黔中地区森林土壤轻组有机碳的空间分布

黔中地区森林土壤轻组有机碳的空间分布

土壤中的有机碳是一种稳定、长期的碳源材料，其中大部分是植物生长所必需的各种养分。这是土壤肥力测量的重要指标之一。轻组和重组有机碳是对土壤有机碳进行密度分组的结果,土壤轻组有机碳是指土壤密度组分中比重小于1.6g/cm3的部分,主要包括处于不分解阶段的植物残体、小动物和微生物,主要成分为正在分解中的动植物残体、菌丝体、孢子、单糖、多糖和半木质素等。土壤轻组有机碳是土壤生物调节过程中的重要基质和土壤肥力的指标。目前,在不同的土壤类型中轻组有机碳的分配比例也各不相同,耕地土壤中轻组有机碳含量为10%～20%,在湿地土壤中表层轻组有机碳含量占5%-15%,在草地土壤中表层轻组有机碳含量可达20%,在森林生态系统中不同的植被其轻组有机碳所占的比例也各不相同,表层土壤可达30%以上。目前国内对土壤轻组有机碳的研究主要集中于不同施肥处理对土壤轻组有机碳含量的影响方面。有关不同土地利用变化对土壤轻组有机碳分布的研究较少。有关黔中地区不同森林类型土壤轻组有机碳的研究尚未见报道。本研究以黔中地区3种森林植被下土壤为研究对象,研究不同森林类型对土壤轻组有机碳的影响,为揭示人类经营活动对森林碳吸存能力提供理论基础。1材料和方法1.1沙页岩土壤、林分类型在贵州省林业科学研究院试验林场、扎佐林场设置2个样地。林场位于黔中腹地,属亚热带季风湿润气候区,气候温和,雨量充沛、水热同季,平均气温15.8～19.1℃,年降雨量1150～1659mm,无霜期269～331d,土壤以沙页岩发育的黄壤为主。试验地林分为阔叶林、马尾松(PinusmassonianaLamb)林、杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.]林,阔叶林主要由冬青(IlexpurpureaHassk.)、香樟[Cinnamomumcamphora(L.)Presl.]等构成,平均胸径13.5cm。马尾松林、杉木林平均胸径分别为14.6、15.7cm。1.2土壤有机碳的测定采样时间:2011年4月、8月、10月分别在2个样地取样。取样方法:选择立地条件基本一致的马尾松林、杉木林、阔叶林,每个类型林地取3个20m×20m重复样地,在标准样地内采用“S”形布点挖土壤剖面5个,并按照0～15cm、15～30cm、30～50cm、>50cm进行分层取样,相同层次土样混合均匀。样品制备:土壤样品带回实验室后风干、去杂,部分过0.25mm筛供土壤有机碳的分析,部分过2mm筛供土壤轻组有机碳测定。测定方法:土壤有机碳的测定采用重铬酸氧化-外加热法。土壤轻组有机碳测定方法:取过2mm筛的风干土样5.00～10.00g,放入25mL的ZnCl2(1.80g/cm3)重液中,振荡18h,然后用真空管吸取悬浮部分,用3号沙芯漏斗过滤。把漏斗上沙芯在65℃下烘干24h后称量。计算烘干沙芯质量占总土壤样品比例,取部分样品用于分析有机碳含量。根据分析结果,计算轻组中有机碳在整个样品中的含量,以轻组有机碳含量值除以土壤总有机碳含量得到轻组有机碳(LFOC)比例。1.3处理数据运用Excel和DPS统计软件进行数据分析。2结果与分析2.1林分类型中各层人工林土壤有机碳的分布规律土壤有机碳是土壤质量重要的构成因素,一般认为土壤有机碳含量与土壤质量存在正相关关系,可以用土壤有机碳来作为衡量土壤质量的一个指标。