馬尾松純林闊葉化改造對(duì)土壤碳氮固持的短期效應(yīng)

摘 要：【目的】為了解馬尾松純林補(bǔ)植不同闊葉樹(shù)種對(duì)土壤碳庫(kù)的影響，篩選不同類(lèi)型的闊葉化改造土壤高效固碳模式?！痉椒ā吭谫F州省獨(dú)山縣國(guó)有林場(chǎng)內(nèi)選擇林分結(jié)構(gòu)相似且具有代表性的馬尾松Pinus massoniana人工純林，經(jīng)擇伐后補(bǔ)植香樟Cinnamomum camphora、楠木Phoebe zhennan、南酸棗Choerospondias axillaris、鵝掌楸Liriodendron chinense闊葉樹(shù)種8～14 a，以未補(bǔ)植闊葉樹(shù)的馬尾松純林為對(duì)照，分別設(shè)置3塊樣地，共15塊，采集0～20、20～40和40～60 cm的土壤，測(cè)定土壤理化性質(zhì)和活性有機(jī)碳組分?！窘Y(jié)果】補(bǔ)植不同闊葉樹(shù)種對(duì)土壤碳庫(kù)影響不同，對(duì)0～20 cm影響較為顯著，對(duì)更深層土壤影響較小，0～60 cm的土壤碳儲(chǔ)量變化范圍約1.39～12.77 kg·m-2，其中，馬尾松純林和馬尾松+南酸棗林的土壤碳儲(chǔ)量較高，分別達(dá)到212.35和203.51 kg·m-2，馬尾松+香樟林土壤碳儲(chǔ)量最低，約為100.78 kg·m-2；補(bǔ)植闊葉樹(shù)種后土壤pH值顯著降低，而MBC顯著增加；在0～20 cm土層，南酸棗+馬尾松林土壤有機(jī)碳和全氮顯著提升；補(bǔ)植闊葉樹(shù)種后短期內(nèi)土壤碳儲(chǔ)量降低，但土壤氮儲(chǔ)量無(wú)顯著變化；補(bǔ)植楠木后土壤碳庫(kù)活度和碳庫(kù)活度指數(shù)提升，補(bǔ)植南酸棗后土壤碳庫(kù)穩(wěn)定性顯著提升?！窘Y(jié)論】?jī)?yōu)先選擇葉片中初始木質(zhì)素/氮值高的落葉闊葉樹(shù)種能有效提升馬尾松純林土壤碳氮固持能力。馬尾松純林闊葉化改造短期內(nèi)對(duì)土壤氮儲(chǔ)量影響較小，土壤碳庫(kù)一定程度下降后，可能需要15 a以上的恢復(fù)期。

關(guān)鍵詞：馬尾松人工純林；碳氮固存；補(bǔ)植闊葉樹(shù)；短期效應(yīng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S714.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-923X（2024）10-0126-12

基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合服企〔2020〕4010）；2023年貴州天然林保護(hù)管理補(bǔ)助資金項(xiàng)目“天然林資源保護(hù)與修復(fù)效益監(jiān)測(cè)”；2023年貴州森林資源管理補(bǔ)助資金項(xiàng)目“貴州人工商品純林樹(shù)種結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整對(duì)森林碳匯效益提升監(jiān)測(cè)研究”；貴州雷公山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站項(xiàng)目資助。

The short-term effects of converting pure Pinus massoniana forests into mixed broadleaved forests on soil carbon and nitrogen sequestration

WANG Haodong1，2，3，4， CHEN Meng1，2， YUAN Congjun1，2， HE Shuang1，2， DING Fangjun1，2， YANG Rui4

（1. Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Biodiversity Conservation in Karst Mountainous Areas of Southwestern China， Guizhou Academy of Forestry， Guiyang 550005， Guizhou， China； 2. Guizhou Leigongshan Observation and Research Station for Forest Ecosystem， Leishan 557100， Guizhou， China； 3. Longli Forestry Farm of Guizhou Prorince， Longli 551200， Guizhou， China； 4. College of Forestry， Guizhou University， Guizhou 550025， Guiyang， China）

