宣威市退耕還林柳杉林地土壤有機(jī)碳含量及活性組分的林齡變化*

李 鑫 陳先剛 白明銳 李風(fēng)格

(1. 西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 昆明 650224； 2. 云南省宣威市林業(yè)局 宣威 655400； 3. 北京晨奧潤澤科技股份有限公司 北京 100081)

宣威市退耕還林柳杉林地土壤有機(jī)碳含量及活性組分的林齡變化*

李 鑫1陳先剛1白明銳2李風(fēng)格3

(1. 西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 昆明 650224； 2. 云南省宣威市林業(yè)局 宣威 655400； 3. 北京晨奧潤澤科技股份有限公司 北京 100081)

【目的】 探討云貴高原地區(qū)土壤有機(jī)碳含量及其活性組分在退耕還林后的變化，為退耕還林后的土壤碳儲量變化評價(jià)和碳匯管理提供科學(xué)依據(jù)。【方法】 在云南省宣威市選擇耕地對照和不同退耕還林年數(shù)(4，8，12年生)的柳杉人工林地，在不同土層(0～20， 20～40和40～60 cm)采集土壤并收集枯落物和細(xì)根樣品，測定土壤有機(jī)碳及其活性組分含量、土壤密度、土壤全氮含量、枯落物現(xiàn)存量和細(xì)根生物量。【結(jié)果】 與耕地相比，退耕還林4，8和12 年生時(shí)林地0～60 cm土層土壤有機(jī)碳含量分別下降20.07%， 19.29%和11.52%，即退耕還林初期土壤有機(jī)碳含量顯著下降，在退耕還林4年后開始逐漸回升，但在12年后仍未恢復(fù)到耕地水平； 土壤高活性有機(jī)碳含量以造林前的耕地最高(4.46 g·kg-1)，4年生時(shí)最低(2.67 g·kg-1)； 土壤次高活性有機(jī)碳含量以8年生時(shí)最高(12.03 g·kg-1)，4年生時(shí)最低(4.61 g·kg-1)； 土壤活性有機(jī)碳含量以8年生時(shí)最高(20.94 g·kg-1)，12年生時(shí)最低(9.12 g·kg-1)； 土壤有機(jī)碳含量及其活性組分含量均隨土層加深而減小，且存在顯著的土層差異(P<0.05)，有機(jī)碳含量的最小值(11.14 g·kg-1)出現(xiàn)在8年生40～60 cm土層； 各林齡柳杉林地0～60 cm土層有機(jī)碳含量及其高活性有機(jī)碳、次高活性有機(jī)碳與土壤全氮含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.894，0.756和0.755，均極顯著正相關(guān)，與土壤密度的相關(guān)系數(shù)為-0.664，顯著負(fù)相關(guān)?！窘Y(jié)論】 退耕還林柳杉林地0～60 cm土層有機(jī)碳含量及其活性組分含量隨林齡增加先降后升，造林年數(shù)和林下枯落物量是影響土壤有機(jī)碳含量及其活性組分含量的重要因子，今后在森林碳匯管理中需大力推行封山育林，延長林分林齡，盡量保留林下枯落物。

退耕還林； 柳杉林； 土壤有機(jī)碳； 活性

工業(yè)革命以來的化石燃料燃燒和土地利用方式改變等人類活動(dòng)造成大氣CO2濃度增加和全球氣候顯著變化，引起國際社會廣泛關(guān)注。森林土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(Wittmannetal.， 2004； 周才平等， 2003)，在減緩大氣CO2濃度、調(diào)節(jié)碳平衡等方面發(fā)揮著重要作用(Moroni， 2012)。有關(guān)森林土壤有機(jī)碳分布和變化的研究已成為林業(yè)應(yīng)對氣候變化課題的重點(diǎn)之一(韋國富等， 2009； 劉文利等， 2006)。Houghton等(1999)研究了美國陸地從1945年前的碳源到1945年后的碳匯轉(zhuǎn)變過程，發(fā)現(xiàn)棄耕農(nóng)田的森林再生和森林防火是主要原因； 徐貴來等(2014)對比了重慶四面山杉木(Cunninghamialanceolata)、石櫟(Lithocarpusglaber)、木荷(Schimasuperba)、楓香(Liquidambarformosana)和香樟(Cinnamomumcamphora)5種人工林的土壤有機(jī)碳儲量，發(fā)現(xiàn)杉木人工純林土壤有機(jī)碳儲量最高，5種林分0～20 cm土層有機(jī)碳含量差異均較20～40 cm土層更顯著。土壤活性有機(jī)碳是土壤有機(jī)碳中具較高活性的部分，其占比例雖小，但對土地利用變化更敏感，對陸地與大氣之間的碳素平衡影響更明顯(徐明崗等， 2006； 沈宏， 1999； 黃承標(biāo)等， 2009； 宋會興等， 2005； 易秀等， 2011)。研究土壤有機(jī)碳含量及其活性組分的時(shí)空分布對深入認(rèn)識碳的生物地球化學(xué)循環(huán)及應(yīng)對全球氣候變化具有重要意義。

