伊海友

（青龍滿族自治縣都山林場(chǎng)，河北 秦皇島 066599）

森林生態(tài)系統(tǒng)是重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，其面積超過4.1×109hm2。作為陸地最大的碳庫(kù)之一，森林碳庫(kù)在維護(hù)全球范圍內(nèi)的碳平衡、減緩大氣CO2濃度升高等方面發(fā)揮著重要作用。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，森林土壤是主要的碳庫(kù)，其有機(jī)碳儲(chǔ)量占森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的2/3以上[1]。森林土壤有機(jī)碳主要來自于森林植被，因此，植被群落特征、光合利用率等是影響土壤有機(jī)碳含量的關(guān)鍵因素。研究表明，影響森林土壤碳庫(kù)的因素包括森林植被枯落物的礦化分解速率、植物根系分泌物、海拔等[2]，其中，不同植被類型下其枯落物的礦化分解和根系分泌物等的差異性導(dǎo)致了森林土壤有機(jī)碳庫(kù)也存在明顯差異[3]。另外相關(guān)研究也表明，森林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量與林分之間有密切關(guān)系，不同林分表現(xiàn)出很大差異[4-6]。因此，森林生態(tài)系統(tǒng)植被類型是影響森林土壤有機(jī)碳庫(kù)的主要因素之一。

目前對(duì)都山林場(chǎng)植被及其土壤的研究相對(duì)較少，對(duì)其森林碳庫(kù)、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及生態(tài)資產(chǎn)的理解缺乏第一手資料。鑒于此，本研究以都山林場(chǎng)森林土壤為對(duì)象，研究其土壤有機(jī)碳在不同林分下的分布特征及差異，以期為都山林場(chǎng)的森林培育與經(jīng)營(yíng)管理等方面提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

都山林場(chǎng)始建于1955年，現(xiàn)有林地面積4 617 hm2，林木總蓄積量32萬(wàn)m3，森林覆蓋率98.19%。2013年10月，經(jīng)河北省人民政府批準(zhǔn)建立河北青龍都山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。都山林場(chǎng)主要樹種有柞樹（Quercus mongolica）、椴樹（Tilia tuan）、樺樹 （Betula platyphylla）、楸樹 （Catalpa bungei）、油松（Pinus tabulaeformis）等，大多數(shù)為天然次生林。植被分為針葉林、針闊葉混交林、闊葉林、灌叢、灌草叢、草叢及草甸7個(gè)類型。林場(chǎng)內(nèi)有高等植物762種，隸屬于130科427屬。都山林場(chǎng)位于河北承德寬城滿族自治縣和秦皇島青龍滿族自治縣交界處，屬北溫帶濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，日照充足，晝夜溫差大，平均氣溫8.9℃，平均降水量662 mm，主要集中在7月、8月，年無霜期162 d。土壤以棕壤為主，土層厚度在40 cm以上，分層不明顯；海拔900 m以下有褐土分布，陰坡、半陰坡土層較深厚肥沃，陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡土層較薄且貧瘠。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 樣品采集及測(cè)定

本研究選取了都山林場(chǎng)樺樹林、柞樹林、油松林和混交林4種林分類型，其基本概況如表1所示。每種林分類型中各選擇1個(gè)樣地，每個(gè)樣地中選擇3個(gè)樣點(diǎn)。在每個(gè)樣點(diǎn)中分別按0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和 40～60 cm采集4個(gè)土層土壤樣品（其中，柞樹林和混交林由于土壤土層較薄，且含有大塊礫石，因此只采集了除40～60 cm外的其他 3層樣品），共采集42個(gè)土壤樣品。裝入自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)風(fēng)干磨細(xì)后用于土壤有機(jī)碳的測(cè)定。測(cè)定方法采用重鉻酸鉀氧化法（LY/T 1237—1999）。

表1 4種林分類型基本概況

2.2 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 16.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析（One-way ANOVA） 對(duì)不同林分下土壤有機(jī)碳的差異進(jìn)行比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤有機(jī)碳的剖面分布特征

都山林場(chǎng)不同林分土壤有機(jī)碳含量沿土壤剖面表現(xiàn)出一定的差異，如圖1所示。4種林分土壤有機(jī)碳均在表層（0～10 cm） 含量最高，呈現(xiàn)出“表聚現(xiàn)象”。隨著土層深度的增加，土壤有機(jī)碳均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。樺樹林、柞樹林、油松林和混交林10～20 cm土層土壤有機(jī)碳含量與表層相比分別下降28.22%、60.50%、66.43%和43.62%。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，除樺樹林外，其他3種林分10～20 cm土壤有機(jī)碳含量與表層土壤 （0～10 cm） 有機(jī)碳含量達(dá)到了顯著差異（p＜0.05）。與10～20 cm土層相比，樺樹林、柞樹林和油松林土壤有機(jī)碳含量隨著土層深度的增加呈現(xiàn)出不顯著的下降趨勢(shì)，40～60 cm樺樹林和油松林以及20～40 cm柞樹林的土壤有機(jī)碳分別下降49.75%、44.51%和23.66%，而混交林則呈現(xiàn)不顯著的增加趨勢(shì)（4.51%）。