Abstract：【Objective】In order to understand the impact of replanting different broad-leaved tree species on soil carbon storage in Pinus massoniana forests， a study was conducted to identify an effective carbon sequestration model for the broadleaf transformation of P. massoniana plantations.【Method】Within the state-owned forest farm in Dushan county， Guizhou province， a representative artificially planted pure forest of P. massoniana with similar forest structure was selected. After selective logging， Cinnamomum camphora， Phoebe zhennan， Choerospondias axillaris， and Liriodendron chinense of broad-leaved tree species were replanted in the same forest plot for 8-14 a. Three plots were designated for each condition， with a total of 15 plots， and soil samples of 0-20， 20-40， and 40-60 cm were collected for determination of soil physiochemical properties and active organic carbon components， using the pure forest of P. massoniana without replanting the broad-leaved trees as the control.【Result】Replanting different broad-leaved tree species had varying effects on soil carbon pools， with significant effects on the 0-20 cm soil layer and smaller effects on deeper soil layers. The range of soil carbon storage changes in the 0-60 cm layer was approximately 1.39-12.77 kg·m-2， with the highest soil carbon storage observed in pure forests of P. massoniana and P. massoniana + C. axillaris， reaching 212.35 and 203.51 kg·m-2， respectively， while the P. massoniana and C. camphora forest had the lowest soil carbon storage， approximately 100.78 kg·m-2. Replanting broad-leaved trees significantly reduced soil pH but increased microbial biomass carbon （MBC）. In the 0-20 cm soil layer， the soil organic carbon and total nitrogen significantly increased in the P. massoniana + C. axillaris forest. Although soil carbon storage decreased in the short term after replanting broad-leaved trees， soil nitrogen storage did not significantly change. The replanting of P. zhennan significantly increased soil carbon pool activity and carbon pool activity index， while the replanting of C. axillaris significantly improved soil carbon pool stability.【Conclusion】Prioritizing the selection of deciduous broad-leaved tree species with high initial lignin /N values in the leaf effectively enhanced the soil carbon and nitrogen retention capacity of pure P. massoniana forests. The transformation of pure P. massoniana forests into broad-leaved forests had a minor short-term effect on soil nitrogen storage. After a certain degree of decline in soil carbon stocks， it might require a recovery period of fifteen years or more.

Keywords： Pinus massoniana artificial pure forest； carbon and nitrogen sequestration； replanting broad-leaved trees； short-term effects

近年來(lái)，氣候變暖已成為人們必須重視的全球性問(wèn)題[1]?？刂拼髿鉁厥覛怏w二氧化碳濃度最有效的途徑是人為減排和森林碳匯。森林固碳可分為地上和地下兩部分，地下土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，在全球碳循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用[2-3]。與植物碳庫(kù)相比，土壤碳庫(kù)能保存更久[4]，對(duì)穩(wěn)定大氣二氧化碳濃度至關(guān)重要。即使土壤碳庫(kù)發(fā)生微小變化也會(huì)引起大氣二氧化碳含量的顯著變化[5]，而氣候變暖反過(guò)來(lái)會(huì)加快土壤碳庫(kù)的分解[6]，因此，土壤碳庫(kù)穩(wěn)定性備受關(guān)注[7]。土壤有機(jī)碳主要來(lái)源于凋落物和根系分泌物，因而土壤碳庫(kù)穩(wěn)定性與地上植被類(lèi)型密切相關(guān)。目前的研究按照周轉(zhuǎn)的快慢、轉(zhuǎn)化控制因素、分組方法的不同等將土壤有機(jī)碳分為不同的獨(dú)立組分，如活性有機(jī)碳、慢性有機(jī)碳、惰性有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳、重組有機(jī)碳、黏粉粒有機(jī)碳、團(tuán)聚體保護(hù)有機(jī)碳等[8]，共同參與土壤腐殖質(zhì)和團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成、土壤供水供肥過(guò)程[9-10]。土壤碳循環(huán)與氮存在一定關(guān)聯(lián)，因?yàn)樵诮^大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)中氮與凈初級(jí)產(chǎn)量直接關(guān)聯(lián)[11]，土壤氮?jiǎng)討B(tài)對(duì)土壤碳固存有較強(qiáng)影響，研究土壤碳庫(kù)時(shí)分析土壤氮固持能力不可或缺[12]，二者共同參與地球化學(xué)循環(huán)，對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)迅速，備受關(guān)注[13]。

