沿?；鶐r質海岸防護林不同林分類型土壤有機碳庫研究

高智慧，張曉勉，張 勇，岳春雷，陳賢田，林 蔭，王 泳，郭曉平，王珺，張金池*

（1. 浙江省林業技術推廣總站，浙江 杭州 310020；2. 南京林業大學，江蘇 南京 210037；3. 浙江省林業科學研究院，浙江 杭州310023；4. 浙江省林業生態工程管理中心，浙江 杭州 310020；5. 浙江省三門縣林業特產局，浙江 三門 317100）

沿?；鶐r質海岸防護林不同林分類型土壤有機碳庫研究

高智慧1，張曉勉2,3，張 勇4，岳春雷3，陳賢田5，林 蔭2，王 泳3，郭曉平2，王珺3，張金池2*

（1. 浙江省林業技術推廣總站，浙江 杭州 310020；2. 南京林業大學，江蘇 南京 210037；3. 浙江省林業科學研究院，浙江 杭州310023；4. 浙江省林業生態工程管理中心，浙江 杭州 310020；5. 浙江省三門縣林業特產局，浙江 三門 317100）

對浙江省沿?；鶐r質海岸防護林7種不同林分類型土壤有機碳庫進行測定。結果表明：7種林分類型土壤總有機碳含量、土壤微生物量碳含量、水溶性有機碳含量、土壤礦化碳含量和土壤易氧化碳含量均隨土層增加呈遞減趨勢；相關分析表明，不同林分類型土壤活性有機碳間存在極顯著的相關性；對不同林分類型土壤活性有機碳庫進行綜合評價可知，7種不同的林分類型土壤活性有機碳庫分布可以分為4類；北江蕘花+檵木混交林歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫分布最高一級，楓香純林、濕地松+木荷混交林、楓香+濕地松混交林歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫分布較高一級，化香樹純林、濕地松純林歸為一類屬于土壤活性有機碳庫分布一般級，無林地歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫分布較低一級。

基巖質海岸沿海防護林，土壤有機碳庫，聚類分析

森林生態系統是陸地生態系統的重要組成部分，就植被碳庫而言，面積僅占28%的森林生態系統碳儲量占陸地植被碳儲量的 77%，每年固定的碳約占整個陸地生態系統固碳量的三分之二[1]。整個陸地系統碳庫合計約為24 770億t碳，其中森林部分碳庫為11 460億t碳，約占46%[2]。森林生態系統占陸地生態系統碳庫的比例最大，森林植被碳庫的大小及其變化在很大程度上影響了碳庫總量和通量大小[2~3]。森林生態系統在維持全球碳循環、減緩溫室氣體濃度升高速率以及調節全球氣候變化方面發揮著重要作用。與植被碳庫相比，土壤貯藏了更多的有機碳，森林土壤中碳占全球土壤碳的73%，森林土壤碳含量大約是森林生物量的2 ~ 3倍[3~5]。

1 研究區概況

研究區位于浙江省三門縣浬浦鎮草頭村，該區屬典型的亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫 16.2℃，年降水量1 628.8 mm，但季節分配不均，夏秋降水量占全年的71.9%，冬季僅占9.4%，暴雨多集中于6-8月，且常受臺風影響。土壤母巖大多為花崗巖和凝灰巖，地帶性土壤為紅壤。土層厚度中等，含石量高，質地輕粘，干燥時疏松多孔，pH4.7 ~ 6.5，呈酸性或強酸性反應。該區典型的森林植被屬中亞熱帶常綠闊葉林，現大多為次生群落或人工林取代，樹種較為單一，主要樹種有馬尾松（Pinus massoniana）、濕地松（P. elliottii）、木荷（Schima superba）等[4]。

2 研究方法

2.1 樣地選擇及樣品采集

在研究區內選擇北江蕘花（Wikstroemia monnula）+檵木（Loropetalum chinense）混交林、化香樹（Platycarya strobilacea）純林、濕地松純林、楓香（Liquidambar formosana）純林、濕地松+木荷混交林、濕地松+楓香混交林6種有代表性的沿海防護林類型作為研究對象，并選擇無林地作對照。在這7種不同類型林地分別設置20 m×20 m的標準樣地進行調查，在每一種林分內的典型地段挖土壤剖面，分0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm兩個層次采集土壤樣品，測定土壤有機碳總有機碳含量、土壤水溶性有機碳含量、土壤易氧化碳含量、土壤微生物量碳含量、土壤礦化碳含量等指標。

