關(guān)晉宏, 張克棟, 鄧 磊, 張建國(guó), 何秋月, 杜 盛1,

(1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 西部環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊陵 712100; 4.甘肅省洮河林業(yè)局, 甘肅 甘南 747600; 5.中國(guó)科學(xué)院研究生院, 北京 100049)

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不同起源云杉林土壤有機(jī)碳密度及與物種多樣性關(guān)系

關(guān)晉宏1,5, 張克棟4, 鄧 磊3, 張建國(guó)1,5, 何秋月2, 杜 盛1,2

(1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 西部環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊陵 712100; 4.甘肅省洮河林業(yè)局, 甘肅 甘南 747600; 5.中國(guó)科學(xué)院研究生院, 北京 100049)

對(duì)甘南地區(qū)云杉人工林和天然林的不同林齡(包括幼齡林、中齡林、近熟林和成熟林)土壤有機(jī)碳密度及其群落物種多樣性的關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果表明：不同起源云杉林在各林齡中均以表層土壤(0—10 cm)土壤有機(jī)碳含量最高，隨土壤深度的增加逐漸減少；土壤有機(jī)碳密度除天然云杉成熟林在表層最高外，其他均以深層土壤(50—100 cm)最高，且土壤有機(jī)碳含量和有機(jī)碳密度隨林齡的變化不顯著(p>0.05)。冗余分析表明，人工林0—10，10—20，20—30，30—50 cm的土壤有機(jī)碳密度除與Ea指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系外，與豐富度(S)、Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Simpson指數(shù)(D)、Pielou指數(shù)(Jsw)均呈正相關(guān)關(guān)系；天然林0—10，10—20，20—30 cm的土壤有機(jī)碳密度與這5個(gè)指數(shù)均呈正相關(guān)關(guān)系。

云杉; 人工林; 天然林; 林齡; 土壤有機(jī)碳密度; 物種多樣性

土壤有機(jī)碳庫(kù)是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，貯有1 550 Pg C，約是陸地植被碳庫(kù)的2～3倍[1]。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其土壤碳庫(kù)約占陸地土壤碳庫(kù)的73%[2]。土壤碳庫(kù)的微小變化，都會(huì)引起大氣CO2濃度的巨大變化，而導(dǎo)致其在全球碳循環(huán)中源、匯、庫(kù)的轉(zhuǎn)化[3]，因此，土壤有機(jī)碳在全球氣候變化下的碳循環(huán)研究中顯得尤為重要。

近年來，許多學(xué)者從全國(guó)[4-5]及區(qū)域尺度[6-7]對(duì)土壤碳庫(kù)進(jìn)行了估算，但結(jié)果差異較大，且在區(qū)域尺度上存在一定的空間異質(zhì)性。土地利用變化被認(rèn)為是全球除化石燃料燃燒之外的第二大碳源，并影響著土壤的碳源、匯功能[8]。森林演替過程中，土壤有機(jī)碳的來源主要是地上部分的枯落物輸入以及地下根系周轉(zhuǎn)產(chǎn)生的碎屑，而物種的組成影響著土壤碳輸入的數(shù)量和質(zhì)量，從而影響森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳匯(源)功能。由于缺乏長(zhǎng)期的定位觀測(cè)數(shù)據(jù)，目前對(duì)土壤有機(jī)碳隨林齡的變化研究較少，部分學(xué)者認(rèn)為土壤有機(jī)碳會(huì)隨林齡的增加呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其表現(xiàn)在人工林中[9]，也有學(xué)者認(rèn)為區(qū)域尺度的土壤有機(jī)碳主要受土壤類型的影響，而受林齡的影響較小[10]，總之，土壤有機(jī)碳隨林齡的變化并無定論。

云杉林是甘南地區(qū)高海拔地帶性植被的建群種，也是該區(qū)人工造林的主要樹種，可以發(fā)育成穩(wěn)定的亞高山針葉林頂級(jí)群落，是該區(qū)生物多樣性最豐富、生產(chǎn)力最高的植被類型之一。由于20世紀(jì)六、七十年代人類不合理的亂砍濫伐，導(dǎo)致云杉面積大幅度下降，自“天保工程”以來，云杉林的生境有所恢復(fù)，面積大幅增加，年齡結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變。對(duì)不同起源云杉林的土壤有機(jī)碳進(jìn)行研究，是預(yù)測(cè)全球氣候變化的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作。為此，在樣地調(diào)查的基礎(chǔ)上，本文分析比較了不同起源云杉林土壤有機(jī)碳密度及其群落物種多樣性隨林齡的變化，并嘗試用物種多樣性解釋土壤有機(jī)碳對(duì)土地利用變化的響應(yīng)，以期為區(qū)域尺度土壤碳庫(kù)的精確估算及森林生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)提供參考。