針葉林連栽經(jīng)營(yíng)常引起土壤肥力下降和土壤酸化等問(wèn)題[14]，為更好地解決這些問(wèn)題，需采取有目的性的森林經(jīng)營(yíng)措施。研究表明，改變森林類(lèi)型和林分結(jié)構(gòu)等森林經(jīng)營(yíng)措施影響土壤固持碳氮的作用[15-16]。通過(guò)調(diào)整樹(shù)種結(jié)構(gòu)將針葉林變?yōu)獒橀熁旖涣?，可加快凋落物的分解，也進(jìn)一步豐富森林物種多樣性，有利于土壤碳固存。當(dāng)前這一結(jié)論已得到大量研究的證實(shí)[17-19]。但是，林分結(jié)構(gòu)調(diào)整后短期內(nèi)對(duì)土壤碳氮固持的影響以及不同針闊混交林土壤碳儲(chǔ)量是否存在差異等問(wèn)題仍不十分清楚，還需要深入探索。

馬尾松（Pinus massoniana，PM）作為中國(guó)亞熱帶主要造林樹(shù)種，在全國(guó)人工林中占據(jù)重要地位。目前的研究主要集中在馬尾松純林土壤理化性質(zhì)[20]和碳儲(chǔ)量[21]。盧立華等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與純林相比，馬尾松混交林土壤碳儲(chǔ)量顯著提升。徐芷君等[22]研究發(fā)現(xiàn)，與木荷混交種植的馬尾松混交林同樣提升了土壤碳氮固持能力。相較于闊葉樹(shù)種，馬尾松針葉木質(zhì)素和樹(shù)脂含量高，比葉面積小[23]，使得微生物分解速率較慢，分解后產(chǎn)生的酸性成分，抑制微生物的捕食和繁殖等活動(dòng)[24]，導(dǎo)致馬尾松針葉分解緩慢。但是，較多研究?jī)H有一種馬尾松混交林，關(guān)于馬尾松與不同闊葉樹(shù)種混交林的對(duì)比研究較少，缺乏足夠的對(duì)比研究，可能會(huì)限制我們對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮固持動(dòng)態(tài)變化的認(rèn)識(shí)，還影響森林經(jīng)營(yíng)管理決策的科學(xué)性。因此，比較研究馬尾松闊葉化改造，有利于維持馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定并提高固碳能力。

