黔中地區(qū)森林土壤輕組有機(jī)碳的空間分布

土壤中的有機(jī)碳是一種穩(wěn)定、長(zhǎng)期的碳源材料，其中大部分是植物生長(zhǎng)所必需的各種養(yǎng)分。這是土壤肥力測(cè)量的重要指標(biāo)之一。輕組和重組有機(jī)碳是對(duì)土壤有機(jī)碳進(jìn)行密度分組的結(jié)果,土壤輕組有機(jī)碳是指土壤密度組分中比重小于1.6g/cm3的部分,主要包括處于不分解階段的植物殘?bào)w、小動(dòng)物和微生物,主要成分為正在分解中的動(dòng)植物殘?bào)w、菌絲體、孢子、單糖、多糖和半木質(zhì)素等。土壤輕組有機(jī)碳是土壤生物調(diào)節(jié)過(guò)程中的重要基質(zhì)和土壤肥力的指標(biāo)。目前,在不同的土壤類(lèi)型中輕組有機(jī)碳的分配比例也各不相同,耕地土壤中輕組有機(jī)碳含量為10%～20%,在濕地土壤中表層輕組有機(jī)碳含量占5%-15%,在草地土壤中表層輕組有機(jī)碳含量可達(dá)20%,在森林生態(tài)系統(tǒng)中不同的植被其輕組有機(jī)碳所占的比例也各不相同,表層土壤可達(dá)30%以上。目前國(guó)內(nèi)對(duì)土壤輕組有機(jī)碳的研究主要集中于不同施肥處理對(duì)土壤輕組有機(jī)碳含量的影響方面。有關(guān)不同土地利用變化對(duì)土壤輕組有機(jī)碳分布的研究較少。有關(guān)黔中地區(qū)不同森林類(lèi)型土壤輕組有機(jī)碳的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究以黔中地區(qū)3種森林植被下土壤為研究對(duì)象,研究不同森林類(lèi)型對(duì)土壤輕組有機(jī)碳的影響,為揭示人類(lèi)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)對(duì)森林碳吸存能力提供理論基礎(chǔ)。1材料和方法1.1沙頁(yè)巖土壤、林分類(lèi)型在貴州省林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)林場(chǎng)、扎佐林場(chǎng)設(shè)置2個(gè)樣地。林場(chǎng)位于黔中腹地,屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),氣候溫和,雨量充沛、水熱同季,平均氣溫15.8～19.1℃,年降雨量1150～1659mm,無(wú)霜期269～331d,土壤以沙頁(yè)巖發(fā)育的黃壤為主。試驗(yàn)地林分為闊葉林、馬尾松(PinusmassonianaLamb)林、杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.]林,闊葉林主要由冬青(IlexpurpureaHassk.)、香樟[Cinnamomumcamphora(L.)Presl.]等構(gòu)成,平均胸徑13.5cm。馬尾松林、杉木林平均胸徑分別為14.6、15.7cm。1.2土壤有機(jī)碳的測(cè)定采樣時(shí)間:2011年4月、8月、10月分別在2個(gè)樣地取樣。取樣方法:選擇立地條件基本一致的馬尾松林、杉木林、闊葉林,每個(gè)類(lèi)型林地取3個(gè)20m×20m重復(fù)樣地,在標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)采用“S”形布點(diǎn)挖土壤剖面5個(gè),并按照0～15cm、15～30cm、30～50cm、>50cm進(jìn)行分層取樣,相同層次土樣混合均勻。樣品制備:土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后風(fēng)干、去雜,部分過(guò)0.25mm篩供土壤有機(jī)碳的分析,部分過(guò)2mm篩供土壤輕組有機(jī)碳測(cè)定。測(cè)定方法:土壤有機(jī)碳的測(cè)定采用重鉻酸氧化-外加熱法。土壤輕組有機(jī)碳測(cè)定方法:取過(guò)2mm篩的風(fēng)干土樣5.00～10.00g,放入25mL的ZnCl2(1.80g/cm3)重液中,振蕩18h,然后用真空管吸取懸浮部分,用3號(hào)沙芯漏斗過(guò)濾。把漏斗上沙芯在65℃下烘干24h后稱(chēng)量。計(jì)算烘干沙芯質(zhì)量占總土壤樣品比例,取部分樣品用于分析有機(jī)碳含量。根據(jù)分析結(jié)果,計(jì)算輕組中有機(jī)碳在整個(gè)樣品中的含量,以輕組有機(jī)碳含量值除以土壤總有機(jī)碳含量得到輕組有機(jī)碳(LFOC)比例。1.3處理數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel和DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。