2.2 樣品分析

土壤總有機碳采用鉻酸鉀外加熱法測定[6]。土壤水溶性有機碳采用去離子水提?。ㄋc土質量比為 2：1）后，用0.45 m濾膜抽濾，濾液在島津TOC-Vcph總有機碳分析儀上測定[7]。土壤微生物生物量碳測定采用氯仿熏蒸—培養法測定[8]。土壤礦化碳（微生物呼吸）的測定采用短期土壤培養法測定[9]。土壤易氧化碳測定采用高錳酸鉀氧化法[9]。

3 結果與分析

3.1 不同林分類型土壤有機碳含量

對不同林分類型0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層土壤總有機碳含量進行測定，結果如圖1。從圖1可以看出，不同林分類型土壤總有機碳含量隨著土層的加深而減小。其中濕地松+木荷混交林、北江蕘花+檵木混交林、楓香+濕地松混交林0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層土壤總有機碳含量差值最大，分別為15.1、9.5和5.7 g/kg。

不同林分類型土壤微生物量碳測定結果如圖 2。從圖中可以看出，各林分類型不同土層土壤微生物量碳含量隨土層增加呈遞減趨勢，0 ~ 20 cm土層含量大于20 ~ 40 cm土層含量。其中濕地松+木荷混交林兩個土層差值最大為0.69 g/kg，無林地差值最小為0.09 g/kg。

圖1 不同林分類型土壤總有機碳含量Figure 1 Total organic carbon content under different forests

圖2 不同林分類型土壤微生物量碳含量Figure 2 Microbial biomass carbon content under different forests

通過對不同林分類型不同土層土壤水溶性有機碳（圖3）的測定，可以看出：在0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm兩個土層水溶性有機碳含量，北江蕘花+檵木混交林（0.23 g/kg）＞濕地松+木荷混交林（0.19 g/kg）＞楓香+濕地松混交林（0.17 g/kg）＞楓香純林（0.16 g/kg）＞濕地松純林（0.15 g/kg）＞化香樹純林（0.14 g/kg）＞無林地（0.13 g/kg）。各林分類型不同土層水溶性有機碳含量隨土層增加呈遞減趨勢，0 ~ 20 cm含量大于20 ~ 40 cm含量。其中楓香+濕地松混交林兩個土層差值最大為0.11 g/kg，楓香純林次之為0.10 g/kg，化香樹純林差值最小為0.03 g/kg。

通過對不同林分類型土壤礦化碳的分析（圖4）可以看出：0 ~ 20 cm土層土壤礦化碳含量高于20 ~ 40 cm土層土壤礦化碳含量，說明深層土壤的碳庫中活性有機碳庫的比例小，可被微生物消耗利用的較少。0 ~ 20 cm土層不同林分類型土壤礦化碳分布為：北江蕘花+檵木混交林（3.2 g/kg）＞楓香+濕地松混交林（2.9 g/kg）＞濕地松+木荷混交林（2.8 g/kg）＞楓香純林（2.5 g/kg）＞濕地松純林（2.3 g/kg）＞化香樹純林（1.9 g/kg）＞無林地（1.7 g/kg）。

圖3 不同林分類型土壤水溶性有機碳含量Figure 3 Water-soluble organic carbon content under different forests

圖4 不同林分類型土壤礦化碳含量Figure 4 Mineralized organic carbon content under different forests

圖5 不同林分類型土壤易氧化碳含量Figure 5 Readily oxidizable organic carbon content under different forests

通過對不同林分類型土壤易氧化碳的分析（圖5）可以看出：0 ~ 20 cm土層土壤易氧化碳含量高于20 ~ 40 cm土層土壤易氧化碳含量，其中濕地松+木荷混交林兩土層差值最高為6.9 g/kg，楓香純林次之為5.1 g/kg，無林地最小為0.9 g/kg。在0 ~ 20 cm土層不同林分類型土壤易氧化碳分布中，北江蕘花+檵木混交林最高為18.5 g/kg，楓香+濕地松混交林次之為15.4 g/kg，無林地含量最低4.8 g/kg。

