費(fèi) 菲,肖文婭,刁嬌嬌,管云云,陳 斌,關(guān)慶偉

南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心,南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院, 南京 210037

土壤微生物量是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,它可以短期儲(chǔ)存土壤的營(yíng)養(yǎng)并調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)之間的養(yǎng)分周轉(zhuǎn)[1],土壤微生物量的高低能直接反應(yīng)土壤的健康狀況[2],因此土壤微生物量在有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化過(guò)程中起到不可忽視的作用[3],研究土壤微生物生物量碳氮對(duì)于如何提高土壤自然肥力和林分生產(chǎn)力具有重要指導(dǎo)意義。

林窗是森林中經(jīng)常發(fā)生的小尺度干擾,它通過(guò)改變林分密度,影響森林結(jié)構(gòu)、光照條件及土壤水熱條件,增大森林的空間異質(zhì)性[4]。研究表明,林窗形成后,林窗內(nèi)的光照、溫度和水分等環(huán)境條件發(fā)生了迅速的變化,對(duì)森林土壤微生物生物量及活性和區(qū)系組成產(chǎn)生了深刻影響,且這種影響與林窗大小有重要關(guān)系[5]。國(guó)內(nèi)外眾多研究表明,在較大的林窗中,土壤MBC和MBN含量都較低[6-8]。Muscolo等[4]在黑松(Pinuslaricio, Poiret)林窗的研究中發(fā)現(xiàn),相對(duì)于中林窗(855m2)和大林窗(1520m2),小林窗(380m2)中有著更高的MBC、MBN,小林窗對(duì)碳氮養(yǎng)分循環(huán)的影響最為顯著,土壤中的有機(jī)質(zhì)使土壤肥力保持時(shí)間較長(zhǎng)。而Arunachalam等人[9]的研究表明,林窗中微生物量低于林下,與枯落物量呈正比,該地區(qū)的高降水量導(dǎo)致林窗中表層土壤流失,林窗中土壤養(yǎng)分明顯低于林下,因此林窗中土壤微生物生物量較低。可見(jiàn),在國(guó)內(nèi)外的研究中,林窗對(duì)土壤微生物生物量是否有提高作用尚無(wú)定論,而林窗中、林緣和林窗外部等不同位置對(duì)土壤微生物生物量的影響研究更為鮮見(jiàn)。因此,研究不同尺度林窗對(duì)土壤微生物生物量碳氮的影響及各尺度林窗的影響范圍可為合理林窗尺度的確定提供理論依據(jù),并為進(jìn)一步探求合理的林窗密度有重要意義。

側(cè)柏(Platycladusorientalis)人工林是徐州山地的主要植物群落類型,由于歷史原因及立地條件,本地區(qū)側(cè)柏人工林存在初始密度較大,樹(shù)種組成單一,林木間競(jìng)爭(zhēng)激烈,個(gè)體生長(zhǎng)緩慢等問(wèn)題。為了解決以上問(wèn)題,本研究以徐州50年生側(cè)柏人工林中2012年1月開(kāi)設(shè)的3種尺度林窗為研究對(duì)象,研究不同尺度林窗中及林窗不同位置的土壤微生物生物量碳氮含量,旨在明晰側(cè)柏人工林中不同尺度林窗中及林窗不同位置的土壤微生物生物量碳氮含量的變化,并探究其變化原因,為尋求科學(xué)合理的林窗尺度和密度,制定側(cè)柏人工林合理的經(jīng)營(yíng)方案以及實(shí)現(xiàn)側(cè)柏人工林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地概況

研究地位于徐州市鼓樓區(qū)的九里山,117°11′16.35″E、33°15′48.37″N,海拔為134m,年均氣溫為13—16℃,年均降水量800—930mm,為江蘇省最低。土壤為淋溶褐土,土層瘠薄,裸巖率較高。側(cè)柏人工林是徐州市山體的主要植物群落類型,其中大部分為側(cè)柏純林,少有針闊混交林。在林下有大量構(gòu)樹(shù)(Broussonetiapapyrifera(L.) L′Hér. ex Vent)分布。

