全 文 ：采伐干扰对东北温带次生林土壤 CH4 通量的影响
*
孙海龙摇 张彦东**
(东北林业大学林学院, 哈尔滨 150040)
摘摇 要摇 2007 年 6 月至 2009 年 10 月,采用静态箱 /气相色谱法测定了不同采伐干扰(皆伐后
农作、皆伐后造林、50%强度采伐、25%强度采伐和对照)条件下,东北地区典型次生林的土壤
CH4通量. 结果表明: 研究样地的土壤均为 CH4的吸收汇.采伐干扰降低了土壤的 CH4吸收能
力,不同处理样地土壤的 CH4吸收通量大小依次为:对照(-85. 03 滋g CH4·m-2·h-1) >50%
强度采伐(-80. 31 滋g CH4·m-2·h-1)>25%强度采伐(-70. 97 滋g CH4·m-2·h-1)>皆伐后
农作(-65. 57滋g CH4·m-2·h-1)>皆伐后造林(-62. 02滋g CH4·m-2·h-1) .各处理样地土壤
CH4吸收通量的季节动态相似,均表现为生长季吸收值较高,冬季较低.采伐干扰后各处理的
土壤温度、土壤湿度、土壤硝态氮和铵态氮含量均增加,而土壤 CH4吸收通量与土壤温度呈显
著二次相关,与土壤含水量呈线性负相关.次生林采伐后土壤含水量、土壤铵态氮和硝态氮含
量的增加是土壤 CH4吸收通量降低的重要控制因子.
关键词摇 次生林摇 皆伐摇 择伐摇 土壤 CH4吸收通量摇 东北林区
文章编号摇 1001-9332(2013)10-2737-09摇 中图分类号摇 S750摇 文献标识码摇 A
Effects of harvest disturbance on soil CH4 flux in a secondary hardwood forest in Northeast
China. SUN Hai鄄long, ZHANG Yan鄄dong (School of Forestry, Northeast Forestry University, Har鄄
bin 150040, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(10): 2737-2745.
Abstract: From June, 2007 to October, 2009, a measurement with static chamber / gas chromato鄄
graph techniques was conducted on the soil CH4 flux in a typical secondary hardwood forest in North鄄
east China under the effects of different harvest disturbances, i. e. , uncut (control), clear cutting
(including both farming and reforestation after clear cutting), 50% stand volume removed, and 25%
stand volume removed. In all of the four treatments, the soil was the sink of atmospheric CH4, but
cutting decreased the soil CH4 uptake flux, with the order of uncut (-85. 03 滋g CH4·m-2·h-1)
> 50% stand volume removed ( - 80. 31 滋g CH4 ·m-2 ·h-1 ) > 25% stand volume removed
(-70. 97 滋g CH4·m-2h-1) > farming after clear cutting (-65. 57 滋g CH4·m-2·h-1) > refores鄄
tation after clear cutting (-62. 02 滋g CH4·m-2·h-1). During the study period, the seasonal pat鄄
terns of the soil CH4 uptake flux in all treatments were similar, with a higher value in growth season
and a lower one in winter. After the harvest disturbance, the soil temperature, humidity, and
NO3 - 鄄N, and NH4 + 鄄N contents were all increased, and the soil CH4 flux had a significant quadratic
correlation with soil temperature, and a negative linear correlation with soil moisture content. It was
suggested that the increase of the soil moisture, NO3 - 鄄N, and NH4 + 鄄N contents after the forest har鄄
vest was the main cause of the decrease of the soil CH4 uptake flux.
Key words: secondary forest; clear cutting; selective cutting; soil CH4 uptake flux; Northeast Chi鄄
na forest area.
*国家自然科学基金项目(30671678)和中央高校基本科研业务费
专项(DL10BA02)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zhyd63@ yahoo. com
2012鄄12鄄03 收稿,2013鄄08鄄01 接受.
