鳳陽山不同植被恢復(fù)方式對土壤有機(jī)碳及其組分的影響1)

張勇　胡海波　　　王增　高海力　　　 黃玉潔　　　　劉勝龍

(南京林業(yè)大學(xué)，南京,210037)　　(浙江省林業(yè)生態(tài)工程管理中心)　　(浙江省林業(yè)科學(xué)研究院)　　(浙江鳳陽山自然保護(hù)區(qū))

植被恢復(fù)過程是環(huán)境與植被相互作用協(xié)同演變的過程，這其中植物組成和群落結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變[1]，同時(shí)土壤性質(zhì)特別是土壤有機(jī)碳也會(huì)同步發(fā)生變化[2]。土壤有機(jī)碳不僅起到維持土壤結(jié)構(gòu)的功能，而且還很大程度上決定著養(yǎng)分的有效性[3]。當(dāng)前在全球氣候變化的大背景下，森林土壤有機(jī)碳已成為全球碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)之一。不同植被恢復(fù)方式因凋落物及根系的生物量、化學(xué)成分和分解速率不同，對土壤有機(jī)碳影響也不同。易氧化有機(jī)碳是土壤有機(jī)碳中穩(wěn)定性較差和周轉(zhuǎn)較快的組分[4]，也是微生物活動(dòng)的重要能源和養(yǎng)分的潛在來源，可用于反映土壤有機(jī)碳的早期變化[5]。另外，要準(zhǔn)確估算土壤有機(jī)碳的收支狀況和固定機(jī)制，還應(yīng)考慮那些性質(zhì)不易變化的穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳，其能保持幾十年不變，主要通過化學(xué)鍵被固定在土壤團(tuán)聚體內(nèi)[6]。

調(diào)查結(jié)果顯示，浙江鳳陽山國家級自然保護(hù)區(qū)原生地帶性常綠闊葉林遭受過大規(guī)?！芭星嗌健睔Я制茐模F(xiàn)存的人工林是由植被破壞后種植的杉木、柳杉等針葉樹種形成，同時(shí)還存在大面積通過自然飛籽傳播形成的黃山松針闊混交林和自然恢復(fù)形成的次生常綠闊葉林。上述植被恢復(fù)方式在浙江、福建、江西等我國東部中亞熱帶地區(qū)廣泛分布，具有一定的典型性和代表性。本研究通過對鳳陽山4種典型植被恢復(fù)方式的土壤總有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳及穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳等進(jìn)行分析，掌握不同植被恢復(fù)方式下土壤有機(jī)碳庫的變化特征，為區(qū)域森林土壤固碳和養(yǎng)分管理提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在浙江省龍泉市鳳陽山國家級自然保護(hù)區(qū)(27°46′N～27°58′N、119°6′E～119°15′E),該區(qū)屬于武夷山脈東伸的洞宮山系。保護(hù)區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，雨量充沛，四季分明。年均氣溫12.3 ℃，年均降水量2 438.2 mm，雨季集中在4—6月份。土壤為黃壤，質(zhì)地為中壤土，土層厚度一般為60～80 cm。

2　材料與方法

2.1　樣地設(shè)置

根據(jù)研究需要，在石梁岙采樣點(diǎn)選擇常綠闊葉林與杉木林2種對比植被恢復(fù)方式；在鳳陽湖采樣點(diǎn)選擇針闊混交林與柳杉林2種對比植被恢復(fù)方式。每種植被恢復(fù)方式內(nèi)均設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的重復(fù)固定樣地，共計(jì)12個(gè)固定樣地，對各樣地進(jìn)行植物本底調(diào)查(見表1)。

由于相對比的植被恢復(fù)方式位于同一采樣點(diǎn)(保證了氣候、立地條件及恢復(fù)前林分等影響因素基本一致)，并且恢復(fù)時(shí)間相同，同時(shí)在恢復(fù)過程中也未受到強(qiáng)烈的人為干擾破壞，排除了林分樹種之外的其他因素的影響，從而使對比方式內(nèi)的植被在基本相同的條件下進(jìn)行恢復(fù)演替。

