東北地理所發現闊葉林-針葉林礦質土壤碳氮截獲差異的土壤團聚機制
北半球高緯度地區生長著大面積的森林，主要由針葉和闊葉樹種組成，二者更替成為主要的森林演替特征。礦質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揮著重要作用；但由于不同研究地點間樹種，樹木大小，土壤基質以及地理氣候因素的差異，導致闊葉林-針葉林礦質土壤碳氮截獲差異結論不一致， 這阻礙了不同林型對土地退化和發展影響的評估。
中科院東北地理所城市森林與濕地學科組的研究人員對6個地點（圖1）的14種常見造林樹種共202塊樣地進行了樣品采集。并將土壤進行組分分級：顆粒團聚體(0.25–2 mm)，微團聚體 (0.053–0.25 mm)以及泥沙黏土組分(<0.053 mm)。通過多因素方差分析MANOVA (multiple analysis of variance) 和協方差分析MANCOVA (multiple analysis of covariance)去除不同地點造成的影響，量化了闊葉林-針葉林礦質土壤的團聚特性、有機碳以及總氮的差異。
圖1. 六個研究地點(黑色三角形)(a)與實驗設計(b)
結果表明：（1）闊葉林土壤的有機碳和總氮比針葉林高30-50%(圖2)，其中團聚體的貢獻量占闊葉林土壤有機碳和總氮總累積量的75-77%(圖3)。造成闊葉林有機碳和總氮累積的原因是因為：a.團聚體中有機碳和總氮濃度增加了30-50%；b.顆粒團聚體相對質量增加了50%，非團聚體（泥沙黏土組分）相對質量減少了14%，這直接導致了闊葉林土壤團聚體穩定性（平均重量直徑）增加了三分之一；c.土壤C/N沒有顯著差異（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、水曲柳較多而楊樹較少的地區，相對于針葉林，闊葉林則會有更高的土壤碳氮累積（圖5）。
圖2. 闊葉林-針葉林土壤組分團聚特性、有機碳以及總氮的差異
圖3. 三個土壤組分對闊葉林土壤有機碳（左）和總氮（右）累積的貢獻率
圖4. 針葉林轉變為闊葉林之后土壤有機碳和總氮累積的3個土壤團聚機制過程
圖5. 關于地理氣候條件、土壤和闊葉樹與針葉樹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，相關成果發表在Land Degradation & Development(IF=3.775)。該成果由中科院東北地理所與東北林業大學共同完成，由國家自然科學基金項目（41730641）、龍江“頭雁”計劃、科技部國家重點研發計劃（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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