中北亞熱帶3種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積特征及土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性.pdf

1、森林植被碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的重要組成部分，森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫是森林植物碳庫的2～3倍，是森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫的主要組成部分.人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳蓄積對減緩全球氣候變暖具有重要作用。本研究選擇中亞熱帶地區(qū)四種典型樹種：杉木林、濕地松、毛竹林人工林和次生闊葉林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，通過研究樹種和恢復(fù)時(shí)間對植物碳庫和土壤碳庫的大小、土壤團(tuán)聚體及其有機(jī)碳分布特征的影響，揭示中亞熱帶四種典型樹種碳密度的時(shí)空動態(tài)，探討了林地土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性及其機(jī)理

2、，估算了浙江省人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量。主要結(jié)果如下：
　　 (1)有機(jī)碳含量在不同樹種和恢復(fù)時(shí)間下各土壤層之間的差異主要表現(xiàn)在0～10cm和10～30cm土層。不同樹種主要表現(xiàn)為次生林＞杉木林30a＞毛竹林＞濕地松30a(p＜0.05)；不同恢復(fù)時(shí)間下，杉木林土壤有機(jī)碳含量隨恢復(fù)時(shí)間增加而增加，而濕地松林則表現(xiàn)為降低的趨勢，杉木/濕地松10年林齡和30年林齡差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)。
　　 除毛竹林外，有機(jī)碳密度在

3、杉木、濕地松和次生林不同樹種和不同恢復(fù)時(shí)間的土壤剖面層次上基本表現(xiàn)為隨土層深度增加而下降的趨勢，且土壤碳密度主要集中在土壤表層(0～30cm)。除濕地松20a和毛竹林土壤外，杉木不同恢復(fù)時(shí)間、濕地松不同恢復(fù)時(shí)間和次生林0～30cm土壤有機(jī)碳密度占土壤總貯量的50％以上。0～100cm土層有機(jī)碳密度大小表現(xiàn)為：濕地松10a＞杉木30a＞次生林＞濕地松20a＞毛竹林10a＞杉木20a＞杉木10a＞濕地松30a.
　　 (2)不同樹種

4、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布差異主要集中在＞5mm和2～5mm，在其他粒徑級別差異不明顯；1～2mm土壤團(tuán)聚體和0.25～0.5mm土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的增加對土壤總有機(jī)碳積累的影響最為突出。＞0.25mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和MWD值大小依次是次生林＞杉木林＞濕地松、毛竹林，說明土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性人工林比次生林低，人工林經(jīng)營強(qiáng)度越大，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越差，不同樹種和恢復(fù)時(shí)間下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳含量都隨粒徑減小而增加。土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的差異主要集

5、中在0～10cm，不同樹種各粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳從大到小依次是次生林＞杉木林30a＞濕地松30a＞毛竹林；杉木不同恢復(fù)時(shí)間下表現(xiàn)為杉木30a＞杉木10a＞杉木20a;濕地松不同恢復(fù)時(shí)間下表現(xiàn)為濕地松20a＞濕地松10a＞濕地松30a.
　　 微生物量碳和易氧化有機(jī)碳在不同樹種下分布大小與總有機(jī)碳的規(guī)律相似，在0～30cm土層，表現(xiàn)為次生林〉杉木林30a＞濕地松30a＞毛竹林，但各樹種之間并無顯著差異。各活性碳組分分配比例大小為毛竹林

6、＞濕地松30a＞次生林＞杉木林30a，表明土壤活躍有機(jī)碳庫穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱依次為：杉木林30a＞次生林＞濕地松30a＞毛竹林。輕組有機(jī)碳含量0～30cm土層表現(xiàn)為，毛竹林＞杉木林30a＞濕地松30a＞次生林，兩兩之間差異不顯著。從土壤輕組有機(jī)碳分配比例來看，次生林和杉木林土壤輕組有機(jī)碳對土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)較大，濕地松和毛竹林較??；不同樹種土壤顆粒有機(jī)碳及分配比例都表現(xiàn)為次生林＞杉木林＞濕地松＞毛竹林，土壤顆粒有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例人工林約

