青海省森林土壤有機碳氮儲量及其垂直分布特征

王艷麗,字洪標,程瑞希,唐立濤,所爾阿芝,羅雪萍,李 潔,王長庭,*

1 西南民族大學生命科學與技術學院,成都 610041 2 西南民族大學青藏高原研究院,成都 610041

土壤有機碳、氮是土壤碳、氮儲量的重要組成部分,全球約有1500 Gt碳、95 Gt氮是以有機質形態儲存于地球土壤中[1-2],其積累和分解的速率決定著土壤碳、氮儲量。陸地生態系統作為人類的居住環境和人類活動的主要場所,其土壤碳儲量約是大氣碳儲量的2倍[3-7],其土壤氮儲量約是植被氮儲量的3倍[8],因此土壤圈的碳、氮循環是全球生物化學循環的重要組成部分。森林是陸地生態系統的主體[9],森林生態系統碳、氮儲量主要由森林植被、凋落物和土壤3個分室組成,土壤是森林生態系統中物質循環和能量流動的重要組成部分[10]。森林土壤碳儲量約為森林生態系統碳儲量的2/3[11],其氮儲量超過森林植被氮儲量的85%[12]。土壤碳、氮儲量能在一定程度上反映土壤肥力,也能作為衡量森林土壤質量及植被恢復情況的重要指標[13]。

森林土壤碳、氮儲量的變化對全球氣候變化也有巨大的影響[14-15],此外碳儲量的垂直分布特征有助于了解土壤有機碳對氣候變化的響應[16-17]。因此土壤碳、氮儲量在調節森林生態系統生物化學循環和減緩全球氣候變化中起著重要作用。目前研究者對森林生態系統土壤碳儲量的研究數據主要通過土壤普查資料和文獻獲得,但對土壤氮儲量的關注較少,如宋滿珍等[18]根據江西省第二次土壤普查資料與森林資源二類調查資料,對江西省森林土壤有機碳密度和碳儲量進行了估算；彭舜磊等[19]分析了河南省寶天曼自然保護區森林土壤碳氮儲量分布格局。區域尺度上森林土壤碳、氮儲量的研究為全國森林土壤碳、氮儲量研究提供了重要的理論參考依據。青海省森林作為青藏高原的重要組成部分,是全球氣候變化的響應區[20],由于缺乏全面、詳細、可靠的實測數據,其森林土壤碳氮儲量估算仍有較大的不確定性,及其與環境因子的關系仍不明確。

青海省位于我國西北內陸腹地、青藏高原東北部,是我國第一級地勢階梯的重要組成部分,與西藏自治區同稱為“世界屋脊”,而有關青海省森林生態系統土壤碳氮儲量的研究并不多,如鐘聰等[21]利用青海省第二次土壤普查資料,估算了青海省土壤有機碳儲量；王根緒等[22]分析了青藏高原各類草地0—65 cm深度范圍內有機碳儲量；王建林等[23]運用樣點的實測數據,分析了青藏高原高寒草原生態系統土壤碳氮比的分布規律；胡衛國等[24]估算了青海湖環湖區表土的氮儲量。因此本文以青海省森林土壤為研究對象,通過大量的土壤碳、氮含量的實測數據,計算了不同海拔土壤剖面上不同土層的土壤有機碳、氮含量及密度,并估算了青海省森林土壤碳、氮儲量。旨在分析和探討青海省森林碳氮儲量的垂直分布格局及其與環境因子的關系,以期了解青海省森林土壤碳氮儲量在青藏高原及我國土壤碳氮儲量的重要地位,這對于評價青藏高原生物地球化學循環對全球氣候變化的響應和反饋作用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

