綜合撫育對人工林土壤和枯落物碳含量影響的研究

賈丹 孫清芳 劉濱凡

摘要：? 以大興安嶺地區(qū)不同林齡綜合撫育后的樟子松和落葉松人工林為研究對象，未撫育的人工林作為對照，對林地內(nèi)枯落物與土壤碳含量進行研究。結(jié)果表明：撫育經(jīng)營對樟子松和落葉松林地土壤碳含量的影響顯著（p＜0.05）；撫育經(jīng)營對枯落物層碳含量影響較小；撫育經(jīng)營可以增加土壤碳含量；土壤碳含量與枯落物層碳含量呈顯著負相關(guān)；撫育樣地之間的碳含量相關(guān)性高，未撫育樣地之間的碳含量相關(guān)性高。

關(guān)鍵詞：? 綜合撫育；? 人工林；? 土壤碳含量；? 枯落物碳含量

中圖分類號：? ?S 718. 5? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：１００1 － 9499（２０23）04 － 0031 － 04

Effects of Comprehensive Tending on Carbon Contentof Soil and Litter in Plantation*

JIA Dan1 SUN? Qingfang3 LIU? Binfan2**

（1. Heilongjiang Ecological Institute，? Heilongjiang Harbin 150081; 2. Heilongjiang Academy of Forestry，? Heilongjiang Harbin 150081; 3. Harbin University，? Heilongjiang Harbin 150076）

Abstract The litter and soil carbon content in the forest of Pinus sylvestris var. mongolica and Larix gmelinii plantations which were taken after comprehensive tending at different ages in Daxing'an Mountains were studied， and the uncultivated plantations as the control. The results showed that tending management had a significant effect on soil carbon content of Pinus sylvestris var. mongolica and Larix gmelinii plantations（p<0.05）; The effect of tending management on the carbon content of litter layer was small; Tending management can increase soil carbon content; Soil carbon content was significantly negatively correlated with litter carbon content （p<0.05）; The correlation of carbon content between nurtured sample plots was high， and that between uncured sample plots was high.

Key words comprehensive tending; plantation; soil carbon content; litter carbon content

隨著“碳達峰與碳中和”目標的提出，標志著我國要減少溫室氣體排放的決心。森林及土壤每年可吸收大量的二氧化碳，從而達到減少空氣中溫室氣體的作用[ 1 ， 2 ]。森林枯落物通過微生物的分解可以將大量的有機物儲存在土壤中增加土壤碳儲量[ 3 ]，同時枯落物作為獨立的碳庫也起到固碳的作用。有研究表明，森林撫育可以增加森林有機碳含量[ 4 ]。大興安嶺地區(qū)森林蓄積量約為9億m3，有著巨大的碳匯潛力。因此，研究綜合撫育對大興安嶺地區(qū)森林土壤和枯落物碳含量的影響，對全面研究我省森林增匯有著重要的意義。

1 研究區(qū)域與研究方法

1. 1 研究區(qū)域概況

本研究選取的落葉松與樟子松樣地位于大興安嶺加格達奇林業(yè)局，位于124°15′13″～124°28′40″E，50°26′21″～50°44′8″N。海拔360～470 m，森林土壤類型以暗棕壤為主。主要植被為：落葉松（Larix gmelinii）、樟子松（Pinus sylvestris var. mongholica）、紅皮云杉（Picea koraiensis）、白樺（Betula platyphylla ）、蒙古櫟（Quercus mongolica）等。

1. 2 樣地設(shè)置

本項研究的對象為不同林齡的綜合撫育經(jīng)營（撫育和修枝）的落葉松和樟子松人工林，撫育方式為生長伐，選取未撫育的人工林作為對照樣地。樣地面積為20 m×20 m，每個類型選取五個平行樣地（表1）。

1. 3 土壤和枯落物樣品的采集

樣品采集于2019年8月，在每個設(shè)置好的標準地內(nèi)按Ｓ形布設(shè)５個土壤采樣點，采集表層土壤樣品。每個樣品取三個平行樣，將所有樣品帶回實驗室，測定土壤碳含量。在樣地內(nèi)設(shè)置1 m×1 m的枯落物采集樣地，采集樣地內(nèi)全部枯落物，稱重后帶回實驗室測定枯落物層碳含量。

1. 4 土壤和枯落物層碳含量測定

將土壤樣本風(fēng)干后研磨，過2 mm土壤篩后備用?？萋湮飿悠分糜诠娘L(fēng)干燥箱內(nèi)，65℃烘至恒重，將烘干后的枯落物粉碎后備用。利用Multi N/C 2100（Analytik Jena AG， Germany）測得土壤和枯落物層有機碳含量。