基于此，本研究在樹(shù)種結(jié)構(gòu)調(diào)整措施的基礎(chǔ)上，在馬尾松林下補(bǔ)植香樟（Cinnamomum camphora，CC）、楠木（Phoebe zhennan，PZ）、南酸棗（Choerospondias axillaris，CA）和鵝掌楸（Liriodendron chinense，LC）。由于前期對(duì)馬尾松純林進(jìn)行了間伐，導(dǎo)致在試驗(yàn)初期人工林內(nèi)物種多樣性大幅下降，作出以下假設(shè)：短期內(nèi)森林的碳儲(chǔ)量無(wú)法恢復(fù)到最初的狀態(tài)，且這一過(guò)程中不同混交林土壤碳儲(chǔ)量差異顯著，這通常與生態(tài)系統(tǒng)植物多樣性和土壤養(yǎng)分有關(guān)。本研究通過(guò)對(duì)比分析不同樹(shù)種搭配模式下，土壤碳氮固持能力的變化趨勢(shì)以及差異性，評(píng)估短期內(nèi)馬尾松人工林闊葉化改造后土壤碳氮固持效應(yīng)。研究馬尾松純林闊葉化改造后土壤碳氮固持能力，可為針葉林改造調(diào)整提供理論依據(jù)，有助于篩選馬尾松純林闊葉化改造土壤高效固碳模式。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省黔南布衣族苗族自治州東南部獨(dú)山縣國(guó)有林場(chǎng)（圖1），獨(dú)山縣位于貴州省，地處貴州最南端，素有“貴州南大門(mén)”“西南門(mén)戶(hù)”之稱(chēng)，是“中國(guó)花燈藝術(shù)之鄉(xiāng)”。全縣平均海拔850～1 100 m，屬中亞熱帶溫潤(rùn)季風(fēng)性氣候，四季分明，冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑，年平均氣溫15 ℃，年均降水量1 430 mm，無(wú)霜期297 d。獨(dú)山縣國(guó)有林場(chǎng)占地面積約18 588.00 hm2，其中：林地15 839.14 hm2，占總面積的85.21%，非林地2 748.86 hm2，占總面積的 14.79%。森林面積 13 564.32 hm2，森林覆蓋率 72.96%，森林總蓄積865 465.48 m3，是貴州最大的國(guó)有林場(chǎng)。林場(chǎng)內(nèi)出露的巖石以砂頁(yè)巖和碳酸巖為主，土壤以硅鋁質(zhì)和鐵鋁質(zhì)黃壤為主，土壤厚度一般在中層以上，肥力中等，多呈酸性或微酸性。林場(chǎng)栽植的樹(shù)種以馬尾松、濕地松Pinus elliottii、香樟和鵝掌楸等為主。

1.2 樣地設(shè)置與調(diào)查

本研究土壤樣品采自4種不同的馬尾松-闊葉混交林（馬尾松+香樟、馬尾松+楠木、馬尾松+南酸棗和馬尾松+鵝掌楸）和未改造的馬尾松純林。選擇林分結(jié)構(gòu)相近且具有代表性的馬尾松純林，通過(guò)林分結(jié)構(gòu)調(diào)整，將其改造成與香樟、楠木、南酸棗和鵝掌楸混交的森林。每種類(lèi)型設(shè)置3塊樣地，樣地面積為667 m2，共15塊樣地。調(diào)查固定樣地基本信息（包括海拔、坡度等），對(duì)樣地內(nèi)所有胸徑大于5 cm的喬木和補(bǔ)植的闊葉樹(shù)種進(jìn)行每木檢尺，結(jié)果如表1所示。在每個(gè)樣地的三個(gè)角分別布設(shè)1 m2的草本樣方，于草本樣方內(nèi)收集全部的凋落物，稱(chēng)量樣方內(nèi)凋落物的鮮質(zhì)量，并帶回實(shí)驗(yàn)室備用。馬尾松純林在文中縮寫(xiě)為PP，馬尾松+香樟混交林縮寫(xiě)為PCC，馬尾松+楠木混交林縮寫(xiě)為PPZ，馬尾松+南酸棗混交林縮寫(xiě)為PCA，馬尾松+鵝掌楸混交林縮寫(xiě)為PLC。