7、為23.4～37.0％，次生林則高達(dá)72.75％，表明人工林轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯そ?jīng)濟(jì)林后，將會導(dǎo)致土壤顆粒有機(jī)碳含量急劇下降，土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性降低。研究表明，顆粒有機(jī)碳比輕組有機(jī)碳更能代表森林土壤碳庫的中慢變庫。
　　 (3)對土壤有機(jī)碳與其他化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)的分析表明，杉木、濕地松人工林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳與全量氮、磷，以及速效態(tài)氮、磷、鉀都具有顯著的相關(guān)關(guān)系。毛竹林生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)碳與全氮、全磷的相關(guān)性為顯著水平，但由于毛竹人工經(jīng)營強(qiáng)度大，施

8、肥，翻耕等管理措施，直接改變土壤速效態(tài)養(yǎng)分構(gòu)成，使得毛竹林土壤有機(jī)碳與速效態(tài)氮、磷、鉀的相關(guān)性不顯著。相比杉木、濕地松和毛竹林生態(tài)系統(tǒng)而言，次生林受外界的干擾最小，為自然恢復(fù)演替過程，土壤養(yǎng)分主要來源于自生生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)次生林土壤有機(jī)碳與全氮、速氮、速磷和速鉀的相關(guān)系數(shù)在所有林分類型中最高，相關(guān)性也最好。
　　 (4)對不同樹種和恢復(fù)時(shí)間下植物碳密度的研究表明，杉木林和濕地松林喬木層碳密度顯著大于毛竹林和次生林，在各器官中，濕地

9、松林樹干、樹枝和樹根均顯著大于毛竹林和次生林，杉木林樹干也顯著大于毛竹林和次生林；次生林各器官中除地下樹根碳密度顯著大于毛竹林地下部分外，其他差異均不顯著。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，濕地松林和次生林喬木層地下碳密度相對較大，均在25％以上，而杉木林和毛竹林則相對較低，均在15％以下。在杉木林和濕地松林中發(fā)現(xiàn)，隨著恢復(fù)時(shí)間的增加，林下灌草層、枯落物層的生物量及碳密度逐漸增加。
　　 對有機(jī)碳的不同分庫而言，枯落層有機(jī)碳密度最低，為1.95～8.8

10、2 t·hm-2。植物層和1m土層土壤有機(jī)碳密度分別為40.78～120.43t·hm-2和53.0～138.4 t.hm-2，其碳密度要明顯高于枯落物層，土壤碳庫具有更大的固碳潛力，1m土層有機(jī)碳密度總體高于植物層和枯落層碳密度之總和。對不同林分而言，地上層碳密度（植物層+枯落物層）從高到低分別為濕地松30a，濕地松20a，杉木30a，杉木20a，次生林，濕地松10a,毛竹林和杉木10a，1m土層有機(jī)碳密度表現(xiàn)為濕地松10a＞杉木30

11、a＞次生林＞濕地松20a＞毛竹林＞杉木20a＞杉木10a＞濕地松30a。林分總碳密度（地上部分+lm土層）表現(xiàn)為：杉木30a＞濕地松20a＞次生林＞濕地松10a＞杉木20a＞濕地松30a＞毛竹林＞杉木10a.
　　 杉木各土層碳密度與植物層和枯落物層碳密度呈正相關(guān)關(guān)系，且1m土層碳密度與植物層和枯落物層碳密度相關(guān)關(guān)系達(dá)到顯著性水平；而濕地松林則表現(xiàn)為相反的趨勢。毛竹林1m土層有機(jī)碳密度與植物層和枯落層碳密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但都沒有

12、達(dá)到顯著性水平。次生林各土層有機(jī)碳密度與植物碳密度的關(guān)系則更為復(fù)雜。
　　 (5)根據(jù)浙江省森林資源清查資料，估計(jì)了浙江省杉木、毛竹、濕地松林3種人工林生態(tài)系統(tǒng)和對照次生林的總碳儲量。結(jié)果表明，不同類型生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量大小表現(xiàn)為，次生林＞杉木林＞毛竹林＞濕地松林，不同恢復(fù)時(shí)間杉木林碳儲量表現(xiàn)為成熟林＞中齡林＞幼齡林。4種生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量1.0457 PgC，各層碳儲量大小排序?yàn)橥寥缹樱締棠緦樱究萋鋵樱竟嗖輰?，分別占總碳儲量的60