摇 摇 CH4是大气中仅次于 CO2的重要温室气体,其
单分子增温效应是 CO2的 23 倍,对全球变暖的贡献
约占 20% [1] .大气中 CH4的消耗主要依靠对流层中
羟基自由基对 CH4的反应消耗、CH4向同温层的散
失和陆地土壤微生物的氧化吸收 3 种途径[1],其中
土壤对大气 CH4的氧化吸收约占大气 CH4吸收汇的
10% (15 ~ 45 Tg CH4·a-1) [2],对大气 CH4平衡具
有重要的调节作用.据估计,温带森林是重要的 CH4
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 10 月摇 第 24 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2013,24(10): 2737-2745
吸收汇,土壤 CH4年吸收量在 3 ~ 11. 7 Tg CH4,但是
不同研究之间的估计差异较大. 目前相关研究数据
主要来源于北美洲和欧洲,以及日本的温带森
林[2-5],我国温带森林土壤 CH4吸收的研究还较
少[5],限制了对全球土壤 CH4吸收汇的准确估算.
采伐是森林培育中应用最频繁的经营措
施[6-7] . 在采伐过程中和采伐后,林地土壤的通气
性[8- 9]、土壤含水量[10]、土壤无机氮含量[7]和地下
水位[7, 11]等均会发生变化,土壤 CH4吸收也将发生
明显的变化.研究发现,皆伐后土壤容重与土壤含水
量增加,降低了土壤中 CH4和 O2的扩散,导致土壤
CH4吸收能力降低,甚至将土壤 CH4吸收汇转变为
CH4排放源[7,10,12];而择伐对林地土壤 CH4吸收的影
响各异, Wu 等[10]对挪威云杉 (Picea abies)林和
Sullivan等[13]对北美黄松(Pinus ponderosa)的研究
发现,择伐后林地土壤 CH4吸收并未发生变化,而
Morishita等[14]对针阔混交林和 Yashiro 等[8]对热带
雨林的研究表明,择伐后林地土壤 CH4吸收能力下
降.说明皆伐和择伐对土壤 CH4吸收的影响并不一
致,而且择伐后土壤 CH4吸收的变化规律及控制机
制尚需进一步探讨.
虽然有关采伐对森林土壤 CH4通量影响的研究
在国际上得到了广泛关注,但我国的相关研究还很
少[11] .东北林区是我国温带森林的重要分布区,有
林地面积约 44伊104 hm2 .由于多年的采伐,现有林分
以天然次生林为主,其面积占该地区有林地面积的
70%以上.目前该地区天然次生林下土壤温室气体
通量的研究主要集中在土壤 CO2通量方面,而对土
壤 CH4通量的研究较少[15-16] .本研究以天然次生林
为对象,分析不同采伐干扰对林地土壤 CH4年通量
的影响,旨在为我国温带森林土壤 CH4通量的准确
估算,以及合理森林经营方式的制定提供基础资料.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究地区位于黑龙江省尚志市东北林业大学帽
儿山实验林 场 ( 45毅 23忆—45毅 26忆 N, 127毅 26忆—
127毅39忆E),属长白山系张广才岭西坡小岭余脉,平
均海拔 300 m.该地区属温带大陆性季风气候,年均
气温 2郾 8 益,1 月平均温度-23 益,7 月平均温度
20. 9 益,年均降水量 723 mm,降水主要集中在 6—8
月,无霜期 110 ~ 120 d. 地带性土壤为暗棕壤. 现存
植被以天然次生林为主.林下土壤为典型暗棕壤.主
要组成树种包括:山杨( Populus davidiana) 、白桦
表 1摇 采伐干扰后样地表层土壤(0 ~ 10 cm)的基本性质
Table 1摇 Basic properties of the surface soil (0-10 cm) in
the plots of different harvest disturbances
处理样地
Treatment
site
总碳
Total
carbon
(g·kg-1)
全氮
Total
nitrogen
(g·kg-1)
C / N 容重
Bulk density
(g·cm-3)
pH
A 6. 05 0. 55 11. 89 1. 10 5. 66
B 7. 29 0. 58 12. 71 0. 87 5. 86
C 7. 59 0. 56 13. 11 0. 70 5. 85
D 5. 01 0. 38 13. 44 1. 03 5. 75
E 4. 86 0. 33 13. 97 0. 94 5. 57
A:皆伐后农作 Farming after clear cutting; B:皆伐后造林 Reforestation
after clear cutting; C: 50%强度采伐 50% stand volume removed; D:
25%强度采伐 25% stand volume removed; E: 对照 Control (Uncut) .
下同 The same below.
