林振清

(福建省建甌市林業(yè)局，建甌 353100)

海拔影響毛竹林土壤有機(jī)碳組成的研究

林振清

(福建省建甌市林業(yè)局，建甌 353100)

地理海拔是毛竹(Phyllostachyheterocyclacv.pubescens)生態(tài)系統(tǒng)重要的環(huán)境影響因素，同時(shí)影響著竹林土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)及碳循環(huán)。研究采集了建甌市3處高中低不同海拔的毛竹林土壤樣品，利用化學(xué)分級(jí)，將土壤有機(jī)碳組成分為松結(jié)合態(tài)、穩(wěn)結(jié)合態(tài)及緊結(jié)合態(tài)，旨在了解海拔高度對(duì)竹林土壤有機(jī)碳循環(huán)的影響。結(jié)果表明，隨海拔高度增加，毛竹林土壤碳儲(chǔ)量隨之增加，高海拔竹林土壤碳儲(chǔ)量比對(duì)低海拔增加了50.6%(0～60 cm)。土壤中松結(jié)合態(tài)、穩(wěn)結(jié)合態(tài)及緊結(jié)合態(tài)有機(jī)碳組份含量以高海拔為高，但隨土壤剖面深度增加逐漸降低。然而，不同結(jié)合態(tài)有機(jī)碳占全碳的百分比則與海拔高度無(wú)關(guān)，松結(jié)合態(tài)及穩(wěn)結(jié)合態(tài)有機(jī)碳比率則隨土壤深度增加而增加。由此說(shuō)明，海拔高度影響著有機(jī)碳的含量，土壤則影響著有機(jī)碳的儲(chǔ)存形態(tài)。

毛竹林；碳儲(chǔ)量；海拔高度；有機(jī)碳組成

土壤有機(jī)碳(Soil organic carbon，SOC)是地球表層最重要的碳庫(kù)(1 550 Pg C)，約二倍于大氣中的碳量(760 Pg C)[1]。因而，土壤碳庫(kù)的任何變化均會(huì)對(duì)大氣CO2濃度產(chǎn)生影響。據(jù)估算，森林生態(tài)系統(tǒng)中碳庫(kù)(787 Pg C)占到地球陸地碳量2/3[2]，所以，增加森林生態(tài)系統(tǒng)的碳庫(kù)是降低大氣CO2濃度、緩解溫室效應(yīng)的重要措施。與天然林相比，由于人為定向管理，人工林具有更高固碳增匯潛力[3-4]，從而使之成為重要的應(yīng)對(duì)方法。在我國(guó)，竹林是重要的人工林之一，因其具有生長(zhǎng)快速及采伐利用周期短的特點(diǎn)，在人工林的固碳增匯中可能起著更為重要的作用[5-6]。我國(guó)是世界上第一大竹產(chǎn)國(guó)，擁有竹林面積500多萬(wàn)hm2，大型散生的毛竹林(Phyllostachyheterocyclacv.pubescens)占70%左右，面積超過(guò)300萬(wàn)hm2[7]。盡管全球的森林面積在下降，而我國(guó)竹林面積則每年以3%左右速度在增加[6]，因此，竹林固碳的潛力也在被不斷放大。由于竹林在固碳增匯中所起的重要作用，對(duì)毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的固碳增匯的潛力有著不少的研究[5-6,8-10]。然而，由于毛竹生長(zhǎng)環(huán)境的差異，毛竹生物量及土壤固碳潛力均存在較大的變異，因此，有關(guān)毛竹生長(zhǎng)環(huán)境與固碳潛力之間的關(guān)系還有待深入研究。海拔是主導(dǎo)竹林立地環(huán)境溫度與水分的重要因素，對(duì)毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的固碳增匯有著必然的影響，但相關(guān)研究還很少涉及。因此，本文選擇福建省建甌市3個(gè)海拔高度的毛竹林生態(tài)系統(tǒng)，比較分析海拔對(duì)毛竹林土壤有機(jī)碳及組成的影響，以期為有效評(píng)價(jià)我國(guó)毛竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯潛力及地方規(guī)劃決策提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

