沿海基岩质海岸防护林不同林分类型土壤有机碳库研究

高智慧，张晓勉，张 勇，岳春雷，陈贤田，林 荫，王 泳，郭晓平，王珺，张金池*

（1. 浙江省林业技术推广总站，浙江 杭州 310020；2. 南京林业大学，江苏 南京 210037；3. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州310023；4. 浙江省林业生态工程管理中心，浙江 杭州 310020；5. 浙江省三门县林业特产局，浙江 三门 317100）

沿海基岩质海岸防护林不同林分类型土壤有机碳库研究

高智慧1，张晓勉2,3，张 勇4，岳春雷3，陈贤田5，林 荫2，王 泳3，郭晓平2，王珺3，张金池2*

（1. 浙江省林业技术推广总站，浙江 杭州 310020；2. 南京林业大学，江苏 南京 210037；3. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州310023；4. 浙江省林业生态工程管理中心，浙江 杭州 310020；5. 浙江省三门县林业特产局，浙江 三门 317100）

对浙江省沿海基岩质海岸防护林7种不同林分类型土壤有机碳库进行测定。结果表明：7种林分类型土壤总有机碳含量、土壤微生物量碳含量、水溶性有机碳含量、土壤矿化碳含量和土壤易氧化碳含量均随土层增加呈递减趋势；相关分析表明，不同林分类型土壤活性有机碳间存在极显著的相关性；对不同林分类型土壤活性有机碳库进行综合评价可知，7种不同的林分类型土壤活性有机碳库分布可以分为4类；北江荛花+檵木混交林归为一类，属于土壤活性有机碳库分布最高一级，枫香纯林、湿地松+木荷混交林、枫香+湿地松混交林归为一类，属于土壤活性有机碳库分布较高一级，化香树纯林、湿地松纯林归为一类属于土壤活性有机碳库分布一般级，无林地归为一类，属于土壤活性有机碳库分布较低一级。

基岩质海岸沿海防护林，土壤有机碳库，聚类分析

森林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，就植被碳库而言，面积仅占28%的森林生态系统碳储量占陆地植被碳储量的 77%，每年固定的碳约占整个陆地生态系统固碳量的三分之二[1]。整个陆地系统碳库合计约为24 770亿t碳，其中森林部分碳库为11 460亿t碳，约占46%[2]。森林生态系统占陆地生态系统碳库的比例最大，森林植被碳库的大小及其变化在很大程度上影响了碳库总量和通量大小[2~3]。森林生态系统在维持全球碳循环、减缓温室气体浓度升高速率以及调节全球气候变化方面发挥着重要作用。与植被碳库相比，土壤贮藏了更多的有机碳，森林土壤中碳占全球土壤碳的73%，森林土壤碳含量大约是森林生物量的2 ~ 3倍[3~5]。

1 研究区概况

研究区位于浙江省三门县浬浦镇草头村，该区属典型的亚热带海洋性季风气候，年平均气温 16.2℃，年降水量1 628.8 mm，但季节分配不均，夏秋降水量占全年的71.9%，冬季仅占9.4%，暴雨多集中于6-8月，且常受台风影响。土壤母岩大多为花岗岩和凝灰岩，地带性土壤为红壤。土层厚度中等，含石量高，质地轻粘，干燥时疏松多孔，pH4.7 ~ 6.5，呈酸性或强酸性反应。该区典型的森林植被属中亚热带常绿阔叶林，现大多为次生群落或人工林取代，树种较为单一，主要树种有马尾松（Pinus massoniana）、湿地松（P. elliottii）、木荷（Schima superba）等[4]。

2 研究方法

2.1 样地选择及样品采集

在研究区内选择北江荛花（Wikstroemia monnula）+檵木（Loropetalum chinense）混交林、化香树（Platycarya strobilacea）纯林、湿地松纯林、枫香（Liquidambar formosana）纯林、湿地松+木荷混交林、湿地松+枫香混交林6种有代表性的沿海防护林类型作为研究对象，并选择无林地作对照。在这7种不同类型林地分别设置20 m×20 m的标准样地进行调查，在每一种林分内的典型地段挖土壤剖面，分0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm两个层次采集土壤样品，测定土壤有机碳总有机碳含量、土壤水溶性有机碳含量、土壤易氧化碳含量、土壤微生物量碳含量、土壤矿化碳含量等指标。

2.2 样品分析

土壤总有机碳采用铬酸钾外加热法测定[6]。土壤水溶性有机碳采用去离子水提取（水与土质量比为 2：1）后，用0.45 m滤膜抽滤，滤液在岛津TOC-Vcph总有机碳分析仪上测定[7]。土壤微生物生物量碳测定采用氯仿熏蒸—培养法测定[8]。土壤矿化碳（微生物呼吸）的测定采用短期土壤培养法测定[9]。土壤易氧化碳测定采用高锰酸钾氧化法[9]。