1　研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

甘南藏族自治州位于甘肅省西南部，33°06′—35°44′N,100°46′—104°44′E，青藏高原東北緣，平均海拔3 000 m。該區(qū)植被覆蓋度較高，屬典型的高原大陸性氣候，高寒陰濕，多年平均降雨量為400～800 mm，降雨季節(jié)性明顯，主要集中在7—9月。年平均氣溫僅1～3℃，年極端最高氣溫為33.8℃，年極端最低氣溫為-29.6℃，≥10℃的積溫持續(xù)不足3個(gè)月，全年平均日照時(shí)數(shù)2 200～2 400 h[11]。云杉林為該區(qū)面積分布最廣的亞高山針葉林，土壤類型以山地棕壤和山地褐土為主。

1.2研究方法

1.2.1樣地設(shè)置在2011年，2012年植物生長(zhǎng)旺盛期(7月，8月)，選擇云杉人工林和天然林群落設(shè)置樣地，其中，人工林樣地13塊，林齡分布18～65 a；天然林樣地11塊，林齡分布34～140 a。林齡的確定主要以生長(zhǎng)錐鉆芯取樣并結(jié)合當(dāng)?shù)亓謽I(yè)局的相關(guān)資料得出。由于該區(qū)地貌以山地和高原為主，且地形較為破碎，根據(jù)地形條件，樣地設(shè)置為50 m×20 m或30 m×20 m，每個(gè)樣地內(nèi)分別沿對(duì)角線設(shè)置3個(gè)2 m×2 m灌木樣方和3個(gè)1 m×1 m草本樣方。林內(nèi)喬木層中云杉占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，林下灌木、草本發(fā)育良好。不同起源云杉林林分特征見表1。

1.2.2物種多樣性調(diào)查對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)胸徑大于2 cm，高度大于2 m的喬木進(jìn)行每木檢尺，測(cè)定胸徑和樹高。灌木和草本樣方內(nèi)，分別記錄植物的種類、個(gè)體數(shù)(叢數(shù))、高度和蓋度等。根據(jù)樣地調(diào)查所得不同物種相對(duì)蓋度、相對(duì)多度和相對(duì)頻度統(tǒng)計(jì)出各物種的重要值，再計(jì)算出群落的多樣性指數(shù)，如物種豐富度指數(shù)(S)，物種多樣性指數(shù)Simpson指數(shù)(D)、Shannon-Wiener指數(shù)(H′)和均勻度指數(shù)Pielou指數(shù)(Jsw)、Alatalo指數(shù)(Ea)，具體計(jì)算方法[13]如下：

H′=-∑PilnPi

Jsw=H′/lnS

式中：S——樣方出現(xiàn)的物種數(shù)，即豐富度指數(shù)；Pi——相對(duì)重要值。

1.2.3容重測(cè)定在調(diào)查樣地內(nèi)選擇未受人為干擾，植被結(jié)構(gòu)和土壤具代表性的地段，挖掘土壤剖面，深至100 cm，不夠100 cm至基巖為止。按照0—10，10—20，20—30，30—50，50—100 cm不同深度，每層用環(huán)刀取2個(gè)重復(fù)土樣。野外取回土樣后帶回實(shí)驗(yàn)室105℃烘干24 h至恒重，并對(duì)每個(gè)土樣內(nèi)>2 mm的礫石稱重，計(jì)算出土壤大于2 mm礫石所占體積百分比(%)，根據(jù)環(huán)刀的容積(100 cm3)和烘干土的質(zhì)量計(jì)算各土層土壤容重及土壤有機(jī)碳密度。

土壤有機(jī)碳密度(t/hm2)計(jì)算公式為：

式中：Ci——第i層土壤有機(jī)碳含量(g/kg)；BDi——第i層土壤平均容重(g/cm3)；Hi——第i層土壤厚度(cm)，Ri——第i層土壤大于2mm礫石所占體積百分比(%)。