退耕還林工程是當(dāng)前造林面積最大的林業(yè)生態(tài)工程，必然會對森林碳匯產(chǎn)生重大影響。不少學(xué)者研究了退耕還林工程的森林碳匯，如劉延惠等(2012)研究了寧夏六盤山華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)人工林土壤有機(jī)碳含量變化，結(jié)果表明造林后土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)先下降后上升的變化過程，其對造林干擾的敏感程度隨土層加深而減弱； Vesterdal等(2002)研究了丹麥退耕還林對土壤有機(jī)碳含量影響，結(jié)果表明退耕還林導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲量下降； Paul等(2002)統(tǒng)計(jì)分析了世界范圍內(nèi)43個(gè)課題涉及的204塊樣地，結(jié)果表明造林后初始5年的土壤碳儲量約下降3.64%，之后土壤碳儲量逐年增大；王春梅等(2007)定量研究了敦化市7個(gè)退耕后演替的不同時(shí)間序列的長白落葉松(Larixolgensis)樣地的土壤碳含量變化，結(jié)果表明退耕12年時(shí)土壤碳含量降低到最小量，在退耕21年時(shí)土壤碳含量恢復(fù)到農(nóng)田水平，21年后土壤碳含量出現(xiàn)凈積累； 申家朋等(2013)在黃土丘陵區(qū)的研究表明，0～100 cm土層碳含量隨退耕還林年數(shù)增加而增大，但增幅隨土層加深而減小。目前對退耕還林地土壤碳儲量變化規(guī)律的研究結(jié)果存在較大差異，這可能與各地環(huán)境條件及造林實(shí)踐過程有密切關(guān)系。一般情況下，退耕還林后地上和地下的植物凋落物(枯落物和死根)、動(dòng)物排泄物和遺體會逐年累積分解，使土壤有機(jī)碳含量升高，而耕地則可能在施肥增加有機(jī)碳的同時(shí)伴隨著頻繁翻耕、清除或焚燒作物殘?bào)w及土壤侵蝕等造成的有機(jī)碳損失。諸多因素到底如何影響退耕還林地的土壤碳含量變化，是非常值得深入研究的問題。

本研究區(qū)地處云貴高原腹地的云南省宣威市。該市退耕還林柳杉(Cryptomeriafortunei)人工林種植面積廣、林分年數(shù)多且連續(xù)。本研究選擇立地條件基本相同而退耕還林年數(shù)不同的柳杉人工林，探討土壤有機(jī)碳及其活性組分含量隨退耕還林年數(shù)的變化規(guī)律，為退耕還林后的土壤碳儲量變化評價(jià)和碳匯管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

宣威市位于云南省東北部(103°35′30″—104°40′50″ E，25°53′30″—26°44′50″ N)，與貴州省相接。 地勢西北高、東北低，海拔920～2 868 m。 全市總面積6 070 km2，山區(qū)、半山區(qū)占80%，土地有效面積占總面積的79.27%。屬低緯高原季風(fēng)氣候，年均氣溫13.4 ℃，最高年均氣溫14.6 ℃，最低年均氣溫12.7 ℃； 年均日照2 018.5 h，年日照時(shí)數(shù)最高為2 369.1 h，最低為1 805.1 h； 年均降水量975.2 mm，年均降水量最高為1 304.8 mm，最低為657.4 mm； 年均無霜日326.3天。沿海拔從低到高土壤類型依次為山地紅壤、紅棕壤、棕壤、紅壤、黃紅壤、黃棕壤和棕壤，研究區(qū)內(nèi)以山地紅壤為主。主要作物有玉米(Zeamays)、水稻(Oryzasativa)、小麥(Triticumaestivum)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)、煙草(Nicotianatabacum)和油菜(Brassicacampestris)等； 主要樹種有云南松(Pinusyunnanensis)、華山松(Pinusarmandii)、云南油杉(Keteleeriaevelyniana)、杉木、柳杉和石櫟等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置、土壤取樣、土壤密度測定、細(xì)根及枯落物取樣