1.2 樣地設(shè)置與試驗(yàn)方法

本研究試驗(yàn)樣地位于徐州市城區(qū)偏北的九里山陽(yáng)面坡面,坡向東南,坡度30°,于中坡位劃定所有試驗(yàn)林窗和對(duì)照樣地,林分為側(cè)柏人工純林,林齡50a,密度為1317株/hm2,郁閉度0.85,平均樹(shù)高8.5m,平均胸徑13.5cm,土壤pH值為7.5,凋落物厚度約0.7mm。2012年1月,參照朱教君等人[10]的研究成果,按照林窗半徑與邊緣木平均高度的比值確定林窗尺度,在試驗(yàn)樣地中開(kāi)設(shè)了3種尺度的27個(gè)近圓形林窗,其中,小林窗半徑為0.5倍樹(shù)高,即4m,面積約50m2,以S表示；中林窗半徑為1倍樹(shù)高,即8m,面積約200m2,以M表示；大林窗半徑為1.5倍樹(shù)高,即12m,面積約450m2以L表示(圖1)。并且在每個(gè)林窗鄰近林下設(shè)對(duì)照樣地(Control Check,CK)。施工時(shí),僅伐除林窗半徑內(nèi)的喬木,砍伐后移走樹(shù)枝和樹(shù)干等殘?bào)w,但未進(jìn)行掘根處理,林窗間距最小為50m。

圖1 林窗樣地位置示意圖Fig.1 Study site of gaps

2013年10月至2014年9月在開(kāi)設(shè)的27個(gè)林窗中,隨機(jī)選取大、中、小林窗各3個(gè),在每個(gè)林窗中,用羅盤(pán)儀確定東南西北4個(gè)方向,在每個(gè)方向上分別在半徑(R)的1/2、林緣以及半徑3/2處布置12個(gè)取樣點(diǎn)。分別在如圖所示的9塊樣地及其對(duì)照樣地進(jìn)行采樣。除去土壤表層未分解的枯落物層,在每個(gè)取樣點(diǎn)取0—10cm深度的土壤,1/2R處4份土壤均勻混合記為林窗內(nèi)(I,Inside),R處4份土壤均勻混合記為林緣(E,Edge),3/2R處4份土壤均勻混合記為林窗外(O,Outside),每個(gè)林窗臨近林下設(shè)對(duì)照樣地(CK)。分別裝入自封袋中并標(biāo)記,及時(shí)帶回試驗(yàn)室處理。共采樣4次,采樣時(shí)間分別為2013年10月、2014年1月、2014年4月和2014年7月(即分秋季、冬季、春季和夏季4季采樣)。

在9個(gè)林窗樣地和對(duì)照樣地中設(shè)置12個(gè)凋落物收集框,框的大小為lm×lm,孔徑1.0mm的尼龍網(wǎng)兜,固定于地表約50cm,用于測(cè)定凋落物量。分別于2014年10月、2015年1月、4月和7月將凋落物收集框凋落物帶回,在80℃下烘干至恒重,記錄凋落物烘干重量。

土壤含水率用烘干法測(cè)定；土壤溫度用紐扣式土壤溫度微型記錄儀測(cè)定；土壤全碳及全氮用元素分析儀測(cè)定；pH值用電位法測(cè)定(水土比1∶2.5)；土壤可溶性有機(jī)碳含量采用K2SO4提取法測(cè)定；微生物量碳氮含量采用氯仿熏蒸- K2SO4提取法測(cè)定。

通過(guò)Microsoft Excel整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),處理土壤含水率、土壤溫度的平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差。使用SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析不同尺度林窗間的差異。

2 研究結(jié)果

2.1 林窗尺度對(duì)土壤溫濕度的影響

研究結(jié)果表明,林窗的形成對(duì)秋季和春季土壤溫度影響較大。由圖2可知,各尺度林窗中土壤10cm處的每日平均溫度在7月達(dá)到最高(約26℃),12月最低(約4℃)。在秋季,土壤日均溫趨勢(shì)為CK>S>L>M；在冬季,土壤日均溫趨勢(shì)為L(zhǎng)>CK>S>M；在春季,土壤日均溫趨勢(shì)為M>L>S>CK；在夏季,土壤日均溫趨勢(shì)為L(zhǎng)>M>CK>S。

林窗的形成對(duì)林窗中土壤含水量有顯著影響。由圖3可知,各尺度林窗中春夏季土壤含水量較高(約25%),秋季時(shí)最低(約10%),春季約為15%。與CK相比,各尺度林窗對(duì)秋季土壤含水量沒(méi)有顯著影響,而顯著增加了冬季和春季M及夏季S的土壤含水量(P<0.05),且顯著減少了夏季L的土壤含水量(P<0.05)。

