森林枯落物對土壤理化性質及碳庫的影響研究

張亞慶 胡慧蓉

摘要：指出了枯落物與土壤相互關聯，相互影響。通過對枯落物研究現狀的認識和了解，可為進一步研究森林枯落物對土壤理化性質及碳庫的影響奠定基礎，進而深入了解森林生態系統的結構和功能，對森林的經營管理和全球碳循環研究具有重要的意義。

關鍵詞：森林枯落物;土壤理化性質;碳庫

中圖分類號：S15

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0009-03

1引言

當前，氣候變化問題不僅是一種環境問題，同時是事關國家政治、經濟和長期發展的問題。面對日益嚴重的氣候變化，有關土壤碳在調節氣候變化中作用的研究不斷增加。森林土壤碳庫占整個土壤碳庫的百分比高達73%，因此森林有機碳庫儲量的微小變化，都可能顯著影響大氣C02濃度的變化。森林枯落物是森林生態系統不可或缺的重要組成部分，枯落物的分解促進森林生態系統物質循環和能量流動，進而影響著土壤碳吸存和植物養分的供應。因此，研究森林枯落物對土壤理化性狀與碳庫的影響是十分必要的。可以進一步了解森林生態系統的結構和功能，對維持森林生態系統健康和穩定，提高森林生產力也具有重要的意義。

2森林枯落物研究現狀

2.1研究進展及內容

早在19世紀末，國外學者就開始了對森林枯落物的研究，1876年德國學者在《森林凋落物產量及其化學組成》經典著作中，闡述了凋落物是養分循環的重要組成部分。而后，又有許多學者不斷從事對全球不同地區的森林枯落物的研究并進行總結。我國從事這方面的研究始于20世紀60年代，并在森林枯落物的相關研究方面取得較大發展。研究的內容涉及很廣，主要包括：①不同林型枯落物現存量、歸還量及季節動態變化特征;②人類生產活動對森林枯落物的影響;③森林枯落物養分含量及養分循環動態變化;④森林枯落物對土壤理化性質及生物活性的影響;⑤枯落物分解動態及養分釋放率的研究;⑥枯落物分解及其影響因子的研究;⑦枯落物的持水特性和水文生態功能等。

2.2研究意義與作用

森林枯落物將營養元素歸還土壤，經過分解釋放出養分供給林木生長，在森林植被生長發育過程中起著不可替代的作用。森林枯落物是森林生態系統主要的養分來源，對維持森林生態系統的物質循環、能量流動、信息傳遞等功能都具有重要的作用。通過森林枯落物的循環流動，為微生物、小動物的生命活動提供了豐富的能量。從而維持了地表的生物活性，提高了土壤肥力，使得森林生態系統處于一個相對平衡、穩定的狀態。此外，枯落物的作用還包括以下幾方面：①蓄水保水，防治水土流失;②改變局部小環境，為種子的著床和萌發做準備;③為土壤生物提供食物和生存環境;④改善土壤理、化、生物學性質;⑤對土壤酸度也具有一定的緩沖作用。枯枝落葉歸還地表被認為是植被演替作用的一部分，植物群落的生物架構和動態變化也受枯落物的影響。因此，對于枯落物的研究一直是森林土壤學、森林生態學、森林保護學、森林水文學、生物地球學等眾多學科領域的必修課，它的研究不僅有利于森林資源的培育和管護，對于以后森林資源的可持續發展和利用也具有重要意義。

3森林枯落物對土壤理化性質的影響

3.1枯落物對土壤物理性質

枯落物層作為森林生態系統中的活躍界面，一方面通過環境因素影響枯落物的累積和分解，另一方面又通過枯落物的動態變化反過來影響森林生態系統的水熱動態平衡、土壤的理化性質和森林的生產力。

