森林次生演替中土壤C:N:P化学计量变化与生物作用机制

Changes of soil C:N:P stoichiometry have yet to be fully described and the relevant researches are scarce, resulting in seriously deficient knowledge in its change during forest secondary succession and the biological manipulating mechanism. Therefore, the study in current application would be conducted in western Sichuan forest region and focused on the change of soil C:N:P stoichiometry during forest secondary succession and the biological manipulating mechanism. We try to answer three scientific questions: 1) How does soil C:N:P stoichiometry change on early vegetation succession after patch clear-cut to subalpine forests? 2) How, and what differences, does soil C:N:P stoichiometry change between the developments of spruce plantation and regenerated deciduous forests after patch clear-cuts to subalpine forests? and 3) how do biological factors drive the soil C:N:P stoichiometry changes? The diachronic and chronosequence approaches would be used comprehensively to explore the first two questions and further the BACI approach would be applied to explore the third question. The final destination would be to understand the soil consequences of the several typical forestry practices (clearcut, reforestation and natural regeneration) providing as testimonies for the improvement on forestry management and forest restoration in the regions.

揭示次生演替过程中的土壤C:N:P计量学变化及其驱动机制是明确森林次生演替变化规律的重要内容，然而当前的研究很不深入，仍然停留在表象认识阶段，对变化效应的认识分歧较大，对驱动机制的认识肤浅，缺乏研究。因此，本项目将选择川西林区代表性森林次生演替过程，综合应用时间序列、动态定位监测与BACI实验这三种方法，聚焦土壤C:N:P化学计量变化及其生物驱动机制，开展4个内容的研究，试图明确三方面的科学问题：森林块状皆伐及其迹地早期演替中土壤C:N:P化学计量变化与趋势、阔叶林更新与人工林演替过程中土壤C:N:P化学计量演变趋势及其差异性以及驱动土壤C:N:P化学计量变化的生物源（树种替代、地上底下凋落物、根系与土壤微生物）综合作用过程与机理，并综合评估代表性林业实践活动（采伐、造林与自然更新）对土壤C:N:P化学计量变化的影响后果，为森林恢复与次生林持续经营管理提供土壤学证据。

揭示次生演替过程中的土壤 C:N:P 计量学变化及其驱动机制是明确森林次生演替变化规律的重要内容。本项目在区域尺度的亚高山森林、皆伐迹地次生演替早期、不同林龄云杉人工林系列以及不同恢复树种（针叶林vs.阔叶林）动态监测的固定样地进行研究，分析和探索了土壤C:N:P化学计量的时空变化趋势及其相关驱动机制。主要发现如下结果：.（1）青藏高原东缘亚高山森林土壤C:N:P计量比在土壤剖面上呈幂函数递减趋势，海拔和纬度对土壤剖面各土层的C:N 和N:P比起到主导控制作用，而土壤pH和容重只对表层土壤的C:N 和N:P比起作用。土壤容重和海拔分别控制着0-30 cm和30-100 cm层次的土壤C:P比变异。青藏高原东缘的亚高山森林的C:N:P计量比及其主导因素在土层深度间存在明显差异。.（2）在高海拔皆伐迹地的次生演替早期阶段，土壤C:N在灌丛岛和草地间差异性依赖其物种组成和面积大小，而灌丛岛的土壤N:P和C:P总是要高于草地。随着灌丛岛面积增加，四种灌丛的土壤C:N:P化学计量比呈现相似的增加趋势。灌丛岛面积相同时，土壤N:P和C:P在茶藨子中总是高于其他类型。灌丛种类和面积影响着次生演替早期-灌草丛阶段土壤C:N:P的演替变化趋势，该研究为当前次生演替早期灌草丛阶段的土壤C:N:P计量比变化趋势不确定提供了一个可能性解释.（3）在云杉人工林随林龄增加过程中，土壤C:N:P计量比均呈减小趋势。土壤C:N:P与林下植被生物量和丰富度分别呈现显著正负相关性，同时也和林分水平的叶-木质部间生物量分配格局密切相关。相比于灌丛对照样地，三种不同人工造林树种（落叶松、油松和连香树）均降低了土壤N:P和C:P，且人工恢复针叶林（落叶松林和松林）比阔叶林（连香树）更能增加表层土壤C:N。在人工林生长的10年间，降低了表层土壤（0-10cm）的C:N和C:P，这可能是人工林林分的凋落物储量与质量、乔木生物量/地上总生物量和植物群落指数改变所致的结果。综合起来看，本研究揭示了亚高山人工林生长过程中主要是通过改变林下植被多样性与生物量、凋落物储量和质量等方式驱动人工林土壤C:N:P计量比的演替动态变化。