在宣威市東部連片的4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，根據(jù)當(dāng)?shù)亓謽I(yè)站退耕還林工程檔案及實(shí)地調(diào)查，選取立地相近的退耕還林后4，8和12年生柳杉林地，并以附近在耕玉米和白蘿卜(Raphanussativus)地為對照(表1)，退耕還林前耕地主要種植玉米和白蘿卜，季節(jié)性追施復(fù)合肥。退耕種植柳杉后，基本無人為干擾。幼齡柳杉林密度較大，隨著種植年數(shù)的增加和人工撫育，密度漸小，但由于林木生長而使枝葉更加繁茂，冠幅增加，郁閉度增大，故林下植被蓋度減小。

依據(jù)國家林業(yè)調(diào)查相關(guān)規(guī)范，在對照地及4，8和12年生柳杉人工林內(nèi)分別設(shè)置5，5，3和3塊20 m×20 m樣地，在各樣地內(nèi)沿對角線方向設(shè)置5個(gè)1 m×1 m采樣點(diǎn)，在每個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)去除地表枯落物后，用長度1 m的土鉆(內(nèi)徑45 mm)分3層(0～20， 20～40和40～60 cm)鉆取土樣，每層鉆取1個(gè)土樣。將5個(gè)樣點(diǎn)的土樣分層混勻，撿出植物細(xì)根(<2 mm)待測，同時(shí)撿出石礫和剩余植物根系后獲得土壤樣品。土壤樣品風(fēng)干并研磨后過0.25 mm土篩備用。在每個(gè)樣地內(nèi)，選取代表性樣點(diǎn)1個(gè)，取挖1個(gè)土壤剖面，分3層(0～20， 20～40和40～60 cm)用環(huán)刀(100 cm3)在每層取原狀土，測定土壤密度。林地枯落物用30 cm×30 cm的方形鋼框在所選樣地S形布設(shè)的樣點(diǎn)內(nèi)隨機(jī)采集，帶回實(shí)驗(yàn)室待處理。

表1 樣地基本情況

2.2 測定方法

測試指標(biāo)包括土壤密度、林地枯落物現(xiàn)存量、細(xì)根生物量、土壤全氮含量、土壤有機(jī)碳含量和土壤活性有機(jī)碳含量?；凇渡滞寥婪治龇椒ā?國家林業(yè)局， 1999)中所列方法： 土壤密度采用環(huán)刀法測定； 土壤細(xì)根(<2 mm)生物量和林地枯落物現(xiàn)存量采用烘干法測定； 土壤全氮含量采用凱氏蒸餾法測定； 土壤有機(jī)碳含量采用硫酸-重鉻酸鉀氧化法測定； 土壤活性有機(jī)碳含量采用Lefroy等(1993)提出的測定方法，并按KMnO4氧化劑的不同濃度(33，167和333 mmol·L-1氧化)測定的活性有機(jī)碳分為高活性有機(jī)碳、次高活性有機(jī)碳和活性有機(jī)碳，不能被333 mmol·L-1KMnO4氧化的為惰性有機(jī)碳。

2.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件作圖，利用Spss17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。文中數(shù)據(jù)分析均采用處理后的原始數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤有機(jī)碳含量變化

在退耕還林4，8和12年時(shí)0～60 cm土層土壤有機(jī)碳含量均與耕地存在顯著性差異(P<0.05)，表現(xiàn)為隨退耕還林年數(shù)增加先減后增，在退耕還林后的4，8和12年分別下降了20.07%， 19.29%和11.52%，且退耕還林4，8和12年生間無顯著差異(表2)。

表2 不同退耕還林年數(shù)柳杉林地0～60 cm土層土壤有機(jī)碳及其組分含量*同列內(nèi)不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。Values with the different lowercase letters on the same list denote significant differences(P<0.05).

