黔中地區(qū)三種林分土壤有機(jī)碳庫比較

姜霞等

摘要：對(duì)黔中地區(qū)三種林分土壤有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳及碳庫管理指數(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果表明，3種林分0～60 cm土壤有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳都表現(xiàn)為闊葉林>杉木林>馬尾松林，馬尾松林土壤有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳比闊葉林分別減少了13.9%、37.0%、7.9%，杉木林比闊葉林分別減少了8.9%、24.7%、4.8%；各林分土壤有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳都隨著土層深度的增加而降低，闊葉林隨土層加深變化幅度較大；土壤碳庫管理指數(shù)也表現(xiàn)為闊葉林>杉木林>馬尾松林。

關(guān)鍵詞：闊葉林；馬尾松林；杉木林；有機(jī)碳；易氧化有機(jī)碳；碳庫管理指數(shù)

中圖分類號(hào)：S714.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）06-1270-03

土壤有機(jī)碳是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，與土壤物理、化學(xué)以及生物學(xué)特性密切相關(guān)。土壤活性有機(jī)碳是指土壤中移動(dòng)快、穩(wěn)定性差、易氧化、易礦化并對(duì)植物和土壤微生物活性較高的那部分有機(jī)態(tài)碳[1]，也是土壤有機(jī)碳中對(duì)物理或化學(xué)等干擾因素反應(yīng)最敏感的部分，對(duì)養(yǎng)分循環(huán)起著重要的作用[2]。土壤活性有機(jī)碳與土壤肥力、土壤養(yǎng)分、作物生長關(guān)系極為密切，是土壤中碳庫源匯轉(zhuǎn)化最活躍的部分，它對(duì)于大氣環(huán)境質(zhì)量亦會(huì)產(chǎn)生影響。易氧化有機(jī)碳屬于活性有機(jī)碳中的一種，據(jù)研究在可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)中，土壤碳庫容量的變化，主要是發(fā)生于土壤易氧化有機(jī)碳庫中[1]，所以認(rèn)為這一活性指標(biāo)對(duì)衡量土壤有機(jī)質(zhì)變化較為重要，可以指示土壤有機(jī)質(zhì)的早期變化。土壤碳庫管理指數(shù)（CPMI）是表征土壤管理措施引起土壤有機(jī)質(zhì)變化的指標(biāo)，能夠反映不同利用方式對(duì)土壤影響的程度[3]。目前，我國學(xué)者主要是對(duì)不同施肥、不同處理措施下土壤的有機(jī)碳庫進(jìn)行了報(bào)道[4-7]，在土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳庫影響方面報(bào)道較少[8，9]。不同林分植被下土壤由于其凋落物和根系類型不同，形成的土壤碳庫存在一定差異。以黔中地區(qū)馬尾松林、杉木林、闊葉林為研究對(duì)象，探索其土壤有機(jī)碳的變化規(guī)律，分析不同生境下土壤碳庫管理指數(shù)差異，為揭示土地利用變化對(duì)土壤有機(jī)碳庫的影響提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

試驗(yàn)區(qū)位于貴州省林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)林場(chǎng)和扎佐林場(chǎng)，林場(chǎng)位于貴州高原腹地，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，氣候溫和，無霜期長，雨量充沛，水熱同季，年均氣溫15.8～19.1 ℃，年降雨量1 150～1 659 mm，年無霜期269～331 d，土壤以砂頁巖發(fā)育的黃壤為主。試驗(yàn)地林分為闊葉林、馬尾松林（Pinus massoniana Lamb.）、杉木林（Cunninghamialanceolata（Lamb.）Hook.），闊葉林主要由冬青（Ilex purpurea Hassk.）、香樟（Cinnamomum camphora （L.） Presl.）等構(gòu)成，樹木平均胸徑13.5 cm，馬尾松林、杉木林樹木平均胸徑分別為14.6、15.7 cm。