青海省位于我國西北內陸腹地、青藏高原東北部(31°39′—39°19′N,89°35′—103°4′E),東西長約1200 km,南北寬約800 km,面積為72.15×106hm2,是我國第一級地勢階梯的重要組成部分。青海省土地總面積72.15×106hm2,扣除冰川雪被、水體及裸巖等未利用地外,土壤面積65.49×105hm2,森林面積32.96×105hm2。平均海拔3500 m以上,屬典型高原大陸性氣候。年均氣溫-3.7—6.0℃,年日照2340—3550 h,年降水量16.7—776.1 mm(大部400 mm以下),年蒸發量1118.4—3536.2 mm。森林植被主要分布在東經96°—102°的江河及其支流的河谷兩岸,森林主要分布在海拔2000—4000 m,以寒溫帶針葉林為主,其次為落葉闊葉林。青海省典型土壤類型有山地草甸土、石灰性灰鈣土、黑鈣土、草甸鹽土、沼澤土、泥炭沼澤土、山地草原草甸土[21],其森林土壤類型主要有落葉闊葉林灰褐土、針闊葉混交林灰褐土、針葉林碳酸鹽灰褐土和針葉林淋溶灰褐土[25]。

1.2 研究方法

1.2.1樣地選擇及取樣

本研究依托中國科學院戰略性先導科技專項(碳專項),按照《生態系統固碳現狀、速率、機制和潛力》項目制定的統一要求,于2011—2013年在青海省21個縣進行。在上述縣內分別選取環境條件(如坡度、坡向、郁閉度等)相似且具有代表性的落葉闊葉林和寒溫性針葉林,并結合青海省森林資源連續清查成果,充分考慮全省各森林類型(優勢種)分布面積、蓄積比重、起源等情況,將研究區海拔(2175—3852 m)以高程400 m為一個單元等距劃分為<2500 m、2500—2800 m、2800—3100 m、3100—3400 m、3400—3700 m、>3700 m共6個梯度(表1)。在全省21個縣(圖1)布設主要森林類型的標準樣地80個樣地,每個樣地中隨機設置3 塊50 m×20 m的喬木樣方,各樣地間距大于100 m,共計240個樣點。在每個喬木調查樣方下的林下草本層內采用對角線設置3個1 m×1 m草本調查樣方,草本層樣方總共計720個。

在每個草本調查樣方內用土鉆法(內徑5 cm)分5層(0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—50 cm、50—100 cm)分別鉆取土壤樣品(不夠100 cm至基巖為止),相同樣方的相同土層的土壤樣品混合為1個土壤樣品。取各土壤樣品鮮土若干,風干、磨碎、過篩(1 mm和2 mm 篩)后用于碳、氮含量的測定,并同時測定>2 mm石礫含量,由于《青海土種志》中的記載和樣品實際勘察,幾乎所有的土壤粒徑均<2 mm,所以本文中石礫含量為0。同時使用容積為100 cm3的環刀采集各層土壤,每層重復2次,野外測定環刀+土壤鮮質量,帶回實驗室測定環刀+土壤干質量以及環刀質量,計算土壤容重(表2)。

1.2.2土壤有機碳、氮含量的測定

土壤有機碳含量(soil organic carbon content,SOC)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定。土壤全氮含量(nitrogen content,TN)采用凱氏法測定,土壤樣品在硫代硫酸鈉、濃硫酸、高氯酸和催化劑的作用下,經氧化還原反應全部轉化為銨態氮。消解后的溶液堿化蒸餾出的氨被硼酸吸收,用標準鹽酸溶液滴定,根據標準鹽酸溶液用量來計算土壤中全氮含量。

1.2.3土壤有機碳、氮密度及儲量的計算

土壤有機碳密度(soil organic carbon density,SOCD)、氮密度(nitrogen density,Nd)分別指單位面積一定深度的土層中土壤有機碳、氮的儲量。土壤氮密度與土壤有機碳密度計算公式相似,計算采用公式如下：

(1)

(2)

式中,SOCD、Nd分別代表土壤有機碳密度、氮密度,kg/m2；i代表不同土層層次；SOC、TN分別代表土壤有機碳含量、氮含量,%；γ表示容重,g/cm3；H表示土層的厚度,cm；δ2mm表示土壤中直徑>2 mm的石礫含量百分比,%。