圖1 各退耕還林年數(shù)柳杉林地不同土層土壤有機(jī)碳及其活性組分含量Fig.1 Content of soil organic carbon and its active fractions in Cryptomeria fortunei plantation in different layers of different years after afforestation圖中不同小寫字母表示在0.05水平不同退耕還林年數(shù)同一土層差異顯著； 不同大寫字母表示在0.05水平同一退耕還林年數(shù)不同土層差異顯著。Values with the different lowercase letters denote significant differences in different years after afforestation in the same layer(P<0.05); Values with the different uppercase letters on the same row denote significant differences in different layers in the same age (P<0.05).

在同一退耕還林年數(shù)的不同土層中，0～20和20～40 cm土層的土壤有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05)。在所有退耕還林年數(shù)中，均表現(xiàn)為土壤有機(jī)碳含量隨土層加深而減小，不同退耕還林年數(shù)的0～20 cm土層有機(jī)碳含量顯著高于20～40和40～60 cm土層(P<0.05)，但20～40和40～60 cm土層間差異不顯著(P>0.05)(圖1)。3.2 土壤活性有機(jī)碳組分含量變化

隨著退耕還林年數(shù)增加，0～60 cm土層高活性有機(jī)碳含量、次高活性有機(jī)碳含量和活性有機(jī)碳含量均呈先減后增再減的變化趨勢(表2)，且各林齡均隨土層加深而減小(圖1)。土壤高活性有機(jī)碳含量以耕地最高(4.46 g·kg-1)，8年生次之(3.93 g·kg-1)，4年生最低(2.67 g·kg-1)； 土壤次高活性有機(jī)碳含量以8年生最高(12.03 g·kg-1)，耕地次之(9.41 g·kg-1)，4年生最低(4.61 g·kg-1)； 土壤活性有機(jī)碳含量以12年生最低(9.12 g·kg-1)，8年生最高(20.94 g·kg-1)(表2)。

對于0～60 cm土層高活性有機(jī)碳含量，4年生顯著低于耕地(P<0.05)，8和12年生均低于耕地，但差異不顯著(P>0.05)(表2)。同一退耕還林年數(shù)柳杉林地20～40與40～60 cm土層高活性有機(jī)碳含量差異不顯著(P>0.05)，且4和12年生40～60 cm土層高活性有機(jī)碳含量和20～40 cm土層十分接近(圖1)。

對于0～60 cm土層次高活性有機(jī)碳含量，8年生顯著高于耕地、4和12年生(P<0.05)，4 年生顯著低于耕地(P<0.05)，而12年生與耕地和4年生差異不顯著(P>0.05)(表2)。除8年生外，不同退耕還林年數(shù)柳杉林地20～40和40～60 cm土層次高活性有機(jī)碳含量差異均不顯著(圖1)。

對于0～60 cm土層活性有機(jī)碳含量，8年生顯著高于耕地、4和12年生(P<0.05)，而4和12年生與耕地差異不顯著(P>0.05)(表2)。隨著土層加深，不同退耕還林年數(shù)土壤活性有機(jī)碳含量均減小，0～20 cm土層顯著(P<0.05)高于20～40和40～60 cm土層(圖1)。

3.3 土壤密度變化

對于0～60 cm土層平均土壤密度，4和8年生與耕地差異不顯著(P>0.05)，12年生顯著高于耕地(P<0.05)； 3種林齡柳杉人工林土壤密度表現(xiàn)為12年生>8年生>4年生，12年生柳杉人工林土壤密度為1.25 g·cm-3，是8年生和耕地的1.07倍，是4年生的1.08倍(表3)。

對同一林齡柳杉人工林不同土層土壤密度的方差分析表明，40～60 cm土層顯著高于0～20和20～40 cm土層(P<0.05)，而0～20和20～40 cm土層間差異不顯著(P>0.05)； 耕地、4年生、8年生和12年生40～60 cm土層的土壤密度分別是0～20 cm土層的1.14，1.16，1.11和1.16倍； 各土層(0～20， 20～40和40～60 cm)土壤密度均隨退耕還林年數(shù)增加先減后增，但40～60 cm土層在4年生時(shí)與耕地相同，在8年生時(shí)較耕地小0.03 g·cm-3，12年生時(shí)較耕地大0.07g·cm-3，雖然各土層的土壤密度隨退耕還林年數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，但差異不顯著(P>0.05)。

表3 不同退耕還林年數(shù)柳杉林地土壤密度*同列內(nèi)不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著,同行內(nèi)不同大寫字母表示在0.05水平差異顯著。下同。Values with the different lowercase letters on the same list denote significant differences(P<0.05),values with the different uppercase letters on the same row denote significant differences(P<0.05). The same below.