2 結(jié)果與分析

2. 1 落葉松林土壤和枯落物層碳含量

利用1.4的方法測定落葉松土壤和枯落物層碳含量。由表2可知，撫育對大興安嶺地區(qū)不同林齡的落葉松林土壤碳含量產(chǎn)生了顯著的影響。中齡林撫育后土壤碳含量明顯高于未撫育林地，幼齡林和近熟林與中齡林的結(jié)果相反。撫育后的落葉松人工林土壤碳含量隨林齡的變化趨勢是先增大后減少，碳含量的大小關(guān)系為：中齡林＞近熟林＞幼齡林。而對照林地的變化趨勢是先增大后減小，碳含量的大小關(guān)系為：幼齡林＞近熟林＞中齡林。幼齡林和近熟林撫育后土壤和枯落物層碳含量均低于對照樣地。

撫育對落葉松幼齡林枯落物層碳含量產(chǎn)生了顯著的影響，撫育后林地枯落物碳含量顯著低于未撫育樣地。而對中齡林和近熟林的影響不顯著，中齡林撫育后枯落物層的碳含量高于未撫育樣地，近熟林撫育后低于未撫育樣地。撫育后的落葉松人工林枯落物層碳含量隨林齡的變化趨勢為先增大后減小，碳含量的大小為：中齡林＞近熟林＞幼齡林。未撫育樣地的枯落物碳含量隨林齡的變化趨勢為逐漸增大，碳含量的大小為：近熟林＞中齡林＞幼齡林。

為了進一步研究不同林齡落葉松撫育與未撫育林地土壤與枯落物碳含量的相互關(guān)系，將不同林齡的土壤和枯落物碳含量進行相關(guān)性分析。

六種類型落葉松林地土壤與枯落物層碳含量兩兩相關(guān)性結(jié)果（表3）表明，撫育后幼齡林與對照樣地土壤碳含量呈顯著正相關(guān)，與撫育后近熟林土壤碳含量呈顯著負相關(guān)；幼齡林對照樣地土壤碳含量與撫育后近熟林土壤碳含量呈顯著負相關(guān)，與近熟林對照樣地枯落物層碳含量呈顯著正相關(guān)；撫育后中齡林林地內(nèi)的土壤與枯落物碳含量成顯著正相關(guān)；撫育后近熟林林地內(nèi)的土壤與枯落物碳含量呈極顯著正相關(guān)。

2. 2 樟子松林土壤和枯落物層碳含量

利用1.4的方法測定樟子松土壤和枯落物層碳含量，由表4可知，撫育對大興安嶺地區(qū)不同林齡的樟子松林土壤碳含量產(chǎn)生了顯著的影響。樟子松無論是撫育后樣地還是未撫育樣地內(nèi)土壤碳含量隨著林齡的增加均顯現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，且不同林齡之間的土壤碳含量差異顯著。

撫育對樟子松幼齡林枯落物層碳含量產(chǎn)生了顯著的影響，撫育后的樟子松林地枯落物碳含量均高于對照樣地；撫育后的幼齡林枯落物碳含量高于中齡林和近熟林，中齡林和近熟林的碳含量相差不大。對照樣地內(nèi)枯落物碳含量隨林齡的變化趨勢為先減小再增大，大小關(guān)系為：幼齡林＞近熟林＞中齡林。

為了進一步研究將不同林齡樟子松撫育與未撫育林地土壤與枯落物碳含量的相互關(guān)系，本研究將不同林齡的土壤和枯落物碳含量進行相關(guān)性分析。六種類型樟子松林地土壤與枯落物層碳含量兩兩相關(guān)性結(jié)果（表5）表明，撫育后中齡林枯落物層碳含量與撫育后幼齡林土壤、枯落物層碳含量呈顯著負相關(guān)；近熟林對照樣地土壤碳含量與幼齡林和中齡林對照樣地枯落物層碳含量呈顯著負相關(guān)；幼齡林與中齡林枯落物層碳含量呈極顯著正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

王亞輝[ 5 ]等人研究了不同強度的透光伐對紅松林土壤碳儲量的影響，結(jié)果表明撫育對紅松林地土壤碳含量影響的差異不顯著，張曉亮[ 6 ]與Strukelj[ 7 ]也得到了相同的結(jié)論，這與本研究得到的結(jié)果相反，可能是由于土壤碳含量與土壤質(zhì)地等組成因素有關(guān)[ 8 ， 9 ]。王曉蓉[ 10 ]等研究表明短期撫育會使土壤碳含量急劇下降，這和本研究中樟子松和落葉松的結(jié)果相同，因為撫育過程在初期會對枯落物層和表層土壤產(chǎn)生干擾，從而使得土壤表層碳含量的流失[ 11 ， 12 ]。