表1　不同起源云杉林林分特征

注：人工林和天然林林齡的劃分參考甘肅省林業(yè)廳[12]，天然林林齡為樣地內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)木的平均年齡。

1.2.4土壤有機(jī)碳含量測(cè)定在調(diào)查樣地內(nèi)使用內(nèi)徑5 cm的土鉆，按0—10，10—20，20—30，30—50，50—100 cm五個(gè)層次，隨機(jī)重復(fù)取樣3次，均勻混合成一個(gè)混合樣。土壤盡快自然風(fēng)干，去除礫石和植物根系等雜物，磨碎后過0.25 mm篩，采用重鉻酸鉀—硫酸氧化外加熱測(cè)定土壤有機(jī)碳含量[14]。

1.2.5數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)均為各處理結(jié)果的平均值，并用SPSS 16.0對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)。分不同起源，分別對(duì)同一林齡組不同土層、同一土層不同林齡組間土壤有機(jī)碳含量和有機(jī)碳密度，以及同一起源不同林齡間土壤總有機(jī)碳密度的關(guān)系采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，α=0.05作為差異顯著性檢驗(yàn)的閾值。

為充分比較物種多樣性對(duì)土壤有機(jī)碳密度的影響，本研究中同一林齡的樣地盡可能選擇多個(gè)重復(fù)，但由于甘南林區(qū)破壞嚴(yán)重，且地形較為破碎，各林齡樣地?cái)?shù)量不一致。天然云杉成熟林在調(diào)查中僅有一個(gè)樣地，因此各類指標(biāo)無重復(fù)，也未對(duì)其土壤有機(jī)碳含量、碳密度、物種多樣性指數(shù)與其他林齡間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。

2　結(jié)果與分析

2.1不同起源云杉林土壤有機(jī)碳含量隨林齡的變化

在不同起源云杉林中，不同林齡云杉林的土壤有機(jī)碳含量均以表層(0—10 cm)土壤最高，隨土層的增加逐漸降低，土層20 cm以下的土壤有機(jī)碳含量變化范圍較小(圖1)。對(duì)不同深度的土壤有機(jī)碳含量比較發(fā)現(xiàn)，0—10 cm的土壤有機(jī)碳含量與10—20 cm的在各林齡間均無顯著差異(p>0.05)，而與深層土壤均存在顯著差異(p<0.05)。20—30，30—50，50—100 cm深層土壤之間的土壤有機(jī)碳密度均無顯著差異(p>0.05)。不同起源云杉林中，同一土層的土壤有機(jī)碳含量受林齡的影響均不顯著(p>0.05)。

2.2不同起源云杉林土壤有機(jī)碳密度隨林齡的變化

在不同起源云杉林中，隨著土層深度的增加，土壤有機(jī)碳密度均出現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)(圖2)。在云杉人工林中，方差分析表明同一土層不同林齡土壤有機(jī)碳密度之間均無顯著差異(p>0.05)，同一林齡不同土層的土壤有機(jī)碳密度之間也均無顯著差異(p>0.05)。在云杉人工林中，各層土壤碳密度分配不均，除幼齡林為10—20 cm的土壤有機(jī)碳密度最高外，其余均為深層(50—100 cm)土壤有機(jī)碳密度最高。同一林齡土壤表層有機(jī)碳密度占土壤總有機(jī)碳密度變化波動(dòng)較大，為13.14%～20.28%，說明土壤表層碳密度的變化對(duì)人為干擾等環(huán)境變化的響應(yīng)更為敏感。

云杉天然林中，各土層土壤有機(jī)碳密度受林齡的影響也均不顯著(p>0.05)，而同一林齡不同土層間僅在幼齡林的表層(0—10 cm)土壤有機(jī)碳密度與深層(50—100 cm)土壤有機(jī)碳密度之間有顯著差異(p<0.05)，其余土層之間差異不顯著(p>0.05)。除成熟林土壤有機(jī)碳密度主要集中在表層外，云杉天然林其他林齡的土壤有機(jī)碳密度主要集中分布在深層土壤，占土壤總有機(jī)碳密度的29.26%～41.25%。