土壤碳儲量(Soil Organic Carbon Storage,SOCR)、氮儲量(Nitrogen storage,Ns)的計算采用公式如下：

SOCRi=SOCDi×A

(3)

Nsi=Ndi×A

(4)

式中,SOCR、Ns分別代表土壤碳儲量、氮儲量,Tg；i代表土層不同土層層次；A代表青海省森林面積,hm2(采用青海省森林資源連續清查第五次復查成果)。

樣地尺度的土壤有機碳、氮的密度及儲量是通過實地調查采樣并進行有機碳、氮含量分析后計算得到的。各層土壤有機碳、氮密度是土壤有機碳、氮含量與土壤容重和土層厚度的乘積,各層土壤有機碳、氮密度的平均值相累加即得到整個剖面(深度為1 m)的土壤有機碳、氮密度的平均值。各層土壤有機碳、氮密度乘以該森林生態系統的占地面積即各層土壤碳、氮儲量,各層土壤有機碳、氮儲量的平均值相累加即得到整個森林生態系統的土壤碳、氮儲量。

1.3 數據處理

實驗所得數據用Excel 2003進行整理,用SPSS 19.0進行統計學分析。采用(One-way ANOVA)單因素方差分析比較不同海拔下土壤有機碳、氮含量和密度的差異,以及比較不同土層下土壤有機碳、氮含量,密度和儲量的差異,若方差為齊性,用LSD法進行顯著性多重比較；若方差非齊性,則用Tamhane′s2法進行多重比較,顯著性水平為α=0.05。采用Pearson檢驗分析海拔、土壤容重與土壤有機碳、氮含量及密度間的相關性顯著性水平為α=0.05。圖表數據為平均值±標準誤。

圖1 青海省樣地點位圖Fig.1 Map of the sample locations in Qinghai Province

表1 樣地信息表Table 1 Sample information

表2 不同海拔梯度不同土層的土壤容重Table 2 Soil bulk density in different soil layers under the gradient of altitude

2 結果與分析

2.1 海拔高度與土層厚度對有機碳、氮含量垂直分布特征的影響

在同一海拔不同土層,<2500 m、2500—2800 m、2800—3100 m、3400—3700 m、>3700m海拔0—10 cm土層的SOC均顯著高于其他土層(P<0.05)；其最大值(88.19 g/kg)出現在0—10 cm土層,最小值(27.66 g/kg)出現在50—100 cm土層,表明青海省森林土壤SOC隨土層的增加而降低(表3)。

在同一土層不同海拔,50—100 cm土層各海拔間的SOC差異不顯著(P>0.05)。0—100 cm土層SOC的最大值(64.39 g/kg)出現在海拔2500—2800 m,最小值(46.30 g/kg)出現在海拔>3700 m,表明青海省森林土壤SOC隨海拔的增加呈單峰曲線變化(表3)。

在同一海拔不同土層,0—10 cm土層的TN顯著高于其他土層(P<0.05)；其最大值(4.79 g/kg)出現在0—10 cm土層,最小值(1.50 g/kg)出現在50—100 cm土層,表明青海省森林土壤TN隨土層的增加而降低(表4)。

在同一土層不同海拔,<3100 m各海拔間的TN均差異不顯著(P>0.05)；>3100 m各海拔間的TN均差異不顯著(P>0.05),且后者顯著高于前者(P<0.05)；這與胡啟武等[26]在祁連山北坡垂直帶上對土壤氮分布特征的研究結果一致,即海拔3100 m以上土壤TN顯著高于3100 m以下的土壤。0—100 cm土層TN的最小值(2.37 g/kg)出現在海拔<2500 m；最大值(4.38 g/kg)出現在海拔>3700 m,表明青海省森林土壤TN隨海拔的增加而增加(表4)。

表3 不同海拔梯度不同土層的有機碳含量Table 3 Soil organic carbon content in different soil layers under the gradient of altitude