本研究結(jié)果表明，落葉松中齡林及樟子松近熟林的土壤碳含量高于對照樣地，這與Shen[ 13 ]和Johnson[ 14 ]等人的研究結(jié)果相同，這是因為采伐產(chǎn)生的植物殘體經(jīng)分解后，有機碳等物質(zhì)進入土壤造成的[ 15 ]。張德強[ 16 ]研究不同演替階段的森林枯落物分解情況，結(jié)果表明分解速率隨著時間的增長，分解速率趨于相同，這與本研究結(jié)果相同。這是因為撫育間伐會增加枯落物的分解速率[ 17 ]，但同時也會增加枯落物的輸入量，隨時間的增加，枯落物層的含碳量將趨于平穩(wěn)。

通過對大興安嶺不同樹種不同林齡撫育經(jīng)營后的人工林林地內(nèi)土壤和枯落物層碳含量進行研究后得到如下結(jié)論：1）撫育經(jīng)營對樟子松和落葉松林地土壤碳含量的影響顯著。2）撫育經(jīng)營對枯落物層碳含量影響較小。3）撫育經(jīng)營可以增加土壤碳含量。4）土壤碳含量與枯落物層碳含量呈顯著負相關(guān)。5）撫育樣地之間的碳含量相關(guān)性高，未撫育樣地之間的碳含量相關(guān)性高。

參考文獻

［1］ 王淼，? 姬蘭柱，? 李秋榮，? 等.? 土壤溫度和水分對長白山不同森林類型土壤呼吸的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報［J］. 2003， 14（8）：1234-1238.

［2］ Bai SH，Dempsey R，Ｒeverchon F，et al. Effects of forest thinning on soil-plant carbon and nitrogen dynamics. Plant and Soil， 2017，411： 437－449.

［3］ 王曉峰，? 汪思龍，? 張偉東.? 杉木凋落物對土壤有機碳分解及微生物生物量碳的影響［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2011， 22（4）：1075 - 1081.

［4］ 周燾，? 王傳寬，? 周正虎，? 等.? 撫育間伐對長白落葉松人工林土壤碳、氮及其組分的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2019， 30（5）： 1651 - 1658.

［5］ 王亞輝， 牟長城， 楊智慧， 等. 透光撫育強度對小興安嶺“栽針保闊”紅松林碳儲量的影響［J］. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2021， 43（10）： 54 - 64.

［6］ 張曉亮，? 牟長城，? 張小單，? 等.? 透光撫育對長白山“栽針保闊”紅松林土壤碳儲量影響［J］. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2015， 37（10）： 22 - 30.

［7］ Strukelj M， Brais S， Pare D. Nine-year changes in carbon dynamics following different intensities of harvesting in boreal aspen stands［J］.European Journal of Forest Research， 2015， 134（5）： 737 - 754.

［8］ Johnson DW， Curtis PS. Effects of forest management on soil C and N storage： Meta analysis［J］. Forest and Ecology Management， 2001， 140： 227 - 238.

［9］ Kurth VJ， DAmato AW， Palik BJ， et al. Fifteen-year patterns of soil carbon and nitrogen following biomass harvesting［J］. Soil Science Society of America Journal， 2014， 78： 624 - 633.

［10］ 王曉蓉，? 雷蕾，? 曾立雄，? 等.? 撫育間伐對馬尾松林土壤活性有機碳的短期影響［J］. 生態(tài)學(xué)雜志， 2021， 40（4）： 1049 - 1061.

［11］ 王峰，? 翁伯琦，? 王義祥.? 土地利用方式和經(jīng)營管理對土壤有機碳碳庫及其組分影響的研究進展［J］. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2009， 24（3）： 270 - 278．

［12］ Yanai RD， Currie WS， Goodale CL. Soil carbon dynamics after forest harvest： An ecosystem paradigm reconsidered［J］. Ecosy-? stems，2003， 56： 197 - 212．

［13］ Shen YF， Wang N， Cheng RM， et al. Short-term effects of low intensity thinning on the fine root dynamics of Pinus massoniana plantations in the Three Gorges Reservoir area， China［J］. Forests， 2017， 8： 428 - 441.

［14］ Johnson DW， Curtis PS. Effects of forest management on temperate forest soil C and N storage： Meta analysis［J］. Forest Ecology and Management， 2001， 140： 227 - 238．

［15］ Park JH， Kalbitz K， Matzner E. Resource control on the production of dissolved organic carbon and nitrogen in a deciduous forest floor［J］. Soil Biology and Biochemistry， 2002， 34： 813 - 822．

［16］ 劉增文.? 森林生態(tài)系統(tǒng)中枯落物分解速率研究方法［J］. 生態(tài)學(xué)報， 2002， 22（6）： 954 - 956.

［17］ 王曉榮，? 雷蕾，? 付甜，? 等.? 撫育擇伐對馬尾松林凋落物葉分解速率和養(yǎng)分釋放的短期影響. 林業(yè)科學(xué)， 2020， 56（4）： 12 - 21.