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东北地理所等发现阔叶林-针叶林矿质土壤碳氮截获差异的土壤团聚机制

2020-08-28 东北地理与农业生态研究所
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  北半球高纬度地区生长着大面积的森林。其主要由针叶和阔叶树种组成,二者更替成为森林演替的主要特征。矿质土壤中的碳、氮约占陆地生物圈的75%、90%,在维持全球碳氮平衡中发挥重要作用。但不同研究地点间树种、树木大小、土壤基质以及地理气候因素的差异,导致阔叶林-针叶林矿质土壤碳氮截获差异结论不一致,阻碍不同林型对土地退化和发展影响的评估。

  近期,中国科学院东北地理与农业生态研究所城市森林与湿地学科组对6个地点的14种常见造林树种、202块样地进行样品采集,并将土壤进行组分分级为颗粒团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)以及泥沙黏土组分(<0.053 mm),通过多因素方差分析MANOVA和协方差分析MANCOVA去除不同地点造成的影响,量化阔叶林-针叶林矿质土壤的团聚特性、有机碳以及总氮的差异。

  研究表明,阔叶林土壤的有机碳和总氮比针叶林高30%~50%。其中,团聚体的贡献量占阔叶林土壤有机碳和总氮总累积量的75%~77%。造成阔叶林有机碳和总氮累积的原因包括:团聚体中有机碳和总氮浓度增加30%~50%;颗粒团聚体相对质量增加50%,非团聚体(泥沙黏土组分)相对质量减少14%,这直接导致阔叶林土壤团聚体稳定性(平均重量直径)增加三分之一;土壤C/N没有显著差异。近700种可能的不确定性分析表明,该研究结果可靠性较高,在粘土含量少、海拔和降水量较高、水曲柳较多而杨树较少的地区,相对于针叶林,阔叶林会有更高的土壤碳氮累积。

  相关成果发表在Land Degradation & Development上,博士生魏晨辉为论文第一作者,研究员王文杰为论文通讯作者,该研究由东北地理所与东北林业大学共同完成。研究得到国家自然科学基金项目、黑龙江省“头雁”创新团队项目、科技部国家重点研发计划等的资助。

  论文链接 

图1.六个研究地点(黑色三角形)与实验设计

图2.阔叶林-针叶林土壤组分团聚特性、有机碳以及总氮的差异

图3.三个土壤组分对阔叶林土壤有机碳(左)和总氮(右)累积的贡献率

 

图4.针叶林转变为阔叶林之后土壤有机碳和总氮累积的3个土壤团聚机制过程

图5.关于地理气候条件、土壤和阔叶树与针叶树采样差异的不确定性

打印 责任编辑:程博

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