武夷樺林不同坡位土壤有機碳剖面分布特征

黃茂根

(三明市羅卜巖省級自然保護區管理站，福建 三明 365000)

土壤是陸地生態系統中最大的有機碳庫，其微弱的變化都可能引起氣候明顯改變[1-2]。此外，土壤有機碳不僅為植物生長提供碳源，而且良好的土壤結構還在很大程度上影響土壤的持水性能和養分的有效性[3]。武夷樺(Betulawuyiensis)屬高大喬木，樹干通直，樹型優美，木質材質良好，用途廣泛，可作家具和高檔地板，樹皮、枝葉含芳香油[4]。然而，由于武夷樺僅在福建省武夷山脈零星分布，有關適宜武夷樺生長的生境鮮見報道[5]。本研究以福建省三明市羅卜巖省級自然保護區不同坡位的武夷樺天然林群落為研究對象，測定土壤物理性質及有機碳和全氮含量，比較不同坡位和土層的物理性質及有機碳和全氮含量的差異，并探討武夷樺林土壤有機碳和全氮含量與土壤物理性質的相關性，以期為研究適宜武夷樺生長的土壤環境提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于福建省三明市羅卜巖自然保護區(117°34′15″—117°36′00″ E、26°25′45″—26°27′30″ N)，位于三明市沙縣西北部與明溪縣交界處，坐落在武夷山東側支脈，森林覆蓋率達97.8%，屬野生植物類型自然保護區。氣候為中亞熱帶季風氣候，四季氣溫較均勻，溫和濕潤，年均氣溫約12～13 ℃，1月均溫3 ℃左右，極端最低氣溫-15 ℃，7月均溫23～24 ℃；年均降水量在2000 mm以上，年相對濕度達85%，年霧日100 d以上[5]；保護區內植物區系以泛熱帶分布為主，有種子植物127科340屬595種，其中珍稀瀕危植物10種[6]。

1.2 樣地設置

2018年8月，在保護區武夷樺天然林內按不同坡位(上坡位和下坡位)分別設置4個20 m×20 m的樣方，調查樣地基本情況見表1。上坡位武夷樺林分海拔620 m，主要伴生樹種為閩楠(Phoebebournei)、臺灣冬青(Ilexformosana)等，平均胸徑為17.4 cm，平均樹高為12.6 m，林分密度為920株·hm2；下坡位武夷樺林分海拔500 m，主要伴生樹種為閩楠、閩粵栲(Castanopsisfissa)等，平均胸徑為17.6 cm，平均樹高為11.9 m，林分密度為1170株·hm-2。

表1 調查樣地基本情況

1.3 土壤的采集與測定

在每個樣方內，隨機設置3個土壤剖面，共計在上坡位和下坡位樣地各挖取12個剖面。分層(0～10、10～20、20～40、40～60 cm)采取混合土樣，將同一樣方內的土樣混合后拿回實驗室內測定土壤養分；再分別在相應土層用環刀取原狀土，測定土壤物理性質。將混合土樣風干后，過0.25 mm篩，采用元素分析儀(Vario EL Ⅲ，Elementar Analysensysteme GmbH，Hanau，Germany)測定土壤有機碳和全氮含量。

1.4 數據統計

采用SPSS 19.0對不同坡位武夷樺林土壤物理性質和養分進行統計分析，采用單因素方差分析不同坡位、不同土層武夷樺林土壤物理性質和養分含量的差異，采用Pearson相關系數分析土壤養分與土壤物理性質的相關性，采用Origin 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 不同坡位武夷樺林土壤物理性質

如圖1所示，不同土層土壤容重下坡位均高于上坡位，其中0～10、20～40 cm土層的差異達到顯著水平(P<0.05)。此外，上坡位和下坡位的土壤容重均隨土層深度的增加而增加，上坡位和下坡位的土壤容重分別從1.02、1.17 g·cm-3，增加到1.23、1.53 g·cm-3。這是由于土壤表層積累了大量的凋落物，腐爛的枯落物進入表層土壤使其變得疏松，使其有較小的容重，另一方面表層土壤也是根系的主要分布區，根系的穿插也增加了土壤的孔隙，進而降低了土壤的容重，而隨著土層深度的增加，根系數量減少，土體變得堅實，容重變大[7]。