3.2 不同林分類型活性有機碳相關分析

有研究表明各活性有機碳庫間有相關性，本文對總有1 2 3 4機碳含量（X）、礦化碳含量（X）、微生物量碳含量（X）、水溶性有機碳含量（X）、易氧化碳含量（X5）進行相關分析，結果見表1。

由表1可以看出不同林分類型土壤活性有機碳間存在極顯著的相關性，較強的相關項存在于土壤的微生物量碳和礦化碳之間（r = 0.929，P＜0.01），因為兩者都是表征土壤微生物活性的重要指標，同時還表明土壤有機碳中活性較高的那部分易被微生物分解利用，是潛在的可礦化有機碳。相對較弱 的相關性存在于水溶性有機碳和礦化碳之間（r = 0.853，P＜0.05），但仍達顯著水平。

表1 不同林分類型土壤活性有機碳間相關關系Table 1 Correlation among labile organic carbon under different forests

3.3 不同林分類型土壤活性有機碳庫評價

為了對不同林分類型土壤活性有機碳庫進行綜合評價和分類，以礦化碳含量（X1）、微生物量碳含量（X2）、水溶性有機碳含量（X3）、易氧化碳含量（X4）4個指標為自變量對不同林分類型土壤活性有機碳庫運用SAS軟件進行聚類分析，結果見圖6。

由圖6可以看出，7種不同的林分類型土壤活性有機碳分布可以分為4類。其中，北江蕘花+檵木混交林歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫最高一級，楓香純林、濕地松+木荷混交林、楓香+濕地松混交林歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫較高一級，化香樹純林、濕地松純林歸為一類屬于土壤活性有機碳庫一般級，無林地歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫較低一級。

圖6 不同林分類型土壤活性有機碳聚類圖Figure 6 Dendrogram of soil organic carbon pools under different forests

4 結論與討論

對研究區不同植被類型、不同土層土壤總有機碳、微生物生物量碳、易氧化碳、水溶性有機碳和礦化碳的研究結果表明：

（1）不同林分類型土壤總有機碳含量、土壤微生物量碳含量、水溶性有機碳含量、土壤礦化碳含量和土壤易氧化碳含量在0 ~ 20cm和20 ~ 40 cm土層分布具有規律性，即隨土層增加呈遞減趨勢。這主要是因為土壤活性有機碳在很大程度上取決于土壤總有機碳含量，隨著土層的加深，土壤總有機碳減少，同時，下層土壤受生物影響少，土壤有機碳駐留時間長，有效性也隨之降低[4~5]。森林的枯枝落葉層不但為土壤層提供大量有機碳，而且使表層土壤具有較高的養分濃度和較好的水分條件，從而為植物細根向表土層聚集提供了良好的條件，而凋落物和根系分泌物經微生物的分解，成為土壤活性有機碳的重要來源。此外，隨著土層的加深，微生物活性降低，從而影響土壤活性有機碳的含量[9~12]。

（2）對各活性有機碳庫間進行相關分析，可以看出不同林分類型土壤活性有機碳間存在極顯著的相關性。其中較強的相關性存在于土壤的微生物量碳和礦化碳之間（r = 0.929，P＜0.01），因為兩者都是表征土壤微生物活性的重要指標，同時還表明土壤有機碳中活性較高的那部分易被微生物分解利用，是潛在的可礦化有機碳。相對較弱的相關性存在于水溶性有機碳和礦化碳之間（r = 0.853，P＜0.05），但仍達顯著水平。

（3）對不同林分類型土壤活性有機碳庫進行綜合評價看出，7種不同的林分類型土壤活性有機碳庫分布可以分為4類。其中，北江蕘花+檵木混交林歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫最高一級，楓香純林、濕地松+木荷混交林、楓香+濕地松混交林歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫較高一級，化香樹純林、濕地松純林歸為一類屬于土壤活性有機碳庫一般級，無林地歸為一類，屬于土壤活性有機碳庫較低一級。北江蕘花和檵木林屬于土壤活性有機碳庫最高一級的原因可解釋為該林地經人工促進植被恢復，土壤表層養分富集，有機質含量、全氮、水解性氮、全磷含量均比其它樣地及對照地高，微生物數量最大，脲酶、磷酸酶和蔗糖酶等酶活性最強，因此土壤活性有機碳庫最高。

[1] 蔣有緒. 世界森林生態系統結構與功能的研究綜述[J]. 林業科學研究，1995，8（3）：314-321.

