Ảnh hưởng của loại rừng đến hoạt động vi sinh vật trong đất ở núi Changbai, Đông Bắc Trung Quốc

Annals of Forest Science - Tập 73 - Trang 473-482 - 2016
Xiangmin Fang1,2, Dapao Yu1, Wangming Zhou1, Li Zhou1, Limin Dai1
1Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang, China
2College of Forestry, Jiangxi Agricultural University, Nanchang, China

Tóm tắt

Sau bốn mươi năm kể từ khi khai thác rừng già hỗn hợp (rừng lá rộng/Tần bì Hàn Quốc) tại khu vực núi Changbai (Đông Bắc Trung Quốc), một khu rừng hỗn hợp với sự tái sinh tự nhiên của cây lá rộng và vườn cây trồng Tần bì đã thể hiện khối lượng và hoạt động vi sinh vật trong đất lớn hơn cả rừng bạch dương tái sinh tự nhiên hay vườn cây trồng đơn loài thông. Việc khai thác rừng mà không có nỗ lực phục hồi hạn chế đã là tiêu chuẩn trong quản lý rừng nguyên sinh ở miền Đông Bắc Trung Quốc cho đến cuối thế kỷ 20. Phục hồi rừng đóng một vai trò quan trọng trong việc phục hồi chất lượng đất sau khai thác rừng, nhưng các tác động của các quy trình tái sinh khác nhau đối với chất lượng đất rừng vẫn chưa được biết đến rõ ràng ở miền Đông Bắc Trung Quốc. Chúng tôi đã đánh giá ảnh hưởng của ba quy trình tái sinh, tức là (i) rừng bạch dương tái sinh tự nhiên, (ii) vườn cây trồng thông, và (iii) các loài lá rộng tái sinh tự nhiên kết hợp với Tần bì trồng tại khu vực núi Changbai. Một khu rừng già hỗn hợp lá rộng/Tần bì Hàn Quốc đã được sử dụng làm tham chiếu. Các thuộc tính vật lý và hóa học cùng với khối lượng vi sinh vật đã được ghi nhận trong đất. Hô hấp cơ bản và quá trình khoáng hóa carbon được đo bằng phương pháp hấp thụ kiềm trong lọ kín. Khối lượng vi sinh vật nhỏ hơn ở rừng bạch dương và vườn cây trồng thông so với rừng già và rừng hỗn hợp lá rộng/Tần bì. Hơn nữa, khối lượng vi sinh vật, chỉ số vi sinh vật, và carbon có khả năng khoáng hóa cao hơn ở rừng hỗn hợp lá rộng/Tần bì so với rừng bạch dương, trong khi không có sự khác biệt giữa vườn cây trồng thông và rừng bạch dương về khối lượng vi sinh vật và chỉ số vi sinh vật. Hô hấp cơ bản và chỉ số trao đổi chất cao hơn ở rừng bạch dương so với ba loại rừng còn lại, chỉ ra rằng nhu cầu năng lượng cao hơn để duy trì cộng đồng vi sinh vật và hoạt động vi sinh vật thấp hơn trong rừng bạch dương tái sinh tự nhiên. Rừng hỗn hợp lá rộng/Tần bì thể hiện khối lượng vi sinh vật lớn hơn và hiệu suất sử dụng chất nền cao hơn của cộng đồng vi sinh vật trong đất so với rừng bạch dương tái sinh tự nhiên hoặc vườn cây trồng thông. Quy trình tái sinh tự nhiên và nhân tạo kết hợp (rừng hỗn hợp lá rộng-Tần bì) có vẻ phù hợp hơn để phục hồi chất lượng đất sau khi khai thác rừng ở núi Changbai.

Từ khóa

#rừng #hoạt động vi sinh vật #chất lượng đất #tái sinh tự nhiên #khối lượng vi sinh vật