采樣地為福建省北部的建甌市，是我國(guó)南方重點(diǎn)林區(qū)，有“筍都竹鄉(xiāng)”與“綠色金庫(kù)”之稱(chēng)。建甌市森林覆蓋率為77.8%，有毛竹林面積8.63×104hm2，其面積和立竹量均居全國(guó)縣市首位。竹業(yè)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為建甌市的地方支柱產(chǎn)業(yè)，也是當(dāng)?shù)氐闹攸c(diǎn)培育方向。建甌市地位于東經(jīng)117°58′～118°57′、北緯26°38′～27°20′之間，屬典型的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)。當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁貫?9.3 ℃，降雨量為1 600～1 800 mm，日照1 612 h，無(wú)霜期286 d。該市為我國(guó)南方典型的丘陵山區(qū)，靠近武夷山脈，氣候環(huán)境非常適合于毛竹生長(zhǎng)。當(dāng)?shù)孛裆L(zhǎng)的主要海拔范圍為200～1 200 m之間。

1.2 取樣方法

本次研究調(diào)查采樣時(shí)間為2015年4月。根據(jù)毛竹林的海拔分布范圍，本研究選擇了福建省建甌市3個(gè)典型海拔高度的毛竹林，即低海拔199 m、中海拔447 m和高海拔761 m。在每個(gè)所選擇的海拔高度中，分別隨機(jī)選擇3個(gè)代表性毛竹純林為研究樣點(diǎn)，并考慮具有相近背景，包括經(jīng)營(yíng)的環(huán)境與管理方法；在每個(gè)研究樣地再隨機(jī)選擇3個(gè)研究樣方，樣方面積為10 m×10 m；在每個(gè)樣方中，土壤取樣利用分層采樣法，土壤層次按0～10、10～20、20～40及40～60 cm共4層劃分，同時(shí)利用環(huán)刀法進(jìn)行土壤容重取樣。

1.3 樣品分析

土壤容重采用環(huán)刀法；本研究將土壤有機(jī)碳劃分為：松結(jié)合態(tài)、穩(wěn)結(jié)合態(tài)及緊結(jié)合態(tài)，劃分方法采用熊毅-傅積平改進(jìn)法測(cè)定[11]，即用0.1 mol·L-1NaOH及0.1 mol·L-1NaOH+0.1 mol·L-1Na4P2O7混合液分別連續(xù)提取松結(jié)態(tài)和穩(wěn)結(jié)態(tài)有機(jī)碳，殘留態(tài)有機(jī)碳為緊結(jié)態(tài)有機(jī)碳。有機(jī)碳采用元素分析儀測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)用SPSS進(jìn)行分析，并采用AVONVA進(jìn)行顯著性差異的檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔毛竹林土壤有機(jī)碳的組份

由表1可見(jiàn)，毛竹林土壤的總有機(jī)碳含量隨海拔高度增加而增加，在低海拔時(shí)的19.04 g·kg-1增加到高海拔時(shí)的34.37 g·kg-1(0～10 cm土壤)。在本研究的海拔范圍內(nèi)，土壤碳儲(chǔ)量是隨海拔高度的增加而增加。陳雙林等[12]結(jié)果表明，在武夷山的高海拔(700～780 m)毛竹林土壤中有機(jī)質(zhì)要顯著高于低海拔(90～120 m)。吳建國(guó)[13]研究表明隨著海拔升高，土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)周期變長(zhǎng)，即高海拔地區(qū)土壤碳?xì)埩羝谳^長(zhǎng)，因而使得土壤中會(huì)積累更多的有機(jī)質(zhì)。同時(shí)，松結(jié)合態(tài)、穩(wěn)結(jié)合態(tài)及緊結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量也均隨海拔高度增加而增加，低海拔下土壤松結(jié)合態(tài)有機(jī)碳含量為5.65 g·kg-1，高海拔時(shí)為8.96 g·kg-1。從中也可以看出，不同結(jié)合形態(tài)的有機(jī)碳含量是與總有機(jī)碳量相關(guān)，兩者成正比關(guān)系。由表2結(jié)果來(lái)看，不同結(jié)合態(tài)有機(jī)碳百分比(單一組份與總組含量的百分比)與海拔沒(méi)有相關(guān)性，其中松結(jié)合態(tài)為42.8%～47.0%，穩(wěn)結(jié)合態(tài)為5.21%～6.75%，緊結(jié)合態(tài)為47.7%～51.9%，這就是說(shuō)海拔高度對(duì)毛竹林土壤中有機(jī)碳結(jié)合形態(tài)沒(méi)有顯著影響。