2結(jié)果與分析2.1林分類(lèi)型中各層人工林土壤有機(jī)碳的分布規(guī)律土壤有機(jī)碳是土壤質(zhì)量重要的構(gòu)成因素,一般認(rèn)為土壤有機(jī)碳含量與土壤質(zhì)量存在正相關(guān)關(guān)系,可以用土壤有機(jī)碳來(lái)作為衡量土壤質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo)。由圖1可知,不同林分類(lèi)型土壤有機(jī)碳含量在土壤剖面上的變化趨勢(shì)相同,隨土壤深度的加深土壤有機(jī)碳含量減少,變化趨勢(shì)為0～15cm>15～30cm>30～50cm>50～60cm。不同林分類(lèi)型土壤有機(jī)碳含量在土壤剖面上的分布存在差異,闊葉林土壤有機(jī)碳含量隨土層加深變化幅度較大,從0～15cm至50～60cm下降了72.8%,而馬尾松林和杉木林隨土層加深的變化幅度較小,分別下降了65.5%、67.9%。0～60cm土層內(nèi)闊葉林、馬尾松林和杉木林3種林分間的土壤有機(jī)碳含量有顯著差異,闊葉林的有機(jī)碳含量是馬尾松林和杉木林的1.09倍、1.16倍。3種林分有機(jī)碳0～15cm土層差異達(dá)顯著水平,該層闊葉林有機(jī)碳含量是馬尾松林和杉木林的1.16倍、1.24倍。15～60cm土層內(nèi),3種林分土壤有機(jī)碳差異不顯著。2.2種林分土壤表層和土壤輕組有機(jī)碳的變化森林土壤輕組有機(jī)碳在土壤剖面分布的差異主要與不同土層植被根系分布、生物活動(dòng)等有關(guān)。3種林分土壤輕組有機(jī)碳均明顯隨土壤深度的增加而降低(圖2),闊葉林50～60cm層比0～15cm層下降了90.7%,馬尾松林50～60cm層比0～15cm層下降了87.1%,杉木林50～60cm層比0～15cm層下降了86.8%,土壤表層輕組有機(jī)碳含量顯著高于其他土層含量,差異主要與林地凋落物和根系分布特征有關(guān),林地每年大量凋落物歸還地表形成一定數(shù)量的枯枝落葉層,增加了土壤的輕組有機(jī)碳,形成土壤表層較高的輕組有機(jī)碳。0～60cm土層內(nèi)闊葉林、馬尾松林和杉木林3種林分間的土壤輕組有機(jī)碳含量均有顯著差異,闊葉林的輕組有機(jī)碳含量是馬尾松林和杉木林的1.27倍、1.40倍。3種林分輕組有機(jī)碳0～30cm土層差異達(dá)極顯著水平,以0～15cm土層差異最大,該層闊葉林輕組有機(jī)碳含量是馬尾松林和杉木林的1.48倍、1.54倍。15～30cm土層內(nèi),3種林分土壤輕組有機(jī)碳差異顯著。在30～60cm土層內(nèi),3種林分土壤輕組有機(jī)碳差異不顯著。2.3不同林分的輕組有機(jī)碳分配比例3種林分0～60cm土層中,土壤輕組有機(jī)碳分配比例順序?yàn)殚熑~林>杉木林>馬尾松林,闊葉林的輕組有機(jī)碳含量是馬尾松林和杉木林的1.10倍、1.16倍。由表層向底層,闊葉林的輕組有機(jī)碳分配比例在8.95%～26.43%,杉木林的輕組有機(jī)碳分配比例在8.52%～20.77%,馬尾松林的輕組有機(jī)碳分配比例在7.95%～21.26%,3種林分的輕組有機(jī)碳分配比例在土壤剖面上的分布規(guī)律均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加,分配比例逐漸減少(圖3)。這與李月梅等對(duì)不同土地利用方式對(duì)高寒草甸有機(jī)碳及其組分的研究結(jié)果相似。3不同林分型林分土壤輕組有機(jī)碳含量的差異土壤有機(jī)碳是土壤養(yǎng)分的重要組成部分,也是生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的因子,其含量的多少會(huì)影響土壤中微生物的數(shù)量、凋落物的分解速率和養(yǎng)分的長(zhǎng)期積累。土壤有機(jī)碳含量主要取決于土壤溫度、水分和植物、微生物及各因素的相互作用,此外,地上植被的生物量、根系分布、物種組成、枯枝落葉的輸入量和分解率對(duì)土壤碳的含量都有影響。本研究結(jié)果表明,0～60cm土層內(nèi)闊葉林的有機(jī)碳含量是馬尾松林和杉木林的1.09倍、1.16倍,與前人的研究結(jié)果相似,可能是由于闊葉樹(shù)枯落物一般較易于分解,而馬尾松、杉木的地表枯落物較少且分解較慢,對(duì)土壤有機(jī)物質(zhì)的貢獻(xiàn)較少,導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量較低。輕組有機(jī)碳是土壤有機(jī)碳易于改變的部分,易受到植被類(lèi)型、土地利用變化和枯枝落葉層及其分解的影響,土壤輕組有機(jī)碳可以作為土壤有機(jī)碳庫(kù)變化的敏感指標(biāo)和土壤肥力演變的指標(biāo),3種林分