《Forest Ecology and Management》：Biomass harvesting intensity influences above and below ground wood decomposition processes in a northern Ontario jack pine forest
编辑推荐：
**论文摘要专业翻译：**
生物质采收强度影响了加拿大安大略北部杰克松林中地上和地下的木材分解过程。与火灾干扰及恢复中的林分相比，采伐地点减缓了木材分解速率。采收强度的适度增加在分解过程中产生了中等程度的差异。有机土壤层的移除减少了分解作用，但增加了与分解相
**论文摘要专业翻译：**
生物质采收强度影响了加拿大安大略北部杰克松林中地上和地下的木材分解过程。与火灾干扰及恢复中的林分相比，采伐地点减缓了木材分解速率。采收强度的适度增加在分解过程中产生了中等程度的差异。有机土壤层的移除减少了分解作用，但增加了与分解相关的金属元素含量。森林管理实践改变了分解过程；相关模型应纳入气候和生物控制因素。
**论文解读文章：**
**一、研究背景与科学问题**
死木是森林生态系统的重要组成部分，在栖息地供给、养分循环、碳储存和土壤发育等方面发挥着关键生态功能。死木的生态角色随其分解阶段而变化，其物理结构和化学组成随时间推移不断改变，直接影响其所提供的生态系统服务。然而，现代林业作业虽然致力于模拟自然干扰（如野火、风倒），但主要集中于空间格局和冠层组成与结构方面，对死木数量和分解动态的关注相对有限。
随着可再生能源生物质原料需求的增长，采伐时生物质移除量不断增加，这可能加剧相对于自然干扰而言死木数量的减少。森林采伐实践改变了恢复期林分中遗留死木的数量、质量和径级分布，进而可能改变生态系统服务的供给。现有死木丰度预测模型通常假设不同采伐处理间的分解速率和分解阶段化学变化是一致的，但这一假设可能并不成立。已有证据表明，死木的养分特征和分解动态可能对演替阶段、土壤特性和局部环境条件敏感。生物质移除改变了土壤化学性质、微气候、土壤湿度、土壤微生物群落、昆虫群落以及死木的数量和分布，这些因素均可能影响管理森林中木材分解的速率和时间动态。
本研究采用标准化木桩模型，在同一试验平台系统比较了不同生物质采收强度对地上和地下木材分解的影响，旨在揭示采伐干扰和生物质移除强度变化对分解过程的作用机制。
**二、研究设计与技术方法**
研究在加拿大安大略省沙普洛附近的岛湖生物质采伐研究试验点开展，该地区属寒冷大陆性气候，年均气温1.7°C，年降水量797毫米。试验样地建立在2010年时为48年生的次生杰克松林中，2010年12月至2011年2月完成采伐处理。研究设置了四种生物质移除强度递增的采伐处理：茎干采伐（SO，保留采伐木活枝和树梢于伐桩处）、全树采伐（FT，将地上树木生物质包括劣质木移至路边）、全树采伐加树桩移除（S），以及全面清理（B，移除所有生物质包括树桩、死木和森林地被层）。另设三个参照条件：未采伐的中年参照林分（UC）、2012年春季经历取代性野火的年轻再生的杰克松林（FIRE）和95年生的火起源杰克松林（OLD）。每种处理设置五个重复样地。
研究采用标准化杰克松木桩作为分解底物，木桩尺寸为1英寸×1英寸×30厘米，每个独立木桩切割两个配对的10厘米片段，分别用于初始重量/密度测定和田间孵化。每种处理每个重复样地安装50根木桩，其中25根水平放置于地表凋落物或苔藓层表面，25根垂直插入地下至地表齐平。自2016年秋季安装后，于每年秋末或早春进行采样，连续5年采集完毕，每次每处理每位置采集5根。木桩回收后进行质量损失和密度测定，并对木桩化学元素组成进行分析。化学分析在太平洋林业中心分析实验室完成，碳、氮、磷采用Mechlich 3可提取元素方法提取，总阳离子采用微波消解系统进行硝酸消解，使用Agilent 7900 ICP-MS分析，总碳和总氮使用Elementar Vario Max Cube燃烧元素分析仪测定。统计分析在R 4.5.2版本中完成，采用混合效应模型和正交对比分析采伐处理效应。
