商业采伐前间伐措施对松栎混交林中溶解有机碳淋溶过程的时间效应研究

《CATENA》：Temporal effects of precommercial thinning on dissolved organic carbon leaching in pine–oak mixed forests

【字体：大中小】 时间：2026年08月27日 来源：CATENA 6.6

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　　•坡地倾斜（PCT）最初会增加溶解有机碳（DOC）的淋溶量，但这种增加会随着时间的推移逐渐减少。•坡地倾斜通过改善土壤物理结构，减少了土壤水分的淋溶量。•坡地倾斜由于降低了土壤对DOC的吸附能力并提高了土壤有机碳（SOC）的含量，从而增加了DOC的淋溶浓度。引言将水文过程与全球碳

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坡地倾斜（PCT）最初会增加溶解有机碳（DOC）的淋溶量，但这种增加会随着时间的推移逐渐减少。
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坡地倾斜通过改善土壤物理结构，减少了土壤水分的淋溶量。
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坡地倾斜由于降低了土壤对DOC的吸附能力并提高了土壤有机碳（SOC）的含量，从而增加了DOC的淋溶浓度。

引言

将水文过程与全球碳循环联系起来可以显著降低碳通量估计的不确定性（Tan等人，2025年）。溶解有机碳（DOC）是碳淋溶的主要形式，它可以通过水文过程在不同的生态系统之间流动，因此在区域和全球碳循环中起着重要作用（Nakhavali等人，2021年；Zhang等人，2022年；Tan等人，2025年）。商业性间伐前的稀疏化（PCT）是一种关键的森林培育措施，它通过改变早期林分结构和微气候，从根本上改变了森林的水文生物地球化学循环（del Campo等人，2022年；Wagle等人，2022年；Zhang等人，2024年）。然而，森林对PCT的反应本质上是动态的，并且会随着时间的推移而累积。在PCT的初期阶段，林分结构和微气候的改变可能会引发森林生态系统水分通量和碳通量的突然增加（Aosaar等人，2024年；Liu等人，2025年；Ma等人，2026年）。随着时间的推移，森林生态系统逐渐恢复，林分密度得到恢复，地下生态水文条件得到重新配置，生物地球化学过程也重新建立（Molina等人，2021年；Li等人，2026年）。因此，了解DOC淋溶从短期剧烈反应到长期恢复动态的转变，对于增进我们对森林碳-水耦合的理解以及优化森林管理至关重要。

作为由水文过程驱动的碳通量，DOC淋溶虽然数量上占比较小，但在森林净碳平衡中起着关键作用。尽管DOC通量仅占总初级生产力的0.8%，但相对于净生态系统生产力而言，其重要性增加了11%（Gielen等人，2011年）。DOC淋溶的动态主要由三类过程决定：生物生产和分解、土壤吸附和脱附以及水文传输。从机理上讲，土壤溶液中的DOC量取决于生物生产（来自枯落物淋溶和腐殖质分解）与持续进行的微生物分解之间的动态平衡（Evans等人，2020年；Guo等人，2020年）。一旦进入溶液，溶质浓度进一步受到土壤矿物表面吸附与重新释放到液相之间的平衡调节（Fujii等人，2021年）。这种固液分配决定了有多少DOC被土壤基质保留，又有多少自由存在于土壤溶液中，其中一部分会被微生物转化为二氧化碳（Wu等人，2024年）。最终，这些自由且可移动的DOC通过垂直的水分淋溶过程被输送到土壤的不同层次以及水生生态系统（Evans等人，2020年）。因此，任何改变生物生产和分解、土壤吸附和脱附或水分淋溶通量的外部管理措施都会不可避免地改变森林DOC的整体动态。

关于森林稀疏化如何随时间调节DOC淋溶动态，目前仍存在很大不确定性。作为一项主要的森林培育措施，森林稀疏化从根本上改变了从树冠到地面的生物地球化学和水文环境（Kreutzweiser等人，2008年）。从垂直角度来看，稀疏化引起的树冠结构和微气候的变化最初会加速森林地表枯落物的分解和表面营养物质的释放，尽管这些正面效应会随着恢复时间的延长而逐渐减弱（Lagomarsino等人，2020年；Li等人，2023b；Zhang等人，2024年）。随着这些森林地表渗出物向下渗入土壤，稀疏化对土壤DOC的影响变得非常不稳定，有研究表明效应增加（Li等人，2024年），减少（Lee等人，2024年），或者没有显著效应（Li等人，2023a）。关键的是，大多数关于稀疏化的研究都集中在特定森林层次内的静态碳池或浓度上，未能充分捕捉到像DOC淋溶这样的高度移动的碳传输。这种研究焦点使得难以追踪随着稀疏森林恢复，DOC淋溶通量在年度到十年时间尺度上的动态变化。因此，我们仍然缺乏对潜在机制的清晰理解，特别是降水和温度等气候驱动因素如何与变化的生物和土壤基质特性相互作用，以调节PCT恢复期内的DOC迁移。

