闊葉和杉木人工林對土壤碳氮庫的影響對比研究

歐陽彩霞

（三明市三元區(qū)林業(yè)局）

闊葉和杉木人工林對土壤碳氮庫的影響對比研究

歐陽彩霞

（三明市三元區(qū)林業(yè)局）

森林生態(tài)系統(tǒng)里面的碳儲量大概占陸地地上部分的82～86%，而森林土壤里面的碳占土壤里面總有機(jī)碳含量的70～73%，所以，森林土壤里面發(fā)生的很小有機(jī)碳改變，都會使森林生態(tài)系統(tǒng)里面的碳平衡出現(xiàn)變化，而土壤有機(jī)碳關(guān)鍵來源是枯落物輸入和根系周轉(zhuǎn)形成的碎屑，森林樹種重要利用控制有機(jī)質(zhì)輸入質(zhì)量以及數(shù)量的手段和分解機(jī)制來對土壤有機(jī)碳庫造成影響。本文主要對闊葉以及杉木人工林給森林土壤碳氮庫產(chǎn)生的影響進(jìn)行對比研究，提出筆者的思考和建議，僅供參考。

闊葉；杉木；土壤；碳氮庫

杉木屬于我國南方亞熱帶區(qū)域重要造林樹種，最近幾十年，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)利益的誘導(dǎo)，很多天然林均被經(jīng)濟(jì)價值非常高的杉木人工林替代。現(xiàn)階段，我國杉木人工林造林總面積是911×104hm2，占全國人工林面積的18%，這種現(xiàn)象會導(dǎo)致樹種單一化以及針葉化程度更加嚴(yán)重，對森林生態(tài)功能的有效發(fā)揮造成巨大的影響。杉木多代連栽會使得林地生產(chǎn)力減弱，同時降低土壤肥力[1]。相關(guān)研究人員提出，應(yīng)該栽種闊葉樹種來改善這種不良狀況。如今，和樹種種植影響土壤有機(jī)碳變化的相關(guān)研究不多，本研究主要研究我國亞熱帶區(qū)域在杉木采伐林地上種植闊葉樹種給土壤碳氮庫帶來的影響，為森林生態(tài)系統(tǒng)管理工作提供參考。

1 具體研究區(qū)域和方法

1.1 區(qū)域概況

本試驗(yàn)所選地點(diǎn)為福建三明市三元區(qū)，地理位置是東徑117°16′50″～117°47′40″，北緯 26°01′20″～26°24′20″。氣溫在-4.7℃到36.3℃范圍內(nèi)，每年的平均氣溫為14～19.4℃，每年的無霜期超過225～279d，每年平均日照長度為1786h，年積溫為7701.5℃左右，每年的降雨量在1500～1800ml范圍內(nèi)，雨季一般在三～六月[2]，年均濕度達(dá)到79%，對植物的正常生長非常有利。林地土壤所含有機(jī)質(zhì)非常高，紅土壤大約占87.5%，而黃土壤大約占8.6%，其他種類土壤占3.9%。

在2012年春季選取已經(jīng)種植過5～10年的杉木純林與闊葉林為試驗(yàn)地，對試驗(yàn)地進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，有8個不同實(shí)驗(yàn)區(qū)，面積為400m2，其中初植密度是2500株/hm2，跟蹤調(diào)查3年（2012～2015），在2015年9月進(jìn)行調(diào)查。

1.2 研究方法

在具體試驗(yàn)小區(qū)里面，采取內(nèi)徑是3.7cm的土鉆順著對角線等距離鉆出12個點(diǎn)，把鉆取土樣分別分成0～5cm、5～10cm、10～20cm以及40cm的四個不同土層，同時均勻混合相同小區(qū)里面的相同土層，把混合樣帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后利用2mm的篩選出通過0.15mm的土樣，利用元素分析儀對土壤碳氮量進(jìn)行測定，并且利用環(huán)刀法獲得原狀土，對土壤容量進(jìn)行測定。