[2] 方精云，劉國華，徐篙齡.中國森林植被生物量和凈生產力[J]. 生態學報，1996，16（4）：497-508.

[3] 王庚辰，溫玉璞. 溫室氣體濃度和排放監測及相關過程[M]. 北京：中國環境科學出版社，1996. 129-139.

[4] 張曉勉，高智慧，高洪娣，等. 基巖質海岸防護林主要林分類型土壤抗沖性研究[J]. 浙江林業科技，2012，32（5）：1-4.

[5] 李秀彬. 全球環境變化研究的核心領域——土地利用/土地覆被變化的國際研究動向[J]. 地理學報，1996，51（6）：553-557.

[6] 陳慶強，沈承德，易惟熙，等. 土壤碳循環研究進展[J]. 地球科學進展，1998，13（6）：555-562.

[7] 汪業勖，趙士洞. 陸地碳循環研究中的模型方法[J]. 應用生態學雜志，1998，9（6）：658-664.

[8] 李忠佩，王效舉. 紅壤丘陵區土地利用方式變更后土壤有機碳動態變化的模擬[J]. 應用生態學報，1998，9（4）：365-370.

[9] 王紹強，周成虎，羅承文. 中國陸地自然植被碳量空間分布特征探討[J]. 地理科學進展，1999，18（3）：238-245.

[10] WBGU. The Accounting of Biological Sinks and Sources Under the Kyoto Protocola Step of Foreards or Backwards for Global Environmental Protection[J]. Bremerhaven: WBGU, 1998. 46-50.

[11] VEMAP M. Vegetaion/ecosystem modeling and analysis project: comparing biogeography and biogeochemistry models in continental-scale study of terrestrial ecosystem responses to climate change and CO2, doubling[J]. Global Biogeochem Cycles，1995（4）：407-437.

[12] 周玉榮，于振良，趙士洞. 我國主要森林生態系統碳儲量和碳平衡[J]. 植物生態學報，2000，24（5）：518-522.

Study on Soil Organic Carbon Pool under Different Rocky Coastal Protective Forests

GAO Zhi-hui1， ZHANG Xiao-mian2,3，ZHANG Yong4，YUE Chun-lei3CHEN Xian-tian5，LIN Yin2，WANG Yong3，GUO Xiao-ping2，WANG Jun3，ZHANG Jin-chi2*
（1. Zhejiang Forestry Extension Station, Hangzhou 310020, China; 2. Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 3. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 4. Zhejiang Forestry Ecological Engineering Administration, Hangzhou 310020, China; 5. Sanmen Forestry Specialty Bureau of Zhejiang, Sanmen 317100, China）

Investigations were implemented on content of soil organic carbon under 7 types of coastal protective forest in Zhejiang province. The result demonstrated that the content of total organic carbon, microbial biomass carbon, readily oxidizable carbon, water-soluble organic carbon and mineralized carbon increased with the elevation gradient and decreased with the soil depth. Correlation analysis indicated that it had evident relationship among soil labile organic carbon pools under different forests. Integrated evaluation on organic carbon pools under 7 types of coastal protective forest resulted that these pools could be divided into 4 groups. They are: mixed forest of Wikstroemia monnula and Loropetalum chinense; pure Liquidambar formosana forest, mixed forest of Pinus elliottii and Schima superba, mixed forest of L. formosana and P. elliottii; purePlatycarya strobilacea and P. elliottii plantation; non-wood land.

rocky coastal protection forest; soil organic carbon pools; cluster analysis

S714.9

A

1001-3776（2013）05-0001-05

2013-07-19；

2013-08-19

防海岸帶侵蝕沿?；鶐r質海岸防護林體系研究與示范（2009BADB2B0603）；浙江省重點科技創新團隊“森林生態科技創新團隊”資助項目（2011R50027）；城市濕地植被修復關鍵技術研究與示范（2013F50G5010018）；浙江省林業廳推廣項目“基于地理信息系統的海島困難立地造林技術綜合集成與推廣”（2013TG28）

高智慧（1960-），男，浙江紹興人，研究員，從事森林生態研究；*通訊作者。