研究表明，枯落物為改善土壤物理性質奠定了重要的基礎。土壤結構和土壤溫度是土壤物理性質兩個重要組成部分，土壤結構直接影響土壤通氣透水性和根系穿插的難易程度，同時對土壤中水、氣、熱、肥等發揮著不同的調節功能。土壤溫度與土壤生物密切相關，不論是土壤溫過高還是土壤溫度過低都給生物的活動和生物化學過程的進行帶來不利，進而影響植物生長。一定厚度的枯落物層可以把土壤溫度常年控制在一定的范圍內，起到絕熱作用，維持微生物和小動物的活性。潘開文等研究表明枯落物的存在，削減了輻射到地表土壤（2mm）中的光照，使土壤日溫差降低。同時，使得到達地表的熱量得以重新分配，對溫度變幅和溫差變化起到調節的作用。土壤水分作為森林生態系統中最活躍、最具影響力的環境因子之一，是林木生長發育的必要保障。土壤除了自身的蓄水能力外，還可以通過枯落物阻滯分散降雨、調節地表徑流、減少水分蒸發、增加土壤貯水。

3.2枯落物對土壤化學性質

枯落物對土壤化學性質的影響具有多面性。其中，土壤有機質作為土壤化學性質的一個重要指標，同時也是衡量土壤肥力的指示劑。廣義上說，枯落物是土壤有機質的一部分;狹義上說，土壤有機質主要指土壤腐殖質，而它主要是由枯落物分解造成的。枯落物的質和量，加上外界環境因素的共同作用（溫度、雨量等）決定了森林土壤中有機質的質和量。酸堿性是土壤一種重要的化學屬性，它通過影響土壤養分存在的形態和有效性、土壤的理化性狀、微生物活動進而影響植物生長發育。溫明章等研究發現，土壤pH值與枯落物量呈顯著負相關，徐秋芳等研究發現，馬尾松、杉木枯落物分解使土壤pH值降低。因此，對于枯落物對土壤pH值的影響，還需要不斷深入探究。同時，森林把大量的養分元素和礦物元素歸還到林地，維持了森林生態系統的健康和穩定。張萬儒等認為，枯落物是森林生態系統養分循環的樞紐，枯落物擔負著維持土壤肥力，保持森林生態系統內物質養分平衡和地球生物循環的重要職責。

4枯落物對土壤碳庫的影響

4.1土壤碳庫

森林土壤碳作為國內外學者研究的主要內容之一，一直是研究全球碳循環過程中不可或缺的一部分。森林生態系統土壤碳庫主要包括有機碳庫和無機碳庫，土壤無機碳相對而言儲量較小且變動不大，而有機態碳在土壤1m深度以內儲量較多，且表現出明顯的表層積聚性。20世紀60年代，國內外的學者主要通過對腐殖質類物質的研究來了解土壤有機碳，根據腐殖質類物質在酸堿溶液中的濃度可劃分為胡敏酸、富里酸和胡敏素等主要組成部分。其含量和組成可以反映一定的土壤形成條件及形成過程，是區分土壤類型、判斷土壤肥力的重要指標。同時，腐殖質作為土壤有機質存在的主要形態，很難被微生物分解，且具有明顯的抗性，是有機碳庫中相對穩定的組分，在全球碳平衡過程中發揮非常重要的作用。近年來，許多學者在研究總有機碳的同時，不斷提出微生物量碳、水溶性碳、易氧化碳、顆粒有機碳等土壤活性有機碳指標，它們對環境變化更為敏感，為土壤肥力狀況測定和土壤健康綜合評價提供了更為精準的參考標準，同時也大大提高了對整個森林土壤有機碳庫估算和動態變化監測的準確性和敏感度。

4.2枯落物對土壤碳庫

森林枯落物作為森林總碳庫的重要組成部分，在森林生態系統中發揮著不可或缺的作用，是連接植被碳庫和土壤碳庫的重要紐帶，是森林生態系統物質循環的樞紐。枯落物的分解在維持林地生態系統生產力、凈碳儲量、土壤有機質的形成以及群落演替等方面具有不可替代的作用。其分解釋放的有機碳是森林土壤有機碳的主要來源之一，在應對全球氣候變化的過程中扮演著十分重要的角色。據估計，全球每年高達地上部分凈生產量的一大半土壤有機碳是經過森林枯落物腐解歸還作用而進入土壤的，枯落物蓄積量的多少與土壤碳含量的多少密切相關。雖然在整個森林生態系統中森林枯落物碳貯量所占的比例不高，但是其分解所釋放的有機碳卻是土壤碳的主要來源，對整個森林土壤碳庫起主導性作用，對森林生態系統的碳匯功能也具有重大的意義。由此，枯落物對土壤有機碳的影響伴隨著全球氣候變化浪潮和對全球碳循環研究而得到關注。