表1 不同海拔高度毛竹林土壤有機(jī)碳組成含量

表2 不同海拔高度毛竹林土壤有機(jī)碳組成百分比

2.2 不同深度毛竹林土壤有機(jī)碳的組份

圖1表示了不同結(jié)合態(tài)有機(jī)碳在土壤剖面中的含量分布情況。從中可以看出，3種形態(tài)有機(jī)碳均隨土壤剖面深度的增加而下降，松結(jié)合態(tài)由7.74 g kg-1下降4.54 g·kg-1，穩(wěn)結(jié)合態(tài)由0.79 g·kg-1下降0.56 g·kg-1，緊結(jié)合態(tài)由10.87 g·kg-1下降4.62 g·kg-1。這與有機(jī)碳全量在土壤剖面中的分布有相同的規(guī)律。然而，不同形態(tài)的有機(jī)碳百分比在剖面中卻有完全不同的規(guī)律(圖2)，其中松結(jié)合態(tài)與穩(wěn)結(jié)合態(tài)有機(jī)碳隨剖面深度的增加而增加，而緊結(jié)合態(tài)則是隨剖面深度的增加在減少。由此說(shuō)明，有機(jī)碳組份結(jié)構(gòu)在土壤中的分布與土壤性質(zhì)相關(guān)，而與海拔高度無(wú)關(guān)。

圖1 不同結(jié)合態(tài)有機(jī)碳在土壤剖面中的含量分布Fig.1 The distribution of the organic carbon with different binding states at various soil depth

圖2 不同結(jié)合態(tài)有機(jī)碳在土壤剖面中的比率分布Fig.2 The proportion of the organic carbon with different binding states at various soil depth

3 討 論

已有較多的研究結(jié)果表明，土壤中有機(jī)碳含量隨海拔高度增加而增加[14-15]，本研究也給出了相似的結(jié)果。土壤碳庫(kù)的增加可能是由于毛竹生物量隨海拔高度增加而增加，同時(shí)，隨海拔高度的增加，溫度降低，凋落物分解減少。這種解釋在其它研究中可以得到印證[16]。

土壤有機(jī)質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成可以反映其在一定環(huán)境條件下的保存與轉(zhuǎn)化，主要與土壤性質(zhì)相關(guān)。本研究結(jié)果表明，海拔高度在一定范圍內(nèi)并不會(huì)影響到土壤有機(jī)質(zhì)組成，這也主要與在此研究范圍內(nèi)土壤性質(zhì)相似有關(guān)。相反，在土壤剖面分布結(jié)果來(lái)看，土壤性質(zhì)隨深度增加存在較大的變化，這種變化也影響到了有機(jī)碳的組成。松結(jié)合態(tài)與穩(wěn)結(jié)合態(tài)有機(jī)碳隨土壤剖面深度的增加而增加(圖2)，表明這部分有機(jī)碳與其在剖面的移動(dòng)性密切相關(guān)。因此，本研究結(jié)果說(shuō)明毛竹林土壤有機(jī)碳隨海拔高度增加而增加，但對(duì)有機(jī)碳組成影響很小，而土壤性質(zhì)則對(duì)有機(jī)碳組成有著重要影響。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，毛竹林土壤碳儲(chǔ)量隨海拔高度增加而增加。土壤中松結(jié)合態(tài)、穩(wěn)結(jié)合態(tài)及緊結(jié)合態(tài)有機(jī)碳以高海拔為高，但隨土壤剖面深度增加逐漸降低。然而，不同結(jié)合態(tài)有機(jī)碳占全碳的比率與海拔高度無(wú)關(guān)，松結(jié)合態(tài)及穩(wěn)結(jié)合態(tài)有機(jī)碳比率則隨土壤深度增加而增加。說(shuō)明，海拔高度影響著有機(jī)碳的儲(chǔ)量，土壤則影響著有機(jī)碳的儲(chǔ)存形態(tài)。

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Effects of Elevation on Soil Organic Matter Composition inPhyllostachyheterocyclacv.pubescensForests

LIN Zhen-qin

(Forestry Bureau of Jian-ou City, Jian-ou 353100, Fujiang, China)

Elevation is one of the most important environmental factors influencing plant growth and soil organic carbon turnover. Soil samples in high, mid and low elevation stands ofPhyllostachyheterocyclacv.pubescenswere collected from Jian-ou City, Fujian Province, China. Using the chemical fractionation method, the soil organic carbons were classified as loose, stable and close combined components. The results showed that the soil organic carbon storage increased with the elevation, and it was 50.6% higher at the highest site than that at the lowest site. The loose, stable and close combined carbon contents increased with increasing elevation, but decreased with soil depth. However, the ratios of various combined carbon to total carbon showed unrelated to elevation, but increased with soil depth. Thus, the elevation influenced greatly the soil organic matter content of the bamboo forests, while the soil properties determined the soil organic matter composition.

Elevation; Soil Composition;Phyllostachyheterocyclacv.pubescens; Soil organic matter

2015-08-21

林振清(1963-)，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事竹業(yè)管理及研究。