凤阳山不同植被恢复方式对土壤有机碳及其组分的影响1)

张勇　胡海波　　　王增　高海力　　　 黄玉洁　　　　刘胜龙

(南京林业大学，南京,210037)　　(浙江省林业生态工程管理中心)　　(浙江省林业科学研究院)　　(浙江凤阳山自然保护区)

植被恢复过程是环境与植被相互作用协同演变的过程，这其中植物组成和群落结构将发生改变[1]，同时土壤性质特别是土壤有机碳也会同步发生变化[2]。土壤有机碳不仅起到维持土壤结构的功能，而且还很大程度上决定着养分的有效性[3]。当前在全球气候变化的大背景下，森林土壤有机碳已成为全球碳循环研究的热点之一。不同植被恢复方式因凋落物及根系的生物量、化学成分和分解速率不同，对土壤有机碳影响也不同。易氧化有机碳是土壤有机碳中稳定性较差和周转较快的组分[4]，也是微生物活动的重要能源和养分的潜在来源，可用于反映土壤有机碳的早期变化[5]。另外，要准确估算土壤有机碳的收支状况和固定机制，还应考虑那些性质不易变化的稳定态有机碳，其能保持几十年不变，主要通过化学键被固定在土壤团聚体内[6]。

调查结果显示，浙江凤阳山国家级自然保护区原生地带性常绿阔叶林遭受过大规模“判青山”毁林破坏，现存的人工林是由植被破坏后种植的杉木、柳杉等针叶树种形成，同时还存在大面积通过自然飞籽传播形成的黄山松针阔混交林和自然恢复形成的次生常绿阔叶林。上述植被恢复方式在浙江、福建、江西等我国东部中亚热带地区广泛分布，具有一定的典型性和代表性。本研究通过对凤阳山4种典型植被恢复方式的土壤总有机碳、易氧化有机碳及稳定态有机碳等进行分析，掌握不同植被恢复方式下土壤有机碳库的变化特征，为区域森林土壤固碳和养分管理提供科学依据。

1　研究区概况

研究区设在浙江省龙泉市凤阳山国家级自然保护区(27°46′N～27°58′N、119°6′E～119°15′E),该区属于武夷山脉东伸的洞宫山系。保护区属亚热带湿润季风气候，雨量充沛，四季分明。年均气温12.3 ℃，年均降水量2 438.2 mm，雨季集中在4—6月份。土壤为黄壤，质地为中壤土，土层厚度一般为60～80 cm。

2　材料与方法

2.1　样地设置

根据研究需要，在石梁岙采样点选择常绿阔叶林与杉木林2种对比植被恢复方式；在凤阳湖采样点选择针阔混交林与柳杉林2种对比植被恢复方式。每种植被恢复方式内均设置3个20 m×20 m的重复固定样地，共计12个固定样地，对各样地进行植物本底调查(见表1)。

由于相对比的植被恢复方式位于同一采样点(保证了气候、立地条件及恢复前林分等影响因素基本一致)，并且恢复时间相同，同时在恢复过程中也未受到强烈的人为干扰破坏，排除了林分树种之外的其他因素的影响，从而使对比方式内的植被在基本相同的条件下进行恢复演替。

2.2　土壤采样

于2013年7月，在每个固定样地内按0

2.3　测定方法

土壤总有机碳采用重铬酸钾外加热氧化-硫酸亚铁滴定法[7]；易氧化有机碳采用KMnO4溶液比色法[8]；稳定态有机碳采用Na2S2O8氧化法测定[9]。

单位面积土壤总有机碳储量(kg/m2)计算公式如下[10]：

土壤总有机碳储量=总有机碳质量分数×土壤密度×土层厚度×(1-大于2 mm石砾所占体积百分比)。

某一土壤剖面单位面积总有机碳储量为该剖面各层总有机碳储量之和。

测定结果运用SPSS Statistics 17.0进行方差分析。

表1　不同植被恢复方式林分的基本情况

3　结果与分析

3.1　土壤总有机碳的变化特征

3.1.1土壤总有机碳质量分数

由表2可见，不同植被恢复方式土壤各层总有机碳质量分数介于5.49～13.93 g/kg，最大值为柳杉林的0

3.1.2土壤总有机碳储量

由表3可见，在石梁岙，常绿阔叶林0

表2　不同植被恢复方式土壤总有机碳质量分数的变化

注：表中数值为平均值±标准差。

表3　不同植被恢复方式土壤单位面积总有机碳储量的变化

3.2　土壤易氧化有机碳的变化特征

由表4可见，不同植被恢复方式土壤各层易氧化有机碳质量分数介于477.98～1 618.92 mg/kg，最大值为针阔混交林的0

表4　不同植被恢复方式土壤易氧化有机碳质量分数

注：表中数值为平均值±标准差。

3.3　土壤稳定态有机碳的变化特征

由表5可见，不同植被恢复方式土壤各层稳定态有机碳质量分数介于0.85～2.36 g/kg，最大值为柳杉林的0

表5　不同植被恢复方式土壤稳定态有机碳质量分数

注：表中数值为平均值±标准差。

4　结论与讨论

4.1　不同植被恢复方式对土壤总有机碳的影响

同一采样点2种植被恢复方式，土壤总有机碳质量分数在0

单位面积土壤总有机碳储量的一个极其重要的指标，其以土体体积为基础来计算，排除了面积的影响[16]。不同植被恢复方式0杉木林，柳杉林>针阔混交林，这与总有机碳质量分数的变化趋势一致，主要是因研究区土壤总有机碳储量大小取决于总有机碳质量分数，密度和石砾含量在不同植被恢复方式间差别不大。解宪丽等[17]报道的全国单位面积森林土壤总有机碳储量平均水平为11.59 kg/m-2，而周玉荣等[18]报道的我国森林土壤总有机碳储量平均水平为19.34 kg/m-2。本研究与上述结果均差别较大，一方面土壤总有机碳质量分数在地域上具有很高的空间变异性，另一方面取样土层深度(解宪丽等的取样深度为100 cm)的不同对单位面积土壤总有机碳储量产生至关重要的影响。但凤阳山研究区的常绿阔叶林、杉木林、针阔混交林和柳杉林0

4.2　不同植被恢复方式对易氧化有机碳的影响

常绿阔叶林0

4.3　不同植被恢复方式对稳定态有机碳的影响

研究土壤稳定态有机碳有利于了解土壤碳固定的机制，可以根据不同形态碳的机理灵活调节土壤活性和稳定态有机碳之间的组分平衡。关于这部分碳的研究目前国内较少见报道，本研究发现常绿阔叶林、柳杉林的稳定态有机碳质量分数总体上高于同一采样点的杉木林、针阔混交林，这与土壤总有机碳的规律基本保持一致，但与柳杉林和针阔混交林的易氧化有机碳的大小关系相反。这说明相比杉木林，常绿阔叶林不但增加了土壤总有机碳质量分数，易氧化有机碳和稳定态有机碳也在同步增加；而相比针阔混交林，稳定态有机碳对柳杉林的土壤储碳功能贡献作用更大，柳杉林根系及土壤微生物对有机碳转化为可利用活性有机碳的能力不及针阔混交林。随着土层的加深，各植被恢复方式土壤稳定态有机碳质量分数均呈逐渐降低的趋势，这与王纪杰等的研究结果一致[6]。