人工植被恢复对黑土土壤有机质组分与氮素形态的影响

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为了系统阐述人工植被恢复对土壤有机质和氮素形态的影响,本研究选取典型黑土区6种人工林(水曲柳林、美青杨林、黄菠萝林、落叶松林、樟子松林和云杉林,代表人工恢复植被类型)和21年、35年、46年和55年生落叶松人工林(代表植被不同恢复阶段)土壤为研究对象,并以相邻耕地(代表植被恢复前阶段)和山杨天然次生林(未经开垦干扰,代表开垦前阶段)土壤为对照。通过对土壤总有机质、游离态、物理保护态和矿质结合态有机质组分碳含量、全氮、铵态氮、硝态氮和活性有机氮(可溶性有机氮、微生物量氮、轻组和颗粒有机氮)的测定、计算与分析,探究植被恢复类型和不同恢复阶段对土壤有机质组分和各形态氮素的影响。主要研究结果如下:(1)各人工林较耕地均不同程度地提升了土壤总有机质碳含量,提升幅度为7.78~62.16%,其中黄菠萝林土壤总有机质碳含量与天然次生林无显著差异。人工林土壤游离态有机质碳含量均显著高于耕地且与次生林之间无显著性差异;6种人工林物理保护态有机质碳含量显著高于耕地土壤,提升幅度为97.01~347.13%,但仅黄菠萝人工林与次生林差异不再显著。人工植被恢复对黑土土壤有机质及其组分的影响主要通过增加游离态有机质和物理保护态有机质的含量得以实现。黄菠萝人工林土壤总有机质、游离态和物理保护有机质均与次生林无显著差异,表明黄菠萝林对退化黑土的改良修复效果最优。(2)6种人工林土壤全氮含量均显著高于耕地,提升幅度为13.18~70.91%,仅黄菠萝林表层土壤全氮含量与次生林差异不显著。各人工林中,黄菠萝、落叶松、樟子松和云杉人工林可溶性有机氮含量显著高于耕地,云杉林与天然次生林之间无显著性差异;除落叶松林土壤微生物量氮含量与耕地无显著差异外,其余林分均显著高于耕地土壤,其中美青杨、黄菠萝林和云杉林与天然次生林之间差异不显著;轻组有机氮含量在林地土壤中显著高于耕地并与次生林无显著差异;相比于耕地,6种人工林颗粒有机氮含量显著提升,仅黄菠萝林与次生林差异不显著。黄菠萝林显著提升了土壤全氮和活性有机氮含量,同时与次生林无显著差异,表明黄菠萝林对土壤氮素的改良效果最为显著。(3)46年和55年生落叶松人工林土壤总有机质碳含量虽显著低于天然次生林却显著高于耕地土壤;35年、46年和55年生落叶松人工林游离态有机质碳含量均显著高于耕地土壤,提升幅度为48.81~103.57%且与天然次生林之间无显著性差异;46年和55年生落叶松人工林物理保护态有机质碳含量显著高于耕地土壤,分别为耕地的252.41%和309.66%,仅55年生落叶松人工林表层土壤物理保护态有机质碳含量与次生林差异不显著。土壤游离态有机质恢复的时限更短,可将其作为评价黑土土壤有机质变化的敏感性指标。(4)55年生落叶松人工林土壤全氮含量较耕地显著提升近22%,但仍显著低于天然次生林。35年、46年和55年落叶松人工林土壤可溶性有机氮含量均显著高于耕地土壤同时显著低于次生林;而土壤微生物量氮含量在恢复55年时才显著高于耕地,但仍显著低于次生林,仅为次生林的90.17%;35年、46年和55年生落叶松人工林土壤轻组和颗粒有机氮含量显著高于耕地土壤,55年生落叶松人工林土壤轻组有机氮含量与次生林差异不显著,而颗粒有机氮经55年人工植被恢复后仅为次生林的46.67%。表明落叶松人工林对土壤全氮和活性有机氮组分有一定的恢复作用,但与天然次生林仍存在一定差距。
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