2.2 林窗尺度及林窗中的位置對(duì)土壤碳氮元素含量的影響

研究結(jié)果表明,林窗的形成對(duì)其中土壤可溶性有機(jī)碳(DOC,Dissovled Organic Carbon)含量有顯著影響。由表1可知,在秋季時(shí)L林窗中土壤DOC含量(347.1mg/kg)顯著低于CK(P<0.05),而S林窗中土壤DOC含量(565.4mg/kg)顯著高于CK(P<0.05)；冬季時(shí)S林窗中土壤DOC含量(589.9mg/kg)顯著高于CK(P<0.05)；在春季時(shí)L林窗中土壤DOC含量(649.2mg/kg)顯著高于CK(P<0.05),而S林窗中土壤DOC含量(454.9mg/kg)顯著低于CK(P<0.05)；夏季時(shí)各尺度林窗中土壤DOC含量均與CK無(wú)顯著差異。

圖2 側(cè)柏人工林不同尺度林窗土壤月均溫示意圖 Fig.2 Monthly mean soil temperature in different sizes of gaps in Platycladus orientalis plantationL：大林窗,Large gap；M：中林窗,Medium gap；S：小林窗,Small gap；CK：對(duì)照樣地,Control Check

圖3 側(cè)柏人工林不同尺度林窗土壤含水量示意圖 Fig.3 Soil water content in different sizes of gaps in different seasons in Platycladus orientalis plantation * 僅表示同一季節(jié)內(nèi)不同林窗尺度差異顯著性(P<0.05)

由表1可知, L林窗在秋季時(shí)內(nèi)部(347.1mg/kg)和外部位置(380.0mg/kg)的土壤DOC含量顯著低于CK(P<0.05),而在春季時(shí)林窗外部位置土壤DOC含量(623.3mg/kg)顯著高于CK(P<0.05)；M林窗在秋季時(shí)林窗林緣(355.3mg/kg)和外部位置(358.0mg/kg)均顯著低于CK；S林窗在秋季時(shí)內(nèi)部位置的土壤DOC含量(565.4mg/kg)顯著高于CK(P<0.05),林窗內(nèi)部(589.9mg/kg)和林緣位置(444.4mg/kg)的土壤DOC含量在冬季時(shí)顯著高于CK(P<0.05),而在春季時(shí)卻顯著低于CK(P<0.05),在夏季時(shí)林窗外部位置土壤DOC含量(365.3mg/kg)顯著高于CK(P<0.05)。其他季節(jié)中各尺度林窗位置的土壤DOC含量與CK無(wú)顯著差異。

林窗的形成對(duì)其中土壤全碳(TC,Total Carbon)含量沒(méi)有顯著影響。由表1可知,不同尺度林窗內(nèi)土壤TC含量在一年四季均與CK無(wú)顯著差異(P>0.05)。由表1可知,僅在冬季時(shí)M林窗的林緣位置土壤TC含量(88.5g/kg)顯著低于CK(P<0.05),其他季節(jié)中各尺度林窗內(nèi)部位置土壤TC含量均與CK無(wú)顯著差異。

林窗的形成對(duì)其中土壤全氮(TN,Total Nitrogen)含量沒(méi)有顯著影響。由表1可知,僅在秋季時(shí)L林窗的土壤TN含量(5.8g/kg)顯著低于CK(P<0.05),其他季節(jié)中各尺度林窗中土壤TN含量均與CK無(wú)顯著差異(P>0.05)。由表1可知,在秋季時(shí)L林窗內(nèi)部和M林緣位置(5.9g/kg)的土壤TN含量顯著低于CK(P<0.05),其他季節(jié)中各尺度林窗位置的土壤TN含量均與CK無(wú)顯著差異。

林窗的形成對(duì)其中土壤碳氮比(C/N,Carbon/Nitrogen)沒(méi)有顯著影響。由表1可知,僅在夏季時(shí)S林窗的土壤C/N為13.4,顯著高于CK(P<0.05),其他季節(jié)中各尺度林窗中土壤C/N均與CK無(wú)顯著差異。由表1可知,在夏季時(shí)L林窗外部位置的土壤C/N(12.0)顯著低于CK(P<0.05),且S林窗內(nèi)部(13.4)和外部位置(13.3)的土壤C/N也顯著高于CK(P<0.05),而其他季節(jié)中各尺度林窗位置的土壤C/N含量均與CK無(wú)顯著差異。