注：不同大寫字母表示同一林齡不同土層土壤有機(jī)碳含量差異顯著，不同小寫字母表示同一土層不同林齡土壤有機(jī)碳含量差異顯著。

圖1不同起源云杉林土壤有機(jī)碳含量隨林齡的變化

2.3不同起源云杉林土壤總有機(jī)碳密度隨林齡的變化

不同起源云杉林土壤總有機(jī)碳密度(0—100 cm)隨林齡的變化差異見圖3。在云杉人工林中，土壤總有機(jī)碳密度隨林齡的增加呈現(xiàn)波動(dòng)性增加的趨勢(shì)，以中齡林最高，為392.24 t/hm2，土壤總有機(jī)碳密度隨林齡的變化總體表現(xiàn)為：中齡林(392.24 t/hm2)>成熟林(381.85 t/hm2)>近熟林(324.17 t/hm2)>幼齡林(327.92 t/hm2)。在云杉天然林中，土壤總有機(jī)碳密度呈現(xiàn)出波動(dòng)式降低，以幼齡林最高(459.79 t/hm2)，土壤總有機(jī)碳密度隨林齡的變化為：幼齡林(459.79 t/hm2)>近熟林(431.75 t/hm2)>中齡林(299.92 t/hm2)>成熟林(236.41 t/hm2)，且不同起源云杉林的土壤總有機(jī)碳密度受林齡的影響均不顯著(p>0.05)。

注：不同大寫字母表示同一林齡不同土層土壤有機(jī)碳密度差異顯著，不同小寫字母表示同一土層不同林齡土壤有機(jī)碳密度差異顯著。

圖2不同起源云杉林土壤有機(jī)碳密度隨林齡的變化

圖3　不同起源云杉林土壤總有機(jī)碳密度隨林齡的變化

2.4不同起源云杉林物種多樣性隨林齡的變化

為闡述不同起源云杉林物種多樣性隨林齡的變化關(guān)系，分別統(tǒng)計(jì)了豐富度指數(shù)(S)，Shannon-Wiener指數(shù)(H′)，Simpson指數(shù)(D)和均勻度指數(shù)Pielou指數(shù)(Jsw)，Alatalo指數(shù)(Ea)，綜合表示為圖4。對(duì)云杉人工林來說，各物種多樣性指數(shù)均表現(xiàn)出從幼齡林到近熟林增加，近熟林到成熟林減小的趨勢(shì)，但各指數(shù)之間受林齡的影響并不顯著(p>0.05)。對(duì)云杉天然林來說，各物種多樣性指數(shù)均為先降低后增加，除Ea指數(shù)外，其他各指數(shù)均受林齡的影響顯著(p<0.05)。

2.5物種多樣性對(duì)土壤有機(jī)碳密度的影響

植被演替主要通過物種之間競(jìng)爭(zhēng)來推動(dòng)，土壤作為植被演替過程中重要的環(huán)境因子，影響著物種的定植與生存。分別對(duì)云杉人工林和天然林的群落物種多樣性指數(shù)和不同深度土壤有機(jī)碳密度進(jìn)行冗余分析(RDA)，結(jié)果如圖5。在云杉人工林中，前兩個(gè)組分量的累計(jì)貢獻(xiàn)率為81%，其中前兩軸分別解釋58.7%和22.3%(圖5a)。云杉人工林中，0—10，10—20，20—30，30—50 cm的土壤有機(jī)碳密度與S指數(shù)，H′指數(shù)，D指數(shù)，Jsw指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，與Ea呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；50—100 cm的土壤有機(jī)碳密度與S指數(shù)，H′指數(shù)，D指數(shù)，Jsw指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與Ea呈正相關(guān)關(guān)系，也就是說群落物種豐富度指數(shù)(S)、多樣性指數(shù)(H′、D)和均勻度指數(shù)(Jsw)積極的影響0—50 cm的土壤有機(jī)碳密度。

注：不同大寫字母表示人工林不同林齡物種多樣性指數(shù)差異顯著，不同小寫字母表示天然林不同林齡物種多樣性指數(shù)差異顯著。

圖4不同起源云杉林群落物種多樣性指數(shù)隨林齡的變化

在云杉天然林中，前兩個(gè)組分量的累計(jì)貢獻(xiàn)率為89%，其中前兩軸分別解釋69%和20%(圖5b)。0—10，10—20，20—30 cm的土壤有機(jī)碳密度與S指數(shù)，H′指數(shù)，D指數(shù)，Jsw指數(shù)和Ea指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，而與30—50，50—100 cm的土壤有機(jī)碳密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是說群落物種多樣性指數(shù)積極的影響0—30 cm的土壤有機(jī)碳密度。

