摘要
粗木质残体(Coarse Woody Debris, CWD)是森林生态系统重要的功能和结构组成部分，在森林生产力、养分循环、分解、生物多样性和固碳等方面发挥着重要的作用，并形成了森林生态系统的碳库。 在过去的几十年里，大量的研究试图将粗木质残体的特征与森林演替、群落组成、养分循环和森林管理联系起来。然而，人们对粗木质残体的生态化学计量及其元素组成研究较少。粗木质残体被认为对位于其下土壤的影响的基本机制是不同的，因此，不同森林类型或树种对土壤的响应存在较大差异。同一林型同一树种不同腐烂等级倒木的元素组成及其对土壤性质的影响是否存在差异，或不同林型同一树种相同腐烂等级倒木的元素组成及其对土壤性质的影响是否存在差异，以及它们之间的多因素互作机制迄今仍不清楚。所以，为了分析不同林型同一树种（红松）不同腐烂等级倒木元素组成的差异及其对三种不同森林类型土壤N、C浓度、交换性阳离子、其他土壤养分浓度和酶活性等化学性质的影响，本项研究在黑龙江省伊春市带岭区东北林业大学凉水国家级自然保护区(47°10′50″N, 128°53′20″E)内，分别对云冷杉-红松林( Picea koraiensis-Abies nephrolepis-Pinus koraiensis forest (PAPF))、枫桦红松林(Betula costata-Pinus koraiensis forest (BPF))和椴树红松林(Tilia amurenis-pinus koraiensis forest, TPF) 3种森林类型进行了试验设计，采用样地设置与调查、样品采集与测定以及数据统计分析相结合的方法，开展了较为系统的研究。得出的结果如下： (1) 除三种林型中倒木的钾（K）和云冷杉红松林倒木的硼（B）外，倒木的全氮（N）、全磷（P）、镁（Mg）、锰（Mn）、钠（Na）、锌（Zn）、硫（S）、铝（Al）和铁（Fe）含量均随其腐烂程度增加而增加；在不同腐烂等级下，枫桦红松林内倒木的氮（N）、磷（P）、硼（B）、镁（Mg）、钾（K）、总碳（C）、锌（Zn）和锰（Mn）均最大值，但是铁（Fe）和硫（S）的最高浓度分别出现在云杉冷杉红松林(PAPF)和椴树红松林(TPF)中。只有总碳（C）含量在三种森林类型不同腐烂等级倒木之间均无显著差异。 (2) 对于腐烂等级为IV级的倒木，云冷杉红松林（ PAPF ）、枫桦红松林（BPF）和椴树红松林（TPF）三种林型的土壤有机碳、氮、pH、养分和酶活性均受到森林类型、腐烂等级和离开腐烂倒木的距离的显著影响。 在离开倒木50 cm的距离时，倒木的影响要么可以忽略，要么不明显。椴树红松林（BPF）土壤的pH值最高，云冷杉红松林（PAPF）土壤的全氮（N）、有机碳（C）、铵态氮（NH4+）、磷（P）、钾（K）、镁（Mg）和钙（Ca）的浓度最大，其次是枫桦红松林（BPF）。 (3) 三种林型（PAPF、BPF和TPF）倒木养分和土壤养分之间具有可靠的相关关系。然而， 三种林型之间它们的相关性并不相同。这应该是一个关于简化属性相互关系的值得注意的方面，这需要在相互冲突的生态梯度中进行探究。我们观察到倒木的磷（P）和总碳（C） 与土壤pH值呈正相关，而与铝（Al3+）呈负相关。倒木的全氮（N）与土壤脲酶呈正相关，相比较而言，倒木的全氮（N）和总碳（C）分别与土壤转化酶和脱氢酶呈负相关。 (4) 倒木的腐烂率显著相关与所有三种林型内各种腐烂等级倒木的全氮（N）和碳氮比（C:N）。这个结果表明碳和氮浓度是影响倒木分解的主要因子。而且，对于钾来说，也观测到相似的趋势。在所有三种林型中随倒木腐烂等级的增加，钾（K）的浓度降低。在这里所观测到的养分浓度的变化凸显了森林生态系统木质残体储存养分的复杂性。在本项研究中，我们观测到粗木质残体（CWD）固持了碳（C），对不同森林类型植物的功能的影响做出来贡献。 (5) 粗木质残体（CWD）在森林生态系统倒木分解中起着关键的作用，从而通过提高土壤酶活性提升土壤碳（C）和养分收支；该研究还表明，碳（C）、氮（N）、磷（P）和其他土壤养分随着腐烂等级的增加而增加。本研究还指出，粗木质残体（CWD）在提高腐烂倒木下土壤的酶活性方面起着关键作用。我们也观测到，粗木质残体（CWD）是森林生态系统养分循环过程的关键因素。 (6) 粗木质残体（CWD）中的硫（S）与土壤中的硫（S）、粗木质残体（CWD）中的碳（C）与土壤中的碳（C）、粗木质残体（CWD）中的钾（K）与土壤中的钾（K）、粗木质残体（CWD）中的镁（Mg）与土壤中的镁（Mg）均呈负相关。这项研究表明，土壤养分浓度和酶活性的变化同样受到了倒木腐烂等级的影响。 综上所述，在生物地球化学循环的过程中，粗木质残体（CWD）在这三种林型的生态系统中起着重要的作用。云冷杉红松林（PAPF）、枫桦红松林（BPF）和椴树红松林（TPF）三种林型的死木（deadwood）在分解过程中积累了大量的养分，并形成了营养相对丰富的微立地。 此外，在这三种林型中，相对于土壤溶液来说，粗木质残体（CWD）似乎是碳和养分的一个重要来源。它的形成和维持在森林生态系统中具有重要的生态意义，应在管理不同林型森林生态系统的固碳和功能多样性时加以考虑。
NETL