【摘 要】
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以有机碳为主体结构的森林土壤有机质不仅是土壤肥力的核心,直接决定林木的生长和森林生产力的稳定与提升;而且是陆地生态系统最重要的碳库储存形式之一,其变化与大气二氧化碳等温室气体浓度密切相关,在森林应对气候变化等综合功能的发挥方面也具有重要作用。然而,森林土壤中约90%的有机碳都贮藏于土壤团聚体内。土壤团聚体既对有机碳具有物理保护作用,同时腐殖质等有机质组分又作为胶结物质,被认为是土壤团聚体形成的必要
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(2017YFC0505003,2017YFC0503906); 四川省重大科技专项(2018SZDZX0030);
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以有机碳为主体结构的森林土壤有机质不仅是土壤肥力的核心,直接决定林木的生长和森林生产力的稳定与提升;而且是陆地生态系统最重要的碳库储存形式之一,其变化与大气二氧化碳等温室气体浓度密切相关,在森林应对气候变化等综合功能的发挥方面也具有重要作用。然而,森林土壤中约90%的有机碳都贮藏于土壤团聚体内。土壤团聚体既对有机碳具有物理保护作用,同时腐殖质等有机质组分又作为胶结物质,被认为是土壤团聚体形成的必要组分。季节性冻融循环是全球高山地区和中高纬度普遍存在的自然现象,对土壤的水热运动规律具有显著影响,可能破坏或重组土壤团粒结构,影响土壤有机碳的储存,并受到地上植被特征的调控。受频繁自然灾害和人类活动的干扰,位于青藏高原东缘的川西亚高山森林生态系统敏感而脆弱,形成了既具有较高景观美学价值,又具有重要生态服务功能且类型多样的落叶阔叶林、针阔混交林和落叶松林等彩叶林。为充分认识不同类型彩叶林土壤有机碳固定与保存机制,于2018年和2019年在冻融季节前后及生长季节动态监测了7种典型的彩叶林土壤有机碳储量及其在不同粒径团聚体的分布规律,分析了不同季节性冻融关键时期对土壤有机碳及其储量、土壤团聚体的粒径分布与稳定性的影响特点。主要结果如下:(1)川西亚高山不同彩叶林土壤有机碳储量表现为:橿子栎林(Quercus baronii forest)813.22 t/hm2、白桦-云杉-川滇长尾槭林(Betula platyphylla-Picea asperata-Acer caudatumvar.Prattii forest)370.05 t/hm2、裸地(Bare land)363.02 t/hm2、糙皮桦-岷江冷杉林(Betulautilis-Abies faxoniana forest)305.21 t/hm2、橿子栎-白刺花-黄栌林(Quercus baronii-Sophora davidii-Cotinus coggygria forest)300.82 t/hm2、落叶松林(Larix gmelinii forest)259.85 t/hm2、亮叶桦-青麸扬林(Betula luminifera-Rhus potaninii forest)121.46 t/hm2。时期、彩叶林类型以及两者间土壤有机碳储量交互效应表现为极显著差异(P<0.01)。季节性冻融显著降低了所有类型彩叶林不同土壤层次地有机碳含量,其对土壤矿质层有机碳含量的影响大于土壤有机层。相对于其他类型彩叶林,橿子栎林以及橿子栎-白刺花-黄栌林土壤有机碳含量受季节性冻融的影响最为明显。(2)土壤团聚体稳定性总体表现为:针阔混交林>落叶松林>裸地>落叶阔叶林>落叶灌丛。在生长季节,土壤层次间的土壤大团聚体含量(R0.25)、团聚体平均重量直径(MWD)以及几何平均直径(GMD)在不同类型彩叶林中表现为:针阔混交林和落叶阔叶林土壤有机层小于矿质层,落叶松林和裸地则表现为土壤有机层大于矿质层,土壤分形维数(D)刚好与之相反。季节性冻融显著改变了其团聚体的粒径分布,但总体而言,其降低了海拔较高彩叶林土壤团聚体稳定性,而提高了海拔较低的彩叶林土壤团聚体稳定性,对土壤矿质层的影响大于土壤有机层。(3)川西亚高山不同类型彩叶林不同粒径团聚体有机碳含量差异显著(P<0.01)。不同类型彩叶林的有机碳含量都以其优势团聚体的有机碳含量为主。除亮叶桦-青麸扬林的有机碳含量以<0.106 mm粒径的团聚体有机碳为主外,其余类型彩叶林的有机碳含量均以>2 mm粒径的团聚体有机碳为主。土壤有机碳含量与R0.25呈显著负相关,<0.106 mm粒径的团聚体有机碳含量与总有机碳含量呈显著正相关。季节性冻融前后,土壤有机碳储量与R0.25、MWD、GMG之间呈显著负相关,与D之间呈显著正相关。综上所述,季节性冻融显著改变了土壤团聚体的粒径分布,提高了海拔较低林分土壤团聚的稳定性,但其同时也改变了土壤有机碳的迁移和转化。一方面,土壤团聚体粒径越小其比表面积越大,其吸附的有机物质越多,从而导致微团聚体有机碳含量更高;另一方面,冻融作用不仅增加了土壤中营养元素的释放,同时也促进了其流失,从而造成了土壤有机碳含量在冻融后一定程度上的减少。由于海拔较高的区域,冻融作用比海拔低的区域强,积雪量较厚冻融循环的增加,会导致土壤团聚体稳定性的下降;但在海拔较低的区域适当的土壤含水量以及冻融循环次数,有助于土壤团聚体稳定性的增强。相对于其他彩叶林,季节性冻融后橿子栎林以及橿子栎-白刺花-黄栌林大团聚体的含量增幅更大,土壤团聚体稳定性及其机碳库对季节性冻融循环更为敏感,而针阔混交林和落叶松林对季节性冻融的反应相对稳定。这些结果有助于深入认识气候变化情景下季节性冻融对土壤质地及肥力的影响,为亚高山森林的管理与可持续经营提供了一定的基础数据和理论依据。
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