3.4 土壤全氮含量變化

方差分析表明： 4 年生柳杉人工林0～20 cm土層土壤全氮含量顯著低于耕地、8年生柳杉人工林和12年生柳杉人工林(P<0.05)，耕地、8 年生柳杉人工林和12年生柳杉人工林間差異不顯著(P>0.05)； 20～40和40～60 cm土層在耕地、4年生柳杉人工林和8年生柳杉人工林間均無顯著差異(P>0.05)；在0～60 cm土層，耕地土壤全氮含量最大，4年生最小，隨后逐漸增大，12年生最大(表4)。

3.5 枯落物現(xiàn)存量和細(xì)根生物量變化

林地枯落物現(xiàn)存量隨退耕還林年數(shù)增加逐漸增加，12年生林分分別是4和8年生林分的2.01和1.62倍； 退耕后0～8年0～60 cm土層細(xì)根生物量隨著退耕還林年數(shù)增加逐漸增加，但12年時(shí)減小，退耕12年時(shí)細(xì)根生物量仍高于耕地(表5)。

表4 不同退耕還林年數(shù)柳杉林地土壤全氮含量

表5 不同退耕還林年數(shù)柳杉林地枯落物現(xiàn)存量和細(xì)根生物量

3.6 土壤有機(jī)碳含量及活性組分的主要影響因子

土壤有機(jī)碳含量與土壤高活性有機(jī)碳含量、土壤次高活性有機(jī)碳含量和土壤全氮含量均極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.894，0.756和0.755)，與土壤活性有機(jī)碳含量顯著正相關(guān)； 土壤高活性有機(jī)碳含量與次高活性有機(jī)碳含量和土壤全氮含量均極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.877和0.866)，與活性有機(jī)碳含量顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.646)； 土壤次高活性有機(jī)碳含量與土壤活性有機(jī)碳和全氮含量均極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.777和0.732)； 土壤密度與土壤有機(jī)碳含量及土壤活性有機(jī)碳含量均顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為-0.664，-0.623，-0.602和-0.531)； 其余各變量間相關(guān)性不顯著(表6)。

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4 討論

4.1 退耕還林后柳杉林地0～60 cm土層土壤有機(jī)碳含量及活性組分變化

與耕地相比，退耕還林4年時(shí)土壤有機(jī)碳含量降低，之后在8和12年時(shí)回升，但12年時(shí)仍未恢復(fù)到耕地水平，這與劉延惠等(2012)研究的寧夏六盤山華北落葉松人工林土壤有機(jī)碳在造林后隨退耕還林年數(shù)增加呈先降后升的變化和Paul等(2002)研究的草地造林后10年內(nèi)土壤有機(jī)碳含量以-0.79 mg C·hm-2a-1的平均速率遞減、隨后以0.46 mg C·hm-2a-1的平均速率遞增、40年后又以0.06 mg C·hm-2a-1的平均速率遞增的結(jié)果一致，與劉恩等(2012)對10， 20和27年生紅椎(Castanopsishystrix)人工林和梁宏溫等(2009)對1.6，3.6，5.6和7.6年生第1代尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)人工林研究的0～60 cm土層碳含量隨退耕還林年數(shù)增加而增大的結(jié)果也一致。土壤高活性有機(jī)碳含量表現(xiàn)為耕地最高，12年生柳杉人工林次之，4年生柳杉人工林最低； 次高活性有機(jī)碳含量表現(xiàn)為8年生柳杉人工林最高，耕地次之，4年生柳杉人工林最低； 隨退耕還林年數(shù)增加，土壤活性有機(jī)碳含量減小，而惰性有機(jī)碳含量增大，說明碳庫穩(wěn)定性隨退耕還林年數(shù)增加而增大。原因可能是耕地施肥使土壤有機(jī)碳及其高活性組分含量較高，而退耕還林后施肥終止，加上自然分解損失和幼齡林凋落物輸入量較少，造成土壤有機(jī)碳含量及活性組分減小。鄭順安等(2006)的研究結(jié)果中退耕還林3～4年時(shí)柳杉枯落物的分解及根系的分泌作用提供給土壤有機(jī)物質(zhì)，使得土壤有機(jī)碳含量逐漸增大，也表明退耕還林對當(dāng)?shù)赝寥烙袡C(jī)碳含量的增大起到一定的功效。本研究中隨退耕還林年數(shù)增加，土壤高活性有機(jī)碳與土壤有機(jī)碳含量的變化一致，而次高活性有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量與土壤有機(jī)碳含量的變化不一致，目前尚未發(fā)現(xiàn)有此類相關(guān)研究。

