華南植物園揭示亞熱帶原生林、次生林和人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷變化格局
半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，隨著工業(yè)化和城市化的突飛猛進(jìn)，我國(guó)亞熱帶地區(qū)大面積天然林砍伐后變成人工林，或退化成次生林。然而，隨著森林類(lèi)型的改變，植物和土壤的碳、氮、磷庫(kù)發(fā)生了哪些變化、變化的程度有多大等問(wèn)題仍然未知。同時(shí)，在當(dāng)前城市規(guī)模不斷擴(kuò)張導(dǎo)致造林面積增長(zhǎng)有限的前提下，如何去改造改良現(xiàn)有低效林地生態(tài)系統(tǒng)，提高其地力、生產(chǎn)力和生態(tài)服務(wù)功能，是未來(lái)森林經(jīng)營(yíng)的根本出路。
中科院華南植物園生態(tài)中心羅先真在溫達(dá)志研究員的指導(dǎo)下，依托中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)-應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收支論證及相關(guān)問(wèn)題之“中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀、速率、機(jī)制與潛力研究”課題和廣州市林業(yè)和園林局“廣州市森林碳匯計(jì)量與監(jiān)測(cè)研究”項(xiàng)目所建立的樣地，開(kāi)展了地帶性原生常綠闊葉林、次生林和人工林生態(tài)系統(tǒng)中植被和土壤碳氮磷儲(chǔ)量、分配及碳周轉(zhuǎn)關(guān)鍵酶的研究。主要結(jié)果如下：（1）原生林向次生林、人工林轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致植物和土壤碳、氮、磷庫(kù)下降；原生林表層土壤磷升高而下層土下降，意味著植被巨大生物量磷需求和歸還驅(qū)動(dòng)了土壤磷的再分配。（2）植被生物量是驅(qū)動(dòng)土壤碳、氮、磷輸入與保存、從而改變生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷化學(xué)計(jì)量比的關(guān)鍵。（3）亞熱帶地區(qū)森林生長(zhǎng)受氮、磷共限制及其共同調(diào)控。（4）植被生物量與土壤碳氮磷庫(kù)及其化學(xué)計(jì)量比之間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系模型，是判別林地轉(zhuǎn)化影響的有效工具，能夠?yàn)閷?shí)施原生林保護(hù)和次生林恢復(fù)行動(dòng)計(jì)劃提供強(qiáng)有力的支持。（5）和原生林相比，次生林和人工林中土壤活性碳組分含量減少顯著降低水解酶活性，土壤惰性碳組分含量的下降則顯著降低了氧化酶活性，從而不利于土壤有機(jī)碳積累?？傊狙芯繌?qiáng)調(diào)：第一，優(yōu)先保護(hù)原生闊葉林以維持其高生產(chǎn)力、地力和碳匯強(qiáng)度的穩(wěn)定性；第二，選擇本土速生闊葉樹(shù)種對(duì)低效次生林進(jìn)行改造，通過(guò)生物量積累以快速提高生產(chǎn)力和地力是合理可行的；第三，對(duì)于貧瘠立地，配套施用氮磷復(fù)合肥，以助力樹(shù)木復(fù)壯、加速生物量碳積累和土壤碳輸入，是一項(xiàng)重要的營(yíng)林干預(yù)措施。
相關(guān)的研究結(jié)果已經(jīng)分別發(fā)表在學(xué)科主流期刊Catena (IF2018=3.851；地球科學(xué)6/136)和Science of the Total Environment（《全環(huán)境科學(xué)》） (IF2018=5.589；環(huán)境科學(xué)5/117)。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略科技先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)和廣州市科技計(jì)劃等的資助。
圖1 原生闊葉林（BF）、次生林（SF）和人工林（PF）植被和土壤碳氮磷的變化
圖2 結(jié)構(gòu)方程模型揭示驅(qū)動(dòng)土壤有機(jī)碳變化的關(guān)鍵因子及其相對(duì)貢獻(xiàn)
