森林枯落物對(duì)土壤理化性質(zhì)及碳庫(kù)的影響研究

張亞慶 胡慧蓉

摘要：指出了枯落物與土壤相互關(guān)聯(lián)，相互影響。通過(guò)對(duì)枯落物研究現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)和了解，可為進(jìn)一步研究森林枯落物對(duì)土壤理化性質(zhì)及碳庫(kù)的影響奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而深入了解森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)森林的經(jīng)營(yíng)管理和全球碳循環(huán)研究具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：森林枯落物;土壤理化性質(zhì);碳庫(kù)

中圖分類號(hào)：S15

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）10-0009-03

1引言

當(dāng)前，氣候變化問(wèn)題不僅是一種環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)是事關(guān)國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)和長(zhǎng)期發(fā)展的問(wèn)題。面對(duì)日益嚴(yán)重的氣候變化，有關(guān)土壤碳在調(diào)節(jié)氣候變化中作用的研究不斷增加。森林土壤碳庫(kù)占整個(gè)土壤碳庫(kù)的百分比高達(dá)73%，因此森林有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量的微小變化，都可能顯著影響大氣C02濃度的變化。森林枯落物是森林生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，枯落物的分解促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，進(jìn)而影響著土壤碳吸存和植物養(yǎng)分的供應(yīng)。因此，研究森林枯落物對(duì)土壤理化性狀與碳庫(kù)的影響是十分必要的?？梢赃M(jìn)一步了解森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)維持森林生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定，提高森林生產(chǎn)力也具有重要的意義。

2森林枯落物研究現(xiàn)狀

2.1研究進(jìn)展及內(nèi)容

早在19世紀(jì)末，國(guó)外學(xué)者就開(kāi)始了對(duì)森林枯落物的研究，1876年德國(guó)學(xué)者在《森林凋落物產(chǎn)量及其化學(xué)組成》經(jīng)典著作中，闡述了凋落物是養(yǎng)分循環(huán)的重要組成部分。而后，又有許多學(xué)者不斷從事對(duì)全球不同地區(qū)的森林枯落物的研究并進(jìn)行總結(jié)。我國(guó)從事這方面的研究始于20世紀(jì)60年代，并在森林枯落物的相關(guān)研究方面取得較大發(fā)展。研究的內(nèi)容涉及很廣，主要包括：①不同林型枯落物現(xiàn)存量、歸還量及季節(jié)動(dòng)態(tài)變化特征;②人類生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)森林枯落物的影響;③森林枯落物養(yǎng)分含量及養(yǎng)分循環(huán)動(dòng)態(tài)變化;④森林枯落物對(duì)土壤理化性質(zhì)及生物活性的影響;⑤枯落物分解動(dòng)態(tài)及養(yǎng)分釋放率的研究;⑥枯落物分解及其影響因子的研究;⑦枯落物的持水特性和水文生態(tài)功能等。

2.2研究意義與作用

森林枯落物將營(yíng)養(yǎng)元素歸還土壤，經(jīng)過(guò)分解釋放出養(yǎng)分供給林木生長(zhǎng)，在森林植被生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著不可替代的作用。森林枯落物是森林生態(tài)系統(tǒng)主要的養(yǎng)分來(lái)源，對(duì)維持森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞等功能都具有重要的作用。通過(guò)森林枯落物的循環(huán)流動(dòng)，為微生物、小動(dòng)物的生命活動(dòng)提供了豐富的能量。從而維持了地表的生物活性，提高了土壤肥力，使得森林生態(tài)系統(tǒng)處于一個(gè)相對(duì)平衡、穩(wěn)定的狀態(tài)。此外，枯落物的作用還包括以下幾方面：①蓄水保水，防治水土流失;②改變局部小環(huán)境，為種子的著床和萌發(fā)做準(zhǔn)備;③為土壤生物提供食物和生存環(huán)境;④改善土壤理、化、生物學(xué)性質(zhì);⑤對(duì)土壤酸度也具有一定的緩沖作用?？葜β淙~歸還地表被認(rèn)為是植被演替作用的一部分，植物群落的生物架構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化也受枯落物的影響。因此，對(duì)于枯落物的研究一直是森林土壤學(xué)、森林生態(tài)學(xué)、森林保護(hù)學(xué)、森林水文學(xué)、生物地球?qū)W等眾多學(xué)科領(lǐng)域的必修課，它的研究不僅有利于森林資源的培育和管護(hù)，對(duì)于以后森林資源的可持續(xù)發(fā)展和利用也具有重要意義。

3森林枯落物對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

3.1枯落物對(duì)土壤物理性質(zhì)

枯落物層作為森林生態(tài)系統(tǒng)中的活躍界面，一方面通過(guò)環(huán)境因素影響枯落物的累積和分解，另一方面又通過(guò)枯落物的動(dòng)態(tài)變化反過(guò)來(lái)影響森林生態(tài)系統(tǒng)的水熱動(dòng)態(tài)平衡、土壤的理化性質(zhì)和森林的生產(chǎn)力。

