东北地理所发现阔叶林-针叶林矿质土壤碳氮截获差异的土壤团聚机制

北半球高纬度地区生长着大面积的森林，主要由针叶和阔叶树种组成，二者更替成为主要的森林演替特征。矿质土壤中的碳氮约占陆地生物圈的75%和90%，在维持全球碳氮平衡方面发挥着重要作用；但由于不同研究地点间树种，树木大小，土壤基质以及地理气候因素的差异，导致阔叶林-针叶林矿质土壤碳氮截获差异结论不一致， 这阻碍了不同林型对土地退化和发展影响的评估。

中科院东北地理所城市森林与湿地学科组的研究人员对6个地点（图1）的14种常见造林树种共202块样地进行了样品采集。并将土壤进行组分分级：颗粒团聚体(0.25–2 mm)，微团聚体 (0.053–0.25 mm)以及泥沙黏土组分(<0.053 mm)。通过多因素方差分析MANOVA (multiple analysis of variance) 和协方差分析MANCOVA (multiple analysis of covariance)去除不同地点造成的影响，量化了阔叶林-针叶林矿质土壤的团聚特性、有机碳以及总氮的差异。

图1. 六个研究地点(黑色三角形)(a)与实验设计(b)

结果表明：（1）阔叶林土壤的有机碳和总氮比针叶林高30-50%(图2)，其中团聚体的贡献量占阔叶林土壤有机碳和总氮总累积量的75-77%(图3)。造成阔叶林有机碳和总氮累积的原因是因为：a.团聚体中有机碳和总氮浓度增加了30-50%；b.颗粒团聚体相对质量增加了50%，非团聚体（泥沙黏土组分）相对质量减少了14%，这直接导致了阔叶林土壤团聚体稳定性（平均重量直径）增加了三分之一；c.土壤C/N没有显著差异（图4）。近700种可能的不确定性分析表明我们的研究结果可靠性较高，在粘土含量少、海拔和降水量较高、水曲柳较多而杨树较少的地区，相对于针叶林，阔叶林则会有更高的土壤碳氮累积（图5）。

图2. 阔叶林-针叶林土壤组分团聚特性、有机碳以及总氮的差异

图3. 三个土壤组分对阔叶林土壤有机碳（左）和总氮（右）累积的贡献率

图4. 针叶林转变为阔叶林之后土壤有机碳和总氮累积的3个土壤团聚机制过程

图5. 关于地理气候条件、土壤和阔叶树与针叶树采样差异的不确定性。

该研究由博士生魏晨辉等主要完成，王文杰研究员为通讯作者，相关成果发表在Land Degradation & Development(IF=3.775)。该成果由中科院东北地理所与东北林业大学共同完成，由国家自然科学基金项目（41730641）、龙江“头雁”计划、科技部国家重点研发计划（2016YFA0600802）等共同资助。

论文信息：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.

论文连接：https://doi.org/10.1002/ldr.3725