大興安嶺地區(qū)不同森林沼澤對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響

劉 霞,蔡恒明,趙梅芳

(1.大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院 ,黑龍江 加格達(dá)奇 1650000；2.93220部隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 156000；3.黑龍江省林科院,黑龍江 哈爾濱 156000)

森林沼澤是介于森林和濕地之間的一個過渡帶，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中具有重要作用，在全球碳循環(huán)中有著不可忽視的地位，也是人類目前研究減緩全球氣候變暖形勢的重要研究對象[1,2]。森林生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)的碳源/匯與人類干擾密切相關(guān)，研究森林沼澤碳儲量和其增匯潛能，將成為降低大氣CO2濃度、減緩氣候變暖的一個新的方式。進(jìn)而能使人類可以更全面的了解森林沼澤在全球碳循環(huán)中所起到的作用。大興安嶺地區(qū)全面停伐和凍土破壞的減少都會減緩氣候變化趨勢，同時封山育林也將更好的增加碳吸收，森林沼澤是重要的過渡帶，其在支持地球生命中起到十分重要的作用[3-5]。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)隸屬于國家林業(yè)和草原局黑龍江嫩江源森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，位于黑龍江省大興安嶺地區(qū)農(nóng)林科學(xué)院嫩江源森林-濕地生態(tài)系統(tǒng)野外站，地處大興安嶺林區(qū)東南部，伊勒呼里山南麓，松嶺區(qū)境內(nèi)。地理坐標(biāo)為北緯51°05′07″～51°39′24″，東經(jīng)125°07′55″～125°50′05″。該區(qū)總面積為229523hm2，全部為國有林地。海拔高度為500～800m，屬低山丘陵地帶，河谷寬闊，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫-3℃，極端最低溫-48℃，年日照時數(shù)2500 h，無霜期90～100 d，植物生長期為110 d，年降雨量500 mm[6]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集

2014年生長季在嫩江源森林-濕地生態(tài)系統(tǒng)野外站進(jìn)行樣品采集，對興安落葉松和白樺兩種島狀林沼澤進(jìn)行野外取樣：每種沼澤設(shè)置4塊20×20m的樣地，其中各樣地設(shè)6個樣點(diǎn)用來采集土樣，每次土樣采集都分層進(jìn)行：0～20cm，20～40cm，并將同層次的土樣進(jìn)行混合，帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.2.2 測定方法

1)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分離測定：

采用濕篩法將采集樣品粒級的干團(tuán)聚體稱取100.00g備用[7]，各粒級分別稱取干團(tuán)聚體的樣品放置在團(tuán)粒分析儀套篩桶上，調(diào)整使篩子最上一層篩子恰好淹過水面，使團(tuán)聚體保持在水面內(nèi)浸泡 5min 時，開動儀器，以上下振幅3cm, 30次·min-1的速度篩分5min后，將每一層篩分離出<0.25mm、0.5～0.25mm、1～0.5mm、2～1mm、>2mm土壤團(tuán)聚體，并50℃烘干稱重，計(jì)算其在土樣中的重量百分含量。

2)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的重量計(jì)算

土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑(MWD)計(jì)算：

式中：di為某一粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體的平均直徑；其中：d>2 mm=3,……d<0.25 mm=0.19。

Fi 為某一粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體重量占土樣重量的分?jǐn)?shù)。

3)土壤有機(jī)碳測定

土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱法[8]

4)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率

土壤團(tuán)聚體對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率=(該級團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量×該級團(tuán)聚體的含量土壤中有機(jī)碳含量)/土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量×100%[2]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林分土壤風(fēng)干團(tuán)聚體的分布

土壤質(zhì)量高低重要評價的指標(biāo)包括土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)中興安落葉松和白樺兩種不同森林沼澤土壤風(fēng)干團(tuán)聚體含量的分布趨勢基本保持一致，都表現(xiàn)為隨土壤團(tuán)聚體粒徑減小而減小(圖1)。

圖1 兩種沼澤森林林型下土壤團(tuán)聚體的分布

1)由圖可見，表層0～20cm，>2mm土壤風(fēng)干團(tuán)聚體含量，興安落葉松林高于白樺林，與白樺林差異顯著(P<0.05)。不同林分不同土壤團(tuán)聚體粒徑間，均表現(xiàn)>2mm最高，興安落葉松林(48.2%)、白樺林(42.5%)，天然次生林高出農(nóng)田土壤風(fēng)干團(tuán)聚體含量1.10倍。

2)亞表層20～40cm，不同林分土壤風(fēng)干團(tuán)聚體含量，粒徑>2mm最高，其次2～1mm、1～0.5mm、0.5～0.25mm，<0.25mm最低。<0.25mm團(tuán)聚體興安落葉松林和白樺林間均差異不顯著(P>0.05)。

2.2 不同林分對土壤有機(jī)碳的影響

1)實(shí)驗(yàn)中土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為表層略高于亞表層(圖2)。