1.3 土壤樣品采集與指標(biāo)測(cè)定

于2023年5月29日采集土壤樣品，每個(gè)樣地挖開(kāi)一個(gè)土壤剖面，依次從0～20、20～40和40～60 cm采集不同土層的土壤，并用環(huán)刀挖取土壤用于測(cè)定土壤容重，挖出的土壤去除其中包含的根和石塊等雜物，完全風(fēng)干后，分別研磨過(guò)2 mm和0.149 mm篩并裝入密封袋中保存?zhèn)溆茫糜谕寥览砘再|(zhì)的測(cè)定，共45個(gè)樣品。其中，土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法測(cè)定，土壤全氮采用凱氏法測(cè)定，土壤全磷采用酸溶劑熱處理法測(cè)定，土壤pH值采用電位法測(cè)定[25]，易氧化有機(jī)碳（ROC）采用高錳酸鉀氧化法測(cè)定[26]，顆粒有機(jī)碳（POC）采用濕篩法-重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定[27]，可溶性有機(jī)碳（DOC）采用蒸餾水浸提法測(cè)定[28]，微生物量碳（MBC）采用氯仿熏蒸法測(cè)定[29]。凋落物帶回后立即放入80 ℃恒溫烘箱中烘干，稱(chēng)其干質(zhì)量，通過(guò)計(jì)算得到每公頃的凋落物質(zhì)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析在Excel 2016和SPSS 26.0軟件中進(jìn)行，采用單因素方差分析檢驗(yàn)馬尾松不同改造模式下的差異顯著性（P<0.05）。在R 4.1.3中運(yùn)用“GGally”程序包繪制相關(guān)性矩陣圖，運(yùn)用“Vegan”包計(jì)算Shannon指數(shù)和Rarefied SR指數(shù)，RDA分析在Canoco 5.0軟件中繪制，其余圖片運(yùn)用Origin 2021軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改造模式群落植物多樣性與凋落物量特征

由表2可知，馬尾松+香樟混交林林下植物多樣性顯著高于馬尾松純林（P<0.05），馬尾松純林和馬尾松+鵝掌楸混交林凋落物量顯著高于其他處理（P<0.05）。

2.2 不同改造模式土壤理化性質(zhì)

如表3所示，不同土層馬尾松純林土壤pH值均為最高，且補(bǔ)植闊葉樹(shù)種土壤pH值與馬尾松純林之間差異顯著（P<0.05）。0～20 cm土層中，馬尾松+南酸棗林土壤容重顯著低于馬尾松純林，馬尾松+南酸棗林土壤有機(jī)碳含量最高，馬尾松+南酸棗林和馬尾松+鵝掌楸林土壤全氮顯著高于馬尾松純林（P<0.05）；而20～40 cm土壤中，僅馬尾松+南酸棗林和馬尾松+鵝掌楸林土壤有機(jī)碳含量差異顯著（P<0.05），在40～60 cm土壤中，不同改造模式下土壤有機(jī)碳含量均無(wú)顯著差異（P>0.05）。

2.3 不同改造模式土壤碳氮固存特征

結(jié)果表明，土壤碳固存受到不同混交模式的影響，氮固存受到的影響較?。▓D2）。在0～60 cm土層中，馬尾松純林碳儲(chǔ)量最高，且顯著高于馬尾松+楠木混交林（P<0.05），其次是馬尾松+南酸棗混交林，其余處理均較低，馬尾松純林與其余處理無(wú)顯著差異（P>0.05）。對(duì)于0～20 cm土層，除馬尾松+南酸棗混交林外，馬尾松純林與其他預(yù)處理差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。對(duì)于20～40和40～60 cm土層，各處理間差異較小（P>0.05）；土壤氮固存在各處理間均無(wú)顯著差異（P>0.05）。

2.4 不同改造模式土壤碳組分分布特征

結(jié)果顯示（圖3），在0～20、20～40和40～60 cm土層中，馬尾松純林混交林土壤微生物量碳顯著低于其余處理（P<0.05），顆粒有機(jī)碳在各處理間無(wú)顯著差異（P>0.05），在0～20和40～60 cm土層中，馬尾松+鵝掌楸混交林顯著高于馬尾松+南酸棗林，在20～40 cm土層，各處理無(wú)顯著差異（P>0.05），不同混交林的土壤易氧化有機(jī)碳僅表層的馬尾松+南酸棗混交林和馬尾松+香樟混交林差異顯著（P<0.05），其余處理差異不顯著（P>0.05）。