采集枯枝落葉層以及細(xì)根，對生物量進(jìn)行估算，并且分析碳氮庫[3]。通過樣方收獲法對枯枝落葉層具體生物量進(jìn)行測定，就是在各試驗(yàn)小區(qū)里面的上、中、下坡設(shè)立一個規(guī)格為0.5m×0.5m的樣方，把樣方里面的所有凋落物、灌木以及雜草等收集起來，在實(shí)驗(yàn)室里面依據(jù)分解程度把其分為半分解葉以及未分解葉、果實(shí)、枝條和花以及別的成分。利用土芯法（即在各試驗(yàn)小區(qū)里面，順著對角線，等距離鉆取10個不同的點(diǎn)，把每根土芯分成0～10cm、10～20cm、20～40以及40～80cm四個層次。將取出的土樣置于套篩上，并且用水沖洗，分出細(xì)根（0～2mm）以及粗根（超過2mm））。對細(xì)根樣品進(jìn)行采集，在60℃條件下把細(xì)根樣品以及枯枝落葉烘至質(zhì)量不變，粉碎后使其過100木篩，通過碳氮元素分析儀對碳氮含量進(jìn)行測定[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種林分具體土壤碳氮儲量和碳氮比

本次的研究結(jié)果表明，闊葉以及杉木人工林里面0～40cm土層的平均土壤容重是1.09g/m3以及1.11g/m3，其中闊葉人工林里面的土壤碳儲量和杉木林相比要增加33.2%，而氮儲量則和杉木林相比要增加22.7%，經(jīng)過Excel2003 SPSS17.0分析軟件進(jìn)行分析可知，兩種林分0～5cm以及5～10cm土層碳儲量有顯著差異，碳氮比在全部土層上都沒有顯著差異。

2.2 枯枝落葉層碳儲量、氮儲量和碳氮比值

通過研究結(jié)果可知，目前，闊葉人工林里面的枯枝落葉層是杉木人工林的1.7倍，而闊葉人工林里面所含枯枝落葉層所有組分中，半分解葉最多，占43.2%，第二多的是枝條，占20.3%。對于杉木人工林，未分解葉以及半分解葉里面的生物量分別占18.9%與25.1%。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是杉木人工林里面的灌木層以及草本層覆蓋度非常多，同時生物量非常大，導(dǎo)致別的組分在森林枯枝落葉層里面的優(yōu)勢很大，占39.3%。

對于枯枝落葉層里面的碳儲量，闊葉人工林為杉木林的1.50倍，不同組分里面的枯枝落葉層具體碳儲量分配存在差異。闊葉人工林里面大約有64.8%的碳儲量在森林枯枝落葉里面，而未分解葉占總量的21.8%，另一種半分解葉占總量的43.9%，可是杉木人工林里面的半分解葉以及未分解葉具體碳儲量僅僅占枯枝落葉層里面總碳儲量的20.1%與13.4%。其中闊葉人工林里面枯枝落葉層具體氮儲量為杉木林的1.54倍。闊葉人工林里面大多數(shù)氮元素都在半分解葉以及未分解葉里面，分別占53.8%和20.6%?？墒巧寄救斯ち掷锩娴奈捶纸馊~以及半分解葉具體氮儲量占枯枝落葉層全部氮儲量的12.7%與25.3%。除此之外，闊葉人工林里面枯枝落葉層具體碳氮比要比杉木人工林小。表1為闊葉人工林以及杉木人工林里面枯枝落葉中碳氮儲量占總儲量的百分比。

表1

2.3 闊葉人工林和杉木人工林細(xì)根碳儲量、氮儲量和碳氮比

研究結(jié)果表明，闊葉人工林里面的細(xì)根微生物量比杉木人工林多，大約是杉木林的1.30倍。對于0～10cm的土層，闊葉人工林以及杉木人工林細(xì)根生物量占所有細(xì)根生物量的50.2%與33.4%。和杉木人工林相比，闊葉人工林里面的細(xì)根碳氮儲量都要比衫木林高，可是它們之間的差異不是顯著水平。對于0～10cm的土層，闊葉人工林里面細(xì)根碳儲量以及氮儲量占細(xì)根總碳量和總氮量的49.4%與55.3%，可是杉木人工林里面該比例分別是31.6%與40.2%，和杉木人工林相比，闊葉人工林里面細(xì)根碳氮比值要比杉木林小，如表2所示。