2.3 林窗尺度對(duì)凋落物量的影響

不同尺度林窗內(nèi)凋落量的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖4。結(jié)果表明,全年凋落量從多到少依次為CK>S林窗>L林窗>M林窗。在3種林窗中,L林窗與M林窗全年凋落物量相似,秋季與冬季凋落物量較大,春夏2個(gè)季度較少,而S林窗與CK的凋落物量在4個(gè)季度中均明顯高于L林窗與M林窗。在秋季3種尺度林窗及對(duì)照樣地均進(jìn)入凋落高峰期,從9—11月期間,L、M、S3種尺度林窗及CK凋落量分別達(dá)到0.3573、0.2834、0.609、0.7155 t/hm2。

圖4 側(cè)柏人工林不同尺度林窗中凋落物量季節(jié)動(dòng)態(tài)變化 Fig.4 Seasonal litter fall under different sizes of gaps in Platycladus orientalis plantation

2.4 林窗尺度及林窗中的位置對(duì)土壤微生物生物量碳氮的影響

圖5 側(cè)柏人工林不同尺度林窗中土壤微生物生物量碳含量示意圖Fig.5 Microbial biomass carbon in different sizes of gaps in Platycladus orientalis plantation *僅表示同一季節(jié)內(nèi)不同林窗尺度差異顯著性(P<0.05)

研究結(jié)果表明,林窗尺度對(duì)土壤微生物生物量碳(MBC,Microbial biomass carbon)有顯著影響。由圖5可知,與CK相比,M林窗(2959.3mg/kg)顯著提高了春季土壤MBC含量(P<0.05)；由圖6可知,與CK相比,M林窗顯著提高了春季內(nèi)部(2959.3mg/kg)和林緣位置(3008.8mg/kg)的土壤MBC含量(P<0.05),而S林窗顯著降低了春季林緣(2159.2mg/kg)和林窗外部位置(1955.1mg/kg)的土壤MBC含量(P<0.05)。與CK相比,林窗對(duì)其他季節(jié)和位置土壤MBC含量無(wú)明顯影響。

林窗尺度對(duì)土壤微生物生物量氮(MBN,Microbial biomass nitrogen)有顯著影響。由圖7可知,與CK相比,S林窗(143.4mg/kg)顯著降低了春季土壤MBN含量(P<0.05),而M林窗(144.4mg/kg)顯著提高了夏季土壤MBN含量(P<0.05)。由圖8可知,與CK相比,L林窗顯著提高了春季林緣(208.3mg/kg)和林窗外部位置(207.1mg/kg)土壤MBN含量(P<0.05),L林窗顯著提高了夏季外部位置(169.5mg/kg)土壤MBN含量(P<0.05)；M林窗顯著降低了冬季林緣位置(91.1mg/kg)土壤的MBN含量(P<0.05),而顯著提高春季林緣位置(207.7mg/kg)土壤的MBN含量(P<0.05)；S林窗顯著提高冬季林緣位置(147.8mg/kg)土壤MBN含量(P<0.05),而S林窗顯著降低了春季內(nèi)部(143.4mg/kg)、林緣(153.1mg/kg)和林窗外部位置(131.3mg/kg)的土壤MBN含量(P<0.05)。與CK相比,林窗對(duì)其他季節(jié)和位置土壤MBN含量無(wú)明顯影響。

如表2可知,土壤MBC含量與土壤全碳和DOC含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與土壤溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。土壤MBN含量與土壤含水量、DOC含量和MBC含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與土壤全碳呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

圖6 側(cè)柏人工林不同尺度林窗中不同位置土壤微生物生物量碳含量示意圖Fig.6 Microbial biomass carbon of different position in different sizes of gaps in Platycladus orientalis plantation

Table2Thecorrelationbetweenmicrobialbiomasscarbon,microbialbiomassnitrogenandsoilphysicochemicalpropertyinPlatycladusorientalisplantation

因子Factors土壤溫度Soiltemperature土壤含水量Soilwatercontent總碳TC總氮TN碳氮比TC/TN可溶性有機(jī)碳DOC微生物生物量碳MBC微生物生物量氮MBN凋落物量Litterfall微生物生物量碳MBC-0.533**ns0.461**nsns0.2**1ns微生物生物量氮MBNns0.687**0.170*nsns0.126**0.517**1ns

ns：無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系,Not significant；*：顯著相關(guān)(P<0.05)；**：極顯著相關(guān)(P<0.01)

3 分析與討論

3.1 土壤溫濕度對(duì)土壤微生物碳氮含量的影響

圖7 側(cè)柏人工林不同尺度林窗中土壤微生物生物量氮含量示意圖Fig.7 Microbial biomass nitrogen in different sizes of gaps in Platycladus orientalis plantation

