秦岭太白山北坡土壤有机碳储量的海拔梯度格局

张彦军,郁耀闯,*,牛俊杰,龚兰兰

1 宝鸡文理学院地理与环境学院,宝鸡 721013 2 宝鸡文理学院陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室,宝鸡 721013 3 太原师范学院汾河流域科学发展研究中心, 晋中 030619

山区大约占全球25%的陆地表面积,其至少拥有全球1/3的陆地生态系统植被物种多样性,并为全球一半的人类提供生活所需的水分[1-2],其较大的海拔梯度为研究环境变化影响生物地球化学循环过程提供了优越的自然条件[3]。森林生态系统是陆地生态系统的主体,是陆地上最大的碳储存库和碳吸收汇[4],森林生物量碳贮量达 283 Gt C,约占全球植被碳储量的 77%,森林土壤的碳贮量约占全球土壤碳储量的 39%[5]。因此,研究山区森林土壤有机碳储量的变化特征及其影响因素对应对未来气候变化具有重要的理论和实际意义。

已有的研究结果表明,在山地生态系统中随着海拔梯度的增加土壤有机碳储量呈现出或者增加[6-7]或者减少[8-9]的趋势,土壤有机碳储量的这种海拔梯度格局可能与植被类型[10]、气候带[11]、土壤理化性质[12]、土壤微环境[12]、土层厚度[10]、土壤微生物群落结构和活性[13]等因素密切相关。除了上述几种因素以外,土层深度也是影响土壤有机碳储量的一个重要因素[14]。例如,在全球尺度上,0—100 cm土层内的SOC储量大约为1502×1015Pg C,而0—200 cm土层内却含有1993×1015Pg C,但是在0—300 cm土层内的SOC储量却高达2344×1015Pg C[15],因此土层深度对土壤有机碳储量的影响不容忽视,这在土层深度受限的山地生态系统中显得尤为重要[6]。在山地生态系统中,土层深度随着海拔梯度的增加呈现出或者减少[16-17]或者增加[6, 18]的趋势,但是在该区域中目前很少有研究在较大海拔梯度下探讨土层深度对土壤有机碳储量的影响[6],这对全面理解山地生态系统的土壤有机碳储量的海拔梯度格局具有限制作用。因此,在山地生态系统中,在已有的研究基础上进一步深入研究土壤有机碳储量的海拔梯度变化特征及其驱动因素对准确估算该区域的土壤碳储量具有重要的理论和实际意义。

秦岭导致我国南北地区在气候、河流、植被、土壤、农业等方面存在显著的差异,是我国南北最重要的地理、地质分界线[19]。太白山作为秦岭的主峰,是我国大陆东部的最高峰 (海拔高度3767 m),由于山体高大,由山麓到山顶有着明显的气候垂直带谱和复杂完整的植被垂直带谱[20-21]。在秦岭太白山上,针对海拔梯度的研究主要集中在植被的垂直分布和群落结构调查[21-22]、叶片光合特性和分解特征研究[23-24]、土壤肥力状况和成土因素调查[19, 25]、土壤有机碳储量和土壤呼吸速率特征等方面的研究[26-27],然而对于土壤有机碳储量的海拔梯度变化特征及其影响因素的研究相对较少。基于此,本研究在秦岭太白山的北坡上,从山麓到山顶海拔高度每隔50 m 设置一个采样点,研究土壤有机碳储量的海拔梯度变化特征及其影响因素,以期为准确估算该区域的土壤有机碳储量提供重要的数据支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

