摘要基于生態(tài)公益林效益監(jiān)測體系的建立，采用野外調(diào)查、取樣和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的方法，研究浙西南慶元縣公益林土壤有機(jī)碳含量分布特征及其影響因子，結(jié)果表明：①研究區(qū)公益林土壤有機(jī)碳平均含量為44.28 g/kg，不同森林類型土壤有機(jī)碳含量差異顯著，土壤有機(jī)碳平均含量的變化趨勢從大到小為：闊葉林、針闊混交林 、松木林、杉木林、竹林，同一森林類型土壤有機(jī)碳含量變化很大。②不同林齡土壤有機(jī)碳含量呈極顯著性差異，與林齡呈極顯著相關(guān)，土壤有機(jī)碳含量隨林齡增大而增加。③環(huán)境因子與土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)的相關(guān)性不同，生物量、枯枝落葉層厚度、海拔及土壤內(nèi)在因子與土壤有機(jī)碳含量呈極顯著或顯著相關(guān)，各種環(huán)境因子交互作用，共同影響土壤有機(jī)碳含量。

關(guān)鍵詞生態(tài)公益林；森林類型；土壤有機(jī)碳；環(huán)境因子

中圖分類號(hào)S727.28文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）09-02659-03

作者簡介李英升（1962- ），男，江西萬安人，高級(jí)工程師，碩士，從事生態(tài)監(jiān)測、碳匯計(jì)量、林業(yè)規(guī)劃等方面的應(yīng)用研究。

森林是陸地生物系統(tǒng)的主體，森林土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在全球碳循環(huán)中扮演著源、匯、庫的作用，森林土壤碳儲(chǔ)量及空間分布已成為全球有機(jī)碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)問題。森林不僅在維護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境上起著重要作用，而且是大氣 CO2的重要調(diào)節(jié)者之一，在全球碳循環(huán)中起著重要作用[1]。土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化和積累，一方面直接影響著全球碳循環(huán)動(dòng)態(tài)[2]，另一方面影響了土壤肥力和植物生長，從而間接影響了陸地生物碳庫[3-4]。不同森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤有機(jī)碳含量受植被類型、氣候條件等因素的影響具有較高的變異性[5]。近年，隨著碳循環(huán)成為全球研究的熱點(diǎn)問題，有關(guān)土壤有機(jī)碳含量及碳密度的研究較多，但應(yīng)用于區(qū)域森林生態(tài)效益監(jiān)測的土壤有機(jī)碳含量的研究報(bào)道相對(duì)較少。

該文以浙江省慶元縣生態(tài)公益林為研究對(duì)象，采用單因素方差分析、多重比較及相關(guān)分析等方法，研究了公益林5種主要森林類型的土壤有機(jī)碳含量分布特征，對(duì)土壤有機(jī)碳含量的主要影響因子進(jìn)行了分析，探討其中相關(guān)規(guī)律，為生態(tài)公益林效益監(jiān)測及評(píng)價(jià)不同森林類型土壤的碳匯功能提供參考依據(jù)。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)域?yàn)檎憬∥髂线呞铩獞c元縣，該縣是浙江省重點(diǎn)林業(yè)縣之一，地理位置位于 118°49′～119°49′E，27°25′～27°51′N。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤，冬暖夏涼，四季分明，光熱資源豐富。地貌以丘陵山區(qū)為主，最高峰海拔1 857 m，最低海拔240 m，相對(duì)高差達(dá)1 617 m。境內(nèi)山地起伏，山巒重疊，立體小氣候復(fù)雜多樣。主要土壤類型有紅壤、黃壤，低山丘陵還零星分布著一些巖成土。森林植被在全國植被分區(qū)中屬中亞熱帶常綠闊葉林北部亞地帶——浙閩山丘甜儲(chǔ)、木荷林區(qū)，地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林。

2研究方法

2.1土壤樣品采集根據(jù)不同地形、不同海拔、不同森林群落類型及結(jié)構(gòu)特征確定公益林固定監(jiān)測小班，群落本底調(diào)查后，在每個(gè)固定小班內(nèi)均設(shè)置1個(gè)固定監(jiān)測樣地，樣地大小統(tǒng)一為20 m×20 m（水平方向20 m樣方用于林分喬木層資源調(diào)查），樣地對(duì)角線布設(shè)3個(gè)2 m×2 m樣方（用于下層木和草本資源調(diào)查）。同時(shí)，在每個(gè)樣地外緣挖掘1個(gè)土壤剖面，記載土壤厚度、腐殖質(zhì)厚度和枯枝落葉厚度，并在土壤A、B 2層各取500 g左右的土壤，作為該樣點(diǎn)的土壤混合樣品。各森林類型的基本特征見表1。