(Betula platyphylla)、蒙古栎(Quecus mongolica)、紫
椴( Tilia amurensis)、色木槭 ( Acer mono)、水曲柳
(Fraxinus mandshurica)、黄檗 ( Phellodendron amu鄄
rense)和胡桃楸(Juglans mandshurica)等.
1郾 2摇 样地设置
样地选择在帽儿山实验林场的典型天然次生林
内,位于山坡中下部,海拔 442 m,坡向为西坡,坡度
10毅 ~ 15毅.样地于 2006 年冬季进行采伐,设置 4 种
采伐干扰处理:皆伐后农作、皆伐后造林、50%强度
采伐、25%强度采伐,同时以不采伐样地对对照(表
1),各处理样地面积均为 60 m伊60 m.皆伐后农作样
地在 2007 年春季对直径>2 cm 的采伐剩余物进行
清除,并将直径<2 cm的采伐剩余物条带状归堆,然
后直接种植大豆;其他采伐样地的采伐剩余物均匀
平铺在样地内.皆伐后造林样地在 2007 年春季栽植
2 年生落叶松,择伐样地不进行人工更新.
1郾 3摇 样品采集及分析
2007 年 6 月至 2009 年 10 月,在每个样地内设
置 4 个采样点,采用静态箱法测定林地的 CH4通量.
采样箱由底座和顶箱组成,长 伊宽 伊高为 50 cm 伊
50 cm伊40 cm.采样箱顶箱外覆绝热层,内部顶端安
装风扇以混合箱内气体. 采样箱底座的长和宽均为
50 cm,底座下部 5 cm插入土壤中,取样时顶箱插入
底座的密封槽内,接口处用密封带密封,用注射器在
30 min内分别抽取 0、10、20 和 30 min 时的气体样
品各 100 mL,装入气体保存袋内,并及时带回实验
室,采用气相色谱仪(HP5890D)进行分析[11] . 2007
年 6 月至 2009 年 5 月每两周(生长季)或每个月
(冬季)取样一次,2009 年 6 月至 2009 年 10 每月取
样一次,每次取样均在 9:00—11:00 进行.
土壤 CH4通量(F, 滋g·m-2 ·h-1 )的计算公
式[11]:
8372 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
F= MV0
P
P0
T
T0
H dcdt
式中: M 为气体的摩尔质量(g·mol-1);P 为取样
点气压(Pa);T为静态箱中的温度(K);H为箱顶到
地面的高度 (cm);V0为标准状态下气体的摩尔体
积(mL·mol-1);P0为标准状态下大气的压强(Pa);
T0为绝对温度(K);dc / dt为静态箱内气体浓度随时
间变化的回归斜率(R>0. 9 时数据视为有效).
1郾 4摇 环境因子测定
从 2007 年 6 月开始,每次气体采样的同时,利
用 JM222 数字温度计(天津今明)测定各样地土壤
5 cm温度,同时在生长季利用土壤水分速测仪
(Spectrum, TDR300)测定每个采样点附近土壤 0 ~
12 cm体积含水量.在测定期间每个月的中旬,用土
钻在距气体取样箱 0. 5 ~ 1 m 的范围内钻取 0 ~
10 cm深的土壤样品,4 益保存,带回实验室,用酚二
磺酸比色法和靛酚蓝比色法测定土壤硝态氮和铵态
氮含量[17-18] .另外,在 2007、2008 和 2009 年的 10 月
末取样,测定各处理的总碳、全氮、pH 和土壤容重,
并计算 C / N.其中,土壤总碳和全氮利用元素分析仪
(Elementar Macro)进行测定,土壤 pH 值采用水浸
法测定,土壤容重采用环刀法测定[18] .