太白山位于陕西省西南部眉县、太白县和周至县三县的交界,最高峰拔仙台海拔高度3767.2 m,垂直落差 3000多米,地跨北纬33°49′01″—34°08′11″,东经107°41′23″—107°51′40″。太白山位于秦岭山脉中段,是秦岭的主峰,也是我国大陆地区中东部第一高峰,其东西长约 61 km,南北宽约 39 km,山体近东西向展布。太白山自然地理位置特殊,居暖温带之南缘,亚热带之北界,冬季受蒙古冷气团的控制,夏季受太平洋副高压带的影响。该地区年平均气温1.8—2.1℃,降雨量 800—900 mm,属大陆性季风气候区。太白山地处中国西北部温带至暖温带的过渡区,四季分明,是典型的内陆季风气候区。太白山海拔梯度大,海拔高度每上升100 m,气温下降约0.21—0.58℃,具有显著的气候垂直地带性差异,由高至低依次为亚寒带、寒温带、温带、暖温带,具体详见表1。

表1 不同气候带特征

太白山是由东太白(拔仙台)、西太白山(鳌山)及其间主脊(跑马梁)和两侧南北延伸的多条支脉构成的组合体,属于褶皱断块高山。受地质构造的控制,太白山北坡极为陡峻,多深切峡谷或嶂谷,由下到上可分为低山区、中山区、高山区三种地貌类型。其中,营头稍南至刘家崖属于黄土覆盖的石质低山区,海拔高度在800—1500 m之间,起伏的地形,具有黄土地貌和石质山地地貌的综合特征,相对高差不大,黄土覆盖；刘家崖至放羊寺属于石质中山区,海拔高度在1500—3000 m之间,以峰岭地貌发育为特征；放羊寺至太白山顶峰是以第四纪冰川地貌为特征的高山区,海拔高度在3000 m以上。

太白山植被类型丰富,植被垂直带谱完整,垂直地带性明显,根据植物群落的外貌、种类组成、群落结构及环境特征,由下向上依次可以分为以下6个植被带[19]：

图1 太白山北坡气候和植被垂直带谱Fig.1 Vertical spectrum of climate and vegetation along an altitude gradient on the northern slope of Taibai Mountain of Qinling

1)低山扰动带

太白山山麓海拔高度约为 600—1000 m 为低山带, 人为扰动较大,农田主要以小麦 (Triticumaestivum)和玉米 (Zeamays)为主,果园以猕猴桃 (Actinidiachinensis)为主,有散生的栓皮栎 (Quercusvariabilis)林和侧柏 (Platycladusorientalis)林,陡坡有栎林、混交林和侧柏林等, 其中栓皮栎林是山地系统较稳定的植物群落, 其群落的均匀度、多样性指数和物种丰富度都比较低。在丘陵农田区常见的散生树木有杨树 (Populusspp.)、刺槐 (Robiniapseudoaca-cia)、柳树 (Salixspp.)、椿树 (AilanthusaltissimaSwingleh)等。

2)锐齿栎林带

本带海拔高度约为1000—2000 m,栎林带在太白山北坡自上而下主要为辽东栎 (Quercuswutaishanica)林、锐齿槲栎 (Quercusalienavar.acuteserrata) 林和栓皮栎 (Quercusvariabilisvar.variabilis)林。辽东栎是一种落叶乔木,喜光,多分布在土层较厚和稍湿润的向阳山坡上,纯林较多,锐齿槲栎和栓皮栎纯林较少。

3)混交林带

本带海拔高度约为2000—2500 m, 是太白山北坡树种最复杂、植被类型最多的地区, 主要植物群落有华山松 (Pinusarmandii)林、栎林和落叶阔叶混交林。

华山松林主要分布在海拔高度1400 m 以上的山地, 有纯林, 也有与辽东栎林组成的混交林。华山松为常绿乔木,喜光、喜温和凉爽湿润的气候,能适应多种土壤,但对土壤水分要求严格,多分布于阴坡、山脊和山顶上。

落叶阔叶混交林分布于本带山谷地区,组成种类复杂,层次较多,且层次之间区分不明显。混交林下有不同高度的乔木和灌木；同时在林缘,尤其是沟边,藤本植物非常丰富。

4)桦木林带

太白山北坡海拔高度约在2300—2600 m 之间, 生长着红桦 (Betulaalbo-sinensis) 林及其变种牛皮桦 (Betulaalbo-sinensisvar.septentrionalis)林。这两种桦树各自组成纯林,上段与巴山冷杉 (Abiesfargesii)交错分布,下段与华山松交错分布。