由图1可知,不同林分类型土壤有机碳含量在土壤剖面上的变化趋势相同,随土壤深度的加深土壤有机碳含量减少,变化趋势为0～15cm>15～30cm>30～50cm>50～60cm。不同林分类型土壤有机碳含量在土壤剖面上的分布存在差异,阔叶林土壤有机碳含量随土层加深变化幅度较大,从0～15cm至50～60cm下降了72.8%,而马尾松林和杉木林随土层加深的变化幅度较小,分别下降了65.5%、67.9%。0～60cm土层内阔叶林、马尾松林和杉木林3种林分间的土壤有机碳含量有显著差异,阔叶林的有机碳含量是马尾松林和杉木林的1.09倍、1.16倍。3种林分有机碳0～15cm土层差异达显著水平,该层阔叶林有机碳含量是马尾松林和杉木林的1.16倍、1.24倍。15～60cm土层内,3种林分土壤有机碳差异不显著。2.2种林分土壤表层和土壤轻组有机碳的变化森林土壤轻组有机碳在土壤剖面分布的差异主要与不同土层植被根系分布、生物活动等有关。3种林分土壤轻组有机碳均明显随土壤深度的增加而降低(图2),阔叶林50～60cm层比0～15cm层下降了90.7%,马尾松林50～60cm层比0～15cm层下降了87.1%,杉木林50～60cm层比0～15cm层下降了86.8%,土壤表层轻组有机碳含量显著高于其他土层含量,差异主要与林地凋落物和根系分布特征有关,林地每年大量凋落物归还地表形成一定数量的枯枝落叶层,增加了土壤的轻组有机碳,形成土壤表层较高的轻组有机碳。0～60cm土层内阔叶林、马尾松林和杉木林3种林分间的土壤轻组有机碳含量均有显著差异,阔叶林的轻组有机碳含量是马尾松林和杉木林的1.27倍、1.40倍。3种林分轻组有机碳0～30cm土层差异达极显著水平,以0～15cm土层差异最大,该层阔叶林轻组有机碳含量是马尾松林和杉木林的1.48倍、1.54倍。15～30cm土层内,3种林分土壤轻组有机碳差异显著。在30～60cm土层内,3种林分土壤轻组有机碳差异不显著。2.3不同林分的轻组有机碳分配比例3种林分0～60cm土层中,土壤轻组有机碳分配比例顺序为阔叶林>杉木林>马尾松林,阔叶林的轻组有机碳含量是马尾松林和杉木林的1.10倍、1.16倍。由表层向底层,阔叶林的轻组有机碳分配比例在8.95%～26.43%,杉木林的轻组有机碳分配比例在8.52%～20.77%,马尾松林的轻组有机碳分配比例在7.95%～21.26%,3种林分的轻组有机碳分配比例在土壤剖面上的分布规律均表现为随着土层深度的增加,分配比例逐渐减少(图3)。这与李月梅等对不同土地利用方式对高寒草甸有机碳及其组分的研究结果相似。3不同林分型林分土壤轻组有机碳含量的差异土壤有机碳是土壤养分的重要组成部分,也是生态系统中极其重要的因子,其含量的多少会影响土壤中微生物的数量、凋落物的分解速率和养分的长期积累。土壤有机碳含量主要取决于土壤温度、水分和植物、微生物及各因素的相互作用,此外,地上植被的生物量、根系分布、物种组成、枯枝落叶的输入量和分解率对土壤碳的含量都有影响。本研究结果表明,0～60cm土层内阔叶林的有机碳含量是马尾松林和杉木林的1.09倍、1.16倍,与前人的研究结果相似,可能是由于阔叶树枯落物一般较易于分解,而马尾松、杉木的地表枯落物较少且分解较慢,对土壤有机物质的贡献较少,导致土壤有机碳含量较低。轻组有机碳是土壤有机碳易于改变的部分,易受到植被类型、土地利用变化和枯枝落叶层及其分解的影响,土壤轻组有机碳可以作为土壤有机碳库变化的敏感指标和土壤肥力演变的指标,3种林分