祁连山康乐林区4 种植被带0～40 cm 土层有机碳变化特征

魏淑莲

（肃南裕固族自治县自然资源局，甘肃肃南734000）

康乐林区位于祁连山中段北麓，森林面积3.10 万hm2，是祁连山中段重要的生态保护区[1]。目前由于超载过牧，草地退化，水资源涵养调蓄能力削弱，森林面积锐减[2，3]。植被带是生态系统的重要组成部分，其有机碳储量的变化影响着陆地生态系统碳收支平衡[4]。因此，研究祁连山康乐林区不同植被带有机碳变化特征对保护祁连山生态环境具有重要的意义。有关祁连山植被、土壤和放牧对土壤碳和理化性质变化特征报道的文献较多[5-15]，而祁连山康乐林区4 种植被带0～40 cm 土层有机碳变化特征目前未见文献报道，本文以祁连山康乐林区4 种植被带为研究对象，旨在探索有机碳变化特征，为祁连山康乐林区生态环境保护提供技术支撑。

1 研究地点概况与研究方法

1.1 研究地点概况

研究地点位于祁连山康乐林区（东经99°42′～100°11′、北纬 38°41′～59°44′），森林面积3.10 万hm2[16]，日照时数2 200 h，日辐射总量110.21 kW/m2，年均气温3.60℃。代表性植物有青海云杉(Picea crassifolia)、祁连圆柏(sabina przewalskii)、山杨(Populus davidiana)、金露梅(Potentillafruticosa)、银露梅（Potentilla grabra）、苔草（Carex tristachya）、高山蒿草（Artemisia umbelliformis）、高山绣线菊（Spiraea alpina Pall）。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集方法 2019 年7 月在祁连山康乐林区选择山地森林草原带、亚高山灌丛带、高山荒漠草甸草原带和山地荒漠草原带阴坡为4 个样品采集区，在采集区内设置50 m×50 m 的样方，每个样方按照对角线采样方法，选取5 个样点（重复5 次），从地表垂直向下挖掘剖面，每个剖面点按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 和 30～40 cm 间距自下而上逐层采集土样各4 kg，用4 分法带回1 kg 混合土样，风干过1 mm 筛测定有机碳，样品采集区基本情况见表1。

1.2.2 测定项目及方法 有机碳测定采用重铬酸钾氧化——外加热法；土壤有机碳储量（t/hm2）按公式（土壤有机碳储量＝[有机碳密度（kg/hm2）×10 000(m2÷1 000)]求得[17]；土壤有机碳密度（kg/m2）按公式有机碳密度= [土壤有机碳含量（g/kg）×土壤容重（g/cm3）×采样深度（cm）×0.01]求得[18]。

1.2.3 数据处理 采用Excel 2003 和SPSS 统计软件进行数据统计分析，不同土层土壤特性的差异显著性采用多重比较，LSR 检验。

2 结果与分析

2.1 有机碳变化特征

由表2 可知，山地森林草原带0～40 cm 土层有机碳含量是亚高山灌丛带、高山荒漠草甸草原带和山地荒漠草原带的1.42 倍、1.74 倍和4.11 倍。4 种植被带不同土层有机碳含量均随着土壤剖面垂直深度的增加而递减，但不同植被带减少的程度不同，山地森林草原带 10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm 与0～10 cm 土层比较，有机碳降低17.33%、33.70%和59.87%（P＜0.01）；亚高山灌丛带降低 29.28%、50.06%和67.84%（P＜0.01）；高山荒漠草甸草原带降低 29.79%、57.19%和 71.84%（P＜0.01）；山地荒漠草原带降低17.36%、33.67%和59.85%（P＜0.01）。

2.2 有机碳密度变化特征

由表2 可知，山地森林草原带0～40 cm 土层有机碳密度均值是亚高山灌丛带、高山荒漠草甸草原带和山地荒漠草原带的1.33 倍、1.59 倍和3.38 倍，究其原因与有机碳有关，有机碳含量越高，有机碳密度越大。4 种植被带不同土层有机碳密度均随着土壤剖面垂直深度的增加而降低，山地森林草原带10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm 与 0～10 cm 土层比较，有机碳密度降低9.79%、17.31%和38.95%（P＜0.01）；亚高山灌丛带降低23.41%、35.89%和53.32%（P ＜0.01）；高山荒漠草甸草原带降低27.31%、45.52%和 59.97%（P＜0.01）；山地荒漠草原带降低15.75%、31.16%和 56.51%（P＜0.01）。山地森林草原带、亚高山灌丛带、高山荒漠草甸草原带和山地荒漠草原带0～10 cm 土层有机碳密度是30～40 cm土层的 1.64 倍、2.14 倍、2.50 倍和 2.30 倍，说明有机碳密度在表层具有很强的表聚性，这种变化规律与植被根系和地表凋落物有关。

表1 样品采集区基本情况

表2 4 种植被带0～40 cm 土层有机碳变化特征

2.3 有机碳储量变化特征

由表2 可知，山地森林草原带0～40 cm 土层有机碳储量均值为73.30 t/hm2，与亚高山灌丛带、高山荒漠草甸草原带和山地荒漠草原带比较，有机碳储量增加32.55%、58.66%和237.79%，这种变化规律与有机碳含量和有机碳密度一致[16]。山地森林草原带 0～10 cm 土层与 10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土层比较，有机碳储量增加10.86%、20.94%和63.81%（P＜0.01）；亚高山灌丛带0～10 cm 土层与10～20 cm、20～30 cm 和 30～40 cm 土层比较，有机碳储量增加30.56%、55.98%和 114.21%（P＜0.01）；高山荒漠草甸草原带0～10 cm 土层与10～20 cm、20～30 cm 和30～40 cm 土层比较，有机碳储量增加37.57%、83.55%和149.82%（P＜0.01）；山地荒漠草原带 0～10 cm 土层与 10 ～20 cm、20 ～30 cm 和30～40 cm 土层比较，有机碳储量增加18.70%、45.27%和129.92%（P＜0.01）。另外，山地森林草原带、亚高山灌丛带、高山荒漠草甸草原带和山地荒漠草原带0～10 cm 有机碳储量是30～40 cm 土层的1.64 倍、2.14 倍、2.50 倍和 1.30 倍，说明地表土壤有机碳储量大于其他土层[19]。

3 结论

山地森林草原带、亚高山灌丛带和高山荒漠草甸草原带0～10 cm 土层有机碳密度高于我国森林土壤0～10 cm 土层平均碳密度，而山地荒漠草原带0～10 cm 土层有机碳密度低于我国森林土壤0～10 cm 土层平均碳密度，应加强对祁连山康乐林区山地荒漠草原带的保护，严禁超载放牧，恢复天然植被；4 种植被带0～10 cm 土层有机碳含量和密度是30～40 cm 土层的2.91 倍和2.15 倍，说明有机碳含量和有机碳密度在表层具有很强的表聚性。