红桦林多分布在气候温凉湿润、土壤偏酸性、地形起伏剧烈、植物生长立地条件较差的地区。在土壤非常瘠薄的地方,红桦常常被适应性更强的牛皮桦取代,后者是原生裸地上的先锋树种,能形成原生林。影响牛皮桦林分布的主导因子是坡向和海拔高度。

5)高山针叶林带

高山针叶林带主要分布于海拔高度 2500—3300 m 之间,上段为太白红杉 (Larixchinensis)林,下段主要是巴山冷杉 (Abiesfargesii)林。林下灌木有松花竹、蒲乐杜鹃、金背枇杷。与巴山冷杉相伴生的乔木有桦树 (Betulaspp.)及槭树(Acersaccharum)等。太白红杉主要分布在 3000—3300 m 的崩塌陡坡,林下植物较少,以苔草、藓类和地衣为主。

6)高山灌丛草甸

太白山北坡海拔高度在 3300 m 以上即无乔木分布,此界限以上为 20—30 cm 高的矮型或匍匐性高山灌木。头花杜鹃 (Rhododendroncephalanthum) 灌丛是太白山高山灌丛的主要类型,与其相间分布的是高山柳 (Salixcupularis)灌丛和高山绣线菊 (Spiraeaalpina) 灌丛。 灌丛群落中常有禾叶蒿草密生,其覆盖度可达 20%。近山顶多为危崖峭壁,岩石分化崩塌甚烈,在岩石表面缀生许多壳状地衣,在稍有碎土之地,则有枝状地衣 (Cladoniaspp.)。

1.2 测定项目及方法

1.2.1土壤样品的采集

于2016年5月至2016年9月,在太白山北坡上沿着海拔梯度的变化,海拔高度每升高50 m设置一个20 m × 20 m的样地作为采样点,为了保证样地的代表性,减少局地地形条件对土层深度和土壤有机碳积累等因素的影响[6,15],选取的样地尽可能保证坡位、坡向、坡度等地形条件基本接近一致。在每块样地内按S型或对角线法随机选取3—5个能代表整个样地的样点进行土壤样品的采集。用土钻 (内径3 cm)按0 —10 cm、10—20 cm、20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm和80—100 cm (具体采样深度以实际采样为主,不够100 cm的采集到母岩为止) 6个层次分层采集各层土壤样品,装袋、标记编号。在采样的过程中利用GPS定位采样点的海拔高度、地理位置等信息。同时在每个样地内,挖一个深度约为100 cm的土壤剖面 (具体采样深度以实际采样为主,不够100 cm的采集到母岩为止),除去土壤表层的植物体,利用体积约为100 cm3的环刀,按照0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm和80—100 cm分层采集土壤,立即带回实验室进行称重,并计算土壤容重 (环刀法)。由于是土石山区,土壤中肯定含有不少的石粒,本研究中土壤容重的计算包括石粒,如果在采样过程中遇到母岩,则该层次的土壤样品和土壤容重均不采集。

1.2.2样品分析

新鲜样品混合均匀后,在室内进行自然风干,风干样品过0.15 mm筛后,测定 SOC (H2SO4-K2Cr2O7外加热法) 含量 (g/kg),土壤容重的测定利用环刀法。

1.2.3土壤有机碳密度的估算

土壤有机碳密度 (SOCD)利用下列方程进行计算:

(1)

式中,SOCD 是土壤有机碳密度 (kg/m2),SOCi是第i层的土壤有机碳含量 (g/kg),BDi是第i层的土壤容重 (g cm-3),Di是第i层的土层厚度 (m),m是土层的数量。