圖8 側(cè)柏人工林不同尺度林窗中不同位置土壤微生物生物量氮含量示意圖Fig.8 Microbial biomass nitrogen of different position in different sizes of gaps in Platycladus orientalis plantation

林窗產(chǎn)生后,林窗內(nèi)的光照條件和土壤溫濕度首先發(fā)生改變,土壤溫濕度的變化可直接影響微生物生物量及養(yǎng)分循環(huán)[11-12]。Muscolo等[4,13]的研究表明,在油松黑松混交林中,大林窗(1520m2)中溫度最高,小林窗(380m2)中土壤含水量、有機(jī)質(zhì)和微生物生物量最大,而在銀杉(Cathayaargyrophylla)林中的不同尺度林窗的研究表明,中林窗(410m2)中溫度較高,所以有機(jī)質(zhì)分解速率大于小林窗(185m2)。本研究中,M林窗的土壤含水量、土壤MBC和MBN含量較高,這表明M林窗對(duì)土壤微生物生物量碳氮的提高效果最為顯著,這種結(jié)果可能是由于M林窗溫度適宜,水分供應(yīng)充足,土壤微生物新陳代謝強(qiáng)烈,因此,其土壤MBC和MBN含量自然也相應(yīng)的提高[14]。

另一方面,歐江等[6]指出,林窗中央與邊緣間MBC、MBN差異不顯著,但MBC、MBN顯著高于林下,說(shuō)明較之馬尾松(Pinusmassoniana)純林,林窗內(nèi)土壤微生物活性有較大提高,土壤溫度對(duì)MBC、MBN有顯著影響,土壤含水量對(duì)MBN有顯著影響,土壤溫度和水分是林窗形成后影響土壤微生物生物量的重要環(huán)境因子。本研究中,M林窗提高土壤MBC和MBN含量的效果最為明顯,L林窗對(duì)其影響范圍最大。其原因可能是由于L林窗面積過(guò)大,白天接受太陽(yáng)輻射過(guò)多導(dǎo)致溫度過(guò)高水分蒸發(fā)迅速,夜晚散熱極快導(dǎo)致溫度過(guò)低,以致L林窗中微生物存活條件惡劣,但其附近位置溫度與水分條件與M林窗相近,溫度適中,微生物生長(zhǎng)環(huán)境良好,因此土壤MBC和MBN含量得到顯著提高。這說(shuō)明M林窗可為側(cè)柏人工林中土壤微生物提供更好的生長(zhǎng)條件,從而有利于提高該生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)。

3.2 土壤碳氮元素含量對(duì)土壤微生物碳氮含量的影響

Thibodeau等[15]和Bolat等[16]均發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳含量的變化影響了土壤微生物量碳的含量。楊凱等[17]的研究發(fā)現(xiàn),微生物生物量碳、氮之間以及土壤微生物生物量碳、氮與土壤有機(jī)碳、全氮呈顯著正相關(guān),而與土壤水分無(wú)相關(guān)性。在本研究中,土壤MBC和MBN含量與TC和DOC含量均有顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系,而與TN和TC/TN無(wú)相關(guān)關(guān)系,這種結(jié)果表明在本研究中,土壤微生物生長(zhǎng)限制因素不是土壤中的N元素,而是TC和DOC含量。

另一方面,在本研究中,土壤MBC和MBN含量與TC和DOC含量均有顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系的結(jié)果與以往類似研究結(jié)論相同,如金發(fā)會(huì)等[18]研究石灰性土壤微生物量碳、氮與土壤養(yǎng)分的關(guān)系結(jié)果表明,土壤微生物量碳和微生物量氮與土壤養(yǎng)分呈高度正相關(guān)。這是因?yàn)?土壤有機(jī)質(zhì)是影響土壤微生物量的重要因素[19],有機(jī)質(zhì)含量高,能夠?yàn)槲⑸镌谶M(jìn)行自身合成與代謝過(guò)程中提供足夠的碳、氮物質(zhì)來(lái)源以及能量來(lái)源[20]。土壤中易變性有機(jī)碳(如DOC)是土壤微生物的重要碳源[23-24],本研究中的S林窗中土壤DOC含量較高,因此在土壤微生物生物量的提高作用上,S林窗可能有長(zhǎng)期的潛力,林窗尺度對(duì)土壤中易變性有機(jī)碳組分含量的影響研究可能成為今后的研究方向之一。