圖5　不同起源云杉林土壤有機(jī)碳密度與物種多樣性指數(shù)的RDA排序結(jié)果

3　討論與結(jié)論

本文對(duì)甘南地區(qū)不同起源云杉林土壤有機(jī)碳密度隨林齡的變化進(jìn)行了研究，并與群落物種多樣性之間的關(guān)系做了初步探討。研究表明，不同林齡人工云杉林和天然云杉林土壤有機(jī)碳密度的變化范圍分別為324.17～392.24 t/hm2和236.41～459.79 t/hm2。Gao等[15]研究得出寧夏地區(qū)48 a青海云杉人工林土壤有機(jī)碳密度為411 t/hm2，略高于本文云杉人工林土壤有機(jī)碳密度均值(356.55 t/hm2)，二者均高于我國(guó)人工林平均土壤有機(jī)碳密度(107.1 t/hm2)[16]。阿米娜木·艾力等[17]研究了天山云杉在海拔(1 800～2 800 m)差異下，土壤有機(jī)碳密度變化范圍為285.9～488.7 t/hm2，平均382.05 t/hm2，略高于本文云杉天然林土壤有機(jī)碳密度的均值(356.97 t/hm2)，二者均高于我國(guó)天然林平均土壤有機(jī)碳密度(109.1 t/hm2)[16]，說明甘南地區(qū)云杉林不論天然林還是人工林土壤有機(jī)碳密度均偏高。在氣候條件一致的情況下，不同物種的根系分布以及凋落物的累積分解輸入是土壤有機(jī)碳含量及碳密度發(fā)生變化的主要原因[18]。其次，由于云杉林位于高海拔地區(qū)，溫度低、土壤相對(duì)濕度大、凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，土壤異養(yǎng)呼吸受到限制，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，使得該區(qū)云杉林土壤有機(jī)碳密度較高，成為我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)重要的土壤碳庫(kù)。

目前關(guān)于土壤有機(jī)碳密度隨林齡變化的結(jié)論存在分歧，有學(xué)者認(rèn)為在無人為干擾的森林中，土壤有機(jī)碳含量和有機(jī)碳密度均隨林齡的增加逐漸增大[9,19]，也有學(xué)者認(rèn)為林齡與土壤有機(jī)碳密度之間無顯著差異[10,20]。本研究中，云杉人工林土壤總有機(jī)碳密度隨林齡呈現(xiàn)波動(dòng)性增加的趨勢(shì)，云杉天然林呈現(xiàn)波動(dòng)性降低的趨勢(shì)。云杉天然林波動(dòng)性降低的原因可能是本研究中天然林成熟林重復(fù)樣地較少，由于六、七十年代以來甘南林區(qū)采伐嚴(yán)重，研究能到達(dá)的采樣區(qū)內(nèi)天然云杉成熟林面積較?。患又懿煞サ热藶榛顒?dòng)的干擾，影響了凋落物的分解與輸入，從而引起土壤有機(jī)碳的降低。盡管“天保工程”實(shí)施以來，甘南林區(qū)森林得到大面積改善，但土壤理化性質(zhì)的改變是長(zhǎng)期而緩慢的過程。人工林土壤有機(jī)碳密度的差異主要?dú)w因于細(xì)根的輸入而不是地表凋落物的累積分解[21]，本研究中云杉人工林幼齡林土壤有機(jī)碳密度小于中齡林和成熟林時(shí)期，與Jug等人[22]研究結(jié)果相近，即造林初期土壤有機(jī)碳密度會(huì)下降，之后開始慢慢積累。