1.3 统计分析

利用Excel软件进行数据的预处理,利用Sigmaplot软件进行有关基础图件的制作,并用SAS软件的UNIVARIATE plot normal程序包对SOCD数据进行正态分布检验。利用SAS软件对不同海拔梯度、气候带和植被带下的SOCD进行了方差分析 (GLM),当F检验显著时再进行3种海拔梯度 (低山区、中山区和高山区)、4种气候带 (亚寒带、寒温带、温带、暖温带)以及6种植被带 (低山扰动带、锐齿栎林带、混交林带、桦木林带、高山针叶林带和高山草甸带)均值间的 Duncan检验。此外,利用SAS软件的PROC reg 程序包对分析获得的SOCD (y)和土壤理化性质 (x)进行回归分析 (线性和非线性)。

2 结果分析

2.1 SOCD变异的影响因子分析

太白山北坡的SOCD的变化范围为0.24—14.99 kg/m2,均值为2.23 kg/m2,变异系数高达76%,数据接近正态分布 (W=0.8404,N=652,P<0.0001)。进一步的数据分析表明,气候带、山区类型、海拔梯度、土层厚度、气候带和土层厚度的交互作用、气候带与山区类型和土层厚度的交互作用以及气候带与海拔梯度和土层厚度的交互作用均对太白山北坡的SOCD影响显著 (P<0.0001,表2)。

2.2 海拔梯度和土层厚度对SOCD的影响

海拔梯度对太白山北坡的SOCD影响显著,且不同土层厚度的SOCD均呈现出随着海拔梯度的增加而增加的趋势 (图2)。在0—10 cm土层,SOCD从低山区的3.23 kg/m2增加到中山区的3.71 kg/m2和高山区的3.55 kg/m2,分别增加了15%和10%；在10—20 cm 土层,SOCD从低山区的2.03 kg/m2增加到中山区的2.35 kg/m2,增幅达到16%；在20—40 cm土层,SOCD在低山区和中山区分别为3.08 kg/m2和5.78 kg/m2,增加了88% (图3)。

除了海拔梯度以外,土层厚度也是影响SOCD的一个不可忽视的因素。在太白山北坡上,SOCD基本呈现出随着土层厚度的增加而减少的趋势(图2)。SOCD在0—10 cm、10—20 cm、20 —40 cm、40—60 cm、60—80 cm和80—100 cm土层依次为3.41 kg/m2、2.11 kg/m2、3.64 kg/m2、1.83 kg/m2、1.26 kg/m2和1.08 kg/m2,减少幅度分别为68%、49%、70%、41%和14%。

表2 太白山北坡SOCD变异的影响因子方差分析

Q代表气候带,S代表山区分类,H代表海拔梯度,T土层厚度,df代表自由度,SS代表平方和, MS代表均方

图2 海拔梯度对SOCD的影响Fig.2 Effect of altitude gradient on SOCD on the northern slope of Taibai Mountain

2.3 气候带对SOCD的影响

在太白山北坡上,气候带对SOCD的影响显著,且基本呈现出亚寒带大于寒温带大于温带大于暖温带的趋势 (图4)。在0—10 cm土层,SOCD在不同气候带间的差异不显著 (P>0.05),但也呈现出亚寒带 (3.63 kg/m2)>寒温带 (3.42 kg/m2)>温带 (3.39 kg/m2)>暖温带 (3.30 kg/m2)的趋势；在10—20 cm土层,寒温带 (2.24 kg/m2)和温带 (2.13 kg/m2)的SOCD分别是暖温带 (1.86 kg/m2)SOCD的1.20和1.15倍；在20—40 cm土层,寒温带 (6.12 kg/m2)和温带 (3.19 kg/m2)的SOCD依次较暖温带 (2.65 kg/m2)的SOCD提高了131%和20%；在40—60 cm土层,SOCD在暖温带和温带依次为2.12 kg/m2和1.73 kg/m2；在60—100 cm土层,SOCD在暖温带和温带之间的差异不显著。