2.5 不同改造模式土壤碳庫(kù)管理指數(shù)特征

如表4所示，混入闊葉樹(shù)種后，0～20 cm僅混入楠木的碳庫(kù)活度和碳庫(kù)活度指數(shù)得到提升，碳庫(kù)指數(shù)僅混入南酸棗后提高，增長(zhǎng)了256%，混入闊葉樹(shù)種后0～40 cm的碳庫(kù)管理指數(shù)只有楠木和南酸棗顯著提升（P<0.05），其余指標(biāo)在更深土層無(wú)顯著差異（P>0.05）。

2.6 土壤理化性質(zhì)與土壤碳氮儲(chǔ)存的關(guān)系

土壤碳氮儲(chǔ)量和碳組分相關(guān)性分析如圖4所示。相關(guān)性表現(xiàn)為，碳儲(chǔ)量與ROC和POC極顯著正相關(guān)（P<0.001），POC和ROC存在極顯著的兩兩正相關(guān)關(guān)系（P<0.001），DOC與MBC顯著正相關(guān)（P<0.05）。

冗余分析結(jié)果（圖5）顯示，環(huán)境因子共解釋了土壤碳氮儲(chǔ)量變異的93.36%，前兩軸分別解釋了93.19%和0.17%（圖5a）。SOC顯著影響土壤氮儲(chǔ)量（P<0.01），TN顯著影響土壤碳儲(chǔ)量（P<0.01），土壤碳、氮儲(chǔ)量存在正相關(guān)關(guān)系，但并未達(dá)到顯著水平，植物多樣性抑制了土壤碳儲(chǔ)量的增長(zhǎng)，土壤全磷含量和調(diào)落物量顯著促進(jìn)了土壤碳氮固存（P<0.05）（圖5b）。

3 討 論

3.1 不同改造模式對(duì)土壤碳庫(kù)垂直分布的影響

植物生長(zhǎng)發(fā)育受到土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化與礦質(zhì)元素釋放的影響[30]，植物根系活動(dòng)影響土壤環(huán)境[31]，二者相互作用、相互影響，共同維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。由于有機(jī)碳的來(lái)源和組成以及環(huán)境條件的差異，底土中的碳可能比表土中的碳更穩(wěn)定[32]，僅僅關(guān)注表層土壤無(wú)法揭示整個(gè)土壤剖面的土壤碳特征。研究表明，土壤養(yǎng)分含量隨土層的深入逐漸減少[33-34]。本研究中，不同混交模式下，土壤SOC、TN和TP隨土層的增加逐漸減少，或隨土層的增加先增加再減少。造成這一現(xiàn)象的原因可能是由于植物根系主要集中在土壤表層，根系活動(dòng)改變了土壤結(jié)構(gòu)，改善了土壤環(huán)境[35]。同時(shí)，土壤容重隨土層的增加逐漸變大，深層土壤由于受更強(qiáng)的擠壓作用不利于植物根系和土壤微生物的呼吸。加上有機(jī)質(zhì)和地下生物量的減少，導(dǎo)致土壤碳、氮儲(chǔ)量和碳組分呈土層加深而遞減的趨勢(shì)[36]。結(jié)合本研究結(jié)果來(lái)看，補(bǔ)植不同樹(shù)種后土壤碳氮儲(chǔ)量隨著土層由淺至深的變化趨勢(shì)不完全一致，暗示了不同種類(lèi)的闊葉樹(shù)對(duì)土壤碳轉(zhuǎn)化和循環(huán)的影響是不同的，這可能與不同植物的根系垂直分布格局和光合產(chǎn)物的分配差異有關(guān)[37-38]。本研究?jī)H研究了馬尾松純林闊葉改造后短期內(nèi)的土壤碳氮儲(chǔ)量變化，并未研究植物根系的分布特征以及樹(shù)種對(duì)資源的吸收、利用的能力。未來(lái)的研究可以著重于探討這些因素，并通過(guò)綜合分析以揭示更深層次的機(jī)理。