1郾 5摇 数据处理
通过线性内插累加求得 2007 年 6 月至 2008 年
6 月和 2008 年 6 月至 2009 年 6 月土壤 CH4的年吸
收总量,利用 SPSS 12郾 0 统计软件包中的单因素方
差分析(one鄄way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)
进行差异显著性分析 ( 琢 = 0. 05). 使用 Sigmaplot
12郾 0 中的回归分析检验土壤 CH4通量与土壤温度、
土壤体积含水量和土壤无机氮之间的关系,利用
SPSS 12. 0 统计软件包的逐步回归分析影响土壤
CH4通量的主要因子.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 采伐干扰对次生林土壤温度与含水量的影响
各采伐干扰样地土壤 5 cm 深处温度的年度和
季节变化相似(图 1),均在 7—8 月最大,1—2 月最
小;且 2009 年土壤温度的最高值低于 2007 和 2008
年.采伐后各样地土壤 5 cm 温度的大小依次为:皆
伐后农作>皆伐后造林>50%强度采伐>对照>25%
强度采伐(表 2).这是因为采伐后移除了树冠,样地
的辐射程度增加,因此采伐强度较高的样地内土壤
温度升高,但是各采伐干扰处理之间的差异不显著.
图 1摇 不同采伐干扰下土壤 5 cm温度(T)和 0 ~ 12 cm体积
含水量(VWC)的变化
Fig. 1摇 Soil temperature (5 cm) (T) and volume water content
(0-12 cm) (VWC) in the plots of different harvest disturb鄄
ances.
A:皆伐后农作 Farming after clear cutting; B:皆伐后造林 Afforestation
after clear cutting; C: 50%强度采伐 50% stand volume removed; D:
25%强度采伐 25% stand volume removed; E:对照 Control (Uncut) .
下同 The same below.
摇 摇 各采伐干扰样地土壤含水量的年度和季节变化
的格局相似,2007、2008、2009 年生长季的土壤含水
量均逐年升高(图 1).在 2007 和 2008 年,各样地土
壤含水量最高值均出现在6月,其余各月均明显较
937210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙海龙等: 采伐干扰对东北温带次生林土壤 CH4 通量的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 不同采伐干扰样地土壤 CH4通量、温度和土壤含水量
Table 2摇 Soil CH4 flux, temperature, and soil volume wa鄄
ter content in the plots of different harvest disturbances
(mean依SD,n=39)
处理样地
Treatment
site
土壤温度
Soil temperature
(益)
体积含水量
Volume water
content (% )
CH4吸收
CH4 uptake
(滋g CH4·
m-2·h-1)
A 10. 43依1. 43a 32. 6依1. 4a -65. 57依6. 61ab
B 9. 69依1. 46a 31. 8依1. 3a -62. 02依9. 22b
C 9. 17依1. 43a 24. 6依1. 6b -80. 31依8. 24ab
D 8. 54依1. 32a 21. 4依1. 7bc -70. 97依6. 92ab
E 8. 55依1. 37a 19. 3依1. 6c -85. 03依8. 28a
同列数据后不同小写字母表示样地间差异显著 (P<0. 05) In each
column, values followed by different small letters indicated significant
difference at 0. 05 level.下同 The same below.
低,但是皆伐后农作和皆伐后造林样地由于树木移
除后其蒸腾速率降低,各月土壤含水量差异较小;在
2009 年,各样地土壤含水量均为 8—9 月最高,5 月
最低.采伐后树木大量移除,降低了土壤水分的蒸
腾,因此不同采伐干扰样地土壤含水量差异显著,为
皆伐后农作>皆伐后造林>50%强度采伐>25%强度
采伐>对照(表 2).
2郾 2摇 采伐干扰对次生林土壤无机氮含量的影响
由图 2可以看出,伐后第一年各采伐干扰样地土
壤无机氮含量均明显高于第二年.其中,2007—2008
年土壤硝态氮和铵态氮含量约为2008—2009年
图 2摇 不同采伐干扰样地土壤硝态氮和铵态氮含量的年变化
Fig. 2摇 Annual variations of soil NH4 + 鄄N and NO3 - 鄄N contents
in the plots of different harvest disturbances (mean依SD).
不同小写字母表示样地间差异显著(P<0. 05) Different small letters
indicated significant difference between treatments at 0. 05 level.
的 2 倍.不同采伐干扰样地的土壤硝态氮含量差异
显著,以皆伐地最高;2007—2008 年采伐地土壤铵
态氮含量高于对照,而 2008—2009 年则相反.