圖1 不同林分下不同深度土壤有機(jī)碳含量

與前人的研究結(jié)果[7]相一致，土壤有機(jī)碳含量隨著土層深度的增加而呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。這可能與森林土壤有機(jī)碳的來源有關(guān)。大量的森林植被枯落物在森林土壤表層積聚，其分解礦化過程是有機(jī)碳由枯落物向土壤返還的重要途徑。因此，在自然狀態(tài)下，由枯落物返還的有機(jī)碳造成了土壤有機(jī)碳含量呈由上向下逐漸遞減的趨勢(shì)[8]。本研究結(jié)果也表明，森林土壤表層有機(jī)碳含量最高，隨著土層深度的增加而逐漸降低（混交林則在20～40 cm深度有不顯著的增加）。同時(shí)，隨著土壤深度的增加，土壤理化特性也會(huì)有很大差異，如較低的孔隙度使透氣性逐漸降低，微生物數(shù)量和活性也有所下降，深層土壤有機(jī)碳來源有限，比較粗大的根系也不利于分解，最終導(dǎo)致了土壤有機(jī)碳在土壤垂直剖面中的含量差異[9]?；旖涣滞寥烙袡C(jī)碳在20～40 cm深度的增加可能與土壤理化特性、微生物數(shù)量和活性以及本土層植物根系特性等因素有關(guān)，具體的原因有待于進(jìn)一步的研究。

3.2 土壤有機(jī)碳的林分差異

不同林分下土壤有機(jī)碳的平均含量具有明顯差異，如圖2所示?；旖涣滞寥烙袡C(jī)碳含量最高，為44.37 g/kg，樺樹林、柞樹林和油松林下土壤有機(jī)碳含量分別為混交林的55.20%、26.15%和38.01%?；旖涣直韺油寥烙袡C(jī)碳含量亦最高，為61.82 g/kg，樺樹林、柞樹林和油松林表層土壤有機(jī)碳含量分別為混交林表層土壤有機(jī)碳含量的58.70%、33.19%和60.81%。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，森林土壤有機(jī)碳含量在不同林分下達(dá)到了顯著差異水平（p＜0.05）。其中，混交林的土壤有機(jī)碳含量與其他林分具有顯著差異（p＜0.05），樺樹林和柞樹林間的差異亦達(dá)到顯著差異（p＜0.05），而油松林與樺樹林和柞樹林兩種林分的差異則不顯著。樺樹林和油松林表層土壤有機(jī)碳含量沒有顯著差異，但與其他兩林分間的差異均達(dá)到了顯著水平（p＜0.05）。

圖2 不同林分下土壤有機(jī)碳平均含量

相關(guān)研究表明，植被類型是影響森林土壤碳氮比在土壤剖面中分異以及不同時(shí)空尺度下森林土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因素[9-10]，也是影響土壤有機(jī)碳的關(guān)鍵因子，使土壤有機(jī)碳表現(xiàn)出很大差異[11]。不同植被類型下物種的組成和豐富度差異造成了枯落物的特性，如碳含量、碳氮比、碳磷比等會(huì)有所差異，這些因素決定了枯落物的分解速度、程度和分解產(chǎn)物質(zhì)量。本研究中，不同林分下表層土壤有機(jī)碳和土壤剖面平均有機(jī)碳含量表現(xiàn)出一定的差異。同時(shí)，枯落物的輸入能夠增加土壤有機(jī)碳生物活性，提高土壤有機(jī)碳礦化速率[12]，因此，不同植被類型下枯落物的輸入量也會(huì)影響土壤有機(jī)碳含量。不同林分下土壤環(huán)境和理化性質(zhì)（如溫度、濕度、氧化還原狀況等） 以及（微）生物群落的豐富度和活動(dòng)能力也會(huì)有所差異，使有機(jī)質(zhì)的分解礦化速度和程度不同，影響了有機(jī)碳的供給和歸還，從而導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量的差異[5-6]。另外，植被生物量是量度生態(tài)系統(tǒng)碳匯和碳素循環(huán)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，林分生物量差異會(huì)通過影響碳素循環(huán)等過程進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳的變化[13]。

4 結(jié)論

都山林場(chǎng)樺樹林、柞樹林、油松林和混交林4種林分下森林土壤有機(jī)碳在土壤剖面不同深度（0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和 40～60 cm）和不同林分間表現(xiàn)出一定的差異。4種林分表層土壤有機(jī)碳含量均顯著高于下層土壤（p＜0.05）?；旖涣?0～40 cm土層土壤有機(jī)碳含量較10～20 cm土層有不顯著的升高，其他3種林分土壤有機(jī)碳含量均隨著土壤深度的增加而降低?；旖涣滞寥烙袡C(jī)碳平均含量為44.37 g/kg，顯著高于其他3種林分（p＜0.05），柞樹林土壤有機(jī)碳平均含量為最低（11.60 g/kg），顯著低于樺樹林下土壤有機(jī)碳含量（p＜0.05）。油松林土壤有機(jī)碳介于兩者之間，且與兩者的差異均不顯著。今后的林場(chǎng)森林培育與經(jīng)營(yíng)管理過程中應(yīng)做好水土保持、生態(tài)修復(fù)等工作，防止土壤結(jié)構(gòu)和土壤碳庫(kù)被破壞，影響到森林土壤的碳匯功能。