**三、主要研究结果**
**3.1 木材木桩分解与采伐处理的关系**
**3.1.1 操作性许可采伐对质量损失的影响**
基于质量损失数据，研究人员发现均伐采伐（SO、FT）对木桩地上和地下分解产生了不同的影响：地上分解较参照条件下降，导致早期分解阶段木桩停留时间延长；地下分解则较参照条件加快，早期分解阶段木桩持续时间缩短。SO和FT处理的地上分解低于UC和OLD对照，而与FIRE比较总体模式无显著差异但略偏高。SO和FT的地下分解高于UC、OLD和FIRE，其中与UC的比较在整个研究期间均表现为显著降低。
分解速率动态分析表明，SO和FT的地上分解速率相对稳定且低于UC和OLD（后两者分解速率随时间增加），但高于FIRE（后者速率也较稳定）。SO和FT的地下分解速率在试验早期较高，但到研究结束时趋近于零，而所有参照条件的分解速率均随时间增加。这表明采伐导致地下木材在早期年份分解更快，而参照条件下分解速率随时间缓慢增加。
**3.1.2 生物质移除强度增加对分解的影响**
生物质采收强度对木材分解产生了显著影响，且效应因处理、时间和木桩在土壤剖面中的位置而异。保留细和粗木质残体的较低强度处理（SO）对地上和地下分解均有显著正效应，但时间上缺乏一致性。地下生物质移除（S）导致地上分解暂时增加后减缓或停止，地下分解因分解速率持续稳定而低于FT和SO。最强度的有机层移除处理（B）在地上下均显著降低分解，但其分解速率随时间呈增加趋势。
**3.2 分解木材中元素动态变化**
生物质移除强度增加总体与微生物生长和分解活动相关元素的保留增加相关。研究人员将元素分为三类功能组：宏量营养素（N、P、K、Ca、Mg）、微量营养素（B、Mn、Zn）和辅助金属（Fe、Cu、Al）。部分元素（Al、Fe、N、P、Zn）在分解过程中表现出主动输入特征，较未孵化木桩增加了数倍。
与UC相比，SO和FT木桩中辅助金属Al、宏量营养素P、K、Ca、Mg、微量营养素Mn含量增加，B含量减少（地上），Zn含量增加（地下）。与OLD相比，SO和FT地上木桩保留较少的Cu、Ca、B和Zn，较多的Mn；地下木桩Cu含量较低，P和Zn含量较高。与FIRE比较，SO和FT地上木桩元素含量无显著差异，地下木桩Ca、Mn、Zn含量增加，B含量降低。
细木质残体移除（FT）相比保留（SO）导致地上木桩宏量营养素（P、K、Ca、Mg）含量降低，地下木桩P、K、Zn含量降低但Al含量升高。额外的地下生物质移除（S）导致地上木桩辅助金属（Al、Fe）输入增加，K含量轻微降低，地下木桩元素保留无显著差异。全面清理（B）处理地上木桩辅助金属Al和Fe保留增加，宏量和微量营养素P、B、Mn含量降低；地下木桩P、K、Zn含量降低但Mg含量增加。
**四、讨论与结论总结**
讨论部分指出，采伐导致木材分解模式与自然参照条件存在差异。采伐引起的微气候和立地特征变化可降低分解速率，包括木质生物量减少、整地过程中的土壤翻动和混合、土壤压实、光照增加和风增加等。地表微气候是地上分解的主要驱动因子。采伐造成的菌根网络干扰可能对地下分解产生启动效应或抑制作用。参照条件下深层腐殖质/活羽毛苔藓层的隔热效应可能减缓初期分解，但后期提供更一致的水分条件和增加的养分有效性。
不同生物质移除强度处理对分解的控制机制不同。全面清理（B）效应可能由微气候变化驱动，裸露矿质土壤缺乏地被物和下层植被导致蒸散增加和水分保持降低，限制分解。轻度处理（FT、S）的不一致响应表明分解受微气候之外的因素影响。FT处理地上木桩初始分解速率降低和宏量/微量营养素含量下降表明定殖和木材利用率较低；S处理地上木桩初期快速定殖后竞争加剧，地下木桩分解受抑但元素含量无明显变化，提示微气候对微生物活性的主导性限制。
研究结论指出，采伐导致对死木分解的复杂交互控制，这与成熟林、采伐起源林分和年轻火灾干扰林分不同，生物质移除强度增加进一步改变了分解过程。总体而言，采伐导致初始分解增加，缩短了木材早期分解状态的持续时间，而进一步增加的采收强度降低了分解，但机制上与参照条件存在本质区别。生物质移除对微气候条件和生物多样性的影响较总木质生物量存量对局部分解和养分动态具有更强的控制作用。生态系统管理应通过保留多样性有机源和完整土壤来维持或恢复森林结构、微气候和分解者群落功能。增加的土壤干扰和地下生物质移除应被视为较高风险活动。SO与FT之间差异较小，可视为功能等价处理。