圖2 不同林分下土壤有機(jī)碳的含量

結(jié)果表明：兩種林分土壤有機(jī)碳含量的變化范圍：28.3～52.6g/kg。

2)表層興安落葉松林與白樺林土壤有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05)，興安落葉松林和白樺林間差異不顯著(P>0.05)。土壤有機(jī)碳含量：興安落葉松林(52.6g/kg)>白樺林(41.7g/kg)，其興安落葉松林變成白樺林土壤有機(jī)碳含量開始逐漸下降, 下降了11.9g/kg，興安落葉松林土壤有機(jī)碳含量是白樺林的1.24倍。

3)亞表層與表層不同林分土壤有機(jī)碳含量差異變化規(guī)律表現(xiàn)一致。不同林分土壤有機(jī)碳含量：興安落葉松林(40.1g/kg)>白樺林(28.3g/kg),興安落葉松林轉(zhuǎn)變?yōu)榘讟辶滞寥烙袡C(jī)碳含量下降了11.8g/kg，興安落葉松林土壤有機(jī)碳含量是白樺林的1.12倍。

2.3 不同林分對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響

1)無論表層，還是亞表層，興安落葉松島狀林與白樺島狀林土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量差異不同，表現(xiàn)為當(dāng)土壤團(tuán)聚體粒徑越小時，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量會越高的趨勢。表層>2mm土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，興安落葉松島狀林與白樺島狀林差異顯著(P<0.05)，不同林分土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量關(guān)系：興安落葉松林大于白樺林，興安落葉松林是白樺林的1.24倍；粒徑2～1mm和1～0.5mm團(tuán)聚體與>2mm土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量規(guī)律一致。

2)亞表層粒徑>2mm土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，興安落葉松林與白樺林差異不顯著(P>0.05)，興安落葉松林是白樺林的1.12倍。在粒徑2～1mm、1～0.5mm、0.5～0.25mm和<0.25mm團(tuán)聚體中，表現(xiàn)為興安落葉松林與白樺林差異顯著(P<0.05)。

3 影響分析

3.1 不同林分對土壤團(tuán)聚體成分的影響

1)實(shí)驗(yàn)中興安落葉松和白樺沼澤土壤風(fēng)干團(tuán)聚體含量的分布趨勢相似，隨土壤團(tuán)聚體粒徑減小而逐漸下降。

2)兩種林分不同土壤團(tuán)聚體粒徑>2mm粒徑最高，其形成可能與不同粒徑團(tuán)聚體的形成機(jī)理有所關(guān)聯(lián)。大粒徑團(tuán)聚體在土壤中占較大主導(dǎo)作用，體現(xiàn)了培育人工林措施的作用與效果。不同粒徑團(tuán)聚體分布比較均勻，對改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)起到顯著作用，因而較大團(tuán)聚體的含量表現(xiàn)為重要作用[7]。

3.2 不同林分對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響

1)本研究中有機(jī)碳含量興安落葉松林高于白樺林，可能造成這種現(xiàn)象的原因是白樺島狀林沼澤比興安落葉松島狀林沼澤的土壤有機(jī)質(zhì)的含量低，而土壤有機(jī)碳分解速度較快，促使土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性發(fā)生變化，進(jìn)而加大了滲透量。

2)不同類型林分都表現(xiàn)為土壤團(tuán)聚體粒徑越小，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量越高的趨勢，其原因可能是土壤有機(jī)碳在土壤中游離態(tài)較少，多數(shù)被細(xì)小的礦質(zhì)顆粒吸附, 進(jìn)而形成了不同的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體，土壤團(tuán)聚體粒徑越小,其吸附的有機(jī)物質(zhì)的表面積反而越大，吸附能力相對越多。土壤小粒徑團(tuán)聚體高于大粒徑團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量[8]。分析土壤表層，不同林分土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量：興安落葉松林高于白樺林，正是由于興安落葉松具有較為發(fā)達(dá)的根系，能夠產(chǎn)生更多根系分泌物及空間，加大土壤微生物活性, 促使有機(jī)殘?bào)w更快分解[8]。

4 結(jié)論

4.1不同林分下，白樺林土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性比興安落葉松林低，使土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體明顯降低。

實(shí)驗(yàn)可得：土壤的表層或亞表層都呈現(xiàn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體總體隨粒徑的減小而逐漸增大的變化趨勢，興安落葉松林粒徑>2mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量最高，白樺林水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量較低。

4.2不同林分下土壤各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳的含量有一定的差異，1～0.5mm 團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳的主要載體。

以表層而言，興安落葉松島狀林土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量高于白樺島狀林，這是由于興安落葉松林具有較為發(fā)達(dá)的根系，進(jìn)而產(chǎn)生更多根系分泌物會加大土壤微生物活動，促使有機(jī)殘?bào)w分解更快。