为了捕捉这些长期动态，空间-时间（SFT）替代方法为森林生态学提供了一种强大且经过广泛验证的方法论框架，使研究人员能够在不等待几十年树冠成熟的情况下，重建PCT后的多年生物地球化学过程（Yu等人，2026年）。然而，最近的评估警告称，如果在过宽的空间尺度上应用SFT方法，可能会引入显著的不确定性（Lovell等人，2023年）。为了最小化这些潜在的混杂效应，我们将PCT的时间序列限制在秦岭山脉一个局部坡地上具有相同土壤条件和均匀生物气候的森林林分中。该地区代表了东亚一个高度敏感的气候-生态过渡带，这里的森林生态系统对环境变化和人为干扰表现出高度的脆弱性和明显的结构响应性（Liu和Yu，2025年）。在这里研究松树-橡树次生林，提供了一个独特的、具有代表性的生物气候模板，以阐明PCT如何调节这一关键亚热带-温带过渡带内的碳-水耦合。具体来说，我们评估了季节性和PCT对水分通量、DOC浓度和DOC淋溶通量的交互效应，以研究PCT对松树-橡树次生林中DOC淋溶的时间效应。此外，我们研究了PCT如何改变淋溶通量对水文和温度变化的敏感性，并通过结合枯落物和土壤的物理化学性质，探讨了PCT对DOC淋溶的潜在机制。我们假设：（1）与未稀疏的对照组相比，PCT会显著增加枯落物和土壤中的DOC淋溶通量，且这种正面效应会随着时间的推移逐渐减弱；（2）PCT引起的森林水文、温度以及枯落物和土壤物理化学性质的变化会调节DOC淋溶，这些因素逐渐恢复到控制水平将减弱PCT对DOC淋溶的正面效应。

章节片段

地点和实验设置

本研究在陕西省安康市的新光林场建立了样地。该林场位于秦岭山脉东段的南坡，这是一个位于北亚热带区边缘的山区（纬度33°20′–33°26′，经度108°32′–108°34′）。其海拔范围为1095至2591米，年平均温度为8.5°C，年平均降水量为908毫米。目标森林是次生林

PCT对DOC淋溶的影响及时间变化

结果表明，水文通量、DOC淋溶通量和通过枯落物层及土壤层的DOC淋溶浓度受到PCT和年变化（稀疏化 × 时间：p

PCT后DOC淋溶的时间动态和幅度

森林土壤强烈保留了来自枯落物的DOC。每年来自枯落物层的DOC通量在温带森林报告的范围内（100–400公斤·公顷^?1·年^?1）（Michalzik等人，2001年），而土壤中的DOC通量平均为19–30公斤·公顷^?1·年^?1，这与温带落叶林的记录一致，但低于针叶林的观测值（Verstraeten等人，2014年）。土壤强烈保留了来自枯落物的DOC（Zhou等人，2016年）。大多数来自枯落物的

结论

本研究调查了秦岭山脉混合松树-橡树次生林中稀疏化对DOC淋溶动态的影响。稀疏化显著增加了枯落物和土壤层中的DOC淋溶量，且随着恢复时间的延长，通量逐渐恢复到未稀疏林分的水平。DOC通量的峰值与降雨事件同步，证实了水文传输而非温度是森林碳输出的主要驱动力。稀疏化减少了树冠和枯落物

CRediT作者贡献声明

王倩：撰写 – 原稿，研究，数据整理。苏梦琳：撰写 – 审阅与编辑。梁子遥：撰写 – 审阅与编辑。王向福：资源，研究。余水强：撰写 – 审阅与编辑，监督，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（32071763）和西北农林调查设计院的研究与创新项目（XBJ-KJCX-2021-15）以及

联系信箱：

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