1.2 研究方法

采樣時(shí)間：2011年4、8、10月分別在兩個(gè)樣地取樣。

取樣方法：選擇立地條件基本一致的馬尾松林、杉木林、闊葉林，每個(gè)類型林地取3個(gè)20 m×20 m重復(fù)樣地，在標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)采用“S”形布點(diǎn)挖土壤剖面5個(gè)，并按照0～15 cm、15～30 cm、30～50 cm、50～60 cm進(jìn)行分層取樣。

樣品制備：土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后風(fēng)干、去雜。一部分過0.25 mm篩，供土壤有機(jī)碳分析，一部分過2 mm篩，供土壤易氧化有機(jī)碳測(cè)定。

測(cè)定方法：①土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定。②土壤易氧化有機(jī)碳測(cè)定方法[3]。取過2 mm篩風(fēng)干土2.00 g放在塑料瓶（100 mL）內(nèi)，用333 mmol/L KMnO4溶液25 mL振蕩處理1 h，離心5 min（4 000 r/min） 后取上清液，用去離子水按1∶250比例稀釋， 然后用分光光度計(jì)在565 nm下比色測(cè)定，根據(jù)KMnO4濃度的變化（3次重復(fù)）計(jì)算易氧化有機(jī)碳含量（1.00 mol KMnO4氧化0.75 mol C）。穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳=總有機(jī)碳-易氧化有機(jī)碳；③碳庫管理指數(shù)參考Blair等[10]和沈宏等[3]方法計(jì)算：

碳庫指數(shù)（CPI）=樣品有機(jī)碳含量/參考土壤有機(jī)碳含量；

碳庫活度（CPA）=易氧化有機(jī)碳含量/穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳含量；

碳庫活度指數(shù)（CPAI）=樣品碳庫活度/參考土壤碳庫活度；

碳庫管理指數(shù)（CPMI）=碳庫指數(shù)×碳庫活度指數(shù)×100。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel和DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林分土壤有機(jī)碳含量及剖面分布

由表1可知，三種林分0～60 cm土層平均有機(jī)碳分別為闊葉林（18.82 g/kg）>杉木林（17.13 g/kg）>馬尾松林（16.20 g/kg），馬尾松林、杉木林有機(jī)碳含量分別比闊葉林減少13.9%、8.9%。由圖1可見，不同林分土壤有機(jī)碳含量在土壤剖面上的變化趨勢(shì)相同，隨土壤深度的加深土壤有機(jī)碳含量減少。不同林分土壤有機(jī)碳含量在土壤剖面上的分布存在差異，闊葉林土壤有機(jī)碳含量隨土層加深變化幅度較大，從0～15 cm土層到50～60 cm土層土壤有機(jī)碳含量降低了23.35 g/kg，而馬尾松林和杉木林隨土層加深變化幅度相對(duì)較小，下降幅度分別為16.91 g/kg和18.80 g/kg。

2.2 不同林分土壤易氧化有機(jī)碳含量及剖面分布

由表1可知，3種林分0～60 cm土層平均易氧化有機(jī)碳分別是闊葉林（3.91 g/kg）>杉木林（2.94 g/kg）>馬尾松林（2.46 g/kg），馬尾松林、杉木林分別比闊葉林減少37.0%、24.7%。由圖2可見，不同林分土壤易氧化有機(jī)碳含量在土壤剖面上的變化趨勢(shì)相同，隨土壤深度的加深土壤易氧化有機(jī)碳含量減少。不同林分土壤易氧化有機(jī)碳含量在土壤剖面上的分布存在差異，闊葉林土壤易氧化有機(jī)碳含量隨土層加深變化幅度較大，從0～15 cm土層到50～60 cm土層下降了5.12 g/kg，而馬尾松林和杉木林隨土層加深變化幅度較小，分別下降了3.48 g/kg、3.73 g/kg。