不同土層非毛管孔隙度上坡位均大于下坡位，但均未達到顯著水平(P>0.05)；上坡位與下坡位不同土層非毛管孔隙度均無顯著差異。毛管孔隙度上坡位40～60 cm土層顯著高于下坡位，其它土層不同坡位則無顯著差異；上坡位和下坡位的毛管孔隙度隨土層深度的增加而降低。總孔隙度上坡位40～60 cm土層顯著高于下坡位，其它土層不同坡位無顯著差異；上坡位和下坡位的總孔隙度隨土層深度的增加而降低。

2.2 不同坡位武夷樺林土壤有機碳、全氮含量及C∶N

如圖2所示，上坡位不同土層有機碳含量變化范圍在6.38～27.47 g·kg-1之間，下坡位不同土層有機碳含量變化范圍在9.16～23.21 g·kg-1之間。除40～60 cm土層外，不同坡位有機碳含量差異不顯著，上坡位0～10、10～20、20～40、40～60 cm土層有機碳含量分別是下坡位相應土層的1.2、1.1、1.0、0.7倍。0～10 cm土層有機碳含量分別是10～20、20～40、40～60 cm土層的1.7～1.8、2.4～3.0、2.5～4.3倍，表現出隨土層深度的增加而減少的規律。此外，0～20 cm土層有機碳含量占整個土層(0～60 cm)的50%～58%，表明0～20 cm土層是林分根系集中分布區，大量腐爛的死根是該層土壤有機碳的重要來源，此外凋落物的歸還也是土壤有機碳的重要來源[8-9]。

*：不同小寫字母為不同坡位同一土層差異顯著；不同大寫字母為同一坡位不同土層差異顯著，下同。圖1 不同坡位武夷樺林土壤容重和孔隙狀況

圖2 不同坡位武夷樺林土壤有機碳含量、全氮含量及碳氮比

上坡位不同土層全氮含量變化范圍在0.54～1.35 g·kg-1之間，下坡位不同土層全氮含量變化范圍在0.63～1.27 g·kg-1之間。除40～60 cm土層外，不同坡位全氮含量差異不顯著(P>0.05)，上坡位0～10、10～20、20～40、40～60 cm土層全氮含量分別是下坡位相應土層的1.1、1.0、0.9、0.8倍。0～10 cm土層有機碳含量分別是10～20、20～40、40～60 cm土層的1.5～1.6、1.9～2.2、2.0～2.5倍，與有機碳隨土層深度變化的規律相似。

上坡位不同土層C∶N比變化范圍在11.9～20.3之間，下坡位不同土層C∶N變化范圍在13.6～18.2之間。上坡位0～10、10～20 cm土層C∶N顯著高于下坡位(P<0.05)，而其它土層則無顯著差異(P>0.05)。上坡位和下坡位C∶N均隨土層深度的增加而減少。

2.3 武夷樺林土壤養分與物理性質的相關性

由表2可知，有機碳含量與全氮含量、C∶N、毛管孔隙度和總孔隙度顯著正相關，與容重顯著負相關；全氮含量與C∶N、毛管孔隙度和總孔隙度顯著正相關，與容重顯著負相關；C∶N與毛管孔隙度和總孔隙度正相關，與容重顯著負相關；而非毛管孔隙度與容重顯著負相關。容重與有機碳含量和全氮含量均表現為顯著負相關，表明容重越大越不利于土壤有機碳和全氮的富集。非毛管孔隙度與容重呈顯著負相關，表明容重越大，土壤顆粒越緊密，導致土壤的非毛管孔隙度越小。

表2 武夷樺林土壤養分與物理性質的相關系數

3 小結

坡位對武夷樺林表層土壤容重影響達到顯著水平，上坡位顯著低于下坡位；而對深層土壤未達到顯著水平。坡位對表層土壤有機碳和全氮含量無顯著影響，而顯著影響深層土壤有機碳和全氮含量。武夷樺林不同坡位土壤容重均表現為隨土層的增加而增加，而土壤有機質、全氮含量和C∶N隨土層的增加而減少。土壤有機碳和全氮含量與土壤容重表現出顯著的負相關，表明土壤容重的增加不利于土壤養分含量的累積；而土壤有機碳和全氮含量與毛管孔隙度呈現出顯著的正相關。

*：感謝福建省林業科學研究院黃雍容在外業調查和數據分析等方面給予指導！