表2

2.4 土壤、細(xì)根和枯枝落葉層間碳儲量、氮儲量和碳氮比具體相關(guān)性

通過一元線性進(jìn)行回歸分析可知，枯枝落葉層具體碳氮比值和森林土壤碳儲量以及氮儲量之間是負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時可以解釋土壤碳儲量發(fā)生變異的46.7%以及氮儲量發(fā)生變異的60.2%.對于0～10cm的土層，具體細(xì)根碳儲量以及土壤碳儲量之間是正相關(guān)關(guān)系，再別的土層方面，兩者不存在顯著相關(guān)性。

3 結(jié)論

本次研究，杉木人工林以及闊葉人工林均營造于二代杉木林相應(yīng)的采伐跡地上，由于林齡、自然氣候條件、土地利用歷史以及立地條件都是一樣的，所以兩個林分土壤特性存在差役主要是由于樹種帶來的影響[5]。樹種主要利用兩種機(jī)制來影響土壤，分別是：①利用地上以及地下物種凋落量與凋落物質(zhì)量；②對根誘導(dǎo)呼吸進(jìn)行控制，主要有根呼吸以及根分泌物。

研究結(jié)果顯示，在該跡地上通過闊葉樹種進(jìn)行造林，可以提高土壤全碳儲量，并且土壤全氮儲量具體提升量不明顯；另一方面，闊葉人工林里面枯枝落葉層具體現(xiàn)存量、碳存量以及氮存量都要比杉木人工林多，同時闊葉人工林0～10cm土層（表土層）里面的細(xì)根生物量非常多，并且表土層里面的細(xì)根碳儲量以及土壤碳儲量存在正相關(guān)關(guān)系。所以，闊葉人工林以及杉木人工林土壤碳庫出現(xiàn)差異的主要原因是地上凋落物數(shù)量以及質(zhì)量和根系生產(chǎn)力不同。因?yàn)橥寥捞紟熘苻D(zhuǎn)比較緩慢，所以在短周期里面很難觀測到其發(fā)生的改變，可是土壤碳庫以及氮庫里面存在部分比較易變的組分，比如，可溶性有機(jī)碳、可溶性有機(jī)氮以及微生物生物量碳氮，這些物質(zhì)對土壤管理所采取的措施非常敏感，所以能夠用來觀測不同樹種給森林土壤碳氮庫造成的影響。

因?yàn)橹苻D(zhuǎn)速率存在顯著差異，樹種影響礦質(zhì)土壤層里面的碳氮儲量首先是利用枯枝落葉層來進(jìn)行表現(xiàn)的。研究結(jié)果顯示，兩種林分枯枝落葉層里面現(xiàn)存量、碳儲量以及氮儲量都有很大的差異，同時枯枝落葉層具體碳氮比值和林地土壤碳儲量以及氮儲量都存在明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系。因?yàn)殚熑~人工林里面枯枝落葉層大多數(shù)氮元素以及氮元素都在枯枝落葉里面，同時枯枝落葉具體碳氮比值很小，所以兩林分枯枝落葉層具體碳氮儲量存在差異主要是由于枯落葉里面的碳氮含量以及分解速率不同。

[1]何友軍，王清奎，汪思龍，等.杉木人工林土壤微生物生物量碳氮特征及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2006，17（12）：2292～2296.

[2]馮建新，高偉民，鄧飛，等.亞熱帶天然常綠闊葉林轉(zhuǎn)變?yōu)樯寄救斯ち謱ν寥牢⑸锖粑挠绊慬J].亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報，2015，10（2）：16～24.

[3]曾天慧，胡海波，張勇，等.不同植被群落土壤水溶性有機(jī)碳的變化特征[J].水土保持通報，2015，35（3）：49～54.

[4]吳明，邵學(xué)新，周純亮，等.中亞熱帶典型人工林土壤質(zhì)量演變及其環(huán)境意義[J].生態(tài)學(xué)雜志，2009，28（9）：1813～1817.

[5]胡亞林，汪思龍，顏紹馗，等.杉木人工林取代天然次生闊葉林對土壤生物活性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005，16（8）：1411～1416.

S714

A

1005-7897（2015）12-0107-02

2015-12-8