2.2樣品處理與分析樣品采集后，帶回實(shí)驗(yàn)室，在室溫下風(fēng)干，除去礫石和根系后過2 mm鋼篩，磨細(xì)待測。分析方法如下：土壤有機(jī)碳用重鉻酸鉀-外加熱法測定；土壤全氮用半微量凱氏定氮法；土壤全磷用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法[6-7]。

2.3生物量計(jì)算方法生物量計(jì)算采用浙江省重點(diǎn)公益林不同樹種相容性生物量模型[8]。

2.4數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2010軟件進(jìn)行匯總分析，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和多重比較，并進(jìn)行相關(guān)分析和回歸分析等。

3結(jié)果與分析

3.1不同森林類型土壤有機(jī)碳分布特征森林生態(tài)系統(tǒng)中，不同森林類型下土壤有機(jī)碳含量的差異主要是由植被類型、樹齡、土壤容重和土層厚度等因素造成的，群落類型通過凋落物的輸入、土壤根系的分布、固氮能力來影響土壤性質(zhì)，不同的植物本身的特性對(duì)土壤碳密度和碳儲(chǔ)量的影響較大。從表2可以看出，竹林土壤有機(jī)碳平均含量最?。?1.55 g/kg），闊葉林的平均值最大（55.57 g/kg），不同林分下土壤有機(jī)碳平均含量的變化趨勢從大到小為：闊葉林、針闊混交林 、松木林、杉木林、竹林。竹林土壤有機(jī)碳含量最低，與土壤表層人為活動(dòng)影響和凋落物進(jìn)入表層的輸入較少有關(guān)。LSD分析結(jié)果得出，不同森林類型之間土壤有機(jī)碳含量有顯著影響（df=4，F(xiàn)=4.333，P=0.003）。由此可見，不同森林類型土壤的碳匯功能有明顯差異，對(duì)于生態(tài)公益林來講，長期的封禁管理，植被主要以自然恢復(fù)為主，若通過適度撫育、補(bǔ)植或間伐措施，構(gòu)建以闊葉混交林或針闊混交林為主森林群落對(duì)于提高公益林土壤的碳匯功能具有重要的作用。

3.2不同林齡階段土壤有機(jī)碳分布特征隨著林齡增大和郁閉度提高，林木間競爭劇烈，自然整枝強(qiáng)烈，林分凋落物逐漸增多，林內(nèi)土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地得到改善，經(jīng)過微生物分解成有機(jī)碳，有機(jī)碳含量隨林齡增大而增加。該研究結(jié)果表明，在幼齡林至成熟林階段呈現(xiàn)隨林齡增大而增加，不同林齡階段土壤有機(jī)碳平均含量分別為幼齡林36.65 g/kg、中齡林38.59 g/kg、近熟林50.81 g/kg、成熟林68.28 g/kg，其中成熟林土壤有機(jī)碳含量為幼齡林的1.9倍左右。不同林齡階段土壤有機(jī)碳含量呈極顯著性差異（df = 3，F(xiàn)=10.764，P=0000），與林齡呈極顯著相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.433，P<0.01），這表明林齡是導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量差異的重要因素之一。在森林類型相同的情況下，土壤有機(jī)碳含量也是隨林齡增大而增加（圖1），與林齡呈顯著或極顯著相關(guān)，4種喬木林分各齡組相關(guān)系數(shù)分別為：松木林0.460（P=0.013），杉木林0633（P=0.000），闊葉林0.488（P=0.005），針闊混交林0.555（P=0.026）。在公益林生態(tài)效益監(jiān)測時(shí)，合理劃分不同林齡階段，對(duì)估算土壤的碳匯功能有重要影響。