Tài liệu tham khảo

Aertsen W, Kint V, De Vos B, Deckers J, Van Orshoven J, Muys B (2012) Predicting forest site productivity in temperate lowland from forest floor, soil and litterfall characteristics using boosted regression trees. Plant Soil 354:157–172 Allen S (1989) Chemical analysis of ecological materials, 2nd edn. Blackwell Scientific Publications, Oxford Anderson TH, Domsch K (1990) Application of eco-physiological quotients (qCO2 and qD) on microbial biomasses from soils of different cropping histories. Soil Biol Biochem 22:251–255 Anderson TH, Domsch K (1993) The metabolic quotient for CO2 (qCO2) as a specific activity parameter to assess the effects of environmental conditions, such as pH, on the microbial biomass of forest soils. Soil Biol Biochem 25:393–395 Baldrian P, Merhautová V, Petránková M, Cajthaml T, Šnajdr J (2010) Distribution of microbial biomass and activity of extracellular enzymes in a hardwood forest soil reflect soil moisture content. Appl Soil Ecol 46:177–182 Bao Y, Meng YY, Zhou WM, Yu DP, Zhou L, Wei YW, Fang XM, Dai LM (2014) Niche characteristics of Pinus koraiensis population of different forest types on Changbai Mountain. Chin J Ecol 33:555–559 Bini D, dos Santos CA, do Carmo KB, Kishino N, Andrade G, Zangaro W, Nogueira MA (2013) Effects of land use on soil organic carbon and microbial processes associated with soil health in southern Brazil. Eur J Soil Biol 55:117–123 Brockett BF, Prescott CE, Grayston SJ (2012) Soil moisture is the major factor influencing microbial community structure and enzyme activities across seven biogeoclimatic zones in western Canada. Soil Biol Biochem 44:9–20 Cai Y, Peng C, Qiu S, Li Y, Gao Y (2011) Dichromate digestion–spectrophotometric procedure for determination of soil microbial biomass carbon in association with fumigation–extraction. Commun Soil Sci Plan 42:2824–2834 Cheng X, Han H, Kang F, Liu K, Song Y, Zhou B, Li Y (2014) Short-term effects of thinning on soil respiration in a pine (Pinus tabulaeformis) plantation. Biol Fertil Soils 50:357–367 Dai LM, Shao GF, Chen G, Liu XS, Guan ZP, Li Y (2003) Forest cutting and regeneration methodology on Changbai Mountain. J For Res 14:56–60 Fahey TJ, Yavitt JB, Sherman RE, Maerz JC, Groffman PM, Fisk MC, Bohlen PJ (2013) Earthworms, litter and soil carbon in a northern hardwood forest. Biogeochemistry 114:269–280 Fang X, Wang Q, Zhou W, Zhao W, Wei Y, Niu L, Dai L (2014) Land use effects on soil organic carbon, microbial biomass and microbial activity in Changbai Mountains of Northeast China. Chin Geogr Sci 24:297–306 Gamboa AM, Galicia L (2011) Differential influence of land use/cover change on topsoil carbon and microbial activity in low-latitude temperate forests. Agr Ecosyst Environ 142:280–290 Guo J, Yang Y, Chen G, Xie J, Gao R, Qian W (2010) Effects of clear-cutting and slash burning on soil respiration in Chinese fir and evergreen broadleaved forests in mid-subtropical China. Plant Soil 333:249–261 Hofman J, Bezchlebová J, Dušek L, Doležal L, Holoubek I, Anděl P, Ansorgová A, Malý S (2003) Novel approach to monitoring of the soil biological quality. Environ Int 28:771–778 Hu Y, Wang S, Zeng D (2006) Effects of single Chinese fir and mixed leaf litters on soil chemical, microbial properties and soil enzyme activities. Plant Soil 282:379–386 Insam H, Domsch K (1988) Relationship between soil organic carbon and microbial biomass on chronosequences of reclamation sites. Microb Ecol 15:177–188 Islam K, Mulchi C, Ali A (2000) Interactions of tropospheric CO2 and O3 enrichments and moisture variations on microbial biomass and respiration in soil. Glob Chang Biol 6:255–265 Jia G, Cao J, Wang C, Wang G (2005) Microbial biomass and nutrients in soil at the different stages of secondary forest succession in Ziwulin, northwest China. For Ecol Manag 217:117–125 Joergensen R, Anderson TH, Wolters V (1995) Carbon and nitrogen relationships in the microbial biomass of soils in beech (Fagus sylvatica L.) forests. Biol Fertil Soils 19:141–147 Kanerva S, Smolander A (2007) Microbial activities in forest floor layers under silver birch, Norway spruce and Scots pine. Soil Biol Biochem 39:1459–1467 Lin Q, Wu Y, Liu H (1999) Modification of fumigation extraction method for measuring soil microbial biomass carbon. Chin J Ecol 18:63–66 Lin YT, Jangid K, Whitman WB, Coleman DC, Chiu CY (2011) Change in bacterial community structure in response to disturbance of natural