Effects of Management Methods on Soil Organic Carbon, Nitrogen and Phosphorus in Oak Secondary Forests

doi:10.13466/j.cnki.lyzygl.2022.03.015

Abstract

Abstract:

Taking oak secondary forests in Xiaolongshan,Tianshui,Gansu Province as the research subject,the differences of soil organic carbon (SOC),total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) contents in 0-30cm soil under different management methods were compared after 8 years of management,and their distribution and stoichiometric characteristics were analyzed to provide reference for forest management in this area.In this study,using unmanaged (UC) as a control,3 management methods of close to natural forest management (CNFM: thinning of target trees),structure-based forest management (SBFM: thinning of optimized forest spatial structure) and secondary forest comprehensive silvicuture (SFCS: thinning of reduced stand density) were compared.The results showed as follows: 1) Soil SOC,TN and TP increased in SBFM,while SOIL TP increased in CNFM.Soil SOC and TN were enriched in soil surface and showed a decreasing trend.Soil TP decreased first and then increased in CNFM and SBFM,but decreased in SFCS.2) Soil C:N increased after management,while soil C:P and N:P decreased significantly in CNFM and SBFM.With the increase of soil depth,C:P and N:P showed a decreasing trend,but the law of C:N was not obvious.3) Correlation analysis showed that N dominated SOC changes and P controlled SFCS.In conclusion,managements changed the soil nutrient structure,soil SOC decomposition slowed down,the availability of P increased,and the restriction of N intensified after management.SBMF had a good effect on improving soil nutrients and increasing carbon sink,so it was suggested to adopt this management model in this area.

Key words: natural oak secondary forest, structure-based forest management, soil organic carbon, stoichiometry

CLC Number:

S714.2

OU Zeyu, PENG Zhen, WANG Yuanyuan, ZHANG Xidan, RAO Feng, XIE Peilin, WAN Pan. Effects of Management Methods on Soil Organic Carbon, Nitrogen and Phosphorus in Oak Secondary Forests[J]. FOREST RESOURCES WANAGEMENT, 2022, 0(3): 96-103.

