辽东山区天然次生林转化为人工林对土壤有机碳的影响

辽东山区天然次生林转化为人工林对土壤有机碳的影响

王彦梅;王朋;于立忠

【摘要】通过对辽东山区天然次生林、30年生和45 年生长白落叶松(Larix olgensis)人工林及红松(Pinus koraiensis)人工林土壤活性有机碳的比较,分析森林类型转化对该地区土壤质量的影响.结果表明:天然次生林转化为红松人工林30 a 后,土壤表层有机碳、热水浸提有机碳质量分数显著降低(p＜0.05),45年生人工林土壤表层有机碳质量分数逐渐恢复,且水溶性有机碳显著升高(p＜0.05);天然次生林转化为长白落叶松人工林30 a后,土壤表层有机碳、微生物量碳显著降低(p＜0.05),45年生人工林土壤表层有机碳、水溶性有机碳质量分数逐渐恢复,但土壤热水浸提有机碳、微生物量碳和微生物熵与30年生林分相比显著降低(p＜0.05).经相关分析,土壤热水浸提有机碳与土壤N质量分数,土壤微生物熵与土壤碳氮比间极显著相关(p＜0.01).土壤N质量分数下降是该地区天然次生林转化为长白落叶松人工林后土壤质量下降的重要原因之一.

【期刊名称】《东北林业大学学报》

【年(卷),期】2010(038)012

【总页数】4页(P54-57)

【关键词】次生林;土壤活性有机碳;红松人工林;长白落叶松人工林

【作者】王彦梅;王朋;于立忠

【作者单位】中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳,110016;中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳,110016;中国科学院沈阳应用生态研究所清原森林生态实验站

【正文语种】中文

【中图分类】S718

土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)是土壤的重要组成部分,是森林长期生产力

形成过程中的关键物质。而土壤有机碳是陆地生态系统长期积累形成的,且在森林

中空间变异较大,在短时间内很难被检测到明显的变化[1]。土壤活性有机碳虽然在

总有机碳中所占比例较小,但它直接参与土壤生物化学转化过程[2],能够反映由土地管理措施和环境变化引起的土壤微小变化。因此,土壤活性有机碳可以作为评价土

壤质量和潜在生产力的敏感指标[3]。一般而言,土壤总有机质和活性有机质含量降

低及土壤肥力下降是人工林生产力下降的重要原因[4]。目前,已有许多研究通过对

比不同森林植被下的土壤活性有机碳的差异来表征人工林的土壤质量变化,用于指

导人工林的可持续经营[5-6]。

辽东山区次生林是原始林经过长期干扰后形成的森林生态系统,该系统群落结构复杂,包括人工林和天然林[7]。由于人类生产生活对木材需求的不断增加,20世纪 50年代以来,大量次生林转化为红松(Pinus koraiensis)和长白落叶松(Larix olgensis)人工林,且辽东山区落叶松人工林主伐林龄为40～50a。目前已有大量研究表明红

松人工林和落叶松人工林存在土壤质量下降的现象,特别是落叶松人工林地力衰退

尤为明显[8-10]。然而,目前针对辽东山区次生林生态系统的研究主要集中在植被

群落组成、土壤动物组成、林窗及生产力等方面[11-13],对天然次生林转化为红松、长白落叶松林后土壤有机碳含量变化的研究较少。本研究以辽东山区天然次生林和人工林为研究对象,通过比较不同森林植被下的土壤有机碳含量,特别是土壤活性有

机碳含量的变化规律,探讨天然次生林转化为人工林对土壤质量的影响,旨在为该地

区次生林生态系统的经营管理及保护提供参考。

1 材料与方法

研究区概况：研究地点位于辽宁省东部山区清原满族自治县南部的中国科学院沈阳应用生态研究所清原森林生态实验站(以下简称清原站)试验林地(海拔 456～1 116 m),土壤类型为棕色森林土,气候属温带大陆性季风气候。年平均气温5.3℃,极端最高气温36.5℃,极端最低气温 -37.6℃。≥10℃的年活动积温 2 497.5～2 943.0℃,无霜期 120～139 d,年平均日照 2 433h,年降水量 700～850mm,降水集中在6—

8月份,生长季为 4— 9月份[14]。清原站地处长白山余脉龙岗山北麓,地带性顶极

群落为阔叶红松林,但经过 100a来的剧烈干扰,阔叶红松林消失殆尽,95%以上转变为次生林,主要类型有蒙古栎(Quercus mongolica)林、胡桃楸(Juglansmandshurica)林、杂木林、红松人工林和长白落叶松人工林,树种以蒙古栎、胡桃楸、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、桦木(Betula spp.)、山杨(Populus davidiana)、槭类(Acer spp.)、长白落叶松、红松为主[12]。

样地设置：本试验选取天然次生林、长白落叶松人工林(30年生和 45年生)、红松人工林(30年生和 45年生)为研究对象。天然次生林是以蒙古栎(重要值 0.4)、水

曲柳(重要值 0.2)和山杨(重要值 0.2)为主的混交林,皆伐后已自然恢复 40 a以上,在本试验中作为对照,林下植被以槭树科、卫矛科、蔷薇科、唇形科、莎草科植物为主,如紫花槭(Acer pseudosieboldianum)、毛脉卫矛 (Euonymus alatus

var.pubescens)、山楂叶悬钩子(Rubus crataegifolius)、荨麻叶龙头草(Meehania urticifolia)、白花碎米荠 (Cardamine leucantha)、宽叶薹草(Carex siderosticta)等;红松人工林为红松(重要值 1.0)纯林,林下植被稀少,以槭树科、木兰科、唇形科、葡萄科植物为主,如紫花槭、五味子(Schisandra chinensis)、东北蛇葡萄(Ampelopsis heterophylla var.brevipedunculata)、荨麻叶龙头草等;长白

落叶松人工林乔木层主要为长白落叶松(重要值0.95),林下植被以唇形科、蔷薇科、木兰科、虎耳草科植物为主,如荨麻叶龙头草、白花碎米荠、山楂叶悬钩子、五味