南方红壤侵蚀区马尾松林生态系统碳氮循环特征研究

南方红壤区是我国仅次于黄土高原的水土流失严重地区。马尾松(Pinus massoniana Lamb.)因具有耐干旱、耐贫瘠、适应性强等特点，南方红壤区水土流失治理过程中被当作主要造林树种，形成了红壤侵蚀初步治理区大面积的马尾松纯林。虽然这些侵蚀区的水土流失得到了一定程度的抑制，但马尾松纯林还存在树种单一、物种多样性低、林下水土流失和林分抗逆性弱等系列生态问题。目前对马尾松林生态系统碳、氮循环研究较少，特别是对不同郁闭度马尾松林生态系统碳、氮元素输入、贮存、输出及循环过程尚不清楚，未能从根本上解决马尾松林生态系统存在的生态问题。碳氮循环是驱动森林生态系统变化的关键过程，对全球气候变化有重要影响。通过对不同郁闭度马尾松林生态系统碳氮循环过程的研究，比较不同郁闭度马尾松林碳氮循环过程的差异，分析郁闭度对马尾松林生态系统碳氮循环的影响，构建马尾松林生态系统碳氮循环的分室模型，揭示南方红壤侵蚀区治理过程中森林生态系统碳氮循环过程及影响机理，为南方红壤侵蚀区水土流失治理和生态文明建设提供技术支撑。结果显示：在不同郁闭度下土壤分室、植物地上部分分室、根系分室和凋落物分室的碳、氮贮量随着郁闭度的增大均呈现先增大后降低的趋势，在郁闭度0.6时最大;在相同郁闭度下马尾松林生态系统中碳、氮元素在系统各分室中的贮量表现为：土壤分室＞植物地上部分分室＞根系部分分室＞凋落物分室，土壤分室是马尾松林生态系统碳贮量和氮贮量最多的分室;马尾松林生态系统生物循环过程中，马尾松林碳、氮吸收、存留和归还均随林分郁闭度的增加呈先增大后减小的趋势，在郁闭度0.6时碳、氮循环系数达最大值，然后循环系数随郁闭度的增加逐渐减小;在马尾松林地球化学循环过程中，碳、氮净累积随林分郁闭度增加表现为先增加后减小的趋势，在郁闭度0.6时净累积量最大。综上所述，南方红壤侵蚀区马尾松林生态系统碳、氮贮量随林分郁闭度的增大整体呈先增大后减小趋势，在郁闭度0.6时达最大，然后逐渐减小。从生态系统碳、氮循环角度分析，马尾松林分郁闭度0.6为其“阈值”，超过此“阈值”则不利于生态系统碳、氮贮存。