平均值±標準誤；不同大寫字母表示同一海拔不同土層下SOC的差異性；不同小寫字母表示同一土層不同海拔下SOC的差異性(P<0.05)

表4 不同海拔梯度不同土層的氮含量Table 4 Nitrogen content in different soil layers under the gradient of altitude

平均值±標準誤；不同大寫字母表示同一海拔不同土層下TN的差異性；不同小寫字母表示同一土層不同海拔下TN的差異性(P<0.05)

2.2 海拔高度與土層厚度對土壤有機碳、氮密度垂直分布特征的影響

青海省森林土壤0—100 cm土層SOCD的平均值為31.89 kg/m2。在同一海拔不同土層,30—50 cm、50—100 cm土層的遞進為20 cm、50 cm,0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm土層的遞進均為10 cm,因此50—100 cm土層的SOCD顯著高于其他土層(P<0.05)。0—30 cm土層,SOCD的最大值(4.63 kg/m2)出現在0—10 cm土層,最小值(3.84 kg/m2)出現在20—30 cm土層,表明青海省森林土壤在0—30 cm土層,SOCD隨土層的增加而降低(表5)。

在同一土層不同海拔,30—50 cm、50—100 cm土層的SOCD差異不顯著(P>0.05)。0—100 cm土層SOCD的最大值(34.33 kg/m2)出現在海拔3100—3400 m,最小值(28.32 kg/m2)出現在海拔>3700 m,表明青海省森林土壤SOCD隨海拔的增加呈單峰曲線變化(表5)。

青海省森林土壤0—100 cm土層Nd的平均值為1.88 kg/m2。土層Nd的土層遞進與上述土層SOCD的土層遞進相同,因此與SOCD沿土層的的變化規律一致。0—30 cm土層,Nd的(0.27 kg/m2)最大值出現在0—10 cm,最小值(0.22 kg/m2)出現在20—30 cm,表明青海省森林土壤Nd在0—30 cm土層,隨土層的增加而降低(表6)。

在同一土層不同海拔,<3100 m、>3100 m各海拔間的Nd差異不顯著(P>0.05),且后者顯著高于前者(P<0.05)。0—100 cm土層Nd的最大值(2.93 kg/m2)出現在海拔>3700 m,最小值(1.39 kg/m2)出現在海拔<2500 m,表明青海省森林土壤Nd隨海拔增加而增加(表6)。

表5 不同海拔梯度不同土層的有機碳密度Table 5 Soil organic carbon density in different soil layers under the gradient of altitude

平均值±標準誤；不同大寫字母表示同一海拔不同土層下SOCD的差異性；不同小寫字母表示同一土層不同海拔下SOCD的差異性(P<0.05)

表6 不同海拔梯度不同土層的氮密度Table 6 Nitrogen density in different soil layers under the gradient of altitude

平均值±標準誤；不同大寫字母表示同一海拔不同土層下Nd的差異性；不同小寫字母表示同一土層不同海拔下Nd的差異性(P<0.05)

2.3 青海省森林土壤不同土層的碳、氮儲量

青海省森林土壤30—50 cm、50—100 cm土層的SOCR(234.06、444.60 Tg)都顯著高于0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm土層的SOCR(154.78、138.58、126.68 Tg)(P<0.05)。0—100 cm土層的SOCR為1098.70 Tg(圖2)。青海省森林土壤30—50 cm、50—100 cm土層的Ns(13.24、24.55 Tg)都顯著高于土層0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm的Ns(8.82、7.98、7.19 Tg)(P<0.05),且0—30 cm土層間差異不顯著(P>0.05)。0—100 cm土層的Ns為61.78 Tg(圖2)。在0—30 cm土層中,對SOCR、Ns貢獻最大是土壤表層0—10 cm土層,分別是36.85%、36.77%。但表層土壤的穩定性較差,易受人為活動的影響。如過度放牧和不合理開墾等人為擾動都會導致土壤肥力水平下降,因此減少人為對森林生態系統干擾活動,這對于維持和增加土壤碳氮儲量以及減少碳氮等溫室氣體具有重要意義[24,27]。