研究表明，枯落物為改善土壤物理性質(zhì)奠定了重要的基礎(chǔ)。土壤結(jié)構(gòu)和土壤溫度是土壤物理性質(zhì)兩個(gè)重要組成部分，土壤結(jié)構(gòu)直接影響土壤通氣透水性和根系穿插的難易程度，同時(shí)對(duì)土壤中水、氣、熱、肥等發(fā)揮著不同的調(diào)節(jié)功能。土壤溫度與土壤生物密切相關(guān)，不論是土壤溫過(guò)高還是土壤溫度過(guò)低都給生物的活動(dòng)和生物化學(xué)過(guò)程的進(jìn)行帶來(lái)不利，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)。一定厚度的枯落物層可以把土壤溫度常年控制在一定的范圍內(nèi)，起到絕熱作用，維持微生物和小動(dòng)物的活性。潘開(kāi)文等研究表明枯落物的存在，削減了輻射到地表土壤（2mm）中的光照，使土壤日溫差降低。同時(shí)，使得到達(dá)地表的熱量得以重新分配，對(duì)溫度變幅和溫差變化起到調(diào)節(jié)的作用。土壤水分作為森林生態(tài)系統(tǒng)中最活躍、最具影響力的環(huán)境因子之一，是林木生長(zhǎng)發(fā)育的必要保障。土壤除了自身的蓄水能力外，還可以通過(guò)枯落物阻滯分散降雨、調(diào)節(jié)地表徑流、減少水分蒸發(fā)、增加土壤貯水。

3.2枯落物對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)

枯落物對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響具有多面性。其中，土壤有機(jī)質(zhì)作為土壤化學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)也是衡量土壤肥力的指示劑。廣義上說(shuō)，枯落物是土壤有機(jī)質(zhì)的一部分;狹義上說(shuō)，土壤有機(jī)質(zhì)主要指土壤腐殖質(zhì)，而它主要是由枯落物分解造成的?？萋湮锏馁|(zhì)和量，加上外界環(huán)境因素的共同作用（溫度、雨量等）決定了森林土壤中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)和量。酸堿性是土壤一種重要的化學(xué)屬性，它通過(guò)影響土壤養(yǎng)分存在的形態(tài)和有效性、土壤的理化性狀、微生物活動(dòng)進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)發(fā)育。溫明章等研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值與枯落物量呈顯著負(fù)相關(guān)，徐秋芳等研究發(fā)現(xiàn)，馬尾松、杉木枯落物分解使土壤pH值降低。因此，對(duì)于枯落物對(duì)土壤pH值的影響，還需要不斷深入探究。同時(shí)，森林把大量的養(yǎng)分元素和礦物元素歸還到林地，維持了森林生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定。張萬(wàn)儒等認(rèn)為，枯落物是森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的樞紐，枯落物擔(dān)負(fù)著維持土壤肥力，保持森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)養(yǎng)分平衡和地球生物循環(huán)的重要職責(zé)。

4枯落物對(duì)土壤碳庫(kù)的影響

4.1土壤碳庫(kù)

森林土壤碳作為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的主要內(nèi)容之一，一直是研究全球碳循環(huán)過(guò)程中不可或缺的一部分。森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫(kù)主要包括有機(jī)碳庫(kù)和無(wú)機(jī)碳庫(kù)，土壤無(wú)機(jī)碳相對(duì)而言儲(chǔ)量較小且變動(dòng)不大，而有機(jī)態(tài)碳在土壤1m深度以內(nèi)儲(chǔ)量較多，且表現(xiàn)出明顯的表層積聚性。20世紀(jì)60年代，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者主要通過(guò)對(duì)腐殖質(zhì)類物質(zhì)的研究來(lái)了解土壤有機(jī)碳，根據(jù)腐殖質(zhì)類物質(zhì)在酸堿溶液中的濃度可劃分為胡敏酸、富里酸和胡敏素等主要組成部分。其含量和組成可以反映一定的土壤形成條件及形成過(guò)程，是區(qū)分土壤類型、判斷土壤肥力的重要指標(biāo)。同時(shí)，腐殖質(zhì)作為土壤有機(jī)質(zhì)存在的主要形態(tài)，很難被微生物分解，且具有明顯的抗性，是有機(jī)碳庫(kù)中相對(duì)穩(wěn)定的組分，在全球碳平衡過(guò)程中發(fā)揮非常重要的作用。近年來(lái)，許多學(xué)者在研究總有機(jī)碳的同時(shí)，不斷提出微生物量碳、水溶性碳、易氧化碳、顆粒有機(jī)碳等土壤活性有機(jī)碳指標(biāo)，它們對(duì)環(huán)境變化更為敏感，為土壤肥力狀況測(cè)定和土壤健康綜合評(píng)價(jià)提供了更為精準(zhǔn)的參考標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也大大提高了對(duì)整個(gè)森林土壤有機(jī)碳庫(kù)估算和動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和敏感度。

4.2枯落物對(duì)土壤碳庫(kù)

森林枯落物作為森林總碳庫(kù)的重要組成部分，在森林生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著不可或缺的作用，是連接植被碳庫(kù)和土壤碳庫(kù)的重要紐帶，是森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的樞紐?？萋湮锏姆纸庠诰S持林地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、凈碳儲(chǔ)量、土壤有機(jī)質(zhì)的形成以及群落演替等方面具有不可替代的作用。其分解釋放的有機(jī)碳是森林土壤有機(jī)碳的主要來(lái)源之一，在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的過(guò)程中扮演著十分重要的角色。據(jù)估計(jì)，全球每年高達(dá)地上部分凈生產(chǎn)量的一大半土壤有機(jī)碳是經(jīng)過(guò)森林枯落物腐解歸還作用而進(jìn)入土壤的，枯落物蓄積量的多少與土壤碳含量的多少密切相關(guān)。雖然在整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)中森林枯落物碳貯量所占的比例不高，但是其分解所釋放的有機(jī)碳卻是土壤碳的主要來(lái)源，對(duì)整個(gè)森林土壤碳庫(kù)起主導(dǎo)性作用，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能也具有重大的意義。由此，枯落物對(duì)土壤有機(jī)碳的影響伴隨著全球氣候變化浪潮和對(duì)全球碳循環(huán)研究而得到關(guān)注。