黔中地區三種林分土壤有機碳庫比較

姜霞等

摘要：對黔中地區三種林分土壤有機碳、易氧化有機碳、穩定態有機碳及碳庫管理指數進行研究。結果表明，3種林分0～60 cm土壤有機碳、易氧化有機碳、穩定態有機碳都表現為闊葉林>杉木林>馬尾松林，馬尾松林土壤有機碳、易氧化有機碳、穩定態有機碳比闊葉林分別減少了13.9%、37.0%、7.9%，杉木林比闊葉林分別減少了8.9%、24.7%、4.8%；各林分土壤有機碳、易氧化有機碳、穩定態有機碳都隨著土層深度的增加而降低，闊葉林隨土層加深變化幅度較大；土壤碳庫管理指數也表現為闊葉林>杉木林>馬尾松林。

關鍵詞：闊葉林；馬尾松林；杉木林；有機碳；易氧化有機碳；碳庫管理指數

中圖分類號：S714.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1270-03

土壤有機碳是評價土壤質量的一個重要指標，與土壤物理、化學以及生物學特性密切相關。土壤活性有機碳是指土壤中移動快、穩定性差、易氧化、易礦化并對植物和土壤微生物活性較高的那部分有機態碳[1]，也是土壤有機碳中對物理或化學等干擾因素反應最敏感的部分，對養分循環起著重要的作用[2]。土壤活性有機碳與土壤肥力、土壤養分、作物生長關系極為密切，是土壤中碳庫源匯轉化最活躍的部分，它對于大氣環境質量亦會產生影響。易氧化有機碳屬于活性有機碳中的一種，據研究在可持續發展的系統中，土壤碳庫容量的變化，主要是發生于土壤易氧化有機碳庫中[1]，所以認為這一活性指標對衡量土壤有機質變化較為重要，可以指示土壤有機質的早期變化。土壤碳庫管理指數（CPMI）是表征土壤管理措施引起土壤有機質變化的指標，能夠反映不同利用方式對土壤影響的程度[3]。目前，我國學者主要是對不同施肥、不同處理措施下土壤的有機碳庫進行了報道[4-7]，在土地利用方式對土壤有機碳庫影響方面報道較少[8，9]。不同林分植被下土壤由于其凋落物和根系類型不同，形成的土壤碳庫存在一定差異。以黔中地區馬尾松林、杉木林、闊葉林為研究對象，探索其土壤有機碳的變化規律，分析不同生境下土壤碳庫管理指數差異，為揭示土地利用變化對土壤有機碳庫的影響提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

試驗區位于貴州省林業科學研究院試驗林場和扎佐林場，林場位于貴州高原腹地，屬亞熱帶季風濕潤氣候，氣候溫和，無霜期長，雨量充沛，水熱同季，年均氣溫15.8～19.1 ℃，年降雨量1 150～1 659 mm，年無霜期269～331 d，土壤以砂頁巖發育的黃壤為主。試驗地林分為闊葉林、馬尾松林（Pinus massoniana Lamb.）、杉木林（Cunninghamialanceolata（Lamb.）Hook.），闊葉林主要由冬青（Ilex purpurea Hassk.）、香樟（Cinnamomum camphora （L.） Presl.）等構成，樹木平均胸徑13.5 cm，馬尾松林、杉木林樹木平均胸徑分別為14.6、15.7 cm。

1.2 研究方法

采樣時間：2011年4、8、10月分別在兩個樣地取樣。

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，每個類型林地取3個20 m×20 m重復樣地，在標準樣地內采用“S”形布點挖土壤剖面5個，并按照0～15 cm、15～30 cm、30～50 cm、50～60 cm進行分層取樣。

樣品制備：土壤樣品帶回實驗室后風干、去雜。一部分過0.25 mm篩，供土壤有機碳分析，一部分過2 mm篩，供土壤易氧化有機碳測定。

測定方法：①土壤有機碳采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定。②土壤易氧化有機碳測定方法[3]。取過2 mm篩風干土2.00 g放在塑料瓶（100 mL）內，用333 mmol/L KMnO4溶液25 mL振蕩處理1 h，離心5 min（4 000 r/min） 后取上清液，用去離子水按1∶250比例稀釋， 然后用分光光度計在565 nm下比色測定，根據KMnO4濃度的變化（3次重復）計算易氧化有機碳含量（1.00 mol KMnO4氧化0.75 mol C）。穩定態有機碳=總有機碳-易氧化有機碳；③碳庫管理指數參考Blair等[10]和沈宏等[3]方法計算：