2.3 不同林分土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳含量及剖面分布

由表1可知，3種林分土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳分別為闊葉林（14.91g/kg）>杉木林（14.19 g/kg）>馬尾松林（13.74 g/kg），馬尾松、杉木林分別比闊葉林減少7.9%、4.8%。圖3顯示，不同林分土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳含量在土壤剖面上的變化趨勢(shì)相同，隨土壤深度的加深土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳含量減少。不同林分土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳含量在土壤剖面上的分布存在差異，闊葉林土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳含量隨土層加深變化幅度較大，從0～15 cm土層到50～60 cm土層下降了18.23 g/kg，而馬尾松林和杉木林隨土層加深變化幅度相對(duì)較小，分別下降了13.42 g/kg、15.06 g/kg。

2.4 不同林分土壤碳庫活度、碳庫各指數(shù)分析

以闊葉林土壤作為參考土壤，計(jì)算出闊葉林、馬尾松林、杉木林的土壤碳庫指數(shù)（CPI）、碳庫活度（CPA）、碳庫活度指數(shù)（CPAI）、碳庫管理指數(shù)（CPMI）的變化。從表1可知，馬尾松林和杉木林的平均碳庫指數(shù)分別是0.89和0.93，比闊葉林分別降低了11%和7%。3種林分碳庫活度分別為闊葉林（0.25）>杉木林（0.20） >馬尾松林（0.17），馬尾松林和杉木林比闊葉林分別降低了32%和20%。碳庫活度指數(shù)分別為闊葉林（1.00）>杉木林（0.78）>馬尾松林（0.67），馬尾松林和杉木林比闊葉林分別降低了33%和22%。碳庫管理指數(shù)分別為闊葉林（100）>杉木林（72） >馬尾松林（59），馬尾松林和杉木林比闊葉林分別降低了41%和28%，由圖4可知，3種林分隨土層深度增加碳庫管理指數(shù)未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

3 結(jié)論與討論

土壤有機(jī)碳是指存在于土壤中所有含碳的有機(jī)物質(zhì)，它反映了輸入土壤的有機(jī)物質(zhì)與土壤微生物分解的有機(jī)物質(zhì)之間的平衡[11]，常作為土壤對(duì)土地利用方式轉(zhuǎn)變反應(yīng)的有效指標(biāo)[12]。土壤活性有機(jī)碳是對(duì)土地利用變化較為敏感的部分[13]，不同土地利用方式下，由于植物根系分布和凋落物種類、分解程度方面的不同，會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳存在差異。研究表明，3種林分0～60 cm土壤有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳都表現(xiàn)為闊葉林>杉木林>馬尾松林，馬尾松林、杉木林土壤有機(jī)碳含量分別比闊葉林減少13.9%、8.9%。馬尾松林、杉木林易氧化有機(jī)碳分別比闊葉林減少37.0%和24.7%，這可能是由于闊葉林冠層較厚，枝葉較濃厚，凋落物量大，易分解，歸還林地養(yǎng)分大于吸收養(yǎng)分，使得土壤具有較高涵養(yǎng)水源和改良土壤結(jié)構(gòu)的能力[14]。土壤有機(jī)碳庫管理指數(shù)是土壤管理措施引起土壤有機(jī)質(zhì)變化的指標(biāo)，它是土壤碳變化系統(tǒng)的、靈敏的監(jiān)測(cè)方法，能夠反映土壤質(zhì)量下降或更新的程度[15]，土壤碳庫管理指數(shù)取決于碳庫活度和碳庫指數(shù)，而碳庫活度和碳庫指數(shù)分別取決于土壤易氧化有機(jī)碳和有機(jī)碳，闊葉林有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳都比馬尾松林、杉木林高，故其碳庫管理指數(shù)最高。因此，科學(xué)合理地經(jīng)營利用林地資源和選擇適宜的樹種，對(duì)研究黔中地區(qū)不同林分土壤碳庫和提高土壤肥力具有重要的意義。

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