2.2　土壤采樣

于2013年7月，在每個(gè)固定樣地內(nèi)按0

2.3　測定方法

土壤總有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱氧化-硫酸亞鐵滴定法[7]；易氧化有機(jī)碳采用KMnO4溶液比色法[8]；穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳采用Na2S2O8氧化法測定[9]。

單位面積土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量(kg/m2)計(jì)算公式如下[10]：

土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量=總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)×土壤密度×土層厚度×(1-大于2 mm石礫所占體積百分比)。

某一土壤剖面單位面積總有機(jī)碳儲(chǔ)量為該剖面各層總有機(jī)碳儲(chǔ)量之和。

測定結(jié)果運(yùn)用SPSS Statistics 17.0進(jìn)行方差分析。

表1　不同植被恢復(fù)方式林分的基本情況

3　結(jié)果與分析

3.1　土壤總有機(jī)碳的變化特征

3.1.1土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由表2可見，不同植被恢復(fù)方式土壤各層總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于5.49～13.93 g/kg，最大值為柳杉林的0

3.1.2土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量

由表3可見，在石梁岙，常綠闊葉林0

表2　不同植被恢復(fù)方式土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

表3　不同植被恢復(fù)方式土壤單位面積總有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化

3.2　土壤易氧化有機(jī)碳的變化特征

由表4可見，不同植被恢復(fù)方式土壤各層易氧化有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于477.98～1 618.92 mg/kg，最大值為針闊混交林的0

表4　不同植被恢復(fù)方式土壤易氧化有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

3.3　土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳的變化特征

由表5可見，不同植被恢復(fù)方式土壤各層穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于0.85～2.36 g/kg，最大值為柳杉林的0

表5　不同植被恢復(fù)方式土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

4　結(jié)論與討論

4.1　不同植被恢復(fù)方式對土壤總有機(jī)碳的影響

同一采樣點(diǎn)2種植被恢復(fù)方式，土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0

單位面積土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量的一個(gè)極其重要的指標(biāo)，其以土體體積為基礎(chǔ)來計(jì)算，排除了面積的影響[16]。不同植被恢復(fù)方式0杉木林，柳杉林>針闊混交林，這與總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢一致，主要是因研究區(qū)土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量大小取決于總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，密度和石礫含量在不同植被恢復(fù)方式間差別不大。解憲麗等[17]報(bào)道的全國單位面積森林土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量平均水平為11.59 kg/m-2，而周玉榮等[18]報(bào)道的我國森林土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量平均水平為19.34 kg/m-2。本研究與上述結(jié)果均差別較大，一方面土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在地域上具有很高的空間變異性，另一方面取樣土層深度(解憲麗等的取樣深度為100 cm)的不同對單位面積土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。但鳳陽山研究區(qū)的常綠闊葉林、杉木林、針闊混交林和柳杉林0

4.2　不同植被恢復(fù)方式對易氧化有機(jī)碳的影響

常綠闊葉林0

4.3　不同植被恢復(fù)方式對穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳的影響

研究土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳有利于了解土壤碳固定的機(jī)制，可以根據(jù)不同形態(tài)碳的機(jī)理靈活調(diào)節(jié)土壤活性和穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳之間的組分平衡。關(guān)于這部分碳的研究目前國內(nèi)較少見報(bào)道，本研究發(fā)現(xiàn)常綠闊葉林、柳杉林的穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上高于同一采樣點(diǎn)的杉木林、針闊混交林，這與土壤總有機(jī)碳的規(guī)律基本保持一致，但與柳杉林和針闊混交林的易氧化有機(jī)碳的大小關(guān)系相反。這說明相比杉木林，常綠闊葉林不但增加了土壤總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，易氧化有機(jī)碳和穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳也在同步增加；而相比針闊混交林，穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳對柳杉林的土壤儲(chǔ)碳功能貢獻(xiàn)作用更大，柳杉林根系及土壤微生物對有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為可利用活性有機(jī)碳的能力不及針闊混交林。隨著土層的加深，各植被恢復(fù)方式土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈逐漸降低的趨勢，這與王紀(jì)杰等的研究結(jié)果一致[6]。