圖2 不同土層的碳、氮儲量Fig.2 The soil organic carbon storage and nitrogen storage in different soil layers

2.4 海拔高度、土層深度與有機碳、氮之間的相關性

海拔高度與SOC存在顯著負相關關系(P<0.05)；與TN、Nd存在極顯著正相關關系(P<0.01,P<0.01)。土層深度與SOC存在極顯著負相關關系(P<0.01)；與TN存在顯著負相關關系(P<0.05)；與SOCD、Nd存在極顯著正相關關系(P<0.01,P<0.01)(表7)。

表7 海拔高度、土層深度與有機碳含量、氮含量、有機碳密度、氮密度之間的相關性Table 7 The correlation between altitude,soil depth and soil organic carbon content,nitrogen content,soil organic carbon density,nitrogen density

項目Items海拔Altitude土壤容重Soil bulk densities土層深度Soil depth有機碳含量SOC 氮含量TN 有機碳密度SOCD 氮密度Nd 海拔高度 Altitude1土壤容重 Soil bulk densities0.0881土層深度Soil depth0.000-0.531??1有機碳含量 SOC-0.139?-0.357??-0.538??1氮含量 TN0.381??-0.161?-0.466?0.448??1有機碳密度 SOCD-0.052-0.0050.570??0.448??0.194??1氮密度 Nd0.373??0.0970.484??0.163?0.664??0.408??1

*P>0.05,**P>0.01

3 討論

3.1 海拔對青海省森林土壤有機碳、氮含量及密度的影響

森林土壤碳主要來源于凋落物的轉化累積與礦化分解[28]。海拔影響溫度和水分,從而影響植被分布、土壤微生物多樣性及人為活動等,導致土壤有機碳存在差異。本文中青海省森林土壤有機碳含量、密度均隨海拔的增加呈單峰曲線變化。這與太白山土壤有機碳含量沿海拔(1700—3500 m)變化趨勢一致[29]。其原因可能與植被的分布、凋落物的分解、土壤理化性質及人為活動等有關：1)在低中海拔區域,隨著海拔的升高,植被類型也隨之由山地落葉闊葉林過渡到寒溫性針葉林,由于不同林帶凋落物質量和數量的截然不同,導致闊葉林凋落物輸入量大于針葉林；同時闊葉相較于針葉更易分解[29-30],加之寒溫性針葉林土壤碳密度遠大于落葉闊葉林土壤[31],因此土壤有機碳含量增多。另外在高海拔區域,隨著海拔的繼續升高,溫度隨之降低,溫度成為土壤微生物活性最主要的限制因子,導致凋落物的分解速率減弱,土壤有機質積累變少最終促使土壤有機碳含量減少[30]。2)土壤作為植被賴以生存的載體,其理化性質在時間和空間上是異質性分布的[32]。低海拔區域降水量適宜,它可以明顯影響土壤的導電率和含水率,致使土壤吸水溶脹,因而低海拔處土壤容重較小[33]；高海拔區域,土壤容重隨著海拔的升高而減小[34]。青海省森林土壤容重在中高海拔處較大(表2),也對估算土壤有機碳密度產生影響。3)人為活動對土壤的影響具有雙向性,合理利用使土壤質量、肥力等形成良性發展,反之使其退化[35]。青海省森林中海拔地區適度的人為擾動(表1),如放牧、旅游等因踐踏作用將植物凋落物碾碎,使其與土壤充分接觸；另外,這也會使凋落物的堆疊積累量相對減少,這使其充分暴露；都加快了凋落物的分解,有助于土壤有機碳的增加[36-37]。

