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華南植物園揭示亞熱帶原生林、次生林和人工林生態(tài)系統碳氮磷變化格局
半個多世紀以來，隨著工業(yè)化和城市化的突飛猛進，我國亞熱帶地區(qū)大面積天然林砍伐后變成人工林，或退化成次生林。然而，隨著森林類型的改變，植物和土壤的碳、氮、磷庫發(fā)生了哪些變化、變化的程度有多大等問題仍然未知。同時，在當前城市規(guī)模不斷擴張導致造林面積增長有限的前提下，如何去改造改良現有低效林地生態(tài)系統，提高其地力、生產力和生態(tài)服務功能，是未來森林經營的根本出路。
中科院華南植物園生態(tài)中心羅先真在溫達志研究員的指導下，依托中國科學院戰(zhàn)略先導科技專項-應對氣候變化的碳收支論證及相關問題之“中國森林生態(tài)系統固碳現狀、速率、機制與潛力研究”課題和廣州市林業(yè)和園林局“廣州市森林碳匯計量與監(jiān)測研究”項目所建立的樣地，開展了地帶性原生常綠闊葉林、次生林和人工林生態(tài)系統中植被和土壤碳氮磷儲量、分配及碳周轉關鍵酶的研究。主要結果如下：（1）原生林向次生林、人工林轉變，導致植物和土壤碳、氮、磷庫下降；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動了土壤磷的再分配。（2）植被生物量是驅動土壤碳、氮、磷輸入與保存、從而改變生態(tài)系統碳氮磷化學計量比的關鍵。（3）亞熱帶地區(qū)森林生長受氮、磷共限制及其共同調控。（4）植被生物量與土壤碳氮磷庫及其化學計量比之間經驗關系模型，是判別林地轉化影響的有效工具，能夠為實施原生林保護和次生林恢復行動計劃提供強有力的支持。（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碳積累?？傊?，本研究強調：第一，優(yōu)先保護原生闊葉林以維持其高生產力、地力和碳匯強度的穩(wěn)定性；第二，選擇本土速生闊葉樹種對低效次生林進行改造，通過生物量積累以快速提高生產力和地力是合理可行的；第三，對于貧瘠立地，配套施用氮磷復合肥，以助力樹木復壯、加速生物量碳積累和土壤碳輸入，是一項重要的營林干預措施。
相關的研究結果已經分別發(fā)表在學科主流期刊Catena (IF2018=3.851；地球科學6/136)和Science of the Total Environment（《全環(huán)境科學》） (IF2018=5.589；環(huán)境科學5/117)。該研究得到了中國科學院戰(zhàn)略科技先導專項和廣州市科技計劃等的資助。
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 結構方程模型揭示驅動土壤有機碳變化的關鍵因子及其相對貢獻
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