图3 山区对SOCD的影响 Fig.3 Effect of mountain type on SOCD on the northern slope of Taibai Mountain

图4 气候带对SOCD的影响 Fig.4 Effect of climatic zone on SOCD on the northern slope of Taibai Mountain

2.4 植被带对SOCD的影响

植被带对太白山北坡的SOCD影响显著,在0—10 cm土层,SOCD在低山扰动带 (3.28 kg/m2)、锐齿栎林带 (3.38 kg/m2)、高山针叶林带 (3.30 kg/m2)和高山草甸带 (3.63 kg/m2)之间的差异不明显 (P>0.05),但是与混交林带 (2.83 kg/m2)和桦木林带 (4.13 kg/m2)的差异明显 (P<0.05)；在10—20 cm土层,SOCD在桦木林带最高高达2.46 kg/m2,在低山混交林带最低仅为1.86 kg/m2,而在锐齿栎林带 (2.00 kg/m2)、混交林带 (2.15 kg/m2)和高山针叶林带 (2.23 kg/m2)之间的差异不明显 (P>0.05)；在20—40 cm土层,较低山扰动带的SOCD而言(2.65 kg/m2),锐齿栎林带 (3.06 kg/m2)、混交林带 (3.28 kg/m2)、桦木林带 (4.89 kg/m2)和高山针叶林带 (5.97 kg/m2)的SOCD分别提高了15%、24%、85%和125%；在40—60 cm土层,低山扰动带 (2.12 kg/m2)、混交林带 (2.35 kg/m2)和桦木林带 (2.33 kg/m2)的SOCD分别是锐齿栎林带 (1.42 kg/m2) SOCD的1.49、1.65和1.64倍；在60—80 cm土层,低山扰动带 (1.30 kg/m2)和混交林带 (1.59 kg/m2)的SOCD依次较锐齿栎林带 (1.18 kg/m2)的SOCD提高了10%和35%；在80—100 cm土层,混交林带 (1.52 kg/m2)的SOCD分别是低山扰动带 (0.99 kg/m2)和锐齿栎林带 (1.04 kg/m2)SOCD的1.54和1.46倍。

图5 植被带对SOCD的影响Fig.5 Effect of vegetation zone on SOCD on the northern slope of Taibai Mountain

2.5 土层深度对SOCD的影响

在太白山北坡上,随着海拔梯度的增加,土层深度发生了显著的改变 (P<0.05),平均从低山区的78 cm,减少到中山区的33 cm,然而在高山区仅有10 cm,减少幅度分别达87%和70% (图6)。随着土层深度的改变,总SOCD随着海拔梯度的增加呈现出减少的趋势 (P<0.05),且在低山区 (35.45 kg/m2)和中山区 (28.84 kg/m2)的总SOCD分别较高山区 (12.29 kg/m2)的总SOCD减少了65%和57% (图6)。但是,相应的单位土层深度上的SOCD却呈现出增加的趋势,从低山区的0.51 kg/m2,增加到中山区的0.87 kg/m2,进而增加到高山区的1.23 kg/m2,增加幅度依次为141%和41% (图6)。

图6 海拔梯度对土层深度和SOCD的影响Fig.6 Effect of altitude gradient on soil depths and SOCD on the northern slope of Taibai Mountain

土层深度、总SOCD和单位土层深度上的SOCD在不同植被带下也具有类似的变化规律,土层深度在低山扰动带下平均90 cm、在锐齿栎林带下平均为80 cm、在混交林带下平均为66 cm、在桦木林带下平均为38 cm、在高山针叶林带下平均为24 cm、而在高山草甸下仅有10 cm,降低幅度分别高达89%、88%、85%、74%和58%。与此相对应的,总SOCD在不同植被带下呈现出减少的趋势,且总SOCD在低山扰动带下平均为40.75 kg/m2、在锐齿栎林带下平均为34.41 kg/m2、在混交林带下平均为33.25 kg/m2、在桦木林带下平均为30.69 kg/m2、在高山针叶林带下平均为20.93 kg/m2,而在高山草甸下平均仅为14.50 kg/m2。但是,单位土层深度上的SOCD在不同植被带下却呈现出增加的趋势,且SOCD在低山扰动带下、锐齿栎林带下、混交林带下、桦木林带下、高山针叶林带下和高山草甸下平均依次为0.48 kg/m2、0.51 kg/m2、0.55 kg/m2、0.86 kg/m2、0.91 kg/m2和1.45 kg/m2,增加幅度分别为6%、15%、79%、90%和202%。

