東北地理所發(fā)現(xiàn)闊葉林-針葉林礦質(zhì)土壤碳氮截獲差異的土壤團(tuán)聚機(jī)制
北半球高緯度地區(qū)生長(zhǎng)著大面積的森林，主要由針葉和闊葉樹(shù)種組成，二者更替成為主要的森林演替特征。礦質(zhì)土壤中的碳氮約占陸地生物圈的75%和90%，在維持全球碳氮平衡方面發(fā)揮著重要作用；但由于不同研究地點(diǎn)間樹(shù)種，樹(shù)木大小，土壤基質(zhì)以及地理氣候因素的差異，導(dǎo)致闊葉林-針葉林礦質(zhì)土壤碳氮截獲差異結(jié)論不一致， 這阻礙了不同林型對(duì)土地退化和發(fā)展影響的評(píng)估。
中科院東北地理所城市森林與濕地學(xué)科組的研究人員對(duì)6個(gè)地點(diǎn)（圖1）的14種常見(jiàn)造林樹(shù)種共202塊樣地進(jìn)行了樣品采集。并將土壤進(jìn)行組分分級(jí)：顆粒團(tuán)聚體(0.25–2 mm)，微團(tuán)聚體 (0.053–0.25 mm)以及泥沙黏土組分(<0.053 mm)。通過(guò)多因素方差分析MANOVA (multiple analysis of variance) 和協(xié)方差分析MANCOVA (multiple analysis of covariance)去除不同地點(diǎn)造成的影響，量化了闊葉林-針葉林礦質(zhì)土壤的團(tuán)聚特性、有機(jī)碳以及總氮的差異。
圖1. 六個(gè)研究地點(diǎn)(黑色三角形)(a)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(b)
結(jié)果表明：（1）闊葉林土壤的有機(jī)碳和總氮比針葉林高30-50%(圖2)，其中團(tuán)聚體的貢獻(xiàn)量占闊葉林土壤有機(jī)碳和總氮總累積量的75-77%(圖3)。造成闊葉林有機(jī)碳和總氮累積的原因是因?yàn)椋篴.團(tuán)聚體中有機(jī)碳和總氮濃度增加了30-50%；b.顆粒團(tuán)聚體相對(duì)質(zhì)量增加了50%，非團(tuán)聚體（泥沙黏土組分）相對(duì)質(zhì)量減少了14%，這直接導(dǎo)致了闊葉林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性（平均重量直徑）增加了三分之一；c.土壤C/N沒(méi)有顯著差異（圖4）。近700種可能的不確定性分析表明我們的研究結(jié)果可靠性較高，在粘土含量少、海拔和降水量較高、水曲柳較多而楊樹(shù)較少的地區(qū)，相對(duì)于針葉林，闊葉林則會(huì)有更高的土壤碳氮累積（圖5）。
圖2. 闊葉林-針葉林土壤組分團(tuán)聚特性、有機(jī)碳以及總氮的差異
圖3. 三個(gè)土壤組分對(duì)闊葉林土壤有機(jī)碳（左）和總氮（右）累積的貢獻(xiàn)率
圖4. 針葉林轉(zhuǎn)變?yōu)殚熑~林之后土壤有機(jī)碳和總氮累積的3個(gè)土壤團(tuán)聚機(jī)制過(guò)程
圖5. 關(guān)于地理氣候條件、土壤和闊葉樹(shù)與針葉樹(shù)采樣差異的不確定性。
該研究由博士生魏晨輝等主要完成，王文杰研究員為通訊作者，相關(guān)成果發(fā)表在Land Degradation & Development(IF=3.775)。該成果由中科院東北地理所與東北林業(yè)大學(xué)共同完成，由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41730641）、龍江“頭雁”計(jì)劃、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFA0600802）等共同資助。
論文信息：Chenhui Wei, Qiong Wang, Manli Ren, Zhongxue Pei, Jiali Lu, Huimei Wang, Wenjie Wang*. Soil aggregation accounts for the mineral soil organic carbon and nitrogen accrual in broadleaved forests as compared to that of coniferous forests in Northeast China: Cross‐sites and multiple species comparisons. Land Degrad Dev.2020, 1–14.
論文連接：https://doi.org/10.1002/ldr.3725
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