Figures/Tables 7

Tab.1

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Fig.2

Fig.3

Fig.4

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References 48

[1]	Jenkinson D S, Adams D E, Wild A. Model estimates of CO₂ emissions from soil in response to global warming[J]. Nature, 1991, 351:304-306. doi: 10.1038/351304a0
[2]	Houghton J T. Climate change[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1995.
[3]	刘世荣, 王晖, 栾军伟. 中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展[J]. 生态学报, 2011, 31(19):5437-5448.
[4]	周国模, 刘恩斌, 佘光辉. 森林土壤碳库研究方法进展[J]. 浙江林学院学报, 2006, 23(2):207-216.
[5]	项文化, 黄志宏, 闫文德, 等. 森林生态系统碳氮循环功能耦合研究综述[J]. 生态学报, 2006, 26(7):2365-2372.
[6]	Dise N B, Matzner E, Forsius M. Evaluation of organic horizon C:N ratio as an indicator of nitrate leachingin conifer forests across Europe[J]. Environmental Pollution, 1998, 102(S1):453. doi: 10.1016/S0269-7491(98)80068-7
[7]	Vitousek P M, Porder S, Houlton B Z, et al. Terrestrial phosphorus limitation:mechanisms,implications,and nitrogen-phosphorus interactions[J]. Ecological Applications, 2010, 20(1):5-15. doi: 10.1890/08-0127.1
[8]	王绍强, 于贵瑞. 生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征[J]. 生态学报, 2008, 28(8):3937-3947.
[9]	Chen Xinli, Chen Han Y H, Chen Xin, et al. Soil labile organic carbon and carbon-cycle enzyme activities under different thinning intensities in Chinese fir plantations[J]. Applied Soil Ecology, 2016, 107:162-169. doi: 10.1016/j.apsoil.2016.05.016
[10]	周莉, 李保国, 周广胜. 土壤有机碳的主导影响因子及其研究进展[J]. 地球科学进展, 2005(1):99-105. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2005.01.0099
[11]	聂道平, 徐德应, 王兵. 全球碳循环与森林关系的研究--问题与进展[J]. 世界林业研究, 1997(5):34-41.
[12]	吴昊. 基于生态位分化的秦岭松栎混交林建群种共存机制[J]. 植物分类与资源学报, 2015, 37(6):828-836
[13]	宋辉, 刘康, 范亚宁. 秦岭山地森林退化时空变化分析[J]. 中国人口·资源与环境, 2016, 26(S1):153-157.
[14]	陆元昌, 张守攻, 雷相东, 等. 人工林近自然化改造的理论基础和实施技术[J]. 世界林业研究, 2009, 22(1):20-27.
[15]	惠刚盈, Von Gadow K, 胡艳波, 等. 结构化森林经营[M]. 北京: 中国林业出版社, 2007.
[16]	裴允鹏, 张锡山, 刘志田. 次生林综合经营方法[J]. 林业勘查设计, 2000(2):54-55.
[17]	赵中华, 惠刚盈. 21世纪以来我国首创的森林经营方法[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(12):50-57.
[18]	袁士云. 甘肃省小陇山现有林分经营模式评价研究[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2010.
[19]	胡雪凡, 张会儒, 张晓红. 中国代表性森林经营技术模式对比研究[J]. 森林工程, 2019, 35(4):32-38.
[20]	万盼, 刘文桢, 刘瑞红, 等. 结构化经营对栎类天然次生林林分空间结构及稳定性的影响[J]. 林业科学, 2020, 56(4):35-45.
[21]	侯浩, 张宋智, 关晋宏, 等. 小陇山不同林龄锐齿栎林土壤有机碳和全氮积累特征[J]. 生态学报, 2016, 36(24):8025-8033.
[22]	安定国. 甘肃小陇山高等植物志[M]. 兰州: 甘肃民族出版社, 1995.
[23]	张弓乔, 惠刚盈. 基于林分状态特征的森林经营试验样地设计新方法[J]. 林业科学研究, 2015, 28(2):145-151.
[24]	LY/T 1275-1999,森林土壤分析方法[S].
[25]	鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000:76.
[26]	袁士云, 张宋智, 刘文桢, 等. 小陇山辽东栎次生林的结构特征和物种多样性[J]. 林业科学, 2010, 46(5):27-34.
[27]	葛兆轩, 苑美艳, 单博文, 等. 塞罕坝华北落叶松人工林不同经营模式效果评价[J]. 林业科学研究, 2020, 33(5):38-47.
[28]	万盼. 经营方式对甘肃小陇山锐齿栎天然林林分质量的影响[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2018.
[29]	徐芷君, 刘苑秋, 方向民, 等. 亚热带2种针叶林土壤碳氮磷储量及化学计量比对混交的响应[J]. 水土保持学报, 2019, 33(1):165-170.
[30]	惠昊, 关庆伟, 王亚茹, 等. 不同森林经营模式对土壤氮含量及酶活性的影响[J]. 南京林业大学学报:自然科学版, 2021, 45(4):151-158.
[31]	王洪岩, 王文杰, 邱岭, 等. 兴安落叶松林生物量、地表枯落物量及土壤有机碳储量随林分生长的变化差异[J]. 生态学报, 2012, 32(3):833-843.
[32]	张国庆. 不同经营措施对马尾松人工林生态系统碳储量的影响[D]. 成都: 四川农业大学, 2008
[33]	张涛, 罗于洋, 王树森, 等. 近自然经营方式对不同林龄油松人工林碳储量的影响[J]. 水土保持通报, 2018, 38(2):40-45.
[34]	吴天乐, 戴成栋, 袁巍, 等. 不同经营模式对马尾松天然次生林土壤理化性质的影响[J]. 湖南林业科技, 2014, 41(2):60-64.
[35]	黄凯璇, 汤新艺, 秦欢, 等. 近自然经营对杉木人工林地被物和土壤碳氮积累的影响[J]. 生态环境学报, 2020, 29(8):1556-1565.
[36]	杨会侠. 不同经营模式天然次生阔叶林土壤理化性质研究[J]. 辽宁林业科技, 2017(3):1-5.
[37]	姜沛沛, 曹扬, 陈云明, 等. 不同林龄油松(Pinus tabulaeformis) 人工林植物、凋落物与土壤 C、N、P化学计量特征[J]. 生态学报, 2016, 36(19):6188.
[38]	杨霞, 陈丽华, 郑学良. 不同林龄油松人工林土壤碳、氮和磷生态化学计量特征[J]. 中国水土保持科学(中英文), 2021, 19(2):108-116.
[39]	吴昊, 邹梦茹, 王思芊, 等. 秦岭松栎林土壤生态化学计量特征及其对海拔梯度的响应[J]. 生态环境学报, 2019, 28(12):2323-2331.
[40]	汪宗飞, 郑粉莉. 黄土高原子午岭地区人工油松林碳氮磷生态化学计量特征[J]. 生态学报, 2018, 38(19):6870-6880.
[41]	张藤子, 李亚楠, 韩飞燕, 等. 辽西两种油松混交林土壤及油松叶片C:N:P化学计量特征[J]. 生态学杂志, 2018, 37(10):3061-3067.
[42]	吴昊. 秦岭山地松栎混交林土壤养分空间变异及其与地形因子的关系[J]. 自然资源学报, 2015, 30(5):858-869.
[43]	李珊珊, 耿增超, 姜林, 等. 秦岭火地塘林区土壤剖面碳氮垂直分布规律的研究[J]. 西北林学院学报, 2011, 26(4):1-6.
[44]	Tian Hanqin, Chen Guangsheng, Zhang Chi, et al. Pattern and variation of C:N:P ratios in China's soils:A synthesis of observational data[J]. Biogeochemistry, 2010, 98(1-3). doi: 10.1007/s10533-009-9387-8
[45]	王棣, 耿增超, 佘雕, 等. 秦岭典型林分土壤有机碳储量及碳氮垂直分布[J]. 生态学报, 2015, 35(16):5421-5429.
[46]	吕金林, 闫美杰, 宋变兰, 等. 黄土丘陵区刺槐、辽东栎林地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征[J]. 生态学报, 2017, 37(10):3385-3393.
[47]	仇开莉, 陈文德, 彭培好, 等. 沱江流域内江段土壤有机碳与其他要素的相关性分析[J]. 水土保持研究, 2013, 20(3):28-31.
[48]	熊毅, 李庆逵. 中国土壤[M]. 2版. 北京: 科学出版社, 1987.