4.2 土壤有機(jī)碳含量及活性組分變化的土層變化

3個(gè)退耕還林年數(shù)的柳杉林地土壤有機(jī)碳及活性組分含量均在0～20 cm土層最高，且隨土層加深而減小。鄭順安等(2006)的研究表明，森林凋落物的分解、對大氣中含碳?xì)怏w的吸收、大氣含碳物質(zhì)的沉降及巖石的風(fēng)化是森林土壤中碳素的重要來源，其中凋落物是森林土壤中碳的主要來源。土壤表層有機(jī)物質(zhì)的積累主要依賴凋落物的分解，凋落物主要集中在土壤表層，而中下層土壤不能直接接收地表植物殘?bào)w，主要依靠上層的淋溶下移和地下部分植物殘?bào)w分解，導(dǎo)致土壤層有機(jī)質(zhì)含量自上而下依次減小。植物根系也主要集中在土壤表層，其垂直分布直接影響送到土壤各層次的碳及養(yǎng)分含量(Jobbagyetal.， 2000； 常宗強(qiáng)等， 2008)。鄧?yán)っ兜?2005)研究表明，云南松成熟林的根系生物量以0～30 cm土層最多，占總根系生物量的93.7%，且大多數(shù)是粗根；<2 mm細(xì)根0～30 cm土層生物量占0～85 cm土層總細(xì)根生物量的73.5%；另外，樹木的生長需要根系從深層土壤中吸收養(yǎng)分。因此，表層土壤有機(jī)碳的積累大于消耗，而深層土壤有機(jī)碳消耗大于積累。

4.3 土壤有機(jī)碳含量的影響因素

土壤有機(jī)碳含量的影響因素很多，如本研究相關(guān)分析表明：不同退耕還林年數(shù)柳杉林地土壤有機(jī)碳含量與其各活性組分間、土壤有機(jī)碳及其各活性組分含量與全氮含量間均極顯著正相關(guān)； 土壤密度與土壤有機(jī)碳含量及其活性組分間均顯著負(fù)相關(guān)。土壤密度隨土層加深而增大，這是因?yàn)橹参锏蚵湮镌谕寥辣韺臃纸庑纬筛迟|(zhì)，使得表層土壤結(jié)構(gòu)疏松(高玉蓉等， 2005)。本研究中，隨著退耕還林年數(shù)增加，土壤密度有所升高，土壤有機(jī)碳含量相對增大，且出現(xiàn)波動(dòng)變化。這可能由于退耕還林前0～40 cm土層經(jīng)過人為的翻耕，土壤密度較低，種植柳杉林?jǐn)?shù)年后土體經(jīng)過了一個(gè)自然沉降的壓實(shí)作用； 而在0～20 cm土層，隨種植年數(shù)增長，地表枯落物和地下細(xì)根生物量增多，土壤密度減小(苗娟等， 2014)。徐貴來等(2014)對重慶四面山5種人工林土壤密度的分析表明，土壤密度受林地枯落物的質(zhì)與量、土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)狀況、植物根系對土壤的作用和人們對林地的擾動(dòng)程度等多種因素的影響。土壤全氮含量隨著退耕還林年數(shù)的增加先減小后增大，4年生最小，12年生超過耕地水平。這可能是柳杉的生長消耗使土壤全氮含量減小，而隨著退耕還林年數(shù)的增加，地表凋落物的分解使土壤全氮含量逐漸回升。

表6 土壤有機(jī)碳及活性組分含量與其主要影響因子相關(guān)系數(shù)**： ɑ=0.05； **： ɑ=0.01.

