中文摘要
常绿阔叶林人工促进天然更新已被实践证明是一种高土壤肥力、高生产力的经营模式。项目从土壤肥力核心土壤有机质入手,采取随机区组设计,利用先进的土壤学和生物地球化学研究手段(核磁共振、有机碳分子分析和放射性同位素碳测年等),精细比较人促更新和人工造林在更新初期土壤有机质损失的数量、质量及途径;评价一个轮伐期后人促更新与人工造林土壤有机质数量和质量的恢复程度,揭示不同更新方式对表层和底层土壤有机质数量和质量的影响机理,以及人促更新优于人工造林的关键机制;最终阐明人促更新土壤有机质的维持机理和人工造林初期土壤有机质损失对森林生产力影响的长期性。项目研究为深入评价人促更新的多功能效应提供进一步依据,并为我国森林土壤生产力维持、碳汇林经营和生态系统服务功能提升提供重要科学基础,对推动我国森林多功能近自然经营,满足山地生态安全和应对气候变化等国家和区域重大需求具有重要作用。
结题摘要
常绿阔叶林人工促进天然更新(以下简称“天然更新”)被实践证明是一种高土壤肥力、高生产力的经营模式,但其对土壤肥力核心土壤有机质的维持机制仍不清楚。为此,项目通过比较研究天然更新和人工造林在更新初期土壤有机质损失的数量、质量及途径差异;更新后期阶段天然更新米槠次生林与人工林(杉木、马尾松、米槠)土壤有机质恢复程度,及土壤各途径有机质归还和损失的平衡预算;不同更新方式对底层土壤有机质数量和质量的影响及机理等,以阐明天然更新在土壤有机质维持上优于人工造林的关键机制。 研究发现,更新后第1年人工造林各途径的总碳损失(2663 kg ha-1包括采伐剩余物火烧、土壤碳灼烧、土壤有机碳矿化、水土流失)是天然更新(54 kg ha-1包括采伐剩余物分解、土壤有机碳矿化、水土流失)的49倍;此后差异逐渐缩小。更新后期米槠次生林和杉木人工林土壤有机碳总输入量(凋落物、根系及地上DOM输入量)为8.0和5.2 t ha-1,总输出量(土壤异养呼吸、有机碳流失)分别为6.6和4.9 t ha-1,土壤有机碳年净积累分别为1.5和0.4 t ha-1,表明天然更新后期土壤净碳汇功能仍强于人工林。与米槠次生林相比,杉木人工林土壤有机碳贮量显著降低,且杉木人工林土壤有机碳贮量即使在百年内仍难以恢复;人工林土壤有机碳的损失中,底层土壤有机碳损失占大部分;而且底层土壤的活性碳/惰性碳比值升高,土壤有机质的稳定性降低。外源活性碳输入对土壤有机碳分解的激发效应与土壤有机碳稳定性(惰性碳比例)呈正相关;人工造林过程中造成的向底层土壤小分子量DOC等活性物质输入的增加,引起底层土壤有机碳分解的激发效应而造成惰性碳损失,是人工林底层土壤有机质稳定性下降的重要机制。 项目成果为深入评价天然更新的多功能效应提供进一步依据,并为我国森林土壤生产力维持、碳汇林经营和生态系统服务功能提升提供重要科学基础,对推动我国森林多功能近自然经营,满足山地生态安全和应对气候变化等国家和区域重大需求具有重要作用。