森林土壤氮主要來源于氮素礦化與固定、硝化與反硝化等過程[38]。本文中青海省森林土壤的氮含量、密度隨海拔的增加而增加。此結果與云南省小江流域支流阿旺小河西北側山地土壤及西藏色季拉山西坡表層土壤的氮含量隨海拔的變化趨勢一致[28,38]；四川盆地森林土壤氮密度也隨海拔的增加而增加[39]。并且文中海拔高度與兩者間均呈現極顯著正相關性(P<0.01),也進一步解釋了兩者隨海拔變化的規律性。此結果也遵循土壤氮含量會從較溫暖地區到寒冷地帶呈現增加的規律[38],其主要原因之一可能是隨著海拔的升高土壤溫度會隨之降低,溫度過低會抑制土壤微生物的活動,腐殖作用變弱,分解速率變慢,阻礙了土壤的礦化作用[30,38]。另外,海拔除影響溫度、水分、土壤肥力外,也間接影響到林型的分布,青海省森林林型隨海拔的升高逐漸由山地落葉林過渡到高原寒溫性針葉林(表1)。在我國森林土壤氮密度分區排列中,青藏高原高寒植被區域>溫帶型針闊葉葉混交區域>暖溫性落葉闊葉林區域[40],因此,林型也可能是青海省森林土壤氮密度隨海拔變化的原因之一。

3.2 土層對青海省森林土壤有機碳、氮含量及密度的影響

土壤碳、氮在土層上的空間分布影響著根系的垂直分布,而根系的垂直分布也影響著輸送到土壤各層次的碳、氮含量[41]。本研究表明青海省森林土壤碳、氮含量均隨土層深度(0—100 cm)增加而降低,這與川西亞高山森林土壤和梵凈山土壤的有機碳含量隨土層深度的變化趨勢基本一致[30,42]。由于土壤表層碳氮含量主要來源于凋落物的分解,且表層土壤的凋落物較多,同時表層土壤良好的通氣狀況與水熱條件也為微生物活動提供了更好的環境,這都促進了土壤表層中碳、氮含量的積累[43],而深層土壤碳氮含量則多源于根系、根系分泌物及土壤微生物等,與表層土壤相比,與外界的交換作用較弱。文中土壤碳氮含量間呈現極顯著的正相關性(P<0.01),也進一步說明了土層深度上土壤碳氮含量變化規律的相似性。本研究中因土層遞進的差異,土壤碳氮密度在50—100 cm達到最大。在土層遞進相同時,土壤碳氮密度在表層0—10 cm達到最大。這與青海湖南岸灌叢、草地覆蓋的土壤有機碳密度均在表層0—10 cm土層達到最大的結論一致[44],其原因是由表層土壤高的碳氮含量造成的。

3.3 青海省森林土壤的碳、氮密度及儲量

我國各類型森林土壤有機碳密度具有高度的空間變異性,總體表現為東部高于西部,最高土壤碳密度出現在東北地區的北部和東部以及青藏高原的東南部,其主要受氣候、植被凋落物以及人類活動的影響[10,45]。本研究表明青海省森林土壤有機碳密度平均值為31.89 kg/m2,結果在解憲麗等[10]對全國土壤全剖面有機碳密度的范圍(1.19—176.46 kg/m2)內,但遠高于劉世榮等[46]統計的全國森林生態系系統土壤有機碳密度平均值10.78 kg/m2。造成這一結果的原因,其一可能是在于本研究測定的土壤碳含量既包含有機碳成分又將無機碳(碳酸鹽)成分計算其中。潘根興[47]研究證實,在我國干旱地區,土壤中無機碳的平均含量為100 g/kg,少有溶解釋放過程,即碳元素被持續地截儲于碳酸鹽中。其二可能是青海省森林中寒溫性針葉林中云冷杉比例較大,而云冷杉土壤有機碳密度在所有的森林類型中最高,可達到36.079 kg/m2[31]。

