山西太岳山针叶林土壤有机碳稳定性变化特征及其影响因素分析

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森林生态系统中土壤有机碳含量及其稳定性受林龄、森林类型、更新方式等因素的影响,本研究通过对山西太岳山地区针叶林土壤有机碳稳定性及其影响因子的研究,探讨土壤有机碳及其稳定性在不同林龄、森林类型、更新方式下针叶林的变化特征,提高对山西太岳山地区针叶林土壤养分状况的认识,为实际经营生产提供科学依据和合理建议。本研究主要结论如下:(1)40~110年生油松林土壤有机碳含量、土壤含水率、土壤养分含量、土壤酶活性和地表凋落物现存量都随着油松林林龄的增加总体呈增大趋势,使得土壤理化性状不断改善,土壤碳库管理指数总体呈现增大趋势。土壤颗粒分形维数呈降低趋势,说明随林龄增大,该地区土壤质地有变粗的趋势。有机碳组分中含量占主导地位的是稳定有机碳。油松林成熟后有机碳更多以稳定的形态储存在土壤中,土壤有机碳库稳定性逐渐增强。(2)不同更新方式下油松林的土壤理化性质表现出较多差异。人工更新后进行适当间伐会提高油松林土壤含水率、有机质含量、全氮含量、阳离子交换量、络合态铁铝氧化物含量和细根生物量,降低土壤颗粒分形维数,对地表凋落物现存量和土壤酶活性的影响不显著。与人工更新相比,天然更新会显著提高土壤有机碳稳定系数,降低碳库管理指数,说明天然更新会降低油松林土壤碳库活度和土壤有机碳质量。(3)太岳山地区相同林龄的油松纯林、落叶松纯林和油松落叶松混交林中,表层土壤含水率、有机碳含量、土壤养分含量、β-1,4-葡萄糖苷酶与纤维素二糖苷酶活性和土壤碳库管理指数整体呈现依次增大的趋势,有机碳稳定系数呈现依次降低趋势,说明混交林会提高土壤碳库活性,提高土壤养分含量。三种林型的土壤有机碳库中占主导地位的是氧化性较低的有机碳。(4)土壤有机碳稳定性与土壤质地、养分含量、土壤酶活性、地表凋落物和植物根系关系紧密。土壤物理性质中粘粒含量对有机碳稳定性变化的贡献率最大,达到32.24%,且与其稳定性呈较强的负相关关系;土壤化学性质中有机质和络合态铁氧化物含量对有机碳稳定性变化的贡献率较高,分别为42.78%和25.48%,有机质含量与其呈正相关关系,络合态铁氧化物含量与其呈负相关关系;在土壤酶、凋落物和根系的特征指标中,α-1,4-葡萄糖苷酶和纤维素水解酶活性对有机碳稳定性变化的贡献率较高,分别是24.04%和23.95%,与其稳定性具有较强的正相关关系。(5)森林经营过程中,不同林龄、更新方式和森林类型对森林土壤有机碳的稳定性和碳库管理指数会有不同的影响。从林龄角度看,40年生油松林土壤有机碳稳定性低,碳库管理指数高,该林龄可作为该地区油松林的林龄管理参考标准;从更新方式来看,油松林皆伐后进行人工更新,并在后期管理中进行一定程度(40%)的间伐有利于碳库更新和林分发育;从森林类型来看,选择合适的树种进行林分混交配置,有利于降低人工林土壤有机碳稳定性,促进林木生长发育。
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