神農(nóng)架巴山冷杉林土壤有機(jī)碳及其影響因素研究.pdf

1、巴山冷杉(Abies fargesii)是湖北神農(nóng)架亞高山地區(qū)最重要的建群種，巴山冷杉林是該地區(qū)分布面積最廣的針葉林類型。開展神農(nóng)架地區(qū)典型森林類型碳密度及分布格局研究，有助于豐富對我國典型區(qū)域森林土壤碳密度特征的認(rèn)識。本研究基于神農(nóng)架二類清查資源數(shù)據(jù)，選擇巴山冷杉林典型群落類型，并在開展野外調(diào)查、樣品采集、室內(nèi)分析測定的基礎(chǔ)上，對神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度進(jìn)行了估算，并對土壤碳密度、活性碳組分分布特征及其影響因素進(jìn)行分析，探討神農(nóng)架巴

2、山冷杉林土壤有機(jī)碳與各影響因子的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)選擇巴山冷杉—紅樺林、巴山冷杉—華山松林、巴山冷杉—箭竹林、巴山冷杉—杜鵑林4種典型群落類型，研究不同群落結(jié)構(gòu)巴山冷杉林的土壤有機(jī)碳密度特征，探討林分結(jié)構(gòu)、地上植被生物量和土壤理化性質(zhì)等對土壤碳密度的影響。結(jié)果表明:0～60cm土壤總碳密度大小依次為巴山冷杉—杜鵑林(225.70 t·hm-2)＞巴山冷杉—箭竹林(181.87 t·hm-2)＞巴山冷杉—紅樺林(1

3、56.54 t·hm-2)＞巴山冷杉—華山松林(108.65t·hm-2)，不同群落結(jié)構(gòu)巴山冷杉林土壤碳密度差異達(dá)到極顯著水平。巴山冷杉林土壤碳密度與地上植被灌草層物種多樣性指數(shù)和土壤砂粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與凋落物現(xiàn)存量、土壤全N含量、土壤粘粒含量和粉粒含量呈極顯著正相關(guān)，與林木平均胸徑和灌草層生物量呈顯著正相關(guān)，而與林分郁閉度和土壤pH值相關(guān)性不顯著。凋落物量、土壤全N含量和土壤粘粒含量是影響神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度的主導(dǎo)因子。<

4、br>　　(2)以神農(nóng)架巴山冷杉林二類清查資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過建立土壤碳密度與林分平均胸徑的關(guān)系模型，估算土壤有機(jī)碳密度，探討土壤碳密度的空間分布特征。結(jié)果表明:神農(nóng)架巴山冷杉林0～20cm和0～40cm土壤碳密度分別為75.25 t·hm-2和130.89 t·hm-2。土壤碳密度最小值出現(xiàn)在海拔2200m以下，最大值出現(xiàn)在海拔2800～3000m。巴山冷杉林北坡土壤碳密度最大，其后依次為東北坡、西北坡、西南坡、西坡、南坡、東坡，而東

5、南坡土壤碳密度最小。巴山冷杉林隨著年齡的增加，土壤碳密度有逐漸增加的趨勢，與幼齡林相比，過熟林0～20cm和0～40cm土壤碳密度分別高15.66％和16.47％。
　　(3)研究神農(nóng)架巴山冷杉天然林凋落物量及組成的動態(tài)變化、凋落物養(yǎng)分年歸還總量、凋落物分解規(guī)律，以及凋落物分解對土壤有機(jī)碳含量的影響。結(jié)果表明:巴山冷杉林年凋落物總量為6217.44 kg·hm-2，凋落物中以落葉為主，其次是落枝，樹皮及花果含量相對較少。巴山冷杉林

6、凋落模式為雙峰型，在9～10月和5～6月具有2個明顯高峰期，而在1～2月凋落量最小。巴山冷杉林凋落物養(yǎng)分年歸還量為77.84 kg·hm-2，5種大量元素年歸還量大小順序依次為N（47.13 kg·hm-2）＞K(18.15 kg·hm-2)＞Ca(7.77 kg·hm-2)＞P（4.60 kg·hm-2)＞Mg(0.19 kg·hm-2)。凋落物分解系數(shù)分別為0.303，凋落物半衰期和周轉(zhuǎn)期分別為1.70a和9.30a。凋落物分解過程

7、中，不同的凋落物分解時間，可使表層土壤(0～10cm)有機(jī)碳含量提高3.95％～27.03％。
　　(4)選取微生物量碳(MBC)、水溶性有機(jī)碳(WSOC)和易氧化有機(jī)碳(EOC)3個有機(jī)碳組分指標(biāo)，分析巴山冷杉林土壤活性有機(jī)碳組分含量海拔梯度分布特征及其影響因子。結(jié)果表明:土壤微生物量碳、水溶性有機(jī)碳和易氧化有機(jī)碳均隨著海拔的升高而增加，隨著土層的加深而降低。其中土壤微生物量碳在海拔2200～3000m變化范圍為0.30～1.2

8、2 g·kg-1，占總有機(jī)碳的比例變化范圍為1.05％～2.09％;水溶性有機(jī)碳在不同海拔變化范圍為0.16～0.69g·kg-1，占總有機(jī)碳的比例變化范圍為0.57％～1.20％;土壤易氧化有機(jī)碳在不同海拔變化范圍為5.93～17.20 g·kg-1，占總有機(jī)碳的比例變化范圍為21.19％～29.23％。3個土壤有機(jī)碳活性組分均與土壤總有機(jī)碳含量、土壤全N含量和土壤濕度呈極顯著正相關(guān)，而與土壤溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)，土壤總有機(jī)碳含量是影響

9、土壤活性碳組分含量的決定因素。
　　(5)選擇巴山冷杉原始林皆伐后自然恢復(fù)形成的巴山冷杉次生林、箭竹林和草地3種典型模式，并以現(xiàn)存的巴山冷杉原始林為對照，探討原始林皆伐對土壤碳密度產(chǎn)生的變化，以及不同恢復(fù)模式的土壤碳密度分布特征及其恢復(fù)潛力。結(jié)果表明:巴山冷杉原始林皆伐后，次生林、箭竹林和草地土壤碳密度分別下降了29.43％、55.66％和65.18％。自然恢復(fù)形成的巴山冷杉次生林對土壤碳密度恢復(fù)最快，箭竹林次之，而草地對土壤碳密

10、度恢復(fù)最慢。在恢復(fù)過程中，箭竹林和草地僅對0～20cm層土壤碳密度有較好的恢復(fù)效果，而20 cm以下土層深度有機(jī)碳受植被恢復(fù)的影響很小。巴山冷杉次生林土壤碳恢復(fù)潛力為63.4 t·hm-2，固碳速率為1.71 t/(hm2·a)，在不受其它干擾的情況下，土壤碳密度恢復(fù)到采伐前水平共需要約82年。
　　總之，神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度受林分結(jié)構(gòu)、土壤理化特性、凋落物數(shù)量和分解速率，以及采伐等人為因素的共同影響，并隨海拔、坡向、林齡變