样地号	海拔	坡度/(°)	坡向	坡位	平均胸径 /cm	平均树高 /m	林分密度/ (株/hm²)	郁闭度	林下优势种
A1	1749	27	东(E)	上	17.4	12.2	1150	0.8	平榛-苦糖果-茜草 Corylus heterophylla Fisch-Lonicera fragrantissima var.lancifolia- Rubia cordifolia
A2	1727	34	东(E)	中	13.9	12.5	2050	0.8
A3	1699	35	东(E)	下	13.1	12.3	2025	0.8
A4	1709	35	东(E)	中	13.2	12.3	2000	0.8
B1	1664	36	东(E)	下	16.1	12.3	1575	0.8	悬钩子-南蛇藤-茜草 Rubus corchorifolius-Celastrus orbiculatus-Rubia cordifolia
B2	1727	37	东(E)	中	14.5	12.4	1700	0.8
B3	1686	37	东(E)	下	14.6	12.7	1750	0.8
B4	1680	35	东(E)	下	15.5	12.7	1725	0.8
C1	1663	36	东(E)	下	14.4	12.4	1800	0.9	悬钩子-平榛-茜草 Rubus corchorifolius-Corylus heterophylla Fisch-Rubia cordifolia
C2	1717	35	东(E)	中	15.5	12.0	1525	0.9
C3	1760	36	东(E)	上	15.8	12.2	1425	0.9
C4	1735	34	东(E)	上	16.1	13.2	2100	0.9
D1	1711	36	东(E)	中	16.0	13.2	1525	0.8	南蛇藤-平榛-茜草 Rubus corchorifolius-Corylus heterophylla Fisch-Rubia cordifolia
D2	1700	36	东(E)	下	14.5	11.6	1750	0.8
D3	1728	37	东(E)	中	13.1	12.4	1900	0.8
D4	1683	37	东(E)	下	14.3	12.7	1625	0.8

经营模式	相关系数
经营模式	有机碳-全氮(SOC-TN)	有机碳-全磷(SOC-TP)	全氮-全磷(TN-TP)
近自然经营(CNFM)	0.923^**	0.352	0.363
结构化经营(SBMF)	0.988^**	0.452	0.488
次生林综合培育(SFCS)	0.997^**	0.768^**	0.805^**
未经营(UC)	0.929^**	0.385	0.286

经营模式		回归方程	R²	影响因子重要性排序
近自然经营(CNFM)	Y=-0.001+11.801X₁	B(X₁)=0.916	0.852	全氮
结构化经营(SBMF)	Y=4.460+12.467X₁	B(X₁)=0.855	0.978	全氮
次生林综合培育(SFCS)	Y=5.632+13.742X₁-16.029X₂	B(X₁)=0.415,B(X₂)=5.509	0.998	全氮>全磷
未经营(UC)	Y=0.771+8.252X₁	B(X₁)=1.370	0.879	全氮