5 結(jié)論

云貴高原腹地退耕還林柳杉人工林地0～60 cm土層土壤有機(jī)碳含量在耕地最高(61.44 g·kg-1)，12年生柳杉林地次之(54.37 g·kg-1)，4年生柳杉林地最低(49.11 g·kg-1)； 土壤高活性有機(jī)碳含量在耕地最高(4.46 g·kg-1)，8年生柳杉林地次之(3.93 g·kg-1)，4年生柳杉林地最低(2.67 g·kg-1)； 土壤次高活性有機(jī)碳含量在8年生柳杉林地最高(12.03 g·kg-1)，耕地次之(9.41 g·kg-1)，4年生柳杉林地最低(4.61 g·kg-1)； 土壤活性有機(jī)碳含量在12年生柳杉林地最低(9.12 g·kg-1)，8年生柳杉林地最高(20.94 g·kg-1)。

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(責(zé)任編輯 于靜嫻)

Variation in the Content of Soil Organic Carbon and Its Labile Fractions among Different Age ofCryptomeriafortumeiPlantation Afforested by the Grain for Green Program in Xuanwei Municipality of Southwest China

Li Xin1Chen Xiangang1Bai Mingrui2Li Fengge3

(1.CollegeofEnvironmentScienceandEngineering,SouthwestForestryUniversityKunming650224; 2.XuanweiForestryAdministration,YunnanProvinceXuanwei655400; 3.BeijingChenaoRunzeTechnologyCo.,LtdBeijing100081)

【Objective】To provide scientific basis for evaluating the soil carbon stock and its management in afforested soils, we investigated the changes in soil organic carbon and its labile fractions after afforestation by the grain for green program.【Method】Cryptomeriafortumeiplantation respectively 4, 8, and 12 years after planting by the grain for green Program and a farmland without trees as the control were chosen in Xuanwei Municipality, Yunnan Province. Soil, litter and fine roots were collected at different soil layers (0-20，20-40 and 40-60 cm) from the selected plantations and the control plot . Soil organic carbon content and its labile fractions, soil densities, soil nitrogen, as well as litter and fine root biomass were analyzed. 【Result】Compared with the farmland, the content of soil organic carbon in the 0-60 cm layer deceased by 20.07%, 19.29%, and 11.52%, respectively for 4, 8 and 12 years of age, indicating that the soil organic carbon content significantly decreased in the early 4 years and then gradually increased thereafter, but not increased to the level in the farmland at the 12th year after planting. For the highest labile fraction of the soil organic carbon the maximum value was 4.46 g·kg-1before planting, and the minimum was 2.67 g·kg-1at the 4th year after planting; for the second highest labile fraction, the maximum was 12.03 g·kg-1at the 8th year after planting and the minimum was 4.61 g·kg-1at the 4th year after planting; for the least labile fraction the maximum was 20.94 g·kg-1at the 8th year after planting and the minimum was 9.12 g·kg-1at the 12th year. The contents of both soil organic carbon and its labile components decreased along with the depth of soil layer, and there were significant differences (P<0.05) among different soil layers; the minimum content (11.14 g·kg-1) of soil organic carbon was found in the soil layer of 40-60 cm at the 8th year. The correlation coefficients of the soil organic carbon, the highest labile fraction, and the second highest labile fraction with the total soil nitrogen were 0.894, 0.756 and 0.755, respectively, which were all significantly positive. The coefficient of soil organic carbon with soil density was -0.664, indicating a significantly negative correlation.【Conclusion】The soil organic carbon and its labile fractions in the 0-60 cm soil layer showed a decrease in early years and an increase in later years inCryptomeriafortumeiplantations. The age and the litter content were important factors affecting the changes. We suggest reduce forest logging and retain the forest litter as far as possible in order to have a good management of forest carbon sink.

Grain for Green Program;Cryptomeriafortumeiplantation; soil organic carbon; lability

10.11707/j.1001-7488.20170102

2015-08-11；

2016-12-10。

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“云貴高原退耕還林工程土壤碳儲量動(dòng)態(tài)變化研究”(41263008)。

S714； S791.31

A

1001-7488(2017)01-0011-09

* 陳先剛為通訊作者。