碳庫指數（CPI）=樣品有機碳含量/參考土壤有機碳含量；

碳庫活度（CPA）=易氧化有機碳含量/穩定態有機碳含量；

碳庫活度指數（CPAI）=樣品碳庫活度/參考土壤碳庫活度；

碳庫管理指數（CPMI）=碳庫指數×碳庫活度指數×100。

1.3 數據處理

運用Excel和DPS統計軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同林分土壤有機碳含量及剖面分布

由表1可知，三種林分0～60 cm土層平均有機碳分別為闊葉林（18.82 g/kg）>杉木林（17.13 g/kg）>馬尾松林（16.20 g/kg），馬尾松林、杉木林有機碳含量分別比闊葉林減少13.9%、8.9%。由圖1可見，不同林分土壤有機碳含量在土壤剖面上的變化趨勢相同，隨土壤深度的加深土壤有機碳含量減少。不同林分土壤有機碳含量在土壤剖面上的分布存在差異，闊葉林土壤有機碳含量隨土層加深變化幅度較大，從0～15 cm土層到50～60 cm土層土壤有機碳含量降低了23.35 g/kg，而馬尾松林和杉木林隨土層加深變化幅度相對較小，下降幅度分別為16.91 g/kg和18.80 g/kg。

2.2 不同林分土壤易氧化有機碳含量及剖面分布

由表1可知，3種林分0～60 cm土層平均易氧化有機碳分別是闊葉林（3.91 g/kg）>杉木林（2.94 g/kg）>馬尾松林（2.46 g/kg），馬尾松林、杉木林分別比闊葉林減少37.0%、24.7%。由圖2可見，不同林分土壤易氧化有機碳含量在土壤剖面上的變化趨勢相同，隨土壤深度的加深土壤易氧化有機碳含量減少。不同林分土壤易氧化有機碳含量在土壤剖面上的分布存在差異，闊葉林土壤易氧化有機碳含量隨土層加深變化幅度較大，從0～15 cm土層到50～60 cm土層下降了5.12 g/kg，而馬尾松林和杉木林隨土層加深變化幅度較小，分別下降了3.48 g/kg、3.73 g/kg。

2.3 不同林分土壤穩定態有機碳含量及剖面分布

由表1可知，3種林分土壤穩定態有機碳分別為闊葉林（14.91g/kg）>杉木林（14.19 g/kg）>馬尾松林（13.74 g/kg），馬尾松、杉木林分別比闊葉林減少7.9%、4.8%。圖3顯示，不同林分土壤穩定態有機碳含量在土壤剖面上的變化趨勢相同，隨土壤深度的加深土壤穩定態有機碳含量減少。不同林分土壤穩定態有機碳含量在土壤剖面上的分布存在差異，闊葉林土壤穩定態有機碳含量隨土層加深變化幅度較大，從0～15 cm土層到50～60 cm土層下降了18.23 g/kg，而馬尾松林和杉木林隨土層加深變化幅度相對較小，分別下降了13.42 g/kg、15.06 g/kg。

2.4 不同林分土壤碳庫活度、碳庫各指數分析

以闊葉林土壤作為參考土壤，計算出闊葉林、馬尾松林、杉木林的土壤碳庫指數（CPI）、碳庫活度（CPA）、碳庫活度指數（CPAI）、碳庫管理指數（CPMI）的變化。從表1可知，馬尾松林和杉木林的平均碳庫指數分別是0.89和0.93，比闊葉林分別降低了11%和7%。3種林分碳庫活度分別為闊葉林（0.25）>杉木林（0.20） >馬尾松林（0.17），馬尾松林和杉木林比闊葉林分別降低了32%和20%。碳庫活度指數分別為闊葉林（1.00）>杉木林（0.78）>馬尾松林（0.67），馬尾松林和杉木林比闊葉林分別降低了33%和22%。碳庫管理指數分別為闊葉林（100）>杉木林（72） >馬尾松林（59），馬尾松林和杉木林比闊葉林分別降低了41%和28%，由圖4可知，3種林分隨土層深度增加碳庫管理指數未表現出明顯的規律性。