3 讨论

本研究结果表明,在太白山北坡上,随着海拔梯度的增加SOCD呈现出增加的趋势 (y=0.001x+0.52,R2=0.51,P<0.0001),这与已有的研究结果基本相类似[6-7]。随着海拔梯度的改变 (800—3800 m),土壤微气候、植被带、土壤理化性质也会发生相应的改变,而这些因素均会对SOCD产生影响[3, 10, 12]。研究结果表明,太白山北坡上的SOCD在不同气候带下呈现出亚寒带>寒温带>温带>暖温带的趋势,这是因为不同气候带下的土壤微环境差异明显,例如年平均土壤温度在四个气候带下依次为0.22 ℃、2.78 ℃、8.21℃、13.72 ℃,而较低的土壤温度可能通过降低土壤微生物活动而有利于土壤有机质的积累[28-29]。此外,太白山北坡上的SOCD因植被带差异明显,而植被主要通过凋落物的输入 (地上和地下)和凋落物的生化性质 (木质素含量和碳氮比等因素)两个方面影响土壤有机碳的积累[30-32],且进一步研究发现,SOCD与地上部凋落物现存量呈现出抛物线关系 (y=-0.00005x2+0.09x-1.69,R2=0.89,P<0.05)。气候带和植被带的改变必然会导致土壤的理化性质也会发生相应的改变 (粘粒含量、土壤容重、土壤温度等因素),而这些因素对SOCD的影响不容忽视[33]。通过对数据的进一步挖掘发现,太白山北坡上的SOCD与土壤粘粒含量 (y=48.28x+2.22,R2=0.70,P<0.001)、土壤pH (y=22.34x-105.53,R2=0.41,P<0.05)、土壤容重 (y=20.17x+12.22,R2=0.89,P<0.01)、土壤温度 (y=1.87x+17.36,R2=0.90,P<0.0001)均呈线性关系,这与已有的研究结果相类似[33-34]。

除了海拔梯度、气候带、植被带、土壤理化性质以外,土层厚度和土层深度也是影响SOCD的一个重要因素。在本研究中,SOCD基本呈现出随着土层厚度的增加而减少的趋势 (图2),且降低幅度高达14%—70%,这与已有的研究结果相类似[30,35]。SOCD在不同土层厚度下的分布特征可能与地下根系凋落物[30]、土壤微生物群落结构[36]、土壤水分含量[17]、土壤温度[17]以及土壤养分含量[17]在土壤剖面中的分布特征密切相关。例如,在砖窑沟小流域内,有研究发现地下根系生物量随着土层厚度的增加呈现出减少的趋势,平均有超过64%的地下根系生物量分布在0—40 cm土层,而仅有36%的地下根系生物量分布在40—100 cm土层[30]。