3.2 不同改造模式對(duì)土壤碳氮固持的影響

MBC與整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分周轉(zhuǎn)密切相關(guān)，其大小主要與土壤微生物的生存環(huán)境有關(guān)[39]。本研究中，補(bǔ)植闊葉樹(shù)種使土壤表層MBC得到顯著提升，說(shuō)明補(bǔ)植闊葉樹(shù)種后微生物的生存環(huán)境得到優(yōu)化。ROC是主要的活性有機(jī)碳，反映土壤碳庫(kù)的活躍度[40]。結(jié)果顯示，ROC和SOC成顯著正相關(guān)，表征土壤ROC對(duì)土壤碳庫(kù)變化的強(qiáng)敏感性[41]。研究結(jié)果表明，DOC作為土壤最具動(dòng)態(tài)特征的碳組分，與MBC常有較強(qiáng)的相關(guān)性[42]，這與本研究結(jié)果一致，二者對(duì)環(huán)境和氣候變化的敏感性較強(qiáng)，都可以作為評(píng)價(jià)土壤微生物分解利用土壤速效養(yǎng)分的重要指標(biāo)。

林分結(jié)構(gòu)調(diào)整明顯改變森林群落的物種組成和群落結(jié)構(gòu)，植物多樣性將受到影響[43]。Shannon指數(shù)和Rarefied SR反映的是在相同樣本數(shù)量或大小的情況下，物種出現(xiàn)的豐富程度，通常與生物量存在正相關(guān)關(guān)系[44]，且對(duì)土壤碳固存具有促進(jìn)作用[18，45]。本研究中，植物多樣性抑制了馬尾松林和混交林的土壤碳固存，這與前人研究結(jié)果不一致[46]。原因可能是前期的森林經(jīng)營(yíng)措施大大降低了森林群落總體生物量和物種多樣性，短期內(nèi)難以恢復(fù)[47]，而馬尾松林林分密度的降低將嚴(yán)重影響土壤碳儲(chǔ)量[48]，導(dǎo)致土壤碳儲(chǔ)量甚至低于未開(kāi)展森林經(jīng)營(yíng)的林分。這完全符合前期做出的假設(shè)，但這并不意味著采取的森林經(jīng)營(yíng)措施是不合適的。從結(jié)果中可看出，只有混入香樟的林分土壤碳儲(chǔ)量顯著低于馬尾松純林，其余林分土壤碳儲(chǔ)量與馬尾松純林差異不顯著，且年限較久的南酸棗+馬尾松林土壤碳儲(chǔ)量即將超過(guò)馬尾松純林。由表1可知，南酸棗雖年限較長(zhǎng)，但其增長(zhǎng)速度明顯較其他樹(shù)種更快，即在有限的生長(zhǎng)周期內(nèi)，生長(zhǎng)越快的闊葉樹(shù)種越能提升人工針葉林的土壤碳匯能力，且林分結(jié)構(gòu)調(diào)整后可能需要15 a以上才能恢復(fù)至原來(lái)的狀態(tài)。香樟生長(zhǎng)周期較其他樹(shù)種慢，相較于同期補(bǔ)植的其他闊葉樹(shù)種，其體型較小，而南酸棗生長(zhǎng)迅速，一方面更多容易分解的凋落物為土壤微生物提供了更多的分解底物[49]，另一方面，合理的林分郁閉度避免了太陽(yáng)長(zhǎng)期照射抑制土壤微生物活力[50]，這在一定程度上加快了土壤碳固存。郭婧等[51]對(duì)比馬尾松+石櫟針闊混交林、南酸棗落葉闊葉林、石櫟+青岡常綠闊葉林3種次生林和杉木人工純林的凋落物量與周轉(zhuǎn)期，發(fā)現(xiàn)次生林的凋落物量顯著高于杉木人工林，且落葉樹(shù)種南酸棗的凋落物分解效率相較于常綠闊葉林更高，周轉(zhuǎn)期更短。說(shuō)明樹(shù)種特性所決定的凋落物量及其分解速率影響了森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)功能。森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分歸還的能力與土壤碳氮固持能力密切關(guān)聯(lián)，不同樹(shù)種搭配不僅增加了森林生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性，提升了林分的穩(wěn)定性與抗逆能力。從凋落物的分解角度來(lái)看，某些凋落物混合分解后通常都能加快分解速率，這些過(guò)程可促進(jìn)土壤對(duì)碳和氮的固定[52]。綜合來(lái)看，補(bǔ)植闊葉樹(shù)種有利于土壤對(duì)碳氮的固持，但樹(shù)種的配置模式是其中的關(guān)鍵，通常認(rèn)為選擇初始木質(zhì)素/N值較高的物種分解效率更高[53]，選擇補(bǔ)植此類(lèi)樹(shù)種更契合經(jīng)營(yíng)目的的闊葉樹(shù)種可有效提升馬尾松純林土壤碳固存。陳歆宇等[54]研究發(fā)現(xiàn)混交比例和林分密度對(duì)馬尾松混交林的生產(chǎn)功能有較大的影響。因此，未來(lái)需要在確定混交樹(shù)種后，探究馬尾松混交林最佳混交比例和最佳林分密度。

