杨树短轮伐期人工林转农地后粗根残留物作为深层土壤碳汇的重要作用

本研究针对短轮伐期杨树人工林(SRC)转农地后根系碳汇潜力不清的问题，通过对比2/4/16年轮伐期样地，首次量化了全土层(0-100 cm)根系生物量分布及粗根(>7 cm)降解动态。发现16年轮伐期总根量达66.53 Mg ha-1 （含49.9%粗根），转农地24个月后仍有50%亚表层碳保持稳定，证实SRC粗根是长期固碳的关键载体，为农林复合系统碳汇评估提供新依据。

　　

随着全球气候变化加剧，如何通过农林管理实现碳汇成为重要议题。短轮伐期人工林(Short Rotation Coppice, SRC)因其快速生物量积累特性，被视为有效的碳封存手段。然而现有研究多聚焦于细根或表层土壤，对粗根残留物及深层碳库的认知存在显著空白。更关键的是，当SRC重新转为农地时，根系碳的持久性及其对长期碳汇的贡献仍不明确。

针对这一科学问题，来自德国莱布尼茨农业工程研究所的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表重要成果。研究人员选取26年树龄的杨树(Populus nigra × P. maximowiczii)人工林，设置2年(SRC2)、4年(SRC4)和16年(SRC16)三种轮伐周期样地，采用全土层(1 m3)挖掘筛分法量化根系生物量，并通过埋袋实验跟踪转农地后12/24个月的降解动态。

关键技术包括：(1)分层(0-10/10-30/30-60/60-100 cm)全根系采集与粒径分级(<7 cm和>7 cm)；(2)基于SRC4样地的原位埋袋降解实验；(3)元素分析仪测定C_org
和N_t
含量；(4)线性混合效应模型分析轮伐期与土层深度对根系分布的交互影响。

研究结果揭示：

1. 根系生物量分布：SRC16总根量达66.53 Mg ha^-1
   ，是SRC2(30.24 Mg ha^-1
   )的2.2倍，其中粗根占比从SRC4的17.3%跃升至SRC16的49.9%。亚表层(30-100 cm)根量占比随轮伐期延长显著增加，SRC16达37.8%，含12.90 Mg ha^-1
   粗根。

2. 碳氮固定特征：SRC16根系固碳量(28.13 Mg C ha^-1
   )相当于温带森林水平，粗根C:N比(76)显著高于细根(57)。亚表层碳占总量36.3%，显示深层碳库重要性。

3. 降解动态：转农地24个月后，亚表层仍有50%根系碳未降解，粗根残留率(51%)显著高于细根(41%)。C:N比分析显示粗根木质化程度随深度递增，60-100 cm处C:N比达81。

讨论指出，SRC系统碳汇评估需突破三大传统局限：(1)必须包含粗根贡献，仅测细根会低估SRC16碳储量达52.4%；(2)亚表层碳库不可忽视，仅采样0-30 cm会遗漏40.2%碳储量；(3)降解速率双阶段特征显示，粗根碳在转农地后具有持续封存潜力。该研究为欧盟"碳农业"政策提供了关键数据支撑，证实延长轮伐期至16年可使杨树林根系碳汇效能接近天然林水平。

这项研究创新性地揭示了农林系统转换中粗根残留物的生态功能，建立了轮伐期长度-根系构型-碳持久性的定量关系，为优化生物能源林碳管理策略提供了科学依据。未来研究需拓展更多树种和气候区的长期观测，以完善全球变化背景下的根系碳汇模型。