变化表明间伐增加了土壤中物质分解难度,其原因是间伐后物质分解增强,土壤中难分解物质比例增大。  (4)日本落叶松人工林土壤的各种酶与土壤养分呈显著正相关(大孤家日本落叶松人工林的全磷除外),与pH值呈显著负相关;日本落叶松人工林土壤总PLFAs、细菌、真菌、放线菌、AM菌与土壤中的全碳、全氮、全磷、无机氮呈显著正相关(大孤家日本落叶松人工林的放线菌、全磷除外),与pH之间为显著负相关;日本落叶松人工林土壤总PLFAs、细菌、真菌、AM菌与外切葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶均呈显著正相关(大孤家日本落叶松人工林的放线菌与酚氧化酶除外)。间伐降低了大边沟日本落叶松人工林(肥力较差)土壤了土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物三者部分指标的相关性;间伐提高了大孤家日本落叶松人工林(肥力较好)土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物三者部分指标的相关性。  (5)土壤肥力综合指数表明:大孤家日本落叶松人工林土壤肥力明显高于大边沟,中度间伐提高了大边沟表层的土壤肥力,强度间伐提高了大孤家不同土层土壤肥力。  综上,间伐有利于不同肥力日本落叶松人工林土壤酶活性和微生物活性的增加,促进土壤内物质循环,对不同肥力状况的日本落叶松人工林土壤养分产生不同的影响,引起土壤肥力发生不同变化。对土壤肥力相对差的日本落叶松人工林,间伐造成土壤养分可能因矿化而大量消耗,降低土壤肥力,而对于肥力相对好的日本落叶松人工林,间伐可能增加凋落物分解对土壤养分的补充,从而增加土壤肥力。因此日本落叶松人工林在经营过程中应根据土壤肥力特点选择合适的间伐强度,肥力差的日本落叶松人工林应选择强度较低的间伐方式,而肥力好的日本落叶松人工林可选择强度较大的间伐方式。
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