3.3 不同改造模式對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響

土壤碳庫(kù)管理指數(shù)可以表征土地利用或管理方式對(duì)土壤碳庫(kù)質(zhì)量提升的能力[55]。本研究中，對(duì)于0～20 cm土層，僅補(bǔ)植楠木的碳庫(kù)活度和碳庫(kù)活度指數(shù)得到提升，說(shuō)明馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹(shù)種初期，補(bǔ)植除楠木外的其余樹(shù)種均會(huì)降低土壤有機(jī)碳的分解速率。深層土壤（20～40 cm）的碳庫(kù)活度和碳庫(kù)活度指數(shù)較接近，可能是由于該區(qū)域受植物根系影響較小，土壤環(huán)境差異較小[35]。碳庫(kù)管理指數(shù)是土壤碳儲(chǔ)量與土壤總碳中不穩(wěn)定碳活度指標(biāo)的最終平衡結(jié)果，直接反映土壤碳庫(kù)穩(wěn)定性。本研究?jī)H碳庫(kù)活度指數(shù)僅0～20 cm土層在補(bǔ)植南酸棗后提高，說(shuō)明補(bǔ)植南酸棗后土壤質(zhì)量得到了提升。土壤碳庫(kù)管理指數(shù)可作為評(píng)估最佳補(bǔ)闊樹(shù)種的指標(biāo)之一。

4 結(jié) 論

本研究基于馬尾松人工純林，通過(guò)林分結(jié)構(gòu)調(diào)整混入不同闊葉樹(shù)種，以期找出馬尾松高效固碳模式。結(jié)果顯示，補(bǔ)植不同闊葉樹(shù)種后對(duì)馬尾松林土壤碳庫(kù)影響不一致，0～20 cm土壤受影響較強(qiáng)，20～60 cm受到影響較弱；補(bǔ)植闊葉樹(shù)種后土壤pH值顯著降低；對(duì)于0～20 cm土壤，南酸棗+馬尾松混交林土壤有機(jī)碳和全氮顯著提升；總體來(lái)看，經(jīng)林分結(jié)構(gòu)調(diào)整后的馬尾松林分，補(bǔ)植闊葉樹(shù)種在短期內(nèi)無(wú)法提升土壤碳儲(chǔ)量，但未來(lái)具有較好的提升潛力；評(píng)估補(bǔ)植闊葉樹(shù)種對(duì)土壤碳儲(chǔ)量和碳庫(kù)穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)南酸棗在目前研究的幾個(gè)闊葉樹(shù)種中表現(xiàn)最佳，馬尾松闊葉化改造后的土壤碳庫(kù)可能需要15 a以上的恢復(fù)期，在馬尾松純林中補(bǔ)植初始木質(zhì)素/N值較高的闊葉樹(shù)種更有利于土壤碳氮的固持。

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[本文編校：吳 彬]