hardwood and secondary coniferous forest soils in central Taiwan. Microb Ecol 61:429–437 Liu QJ, Li XR, Ma ZQ, Takeuchi N (2005) Monitoring forest dynamics using satellite imagery—a case study in the natural reserve of Changbai Mountain in China. For Ecol Manag 210:25–37 Moscatelli M, Di Tizio A, Marinari S, Grego S (2007) Microbial indicators related to soil carbon in Mediterranean land use systems. Soil Tillage Res 97:51–59 Navarro-García F, Casermeiro MÁ, Schimel JP (2012) When structure means conservation: effect of aggregate structure in controlling microbial responses to rewetting events. Soil Biol Biochem 44:1–8 Nelson DW, Sommers LE (1996) Total carbon, organic carbon, and organic matter. Meth Soil Anal 3:961–1010 Nowak DJ (2012) Contrasting natural regeneration and tree planting in fourteen North American cities. Urban For Urban Green 11:374–382 Poeplau C, Don A, Vesterdal L, Leifeld J, Van Wesemael B, Schumacher J, Gensior A (2011) Temporal dynamics of soil organic carbon after land‐use change in the temperate zone–carbon response functions as a model approach. Glob Chang Biol 17:2415–2427 Raiesi F, Beheshti A (2015) Microbiological indicators of soil quality and degradation following conversion of native forests to continuous croplands. Ecol Indic 50:173–185 Riffaldi R, Saviozzi A, Levi-Minzi R (1996) Carbon mineralization kinetics as influenced by soil properties. Biol Fertil Soils 22:293–298 Shi F, Li J, Wang S (2008) Soil organic carbon, nitrogen and microbial properties in contrasting forest ecosystems of north-east China under different regeneration scenarios. Acta Agric Scand Sect B Soil Plant Sci 58:1–10 Six J, Paustian K (2014) Aggregate-associated soil organic matter as an ecosystem property and a measurement tool. Soil Biol Biochem 68:A4–A9 Spohn M (2014) Microbial respiration per unit microbial biomass depends on soil litter carbon-to-nitrogen ratio. Biogeosci Discuss 11:15037–15051 Spohn M, Chodak M (2015) Microbial respiration per unit biomass increases with carbon-to-nutrient ratios in forest soils. Soil Biol Biochem 81:128–133 Staddon W, Duchesne L, Trevors J (1997) Impact of clear-cutting and prescribed burning on microbial diversity and community structure in a Jack pine (Pinus banksiana Lamb.) clear-cut using Biolog Gram-negative microplates. World J Microbiol Biotechnol 14:119–123 Thoms C, Gattinger A, Jacob M, Thomas FM, Gleixner G (2010) Direct and indirect effects of tree diversity drive soil microbial diversity in temperate deciduous forest. Soil Biol Biochem 42:1558–1565 Vance E, Brookes P, Jenkinson D (1987) An extraction method for measuring soil microbial biomass C. Soil Biol Biochem 19:703–707 Wang X, Zhou G, Jiang Y, Jia B, Wang F, Zhou L (2007) Soil respiration in natural mixed (Betula Platyphylla and Populus Davidiana) secondary forest and primary broad-leaved Korean pine forest. J Plant Ecol 31:348–354 Wang H, Shirong L, Chang SX, Wang J, Shi Z, Huang X, Wen Y, Liu L, Cai D (2015) Soil microbial community composition rather than litter quality is linked with soil organic carbon chemical composition in plantations in subtropical China. J Soils Sediments 15:1094–1103 Wardle D (1992) A comparative assessment of factors which influence microbial biomass carbon and nitrogen levels in soil. Biol Rev 67:321–358 Wu X, Brüggemann N, Gasche R, Papen H, Willibald G, Butterbach-Bahl K (2011) Long-term effects of clear-cutting and selective cutting on soil methane fluxes in a temperate spruce forest in southern Germany. Environ Pollut 159:2467–2475 Xu X, Han L, Wang Y, Inubushi K (2007) Influence of vegetation types and soil properties on microbial biomass carbon and metabolic quotients in temperate volcanic and tropical forest soils. Soil Sci Plant Nutr 53:430–440 Yan XL, Bao WK, Pang XY, Zhang NX, Chen J (2013) Regeneration strategies influence ground bryophyte composition and diversity after forest clearcutting. Ann For Sci 70:845–861 Yu DY, Hao ZQ, Xiong ZQ, Wang DZ, Yang XY (2004) Quality and change analysis of forest resource in typical Changbai Mountain forest region. J For Res 15:171–176 Yu D, Zhou L, Zhou W, Ding H, Wang Q, Wang Y, Wu X, Dai L (2011) Forest management in northeast China: history, problems, and challenges. Environ Manag 48:1122–1135 Zhang J, Wang SL, Feng ZW, Wang QK (2009) Carbon mineralization of soils from native evergreen broadleaf forest and three plantations in mid-subtropic China. Commun Soil Sci Plan 40:1964–1982