3.3 凋落物量對(duì)土壤微生物碳氮含量的影響

森林組成樹(shù)種不同,凋落物數(shù)量、質(zhì)量和分解速率不同,對(duì)土壤碳庫(kù)數(shù)量和質(zhì)量的影響也不同[23]。林窗中的生境異質(zhì)性加劇,從而影響凋落物分解和養(yǎng)分循環(huán),并且間接地影響土壤微生物的活動(dòng)和分布[4,11]。作為控制凋落物分解速率、影響凋落物分解過(guò)程最為關(guān)鍵的因子之一[24],微生物年均分解近90%的凋落物生物量進(jìn)入陸地生態(tài)系統(tǒng)[25]。有研究表明,在杉木林中,去除凋落物的樣地內(nèi)土壤微生物生物量與對(duì)照相比有明顯增加的趨勢(shì),這可能與杉木的針葉凋落物和根系性質(zhì)有關(guān)[26]。針葉樹(shù)種的凋落物中含有較多難以分解、疏水性芳香族化合物,會(huì)影響土壤微生物生物量、群落結(jié)構(gòu)和活性[27]。Souto等在歐洲云杉林(Piceaabies(L．)Karst．)中研究發(fā)現(xiàn),植物產(chǎn)生的酚類物質(zhì)抑制土壤微生物的活性[28]。本研究中側(cè)柏也是針葉樹(shù)種,其凋落物量與土壤MBC和MBN雖無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系,但是S林窗對(duì)土壤MBC和MBN有降低作用且對(duì)M及L林窗有提高作用,其原因之一可能是由于S林窗凋落物總量明顯多于M和L林窗,S林窗中較多的針葉凋落物含有難分解的物質(zhì),導(dǎo)致S林窗降低了土壤MBC和MBN含量。

本研究中土壤MBC和MBN與土壤全碳和DOC含量有正相關(guān)關(guān)系而與土壤全氮無(wú)相關(guān)關(guān)系,這可能是因?yàn)楸狙芯康膶?shí)驗(yàn)對(duì)象為側(cè)柏人工純林,側(cè)柏凋落物不易被微生物分解,且試驗(yàn)地區(qū)降水量較低,表層土壤累積的氮素較多,所以氮元素含量不是限制土壤MBC和MBN的因素。M林窗中的灌木層和草本層豐富度和多樣性較好,且更新樹(shù)種以闊葉樹(shù)為主,因?yàn)獒樔~和闊葉混合凋落物可更快分解為土壤有機(jī)質(zhì)[29],有機(jī)質(zhì)能夠?yàn)槲⑸镌谠谧陨砗铣纱x過(guò)程中提供足夠的碳、氮以及能量[20],雖然S林窗中凋落物量較高,但凋落物多由側(cè)柏凋落物構(gòu)成,由于其溫度和水分較低,且側(cè)柏的凋落物分解緩慢,故S林窗中土壤養(yǎng)分不足以維持較高的微生物生物量,而M林窗中的土壤有充足的DOC為土壤微生物提供了豐富的代謝底物,因此M林窗中的土壤微生物生物量碳、氮均較高。

4 結(jié)論與展望

本研究結(jié)果表明：M林窗顯著提高了土壤MBC和MBN含量,因此開(kāi)設(shè)M林窗可為加快森林生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)提供一定幫助,提高側(cè)柏人工林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性,為合理經(jīng)營(yíng)側(cè)柏人工林提供理論依據(jù),同時(shí)也可為其他林分制定合理的林窗尺度提供一定的科學(xué)依據(jù)。

本文探究了不同尺度林窗對(duì)土壤微生物活性在不同季節(jié)的變化及其影響范圍、與理化性質(zhì)和凋落物間的相關(guān)關(guān)系,但對(duì)于地上植被對(duì)土壤微生物活性的關(guān)系及地上地下養(yǎng)分循環(huán)等問(wèn)題尚缺少必要的研究,難以從整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的角度來(lái)評(píng)價(jià)林窗干擾對(duì)側(cè)柏人工林造成的影響。在將來(lái)對(duì)林窗尺度的影響研究中,還應(yīng)考慮植物根系和土壤中易變性有機(jī)碳組分含量對(duì)林窗尺度的響應(yīng),以后應(yīng)進(jìn)一步完善林窗的場(chǎng)效應(yīng)與地上和地下動(dòng)態(tài)的聯(lián)系,以期深入探究林窗的調(diào)控機(jī)制,并為制定合理的林窗大小并找到加快森林系統(tǒng)更新的有效途徑提供科學(xué)依據(jù)。

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