2郾 3摇 采伐干扰对次生林土壤 CH4通量的影响
除了皆伐后造林样地,各采伐干扰样地伐后第
一年土壤 CH4吸收通量均高于第二年(表 3). 各采
伐干扰样地生长季土壤 CH4吸收通量均较高,2007
年和 2009 年最高值分别出现在 8 月和 5 月末,2008
年最高值出现在 5—6 月和 8 月,在 2007 和 2008 年
的冬季,各处理样地土壤 CH4吸收通量都较低,甚至
排放 CH4(图 3).
各采伐干扰样地土壤 CH4吸收通量具有显著差
异,为对照>50%强度采伐>25%强度采伐>皆伐后
农作>皆伐后造林(表 2).伐后两年中对照和 50%强
度采伐样地土壤年 CH4吸收平均通量和年总量均较
高,而皆伐地较低,但是皆伐后农作样地在 2007—
2008年中 CH4吸收平均通量和年总通量高于其他采
伐干扰样地,在 2008—2009年最低(表 3).
2郾 4摇 土壤温度、含水量和无机氮含量对土壤 CH4吸
收的影响
各采伐干扰样地土壤 CH4通量与土壤 5 cm 温
度均显著相关,相关系数在 20% ~ 45% ,大小依次
为皆伐后造林>对照>25%强度采伐>皆伐后农作>
50%强度采伐(图 4).
各处理样地土壤 CH4通量与土壤含水量之间均
正相关,但是仅在皆伐后农作和对照样地内达到显
著水平,这可能与皆伐后农作和对照样地土壤含水
量分别处于较高和较低水平有关,而择伐样地土壤
含水量适中,因此 25%和 50%强度采伐样地土壤
CH4通量与土壤含水量相关性最小(图 5).另外,逐
步回归分析表明,除 50%强度采伐样地土壤 CH4通
量主要受土壤温度影响外,其余样地土壤 CH4通量
主要受土壤含水量控制(表 4).
表 3摇 不同采伐干扰样地土壤 CH4 平均通量(玉)与年总量
(域)
Table 3 摇 Mean fluxes (玉) and annual cumulative fluxes
(域) of CH4 in the plots of different harvest disturbances
处理样地
Treatment
site
2007—2008
玉
(滋g CH4·
m-2·h-1)
域
(kg CH4·
hm-2·a-1)
2008—2009
玉
(滋g CH4·
m-2·h-1)
域
(kg CH4·
hm-2·a-1)
A -72. 26 -6. 35 -49. 07 -4. 30
B -45. 31 -3. 98 -59. 73 -5. 23
C -72. 04 -6. 33 -62. 35 -5. 47
D -64. 84 -5. 70 -60. 42 -5. 30
E -83. 75 -7. 36 -61. 92 -5. 43
0472 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
图 3摇 不同采伐干扰下土壤 CH4通量
Fig. 3摇 Soil CH4 fluxes in the plots of different harvest disturb鄄
ances (mean依SD).
图 4摇 不同采伐干扰样地土壤温度与土壤 CH4通量的关系
Fig. 4摇 Relationships between soil temperature and soil CH4 flux
in the plots of different harvest disturbances.
表 4摇 CH4通量与土壤温度、土壤含水量、土壤铵态氮和硝态氮含量的逐步回归方程参数
Table 4摇 Parameters of stepwise regression function for CH4 flux against soil temperature, VWC, ammonium, and nitrate
concentration
处理样地
Treatment site
方程参数 Function parameter
a b c d e
统计参数 Statistic parameter
n R2 P
A NS 3. 10 NS NS -183. 08 23 0. 448 <0. 001
B NS 3. 16 NS NS -190. 79 23 0. 279 0. 010
C -2. 86 NS NS NS -62. 65 23 0. 198 0. 034
D NS 1. 78 NS NS -130. 43 23 0. 290 0. 008
E NS 1. 97 NS NS -144. 77 23 0. 226 0. 022
147210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙海龙等: 采伐干扰对东北温带次生林土壤 CH4 通量的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 5摇 不同采伐干扰样地土壤含水量与土壤 CH4通量的
关系
Fig. 5 摇 Relationships between soil water content and soil CH4
flux in the plots of different harvest disturbances.
