韓江流域森林土壤有機(jī)碳養(yǎng)分特征及分布格局*

張中瑞 丁曉綱 齊 也 何超銀卓桂珠 朱航勇 孫冬曉 江 瑤,2

(1. 廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2.中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣東廣州 510650）

森林在維持全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[1]。研究表明，陸地碳庫中有70%～80%的碳來自于森林碳庫[2]。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，隨著林分的逐漸成熟，碳在植被層中不斷累積，但土壤碳的變化特征與分布格局仍不確定[3]。眾所周知，土壤形成過程復(fù)雜，受氣候、水文、地形、植被等多種因素影響[4]。特別是地表水文條件影響，土壤作為大氣水、地表水、地下水、植物水四者交換的核心部分，土壤與水分及其它動(dòng)植物、微生物形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其養(yǎng)分屬性的影響因素和效應(yīng)均存在高度不確定性[5]。但土壤有機(jī)碳分布與土地利用息息相關(guān)，準(zhǔn)確獲取其分布格局對(duì)提高土地利用效率，科學(xué)、合理利用土壤資源意義重大。

韓江，是廣東省除珠江流域外的第二大流域，涉及廣東、福建、江西3 省22 市，是中國(guó)東南沿海最重要的河流之一。流域地處亞熱帶東南亞季風(fēng)區(qū)，氣候高溫高濕。流域范圍森林生長(zhǎng)速率快，植被條件良好，但常受暴雨侵襲，其森林土壤表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間變異性[6]。因此，通過實(shí)地調(diào)查，充分獲取土壤樣點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)，結(jié)合氣候、水文、地形、植被要素信息，以土壤有機(jī)碳為例，探索韓江流域森林土壤碳養(yǎng)分特征及分布格局，以為流域森林資源管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究主要集中于潮州市潮安區(qū)韓江三角洲附近，屬亞熱帶氣候，流域內(nèi)降雨量充沛，但時(shí)空分布不均，多年平均降雨量在1 400～1 700 mm，年內(nèi)分配不均勻，其中4 至9 月降雨量占全年降雨量的70%以上，5、6 月份更為集中。

1.2 研究方法

2021 年8 月，采用專題布點(diǎn)與隨機(jī)布點(diǎn)相結(jié)合的方法，依據(jù)土壤屬性空間分布預(yù)測(cè)模型質(zhì)量要求，在韓江三角洲最終選取81 個(gè)采樣點(diǎn)（圖1），擇植被、地形條件(坡向、坡位等)具有代表性的地點(diǎn)作為剖面點(diǎn)，為保證土壤調(diào)查結(jié)果科學(xué)可靠，在每個(gè)樣點(diǎn)周邊選擇具有代表性的地帶挖掘3 個(gè)剖面，剖面水平間距不小于 10 m。取樣時(shí)每個(gè)剖面分D1（0-20 cm）、D2（20-40 cm）、D3（40-60 cm）、D4（60-80 cm）、D5（80-100 cm）、共5 層由下至上分別全層取樣，每個(gè)樣品重不少于500 g；將采集后的樣品進(jìn)行密封保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行自然風(fēng)干，研磨篩選后制樣，參照重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定有機(jī)碳[7]。

圖1 樣點(diǎn)分布Fig. 1 Distribution of Sample Points

1.3 數(shù)據(jù)處理及制圖

采用Excel 2016 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理計(jì)算，采用SPSS26.0 軟件對(duì)森林土壤碳的含量描進(jìn)行述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析等，采用ArcGIS 10.7 軟件繪制空間分布圖進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 韓江流域森林土壤有機(jī)碳含量特征

對(duì)不同層次土壤有機(jī)碳含量進(jìn)行描述性檢驗(yàn)（表1），結(jié)果表明：不同土層土壤有機(jī)碳含量從大到小依次為D1(17.702±8.013 g/kg)＞D2(13.236±6.210 g/kg)＞D3(11.242±5.665 g/kg)＞D4(9.934±5.011 g/kg)＞D5(9.121±4.715 g/kg)，即按照土層從高到低，有機(jī)碳含量依次減少。同時(shí)，各土層有機(jī)碳含量變異系數(shù)從小到大依次為D1(45.27%)＜D2(46.92%)＜D3(50.40%)＜D4(50.45%)＜D5(51.69%)，即按照土層從高到低，有機(jī)碳含量變異系數(shù)依次增加。