土壤有機(jī)碳密度受氣候變化、不同森林類型、年齡結(jié)構(gòu)、森林管理等因素的影響外，森林群落的物種多樣性也是保證土壤有機(jī)質(zhì)增加的重要因素[16,23]。森林演替導(dǎo)致凋落物不斷積累，凋落物分解后歸還到土壤中，提高了土壤基質(zhì)的穩(wěn)定性，為更多物種的生存、定居、生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的條件，進(jìn)而促進(jìn)森林群落的演替以及生物多樣性的維持[24]。但關(guān)于土壤有機(jī)碳密度與群落物種多樣性的關(guān)系一直缺乏研究，本文嘗試性的解釋不同起源云杉林土壤有機(jī)碳密度與群落物種多樣性的關(guān)系，結(jié)果表明，云杉人工林0—50 cm的土壤有機(jī)碳密度與豐富度指數(shù)(S)、多樣性指數(shù)(H′、D)以及均勻度指數(shù)(Jsw)存在正相關(guān)關(guān)系，換句話說，增加喬、灌、草各層物種種類，并優(yōu)化群落均勻度，使物種個(gè)體數(shù)目的分配更加均勻，能改善云杉人工林的土壤有機(jī)碳密度。云杉天然林0—30 cm的土壤有機(jī)碳密度與豐富度、多樣性指數(shù)以及均勻度指數(shù)都有正相關(guān)關(guān)系，也就是說，提高群落物種多樣性能改善云杉天然林的土壤有機(jī)碳密度。

綜上，甘南地區(qū)云杉林土壤有機(jī)碳密度較高，是我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)重要的土壤碳庫(kù)之一。土壤有機(jī)碳密度與群落物種多樣性的關(guān)系表明，今后該區(qū)的云杉森林生態(tài)系統(tǒng)管理中，對(duì)人工林而言，要采取一定的撫育措施，提高林地穩(wěn)定性和可持續(xù)更新的潛力，進(jìn)而促進(jìn)表層土壤碳密度的增加；天然林在保證現(xiàn)有林地生境的基礎(chǔ)上，保持喬、灌、草各層物種的多樣性配制，可改善表層土壤有機(jī)碳密度。

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Soil Organic Carbon Density and Relationship with Species Diversity in Pedigreed Spruce at Natural Forest and Plantation Scales

GUAN Jinhong1,5, ZHANG Kedong4, DENG Lei3, ZHANG Jianguo1,5, HE Qiuyue2, DU Sheng1,2

(1.Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of WaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China; 2.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China; 3.KeyLaboratoryofEnvironmentandEcologyofEducationMinistryinWestChina,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China; 4.GansuTaoheForestBureau,Gannan,Gansu747600,China; 5.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Different-aged forests (including young forest, middle-aged forest, pre-mature forest and mature forest) of both plantations and natural forests of spruce (Piceaasperata) were systematically investigated in Gannan Tibetan Autonomous Prefecture to explore the relationship between species diversity and soil organic carbon (SOC) density. Vertical distribution of SOC content and density, and species diversity, in both plantations and natural forests were analyzed. The results showed that SOC contents were highest in the top soil in different-aged forests of both natural forests and plantations, and decreased gradually with soil depth. SOC densities were highest in the deep soil layer(50—100 cm)in different-aged forests of both natural forests and plantations except the natural mature forest. Moreover, SOC content and density varied insignificantly with forest ages(p>0.05). SOC density in spruce plantations increased, whereas SOC density in spruce natural forests decreased along the ages. Redundancy discriminate analysis (RDA) showed that SOC densities of 0—10, 10—20, 20—30, 30—50 cm in spruce plantations had a positive relationship with species richness (S), Shannon-Wiener (H′), Simpson (D) and Pielou (Jsw), but a negative relationship with Alatalo (Ea). By contrast, SOC densities of 0—10, 10—20 and 20—30 cm in spruce natural forests had a positive relationship with the five indices mentioned above.

Piceaasperata; planations; natural forests; forest age; soil organic carbon density; species diversity

2015-05-07

2015-05-12

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA05050202);國(guó)家自然科學(xué)基金(41171419,41411140035)

關(guān)晉宏(1984—),女,山西寧武人,博士研究生,主要研究方向?yàn)樯稚鷳B(tài)、流域生態(tài)與管理。E-mail:cocogjh@163.com

杜盛(1965—),男,內(nèi)蒙古鄂爾多斯人,博士,研究員,主要研究方向?yàn)樯稚鷳B(tài)、流域生態(tài)與管理。E-mail:shengdu@ms.iswc.ac.cn

S718.5

A

1005-3409(2016)02-0049-06