摇 摇 除了皆伐后农作样地,各采伐干扰样地土壤
CH4通量与土壤硝态氮含量之间均负相关(图 6),
但是仅在 25%强度择伐样地内达到显著水平( y =
-105. 63+2. 58x, R2 =0. 194, P = 0. 031).皆伐后农
作样地土壤硝态氮与土壤 CH4通量之间呈正相关,
可能与该样地伐后两年中土壤 CH4通量的强烈变化
有关.各采伐干扰样地土壤CH4通量与土壤铵态氮
图 6摇 不同采伐干扰样地土壤硝态氮和铵态氮含量与 CH4
通量的关系
Fig. 6 摇 Relationships between soil NO3 - 鄄N, NH4 + 鄄N contents
and soil CH4 flux in the plots of different harvest disturbances.
之间没有明显相关性(图 6). 这是因为林地土壤铵
态氮含量变化仅在伐后初期剧烈增加,而在其余时
间变化较小.
3摇 讨论与结论
本研究中,次生林对照样地土壤 CH4年均吸收
通量和年吸收总量分别为 72. 84 滋g CH4·m-2·h-1
和 6. 39 kg CH4·hm-2·a-1(表 3),这与其他研究在
中国和韩国温带森林中测定的土壤 CH4吸收量相
似[5, 15-16,19],高于欧洲温带森林土壤的 CH4吸收
量[5, 20-21],但是低于 Ishizuka 等[5,22]在日本温带森
林中的测定值.
3郾 1摇 皆伐对土壤 CH4通量的影响
本研究中皆伐后农作和皆伐后造林样地土壤
CH4吸收速率分别降低 23%和 27% (表 2),这与其
他研究的结果相似(表 5).有研究表明,较高的土壤
含水量能够抑制 CH4和 O2在土壤中的扩散,进而降
低林地土壤的 CH4吸收能力[23-24] . 因此,皆伐后土
壤 CH4吸收的降低常源于土壤含水量的增加.本研
究中,由于采伐后树木大量移除,林木对土壤水分的
蒸腾剧烈降低[10,25],导致林地土壤含水量显著增加
(图 1、表 2),同时,次生林样地土壤 CH4吸收通量与
2472 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 5摇 不同研究中采伐对土壤 CH4通量的影响
Table 5摇 Effects of harvest methods on soil CH4 flux in different studies
研究地点
Study site
林型
Forest type
采伐类型
Harvest
method
测定持续时间
Length of time
CH4吸收通量变化
Variation of CH4 uptake flux
来源
Source
俄罗斯远东
Far east of Russia
针叶林
Coniferous forest
皆伐 伐后 1 ~ 3 年 降低 92% [14]
英国
England
西加云杉
Sitka spruce plantation
皆伐 伐后 1 年 转变为 CH4排放源 [7]
芬兰
Fenland
挪威云杉林
Norway spruce forest
皆伐 伐后 1 ~ 4 年 第一年降低 42% ,之后与
对照相似
[26]
英国
England
山毛榉林和落叶松林
Beech and larch forest
皆伐 伐后 1 年 降低 [12]
德国
Germany
云杉林
Spruce forest
皆伐 伐后 1 ~ 10 年 降低 63% [10]
俄罗斯远东
Far east of Russia
针叶林
Coniferous forest
择伐 伐后 1 ~ 3 年 降低 65% [14]
马来半岛
Peninsular Malaysia
热带雨林
Tropical rain forest
择伐 伐后 1 年 降低 54% [8]
美国
America
辐射松林
ponderosa pine forests
择伐 伐后 1. 5 年 不变 [13]
德国
Germany
山毛榉林
Beech forest
择伐 伐后 1 ~ 10 年 不变 [10]
德国
Germany
山毛榉林
Beech forest
择伐 伐后 1 ~ 2 年 降低 [6]
德国
Germany
山毛榉林
Beech forest
择伐 伐后 4 ~ 6 年 不变 [32]
英国
England
山毛榉林和落叶松林
Beech and larch forest
择伐 伐后 1 年 提高 [12]
土壤含水量均呈负相关(图 5),表明采伐地土壤
CH4吸收速率的降低与土壤含水量的变化密切相
关.这与 Wu等[10]在德国的云杉林、Saari 等[26]在芬
兰的挪威云杉林、Morishita 等[14]在西伯利亚针叶林
中发现皆伐后土壤含水量增加抑制了林地土壤的
CH4吸收能力相似(表 5).另外,皆伐样地中较高的
土壤含水量不仅能够抑制 CH4氧化,同时也促进了
有机质层和深层土壤的 CH4生产[10, 23] . 本研究中,
皆伐后造林样地在 2007 年 6 月和 2009 年 7 月均表
现为排放 CH4,而且冬季 CH4排放的时间点也较多
(图 3),导致皆伐后造林样地土壤 CH4吸收量较低.