3.3.1植被因子與土壤有機(jī)碳含量。相關(guān)分析研究結(jié)果表明，公益林土壤有機(jī)碳含量與生物量、枯枝落葉層厚度呈顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為：0.251、0.551，與草本蓋度呈顯著性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.204，這可能是草本蓋度大與凋落物進(jìn)入土層較少有關(guān)。土壤有機(jī)碳含量與其他植被因子沒有顯著性相關(guān)關(guān)系。森林群落生物量與土壤理化性質(zhì)是一種相互依存關(guān)系。一方面，土壤結(jié)構(gòu)好、營養(yǎng)豐富，則森林植物生物量高；另一方面，生物量高，則凋落物等返還量大，有機(jī)碳含量就越高。從圖2可以看出，土壤有機(jī)碳含量和生物量隨林齡增加而增大。凋落物也稱枯落物或有機(jī)碎屑，其作為養(yǎng)分的基本載體，在養(yǎng)分循環(huán)中是連接植物與土壤的“紐帶”。凋落物越厚，一方面保持水土的功能越強(qiáng)，越利于有機(jī)碳的存儲(chǔ)，從而可減少土壤中的養(yǎng)分流失；另一方面由于土壤有機(jī)碳含量基本上來源于凋落物的分解，所以凋落物蓄積量越大，分解后釋放的養(yǎng)分越多，相應(yīng)地，土壤有機(jī)碳含量就越高。

3.3.3土壤內(nèi)在因子與土壤有機(jī)碳含量。相關(guān)分析結(jié)果表明，公益林土壤有機(jī)碳含量與土壤厚度、腐殖質(zhì)厚度、全氮、全磷、有效磷均呈極顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.399、0.727、0.724、0.320、0.423。土壤厚度直接影響林地的生物量，隨著土層厚度的加深，林地生物量迅速增加，各種含碳化合物量（如木質(zhì)素、纖維素、單寧等）與養(yǎng)分元素含量（氮、磷、鉀等）凋落物進(jìn)入土層也就越多。土壤腐殖質(zhì)對(duì)土壤肥力起著重大的作用，腐殖質(zhì)物質(zhì)以分子態(tài)進(jìn)入到植物體后，可刺激根系的發(fā)育，促進(jìn)植物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，且有巨大的比表面積，有巨大的吸收代換能力[10]；另外腐殖質(zhì)的吸水率可達(dá)500%～600%[11]，具有良好的保持土壤水分的能力。該研究結(jié)果表明，腐殖質(zhì)厚度與凋落物、全氮、全磷、有效磷呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.395、0.447、0.208、0.278。因此，土壤內(nèi)在各因子通過交互作用，共同影響土壤有機(jī)碳含量。

4結(jié)論

（1）土壤有機(jī)碳含量是生態(tài)系統(tǒng)在特定條件下的動(dòng)態(tài)平衡值，植被類型對(duì)土壤有機(jī)碳的影響主要通過枯落物的質(zhì)和量及根系作用，在不同的森林植被和人類擾動(dòng)下，土壤有機(jī)碳積累的數(shù)量有很大差異。該研究結(jié)果表明：不同森林類型之間土壤有機(jī)碳含量有顯著影響，土壤有機(jī)碳平均含量的變化趨勢從大到小為：闊葉林、針闊混交林 、松木林、杉木林、竹林。

（2）研究結(jié)果表明：林齡是導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量差異的重要因素之一，在幼齡林至成熟林階段呈現(xiàn)隨林齡增大而增加，不同林齡階段土壤有機(jī)碳含量呈極顯著性差異，與林齡呈極顯著相關(guān)。因此，在進(jìn)行生態(tài)公益林效益監(jiān)測時(shí)，林齡的合理劃分對(duì)效益的估算有重要的影響。

（3）在森林生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機(jī)碳含量主要受氣候、植被、土壤性質(zhì)及人類活動(dòng)的綜合影響，且各個(gè)環(huán)境因子間存在互作效應(yīng)。研究結(jié)果表明：植被因子中生物量、枯枝落葉層厚度與土壤有機(jī)含量存在良好的正相關(guān)，與草本蓋度呈顯著性負(fù)相關(guān)，與植被的喬、灌密度和蓋度在不同植被上關(guān)系較為復(fù)雜，相關(guān)不顯著；地形因子中，海拔與土壤有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)，與坡度、坡向、坡位關(guān)系不顯著；土壤內(nèi)在因子中，與土層厚度、腐殖質(zhì)厚度、全氮、全磷、有效磷呈顯著或極顯著正相關(guān)。

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