帽儿山干扰系列次生林碳密度恢复

干扰作为森林恢复和生态演替的重要影响因子,通过其改变植被群落的组成和微环境,进而影响森林生态系统碳动态及固碳潜力。针对帽儿山地区阔叶红松原始林不同时期皆伐后形成的次生林干扰系列,包括林木采伐一次(NS,林龄56a)、采伐两次(MS,林龄25a)和采伐两次且扰动表层土壤(YD,林龄15a)的次生林,采用森林清查和异速生长方程结合的方法,旨在量化干扰方式对温带森林恢复进程中生态系统碳密度及分配格局的影响。结果表明:YD、MS和NS的0—50 cm各层次土壤有机碳含量的波动范围依次分别为10.46—29.27 mg/g、6.37—108.40 mg/g、5.21—114.34 mg/g;且随土层的加深土壤有机碳含量显著降低。表层土壤(0—20 cm)有机碳含量在各干扰处理间存在显著差异(P<0.01),而深层土壤有机碳含量差异不显著;土壤有机碳含量与容重呈显著负相关关系。表层土壤有机碳密度占土壤总有机碳密度(0—100 cm)的50%以上,YD的表层土壤有机碳密度(30.91 t/hm^2)显著低于MS(54.09 t/hm^2)和NS(55.14 t/hm^2)。三种干扰处理的植被碳密度、土壤有机碳密度和生态系统碳密度的波动范围依次分别为45.63—98.97 t/hm^2、62.09—91.67 t/hm^2、107.72—181.26 t/hm^2。植被碳密度随林龄呈上升趋势,而各演替时期树种碳密度变化趋势不一致,其中,先锋树种((37.47±2.64) t/hm^2)和灌木种((0.85±0.48) t/hm^2)的碳密度在各林型间差异不显著,而后期种的碳密度则存在差异显著性,其波动范围为4.05—62.48 t/hm^2。植被碳密度年均增长量(MAI)随林龄呈下降趋势,由YD的3.04 t hm^(-2) a^(-1)降低到NS的1.77 t hm^(-2) a^(-1);该趋势主要归咎于先锋种随演替进程而发生的变化,而后期种和灌木种的贡献无显著差异。这些研究结果表明:对东北温带森林土壤的中长期扰动改变其微环境和容重,导致表层有机碳释放;而仅对地上植被采伐干扰对土壤有机碳无显著影响。植被恢复过程中,先锋种促进短期的碳固定,而演替后期种决定了植被碳密度和碳汇潜力。研究为东北温带森林生态系统碳固持及其经营的评价和估测提供数据支持和理论依据。

恢复方式对东北东部森林土壤碳氮磷计量特征的影响

土壤生态化学计量是土壤肥力和植物养分状况的重要指标,探索森林的恢复方式对土壤生态化学计量特征的影响,可为准确评价生态系统物质循环过程对干扰和恢复的响应提供理论依据和数据支撑。该研究比较测定了东北东部山区人工恢复的3种针阔混交林和天然恢复的4种落叶阔叶林的土壤、凋落物和枯落物的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量,以及土壤pH、土壤密度等理化性质。结果显示:人工针阔混交林和天然落叶阔叶林的土壤C、N和P含量均随着土壤深度的增加而降低。各林分类型的O(有机质)层土壤C、N和P含量的波动范围分别为53.78–90.59、5.02–7.83和0.75–0.91g·kg^(-1)。人工针阔混交林O层土壤的C和N含量显著低于天然落叶阔叶林,而人工针阔混交林A(腐殖质)和B(淀积)层土壤的C、N和P含量均高于天然落叶阔叶林。人工针阔混交林O层土壤的C密度显著低于天然阔叶林。土壤C:N、C:P和N:P的波动范围为10.08–12.53、43.97–135.52和4.56–11.64;O层土壤的C:N在两种恢复方式的森林间无显著差异,人工针阔混交林O和A层土壤的C:P和N:P显著低于天然落叶阔叶林。土壤各层次的C和N含量均存在显著的正相关关系(R2范围0.40–0.76)。除C:N以外,恢复方式、土壤发生层及其二者交互作用对土壤C、N、P含量、密度和计量比均存在显著影响。土壤密度和凋落物C含量显著影响土壤C、N和P含量。这些结果表明,通过人工恢复方式增加针叶树种的比重,使表层土壤的C、N含量降低,导致表层土壤的碳固持量减弱;但是对C:N无显著影响,表现出相对稳定的土壤C、N计量特征。