在太白山北坡上,随着海拔梯度的增加土层深度呈现出减少的趋势,平均从低山区的78 cm,减少到中山区的33 cm,然而在高山区仅有10 cm,减少幅度分别达87%和70% (图6),这与已有的研究结果相类似[16-17, 37]。例如,在鼎湖山自然保护区内,土层深度的分布范围大概为18—105 cm,集中分布于45—80 cm,且土层深度最低分布在海拔高度最高的地点,仅有20—60 cm,土层深度最高的分布在山脚 (海拔高度最低),高达45—100 cm,基本呈现出随着海拔梯度的增加而减少的趋势[37]。与此相对应,总SOCD随着海拔梯度的增加呈现出减少的趋势,平均总SOCD在中山区和高山区分别减少了65%和57%,但是单位土层深度上的SOCD却呈现出增加的趋势,平均单位土层深度上的SOCD在高山区和中山区分别增加了141%和41% (图6),因此在土层深度受限的土石山区土层深度对土壤有机碳储量的影响不容忽视[6]。例如,在全球尺度上,土壤有机碳储量在0—300 cm土层内 (2344×1015Pg C)分别是在0—200 cm土层 (1993×1015Pg C)和0—100 cm 土层内 (1502×1015Pg C)的1.2倍和1.6倍[15],这一结论也间接证明了土层深度在估算土壤有机碳储量的重要性[14]。

土层深度受局地地形条件(坡度、坡向、地形部位)影响显著[38],例如张文太课题组以新疆的草地生态系统为研究对象,利用GIS技术和相关分析的方法,探讨了海拔高度、坡度、坡向、平面曲率和剖面曲率等5个地形特征参数与土层深度之间的相关性,研究结果表明在塔里木盆地的北部,海拔高度、坡度和坡向与土层深度相关关系均为极显著水平 (P<0.01)[39]。此外,土层深度的这种异质性可以通过土壤水分、土壤养分以及地下空间可利用性等方面对地上植物群落的物种组成和分布产生直接影响[40],从而影响土壤有机碳储量的空间分布特征[30]。不同海拔梯度下,土层深度与土壤有机碳储量之间的关系可能与不同土层深度内的地下根系凋落物量、土壤微生物群落结构和土壤养分含量等因素的数量差异有关：1) 地下根系凋落物量[35],例如在黄土高原丘陵沟壑区的灌木、乔木、灌草以及草本植被下研究发现,地下根系凋落物量随着土层深度的增加呈现出对数减少的趋势 (P<0.05),且在灌木植被、乔木植被、灌草植被以及草本植被下,表层 (0—20 cm)的细根凋落物量占剖面 (0—100 cm)根系凋落物量的比例依次为65%、63%、62%和81%[41]；2) 土壤微生物的群落结构[42],例如在黄土高原的人工刺槐林内,土壤微生物数量 (放线菌、真菌和细菌)均随着土层深度的增加而呈现出增加的趋势,且表层 (0—20 cm) 放线菌的数量分别是中层 (20—50 cm)和底层 (50—90 cm)放线菌数量的3倍和24倍,表层真菌的数量分别是中层和底层真菌数量的2倍和7倍,表层细菌的数量分别是中层和底层细菌数量的18倍和185倍[36]；3) 土壤养分含量,例如在莽山国家森林公园的常绿阔叶林生态系统中,底层 (60—100 cm)的水解氮、有效磷和有效钾占整个剖面的 (0—100 cm)的比例依次50%、45%和91%[43]。除了上述的地下根系凋落物量、土壤微生物群落结构和土壤养分含量以外,不同土层深度内的土壤温度[16]、土壤水分含量[17]以及土壤氧气浓度[36]的差异也可能导致不同土层深度内的土壤有机碳储量不同,但具体原因有待我们作进一步的试验进行论证。

4 结论

太白山北坡上SOCD的变化范围为0.24—14.99 kg/m2,均值为2.23 kg/m2,变异系数高达76%,且SOCD呈现出随着海拔梯度的增加而增加的趋势。太白山北坡上SOCD的海拔梯度格局与气候带、植被带、土壤理化性质、土层厚度等因素有关。此外,在太白山北坡上土层深度和总SOCD随着海拔梯度的增加呈现出减少的趋势,但是单位土层深度上的SOCD却呈现出增加的趋势。上述研究结果对准确估算土石山区的土壤碳储量具有重要的理论和实际意义。

致谢：感谢王阳妮、张瑜、封旭升对采样和试验给予的帮助,感谢张蓓蓓教授对写作的帮助。