木质残体是森林生态系统中重要的碳库,占森林地上植物碳库的10%~20%,同时也是重要的养分库,其分解过程中向土壤释放各种养分元素。

木质残体全球储量分布

森林生态系统是陆地生态系统的主体和最大碳库,其碳储量约360 pg,占陆地生态系统总储量的76%~98%(Zhao et al.,2019;Köhl et al.,2017),而木质残体作为森林生态系统中最重要碳库之一,其全球碳储量为36~72pg,占森林地上生物量的10%~20% (Zhu et al.,2017)。此外,如果考虑未来气候变化的影响,如风暴、高温热浪、干旱、火灾和寒潮等极端气候事件及森林砍伐和土地利用等影响,木质残体碳库占森林总碳库的比重将会更高(胡海清等,2020;Ricker et al.,2019;Reichstein et al.,2013)。

在全球尺度上,森林粗木质残体储量的变化从热带雨林到寒带针叶林大致呈现递增的趋势(王顺忠等, 2014), 热带雨林粗木质残体平均体积储量为46.43m³/hm² ± 13.06m³/hm²(Grove,2001),温带阔叶林粗木质残体的体积储量为58.7~119.4m³/hm² (Oheimb et al.,2007),而寒温带针叶林粗木质残体体积储量为74~138m³/hm² (Ranius et al.,2004)。虽然很多研究采用体积储量表示粗木质残体储量,但森林中粗木质残体的储量通常采用单位面积的质量(t/hm²)表示。综合全球大部分森林粗木质残体储量的研究,其储量变化区间为5~50t/hm²(Hanula et al.,2012;Creed et al.,2004;Schowalter et al.,1998)。具体而言,天然针叶林中粗木质残体的储量可达30~200t/hm² (Keller et al.,2004;Krankina et al.,2002;Linder,1998),但不同地区存在一定差异,美国华盛顿州奥林匹克国家公园的北美黄杉-铁杉林中,其粗木质残体储量达537t/hm² (Harmon et al.,2005),我国东北和美国西北同纬度的针阔混交林粗木质残体储量为 8 ~50t/hm²(陈华和Harmon,1992)。我国东北大兴安岭针阔混交林的粗木质残体储量为11.63t/hm² (代力民等,1999),陕西秦岭巴山冷杉林粗木质残体储量为15.9t/hm²(李凌浩等,1998),广东鼎湖山季风常绿阔叶林粗木质残体储量为 25.28t/hm²(唐旭利等,2003),云南哀牢山亚热带常绿阔叶林的粗木质残体储量较高,达98.5t/hm²(刘文耀等,1995)。

由于木质残体分解过程漫长、取样困难和影响因素复杂等,有关森林木质残体分解影响机制的研究还十分薄弱,相关的理论体系尚不完善,这是森林碳循环研究存在不确定性的重要原因。

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▲ 气候、木质残体特性和微生物分解者影响分解过程的三角关系(仿Swift et al.,1979)

SOM-土壤有机质

亚热带地区是我国森林的重要分布区,其人工林因采伐和树种结构的调整会产生大量树桩和树枝等采伐树桩剩余物(约30t/hm²),次生天然林随着演替发展也不断积累大量木质残体。这部分森林有机质的最终归宿在哪里?如何调控其分解速率和碳通量?木质残体分解如何响应气候变化?如何通过理论更好地研究木质残体分解的关键过程和模型模拟?这些问题已成为亚热带森林碳循环研究和森林管理中需要进一步探讨的内容。因此,开展亚热带森林木质残体分解研究,揭示其分解调控机制,可为亚热带人工林树种结构调整和林分改造、森林生态效应提升和碳汇管理提供理论支撑。

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(胡振宏著.北京:科学出版社,2023.8)一书是作者博士后期间主持和参与多项科研项目的成果结晶,如中国博士后科学基金面上项目“亚热带森林木质残体分解对氮添加响应的微生物学机制”(2017M622709)、国家自然科学基金青年科学基金项目“高氮低磷沉降背景下亚热带常绿阔叶林粗木质残体的分解机制”(41903070)、教育部新世纪优秀人才支持计划“亚热带山地森林生态系统养分循环和碳吸存对炼山和采伐方式的响应”等。通过野外调查和室内培养实验相结合,运用森林木质残体分解研究的相关理论方法,历时五年多对亚热带森林木质残体分解进行系统研究,旨在丰富和完善森林有机质分解的知识体系,促进学科发展,深化学者对微生物分解调控机制的认识。

全书共十章,回顾了亚热带森林主要人工林木质残体分解过程中微生物调控机制、不同树种属性木质残体分解对气候变化影响的调控机制、分解对土壤碳和养分归还的影响及木质残体分解的理论研究,可为从事森林碳循环相关研究的科研人员提供借鉴。

本文摘编自《亚热带森林木质残体分解研究》(胡振宏著.北京:科学出版社,2023.8)一书“第1 章 绪 论”“前言”,有删减修改,标题为编者所加。

(博士后文库)

ISBN 978-7-03-074500-2

责任编辑:罗 瑶(18629426379)

本书是亚热带森林木质残体分解影响机制研究成果的集成。本书主要涉及亚热带森林木质残体分解特征,二氧化碳释放特征,分解过程中养分元素释放特征,微生物群落组成和分解调控机制,气候变化对木质残体分解的影响,木质残体分解对土壤碳、氮、磷等大量元素的影响及生态代谢理论在木质残体分解研究中的应用等内容。

本书可供林学、土壤学、生态学、微生物学,以及环境科学领域的管理人员和科技工作者参考,也可供相关专业高校师生阅读。

(本文编辑:刘四旦)

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