林下植被去除对水曲柳人工林土壤呼吸、细根和微生物动态的影响

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hellolvkui
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林下植被去除对土壤呼吸影响的研究主要集中在亚热带地区,缺乏针对温带森林的研究。森林土壤呼吸与树木细根和土壤微生物动态之间存在密切联系,但是它们如何对林下植被去除做出响应目前了解有限,这限制了我们对林下植被去除与温带森林土壤呼吸及生态系统碳循环相互关系的准确理解。为此,本研究以黑龙江省帽儿山地区28年生水曲柳(Fraxinus mandschurica Rupr.)人工林作为研究对象,采取林下植被去除处理,连续2年监测(2015年5月2016年10月)了生长季内土壤5 cm和10 cm温度和含水量,探索了林下植被去除对土壤呼吸速率、细根生物量和生产量,土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)含量动态,以及土壤微生物呼吸的影响。研究结果表明:(1)林下植被处理后,20152016年两个生长季内的水曲柳细根生物量高于对照林分,其他树种(主要为灌木)明显低于对照林分。植被处理林分不同月份直径<0.5mm、0.51 mm、12 mm细根总生物量(030 cm深度)分别为193.07313.66 g·m-2、79.21119.50 g·m-2、134.2090.30 g·m-2,比对照分别高27.87%84.28%、8.55%45.52%、3.54%34.52%。2015年和2016年两个生长季,植被处理林分水曲柳细根生产量(030 cm,直径01 mm)分别为81.83 g·m-2和105.85 g·m-2,且均高于对照林分(45.14 g·m-2和58.23 g·m-2);其他树种细根生产量分别为15.09 g·m-2和18.05 g·m-2,均低于对照(25.81 g·m-2和30.21 g·m-2)。植被处理林分中水曲柳细根的大量(补偿)生长,导致2015年和2016年细根总产量(030 cm,直径01 mm)比对照分别增加了45.35%和40.11%。但是由于不同重复样地之间细根总生产量的变异较大,导致植被去除的影响在统计上不显著(P=0.365和P=0.298)。(2)林下植被处理后,连续两个生长季内土壤表层(010 cm)和亚表层(1020cm)的MBC和MBN含量均降低。2015年生长季,植被处理林分土壤表层(010cm)和亚表层(1020 cm)MBC含量分别比对照降低12.68%和21.16%,MBN含量分别降低16.76%和25.48%;2016年MBC含量分别比对照降低12.73%和21.39%,MBN含量分别降低11.79%和5.25%;MBC/MBN比值在2015年生长季分别比对照高3.53%(表层)和2.64%(亚表层),2016年生长季内仅仅土壤表层(010 cm)比对照高4.35%,总体上差异较小。重复测量方差分析结果表明,植被处理对2015年和2016年两年生长季内不同土层MBC、MBN含量以及MBC/MBN比值的影响不显著,但取样月份在2015年的影响显著(P<0.05)。2015年和2016年7月份,对照和植被处理样地土壤表层(010 cm)和亚表层(1020 cm)土壤微生物呼吸累积量并没有明显差异。培养结束时,土壤表层累积呼吸量分别为725.14μg·g-1和709.0μg·g-1(2016年分别为370.74μg·g-1和349.14μg·g-1),亚表层分别为592.14μg·g-1和596.57μg·g-1(2016年分别为267.04μg·g-1和310.25μg·g-1)。重复测量方差分析结果显示,植被处理对不同土层土壤微生物呼吸累积量的影响不显著,而培养天数的影响均显著(P<0.001)。(3)林下植被处理导致两个生长季土壤呼吸速率分别平均提高了11.87%和5.60%,并于2015年8月末和9月初,2016年4月末和6月末达到显著差异;两个生长季内土壤5 cm和10 cm温度和含水量在植被处理后均增加。当考虑测定时间的影响时,重复测量方差分析显示,林下植被去除对两个生长季内土壤呼吸速率和土壤温度及含水量的影响均不显著,但测定时间的影响均显著。2年中,植被处理和对照林分土壤呼吸速率仅与土壤5 cm和10 cm温度呈显著指数相关,土壤呼吸速率对土壤5 cm温度的敏感程度(Q10值)分别比对照高15.26%和4.05%。总之,林下植被处理后的两个生长季内,水曲柳人工林土壤呼吸速率有所增加(仅在个别取样时间上统计显著),但是增加效应随时间推移而减弱。植被去除对土壤呼吸的较弱影响,是细根总生物量和生产量明显增加,而土壤微生物生物量降低,以及土壤温度、湿度变化综合作用下的结果。本研究为理解温带地区林下植被去除对森林土壤呼吸的影响与机制提供了必要的理论参考。
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