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林龄对水杉人工林土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响
师歌, 阮宏华, 方玉, 刘晖晖, 石珂, 沈彩芹, 徐亚明, 曹国华, 霍建军
南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 50 ›› Issue (4) : 115-125.
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林龄对水杉人工林土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响
Effects of stand age on soil C-N-P stoichiometry characteristics in Metasequoia glyptostroboides plantations
【目的】研究林龄对水杉(Metasequoia glyptostroboides)人工林土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响,为深入了解水杉人工林土壤碳氮磷生物地球化学循环,以及优化水杉人工林持续经营管理提供科学依据。【方法】在江苏省东台林场选取5个林龄(8、17、22、32、42 a)的水杉人工林为研究对象,每个林龄阶段随机设置3个重复的野外定位监测样地,于2023年7月(生长季)、2024年1月(非生长季)分别采集(0,20]、(20,40]、(40,60] cm土壤剖面的样品。通过测定各土层的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、有效磷(AP)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)含量以及各土层的含水率(SWC)、pH等土壤理化性质,研究不同林龄水杉人工林土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的变化特征。【结果】不同林龄水杉人工林土壤碳、氮、磷组分均有不同程度的表聚现象,碳、氮组分在幼龄林(8 a)至中龄林(17 a)阶段显著上升,碳组分在中龄林(17 a)至过熟林(42 a)逐渐下降,而氮组分在中龄林(17 a)至成熟林(32 a)下降,在过熟林(42 a)略有回升。林龄与土壤深度并未对TP含量造成显著影响。不同林龄水杉人工林土壤碳氮比(C/N,质量分数比,下同)、碳磷比(C/P)和氮磷比(N/P)平均值均明显低于全国土壤C/N(11.90)、C/P(61.00)和N/P(5.20)平均水平,表明该地区土壤可利用碳、氮元素相对缺乏。深层土壤C/N高于表层土壤;表层土壤C/P、N/P均高于深层土壤,本研究区土壤碳氮磷生态化学计量比受N限制。【结论】在沿海滩涂围垦区人工造林并适当延长轮伐期对该地区土壤改良和土壤肥力的提升具有重要作用,为今后对水杉人工林可持续经营提供了理论依据,也可为深入了解森林生态系统土壤碳循环过程提供理论参考。
【Objective】This study investigated the effects of stand age on soil carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) concentrations and their ecological stoichiometric characteristics in Metasequoia glyptostroboides plantations, aiming to advance the understanding of soil C-N-P biogeochemical cycling and provide scientific guidance for sustainable forest management.【Method】Five M. glyptostroboides stands (aged 8, 17, 22, 32, and 42 years) were selected in Dongtai Forest Farm, Jiangsu Province. Three replicate monitoring plots (20 m × 20 m) were randomly established for each stand age. Soil samples were collected from (0, 20] cm, (20, 40] cm, and (40, 60] cm soil profiles during the growing season (July 2023) and non-growing season (January 2024).Analyzed parameters included soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), available phosphorus (AP), microbial biomass carbon (MBC), microbial biomass nitrogen (MBN), soil water content (SWC), and pH. These measurements quantified age-related variations in soil nutrient concentrations and stoichiometric ratios (C/N, C/P, N/P).【Result】Surface accumulation of soil C and N components varied significantly with stand age. Both C and N concentrations increased markedly from young stands (8 a) to middle-aged stands (17 a). However, C concentrations progressively declined from middle-aged (17 a) to over-mature stands (42 a), while N concentrations decreased from middle-aged (17 a) to mature stands (32 a), with partial recovery in over-mature stands (42 a). Stand age and soil depth showed no significant impact on TP. The mean stoichiometric ratios (C/N is 11.90; C/P is 61.00; N/P is 5.20) were notably lower than national averages, indicating limited availability of C and N in regional soils. Vertical stratification revealed higher C/N ratios in deeper soil layers (> 20 cm) compared to surface layers, while surface soils exhibited elevated C/P and N/P ratios. Ecological stoichiometric relationships highlighted nitrogen as the primary limiting factor for soil nutrient cycling.【Conclusion】Afforestation in coastal reclaimed areas and appropriate extension of rotation periods enhance soil fertility in M. glyptostroboides plantations. These findings establish a theoretical foundation for sustainable management practices and deepen insights into soil organic carbon cycling mechanisms in forest ecosystems.
水杉人工林 / 生态化学计量特征 / 林龄 / 土壤理化性质 / 沿海滩涂 / 轮伐期
Metasequoia glyptostroboides plantation / ecological stoichiometry characteristics / forest age / soil physicochemical properties / coastal reclaimed area / rotation period
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