Effects of stand density on soil organic carbon storage in the top and deep soil layers of Fraxinus mandshurica plantations

27-44

Artikel aus einer Zeitschrift

200206006

Austrian Journal of Forest Science 2019, 136(1): ONLINE ONLY ; Jrg. 136 ; 1 (2019) , 27-44

Forests stand density has been reported to influence soil organic carbon (SOC) storage, yet this effect is often inconsistent. Especially for SOC in deep soil layers few studies examined its changes with stand density. In this study we investigated the effects of stand density on SOC storage by collecting soil samples from a Fraxinus manshurica plantation at three different stand densities. We took samples at two soil depths from 0-10 cm (top layer) and 40-60 cm (deep layer), fractionated the soil material with a 0.4 mm mesh to remove the labile fraction and then used the sieved material for laboratory incubation. Soil properties in different stand densities were examined before the incubation. After the incubation, soil respiration and the final carbon balance were determined. Our results indicate that the SOC storage increased with increasing stand density in both top and deep layers. The fractionation lowered
the carbon concentration in both layers with the reduction in the top layer being highest at the low stand density site, while in deep layer it was highest at middle stand density. At the end of the incubation, total respiration in the top layer decreased with increasing stand density, whereas it remained invariable in the deep layer. The specific
respiration decreased with increasing stand density in both layers. Addition of leaf litter after incubation resulted in an increase of the carbon content in top soil samples with the scale of accumulation increasing with increasing stand density. We concluded that the increasing SOC storage with stand density is due to its resistance versus microorganisms in top soil layer and not related to deep soil layer.
Keywords: Manchurian Ash; Afforestation; Litter input; Carbon sequestration; Refractory; Respiration; Dissolved organic carbon; Fine root biomass
Die Bestandsdichte eines Waldes soll einen entscheidenden Einfluss auf die Speicherung von organischen Kohlenstoff im Boden haben, allerdings ist dieser nicht immer eindeutig. Insbesondere für den organischen Kohlenstoff in tieferen Bodenschichten gibt es nur wenige Studien, die den Effekt der Bestandesdichte untersucht haben. Diese Studie erforscht die Auswirkungen der Bestandsdichte auf die Lagerung des organischen Kohlenstoffs mittels Bodenproben aus drei verschiedenen Bestandsdichten und aus zwei Bodenschichten in 0-10 cm (oberste Schicht) und 40-60 cm (tiefe Schicht) für eine Fraxinus manshurica Aufforstung. Die Proben wurden mit einem 0.4 mm Sieb getrennt, die labilen Komponenten entfernt und dann für die Inkubation im Labor verwendet. Vor der Inkubation wurden die Bodeneigenschaften in verschiedenen Bestandsdichten ermittelt. Nach der Inkubation wurde die Bodenatmung und die gesamte Kohlenstoffbilanz gemessen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die organische Kohlenstoffspeicherung mit zunehmender Bestandsdichte sowohl in oberen wie auch in unteren Bodenschichten zunahm. Die Fraktionierung reduzierte die Kohlenstoffkonzentration in beiden Schichten, wobei die Abnahme in den oberen Bodenschichten am größten bei niedriger Bestandsdichte war, während die Abnahme in den tieferen Bodenschichten am höchsten bei mittlerer Dichte war. Am Ende der Inkubation nahm die Gesamtrespiration im Oberboden mit zunehmender Bestandsdichte ab, während sie in in den tieferen Bodenschichten unverändert blieb.
Die spezifische Respiration nahm in beiden Schichten mit zunehmender Bestandsdichte ab. Nach der Inkubation führte die Zugabe von Laubstreu zu einer Erhöhung des Kohlenstoffgehalts in oberen Bodenproben, wobei das Ausmaß der Akkumulation mit zunehmender Bestandsdichte zunahm. Wir schlussfolgeren, dass die zunehmende
organische Kohlenstoffspeicherung mit der Bestandsdichte eher auf die Widerstandsfähigkeit gegen Mikroorganismen in der obersten Bodenschicht als auf die tiefen Bodenschichten zurückzuführen ist.
Schlüsselbegriffe: Mandschurische Esche; Streufall; Kohlenstoff Sequestrierung; Atmung, Gelöster organischer Kohlenstoff; Feinwurzelbiomasse