摇 摇 皆伐地土壤较高的无机氮含量也是森林皆伐后
土壤 CH4吸收通量降低的重要原因.森林皆伐后,由
于林木根系和土壤微生物数量减少,降低了土壤中
无机氮的吸收与固定[27-28],进而导致本研究中皆伐
地土壤无机氮含量明显增加(图 2). 较高的土壤铵
态氮和硝态氮含量均能抑制土壤氧化吸收甲烷的能
力[29-31],因此,本研究中皆伐地伐后第一年较低的
土壤 CH4吸收通量与样地较高的土壤硝态氮和铵态
氮含量密切相关.另外,皆伐后林地土壤 CH4吸收能
力持续时间较短(表 5),且主要受土壤铵态氮含量
控制[26,32] .本研究中皆伐后造林样地土壤 CH4吸收
通量与对照的差距在伐后第二年也明显减小(表
3),而此时的土壤铵态氮浓度却明显低于对照样地
(图 2),这也表明伐后土壤铵态氮浓度对林地土壤
CH4吸收的变化起着重要作用. 皆伐后农作样地土
壤 CH4吸收通量与对照样地的差距在伐后第二年继
续增大,这是由于该样地人为活动逐年增加,降低了
土壤中嗜甲烷菌群落的数量和活性,同时,土壤容重
的增大也限制了土壤中 CH4 和 O2 的扩散 (表
1) [8,12],所以耕作后第二年的土壤 CH4吸收速率略
低于第一年,呈逐渐下降趋势.
3郾 2摇 择伐对土壤 CH4通量的影响
与对照样地相比,择伐后林地土壤 CH4吸收能
力下降,但是下降程度低于皆伐地(表 2 和表 3).在
50%强度采伐样地,虽然土壤含水量和土壤硝态氮
含量在伐后初期均明显高于对照样地(图 1、图 2),
但是土壤 CH4吸收通量仅略低于对照样地.这可能
与择伐后林下灌木与草本植物数量和生长的增加能
够吸收更多的无机氮有关[33],而且前期研究发现,
该样地较高的土壤微生物量也固定了较多的无机
氮[28],致使该样地伐后土壤铵态氮含量变化较小,
对土壤 CH4吸收的影响较弱. 在 25%强度采伐样
地, 伐后初期的土壤含水量和无机氮含量均较高,
抑制了土壤 CH4吸收能力(图 2、表 2),导致土壤
CH4吸收速率降低 19% .这与 Yashiro等[8]对热带雨
林的研究相似.与皆伐后造林样地相似,两择伐样地
土壤 CH4吸收通量与对照样地的差距在伐后第二年
347210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙海龙等: 采伐干扰对东北温带次生林土壤 CH4 通量的影响摇 摇 摇 摇 摇
明显减小,而土壤铵态氮含量却低于对照样地,表明
土壤铵态氮含量是控制择伐地土壤 CH4吸收通量动
态变化的重要因子. 这与 Dannenmann 等[32]在山毛
榉林中得到的结果一致(表 5).
摇 摇 次生林采伐后,由于土壤含水量和土壤无机氮
含量的增加,土壤 CH4吸收通量降低,其中皆伐后造
林对土壤 CH4吸收的影响较大,但持续时间较短,皆
伐后农作对土壤 CH4吸收的影响随伐后时间的延长
逐渐增大;而择伐对土壤 CH4吸收通量的影响较小,
持续的时间也较短.这说明森林采伐后,通过及时进
行林地更新和选择合理的采伐强度,能够迅速恢复
林地土壤的 CH4吸收能力.
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作者简介 摇 孙海龙,男,1979 年生,博士研究生,讲师. 主要
从事森林培育研究. E鄄mail: shlong12@ 126. com
责任编辑摇 李凤琴
547210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙海龙等: 采伐干扰对东北温带次生林土壤 CH4 通量的影响摇 摇 摇 摇 摇