不同林龄落叶松人工林生态系统磷素积累、分配与转化过程研究

Larch is one of the three coniferous timber forest species in northeast China,the declined soil fertility of Larch plantations directly affects the quality and quantity of Larch wood. Soil phosphorus (P) status is one of the most important factors that inflence the growth and quality of Larch plantations. So, study on the P accumulation, distribution and transformation processes in Larch plantations and the influence from atmospheric nitrogen deposition is of great importance to maintain soil fertility of Larch plantation and provide valuable guidance for sustainable nutrient management of planted forests. In this project, we select Larch plantations at different ages in Northeast China as the research object, adopt a concept of "substitute time with space", integrate field in situ investigations, simulated nitrogen deposition trials and indoor experiments, and use the Hedley sequential P fractionation technique and nuclear magnetic resonance (31P-NMR) technology, aiming to reveal the circulation and spatial variation of P within and between soil and vegetation, the influence on P accumulation, allocation and transformation from atmospheric nitrogen deposition, and the response of plant N:P:K stoichiometry to soil N:P:K stoichiometry variation of Larch plantations of different ages. Ultimately, this project will provide nutrient management strategies for sustainable management of Larch plantations.

落叶松是我国东北地区三大针叶用材林树种之一，落叶松人工林土壤肥力出现衰退现象直接影响木材生产数量与品质；土壤磷素营养状况是影响落叶松人工林生长和品质的重要因素之一，因此研究落叶松人工林生态系统磷素积累、分配与转化过程及大气氮沉降增加对其影响，对维持落叶松人工林生态系统土壤肥力和指导人工林生态系统养分管理具有重要意义。本项目以我国东北不同林龄落叶松人工林为研究对象，以空间代替时间，采用野外原位调查测定、氮沉降模拟控制试验和室内培养实验相结合的方法，并利用土壤Hedley磷分级和核磁共振等技术，确定磷素在落叶松人工林土壤和林木体内外循环及时空变化规律，明确大气氮沉降增加对落叶松人工林系统磷素积累、分配与转化的影响；试图阐明不同林龄落叶松人工林土壤营养元素（氮、磷和钾）化学计量学特征及落叶松植物体内养分化学计量学特征对其变化的响应，为落叶松人工林的可持续经营提供养分管理策略。

落叶松是我国东北地区三大针叶用材林树种之一，落叶松人工林土壤肥力出现衰退现象直接影响木材生产数量与品质；土壤磷素营养状况是影响落叶松人工林生长和品质的重要因素之一，因此研究落叶松人工林生态系统磷素积累、分配与转化过程对维持落叶松人工林生态系统土壤肥力和指导人工林生态系统养分管理具有重要意义。本项目以我国东北不同林龄落叶松人工林为研究对象，首先分析了不同林龄落叶松人工林土壤营养元素（碳、氮和磷）化学计量学特征及落叶松植物体内养分化学计量学特征对其变化的响应；其次利用全木解析法和Hedley磷素分级方法研究了磷素在林木和土壤中的积累与分布规律；最后结合室外和室内培养实验研究凋落物分解对人工林土壤中磷养分含量和形态变化的影响。主要研究结果如下：（1）随着林龄的增加，落叶松人工林土壤的C:N逐渐增加，C:P、N:P随林龄变化不显著；落叶松叶片N:P随林龄增加而增加，且其的N:P比值大于16。（2）随着林龄的增加叶片部位P积累量所占总植物P总积累比例逐渐降低，根、皮部位P积累量所占比例逐渐增加；树叶、树枝和树根部位P积累量占落叶松总P积累量的80%以上。土壤总P、活性P、总无机P含量随林龄增加而降低。（3）落叶松凋落物P的释放模式属于：淋溶--富集--释放。25y 凋落物的P释放速率最快，10y次之，25y最慢。添加凋落物能显著增加土壤Resin-P、NaHCO3-Pi和有机P的含量。其中Resin-P增加的比例最高。针对以上研究结果，对辽东山区落叶松人工林的经营管理提出如下建议：为提高落叶松人工林地力的自我恢复能力，在对落叶松进行收获时，应该尽量只采集干部位，并把树根、树枝、树叶留在林地；为减少磷素在落叶松人工林（中林龄和成熟林)阶段，对落叶松生长的限制，应在相应时期对P进行适当的补充；凋落物分解能明显增加活性P的含量，为维持落叶松人工林的可持续发展，应该尽量减少林下凋落物（特别是新凋落物）的移除。