表1 不同土層土壤有機(jī)碳含量 g/kgTable 1 Soil organic carbon content in different soil layers

對(duì)各土層土壤有機(jī)碳含量進(jìn)行正態(tài)性驗(yàn)證，由圖2 正態(tài)P-P 圖可知，各土層預(yù)期累計(jì)概率與實(shí)際累計(jì)概率均均勻分布在“0-1”直線兩側(cè)，證明各土層實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。

圖2 D1-D5 層土壤有機(jī)碳正態(tài)P-P 圖Fig. 2 Normal P-P diagram of soil organic carbon in the D1-D5 layer

2.2 韓江流域森林土壤有機(jī)碳分布格局

對(duì)不同土層土壤有機(jī)碳進(jìn)行差值分析，對(duì)韓江流域森林土壤不同土壤有機(jī)碳含量分布進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)（圖3）。結(jié)果可知,不同土層之間有機(jī)碳含量分布表現(xiàn)出一定的差異:其中，D1、D5 層分布表現(xiàn)出較大的隨機(jī)性，D2、D3、D4 層分布則表現(xiàn)出一定的相似性。

圖3 不同土層土壤有機(jī)碳分布Fig. 3 Distribution of soil organic carbon in different soil layers

具體來看，在D1 層，中部相對(duì)平緩地區(qū)，土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較低，其次為中部遠(yuǎn)離水系區(qū)域，北部海拔較高區(qū)域有機(jī)碳含量最高。而在D2、D3、D4 層同樣表現(xiàn)出在中部水系通過、地勢(shì)平緩、海拔較低區(qū)域有機(jī)碳含量最低，依次向四周延展升高，遠(yuǎn)離水系的西部高海拔地區(qū)土壤有機(jī)碳含量最高的分布特征。在D5 層，有機(jī)碳分布主要與水系走勢(shì)相關(guān)聯(lián)，靠近韓江水系區(qū)域有機(jī)碳含量分布相對(duì)較低，遠(yuǎn)離水系區(qū)域，有機(jī)碳含量分布相對(duì)較高。

3 結(jié)論與討論

韓江流域有機(jī)碳分布范圍在1.403～38.667 g/kg范圍內(nèi)，不同土層含量均值處于9.121～17.702 g/kg 之間，按照全國(guó)土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，處于“中上-中”之間，土壤條件相對(duì)較好。本研究中，韓江流域森林土壤不同土層由表層至底層，有機(jī)碳含量逐漸降低，應(yīng)是由于表層土壤通透性好，在植被條件良好的森林中，長(zhǎng)期有大量凋落物的積累，提高了土壤有機(jī)碳的含量，同時(shí)，大量森林植被根系分泌物也造成了有機(jī)碳的輸入；而在底層土壤中，土壤的透水性往往較差，受到水文地理?xiàng)l件的限制，凋落物分解相對(duì)緩慢，土壤有機(jī)碳相對(duì)積累的也較少[8]。

從流域范圍來看，韓江流域森林土壤有機(jī)碳常常受到水文條件和海拔的影響作用。有研究表明，土壤有機(jī)碳受自然含水率的顯著影響，含水量越高越不利于土壤碳的存儲(chǔ)[9]。本研究亦有類似發(fā)現(xiàn)，靠近韓江水系平緩區(qū)域，土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較低，遠(yuǎn)離水系的高海拔地區(qū)土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較高。并且，土壤有機(jī)碳往往與地形因子、水熱條件相關(guān)聯(lián)。一般來說，高海拔地區(qū)，氣溫相對(duì)較低，水熱條件差，有機(jī)物無機(jī)化程度緩慢，有利于土壤有機(jī)碳的形成和富集，而在低海拔地區(qū)，特別是河流沖積平原，有機(jī)物質(zhì)分解極快，不利于土壤有機(jī)碳的積累[10]。另外，該地區(qū)通常遭受暴雨侵襲，水系周邊植被往往對(duì)資源競(jìng)爭(zhēng)激烈，為獲取生長(zhǎng)所必須的養(yǎng)分資源，土壤有機(jī)碳及其它養(yǎng)分往往消耗遠(yuǎn)超積累[11]。因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域的土壤資源管理，有效利用森林資源，加強(qiáng)對(duì)植被、土壤、水三者耦合關(guān)系的研究與利用，提高森林生態(tài)系統(tǒng)碳潛，助力林業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。