我國土壤氮密度在空間分布整體呈現出西部地區大于東部[8]。青海省森林土壤氮密度平均值為1.88 kg/m2,低于全國森林土壤平均氮密度3.46 kg/m2[40],稍低于青藏高原陸地土壤0—100 cm土層氮密度2.01 kg/m2；高于全國土壤0—100 cm土層平均氮密度1.31 kg/m2[8],也高于青海湖環湖區表土各類土壤氮密度[24],略高于四川盆地森林土壤平均氮密度1.849 kg/m2[45]。與劉紀遠等[48]估算的中國大區土壤氮密度相比,發現青海省森林土壤氮密度高于東北、華北、華東、華南地區以及西南部分地區的土壤氮密度。這是因為青藏高原地區高寒草甸草本植物生長豐盛、溫度較低、凋落物和土壤有機質分解緩慢,促進了土壤氮的積累。

土壤碳、氮儲量能在一定程度上反映土壤肥力,也能作為衡量森林土壤質量及植被恢復情況的重要指標,同時也是森林生態系統中生物化學循環的重要組成部分。目前,對青藏高原土壤碳儲量的研究相對較多,王根緒等[22]估算了青藏高原各類草地0—65 cm 土層的有機碳儲量,估算面積為160×106hm2,碳儲量達到33520 Tg,其土壤類型主要以高原草甸土和高原草原土為主,占中國土壤有機碳儲量的39.71%；范宇等[49]利用土壤類型法估算了西藏自治區土壤全剖面的碳儲量,估算面積為110×106hm2,碳儲量為8230 Tg,占中國土壤有機碳儲量的9.75%；方精云等[50]估算青藏高原草地土壤全剖面的碳儲量,估算面積為197×106hm2,碳儲量38400 Tg；占中國土壤有機碳儲量的45.50%；鐘聰等[21]利用土壤類型法估算了青海省土壤0—65 cm土層的碳儲量,估算面積為65×106hm2,碳儲量為8904 Tg,占中國土壤有機碳儲量的10.55%；本文估算了青海省森林土壤(0—100 cm)的碳儲量,估算面積為32.96×105hm2,碳儲量為1098.70 Tg,占中國土壤有機碳儲量的1.30%[10]。本研究中碳儲量都明顯低于其他研究者對青藏高原地區土壤碳儲量所占中國土壤全剖面有機碳儲量的比例,這是因為本文中青海省森林估算面積為32.96×105hm2,僅占中國陸地面積的0.34%,占青藏高原土壤面積的1.67%；其碳儲量卻占中國土壤有機碳儲量的1.30%,占青藏高原土壤碳儲量的28.28%[51]。表明青海省森林土壤碳庫在青藏高原乃至中國土壤碳庫都具有十分重要的地位。

近年來,青海省土壤氮儲量的研究相對較少,僅有胡衛國等[24]估算了青海湖環湖區表土(0—20 cm)的氮儲量,估算面積為35.84×104hm2,氮儲量為3.024 Tg,占中國森林土壤氮儲量的0.47%；畢珍[39]估算了四川盆地森林土壤氮儲量,估算面積為1.9×107hm2,氮儲量為351.3 Tg,約占中國森林土壤氮儲量的54.05%[40]。本文估算了青海省森林土壤(0—100 cm)的氮儲量,估算面積為32.96×105hm2,氮儲量為61.78 Tg,此結果低于四川盆地森林土壤氮儲量,因為本文中估算的森林面積僅占中國森林土地面積的2.56%,卻占中國森林土壤氮儲量的9.51%[40]。說明青海省森林土壤氮庫是中國土壤氮庫調節的重要組成部分。

4 結論

本研究結果表明青海省森林土壤碳密度為31.89 kg/m2,高于同類研究,且隨海拔呈單蜂曲線變化；氮密度為1.88 kg/m2,低于全國森林平均值,且隨海拔的增加而增加；碳氮密度均隨土層的增加而減低。森林土壤碳儲量為1098.70 Tg,占全國陸地土壤碳儲量1.30%；森林土壤氮儲量為61.78 Tg,占全國森林土壤氮儲量的9.51%。近年來森林保護工程廣泛開展,森林碳氮匯是當今應對全球氣候變暖的積極措施,也是林業對社會經濟可持續發展做出貢獻的途徑和平臺。因此,加強對森林資源的保護和管理是促進青海省森林生態系統碳氮庫功能的重要途徑。