3 結論與討論

土壤有機碳是指存在于土壤中所有含碳的有機物質，它反映了輸入土壤的有機物質與土壤微生物分解的有機物質之間的平衡[11]，常作為土壤對土地利用方式轉變反應的有效指標[12]。土壤活性有機碳是對土地利用變化較為敏感的部分[13]，不同土地利用方式下，由于植物根系分布和凋落物種類、分解程度方面的不同，會導致土壤有機碳和易氧化有機碳存在差異。研究表明，3種林分0～60 cm土壤有機碳和易氧化有機碳都表現為闊葉林>杉木林>馬尾松林，馬尾松林、杉木林土壤有機碳含量分別比闊葉林減少13.9%、8.9%。馬尾松林、杉木林易氧化有機碳分別比闊葉林減少37.0%和24.7%，這可能是由于闊葉林冠層較厚，枝葉較濃厚，凋落物量大，易分解，歸還林地養分大于吸收養分，使得土壤具有較高涵養水源和改良土壤結構的能力[14]。土壤有機碳庫管理指數是土壤管理措施引起土壤有機質變化的指標，它是土壤碳變化系統的、靈敏的監測方法，能夠反映土壤質量下降或更新的程度[15]，土壤碳庫管理指數取決于碳庫活度和碳庫指數，而碳庫活度和碳庫指數分別取決于土壤易氧化有機碳和有機碳，闊葉林有機碳和易氧化有機碳都比馬尾松林、杉木林高，故其碳庫管理指數最高。因此，科學合理地經營利用林地資源和選擇適宜的樹種，對研究黔中地區不同林分土壤碳庫和提高土壤肥力具有重要的意義。

參考文獻：

[1] 沈 宏，曹志洪，胡正義.土壤活性碳的表征及其生態意義[J].生態學雜志，1999，18（3）：32-38.

[2] KHANNA P K， LUDWIG B， BAUHUS J， et al. Assessment and significance of labile organic C pools in forest soils[A].LAL R， KIMBLE J M. For Soil Carbon[C]. Boca Raton， Florida： Lewis Publishers，2001.167-182.

[3] 沈 宏，曹志洪，徐志紅.施肥對土壤不同碳形態及碳庫管理指數的影響[J].土壤學報，2000，37（2）：166-173.

[4] 徐明崗，于 榮，王伯仁.長期不同施肥下紅壤活性有機質與碳庫管理指數變化[J].土壤學報，2006，43（5）：723-729.

[5] 李平儒，任衛東，李志軍，等.長期施肥管理對土婁土全碳和易氧化有機碳的影響[J].西北農業學報，2010，19（12）：194-201.

[6] 戴全厚，劉國彬，薛 萐，等.黃土丘陵封禁對土壤活性有機碳與碳庫管理指數的影響[J].西北林學院學報，2008，23（4）：18-22.

[7] 曾研華，吳建富，潘曉華，等.不同稻草還田方式下土壤碳庫管理指數的研究[J].中國農學通報，2011，27（30）：77-81.

[8] 周程愛，張于光，肖 燁，等.土地利用變化對川西米亞羅林土壤活性碳庫的影響[J].生態學報，2009，29（8）：4542-4547.

[9] 劉 瑾，孫毓鑫，王法明，等.華南典型人工林土壤有機碳庫及其穩定性特征研究[J].熱帶亞熱帶植物學報，2010，18（6）：607-612.

[10] BLAIR G J， LEFROY R D B， LISLE L. Soil carbon fraction based on their degree of oxidation and the development of a carbon management index[J]. Australian Journal of Agricultural Research， 1995，46：1459-1466.

[11] 朱連奇，朱小立，李秀霞.土壤有機碳研究進展[J].河南大學學報（自然科學版），2006，36（3）：72-75.

[12] 吳建國，張小全，徐德應.六盤水林區幾種土地利用方式下土壤活性有機碳比較[J].植物生態學報，2004，28（5）：657-664.

[13] MENDHAM D S， CONNELL A M， GROVE T S. Organic matter characteristics under native forest， long term pasture ，and recent conversion to eucalyptus plantations in western Australia： microbial， soil respiration and permanganate oxidation[J]. Australian Journal of soil Research，2002，40：859-872.

[14] 劉金福，洪 偉，吳承禎.中亞熱帶幾種珍貴樹種林分土壤團粒結構的分維特征[J].生態學報，2002，22（2）：1998-2005.

[15] WHITBREAD A M， LEFROY R D B， BLAIR G J. A survey of the impact of cropping on soil physical and chemical properties in north western New South Wales[J]. Australian Journal of Soil Research，1998，36：669-681.