3 结果与分析

3.1 不同林分类型土壤有机碳含量

对不同林分类型0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土层土壤总有机碳含量进行测定，结果如图1。从图1可以看出，不同林分类型土壤总有机碳含量随着土层的加深而减小。其中湿地松+木荷混交林、北江荛花+檵木混交林、枫香+湿地松混交林0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土层土壤总有机碳含量差值最大，分别为15.1、9.5和5.7 g/kg。

不同林分类型土壤微生物量碳测定结果如图 2。从图中可以看出，各林分类型不同土层土壤微生物量碳含量随土层增加呈递减趋势，0 ~ 20 cm土层含量大于20 ~ 40 cm土层含量。其中湿地松+木荷混交林两个土层差值最大为0.69 g/kg，无林地差值最小为0.09 g/kg。

图1 不同林分类型土壤总有机碳含量Figure 1 Total organic carbon content under different forests

图2 不同林分类型土壤微生物量碳含量Figure 2 Microbial biomass carbon content under different forests

通过对不同林分类型不同土层土壤水溶性有机碳（图3）的测定，可以看出：在0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm两个土层水溶性有机碳含量，北江荛花+檵木混交林（0.23 g/kg）＞湿地松+木荷混交林（0.19 g/kg）＞枫香+湿地松混交林（0.17 g/kg）＞枫香纯林（0.16 g/kg）＞湿地松纯林（0.15 g/kg）＞化香树纯林（0.14 g/kg）＞无林地（0.13 g/kg）。各林分类型不同土层水溶性有机碳含量随土层增加呈递减趋势，0 ~ 20 cm含量大于20 ~ 40 cm含量。其中枫香+湿地松混交林两个土层差值最大为0.11 g/kg，枫香纯林次之为0.10 g/kg，化香树纯林差值最小为0.03 g/kg。

通过对不同林分类型土壤矿化碳的分析（图4）可以看出：0 ~ 20 cm土层土壤矿化碳含量高于20 ~ 40 cm土层土壤矿化碳含量，说明深层土壤的碳库中活性有机碳库的比例小，可被微生物消耗利用的较少。0 ~ 20 cm土层不同林分类型土壤矿化碳分布为：北江荛花+檵木混交林（3.2 g/kg）＞枫香+湿地松混交林（2.9 g/kg）＞湿地松+木荷混交林（2.8 g/kg）＞枫香纯林（2.5 g/kg）＞湿地松纯林（2.3 g/kg）＞化香树纯林（1.9 g/kg）＞无林地（1.7 g/kg）。

图3 不同林分类型土壤水溶性有机碳含量Figure 3 Water-soluble organic carbon content under different forests

图4 不同林分类型土壤矿化碳含量Figure 4 Mineralized organic carbon content under different forests

图5 不同林分类型土壤易氧化碳含量Figure 5 Readily oxidizable organic carbon content under different forests

通过对不同林分类型土壤易氧化碳的分析（图5）可以看出：0 ~ 20 cm土层土壤易氧化碳含量高于20 ~ 40 cm土层土壤易氧化碳含量，其中湿地松+木荷混交林两土层差值最高为6.9 g/kg，枫香纯林次之为5.1 g/kg，无林地最小为0.9 g/kg。在0 ~ 20 cm土层不同林分类型土壤易氧化碳分布中，北江荛花+檵木混交林最高为18.5 g/kg，枫香+湿地松混交林次之为15.4 g/kg，无林地含量最低4.8 g/kg。

3.2 不同林分类型活性有机碳相关分析

有研究表明各活性有机碳库间有相关性，本文对总有1 2 3 4机碳含量（X）、矿化碳含量（X）、微生物量碳含量（X）、水溶性有机碳含量（X）、易氧化碳含量（X5）进行相关分析，结果见表1。

由表1可以看出不同林分类型土壤活性有机碳间存在极显著的相关性，较强的相关项存在于土壤的微生物量碳和矿化碳之间（r = 0.929，P＜0.01），因为两者都是表征土壤微生物活性的重要指标，同时还表明土壤有机碳中活性较高的那部分易被微生物分解利用，是潜在的可矿化有机碳。相对较弱 的相关性存在于水溶性有机碳和矿化碳之间（r = 0.853，P＜0.05），但仍达显著水平。

表1 不同林分类型土壤活性有机碳间相关关系Table 1 Correlation among labile organic carbon under different forests

3.3 不同林分类型土壤活性有机碳库评价

为了对不同林分类型土壤活性有机碳库进行综合评价和分类，以矿化碳含量（X1）、微生物量碳含量（X2）、水溶性有机碳含量（X3）、易氧化碳含量（X4）4个指标为自变量对不同林分类型土壤活性有机碳库运用SAS软件进行聚类分析，结果见图6。

由图6可以看出，7种不同的林分类型土壤活性有机碳分布可以分为4类。其中，北江荛花+檵木混交林归为一类，属于土壤活性有机碳库最高一级，枫香纯林、湿地松+木荷混交林、枫香+湿地松混交林归为一类，属于土壤活性有机碳库较高一级，化香树纯林、湿地松纯林归为一类属于土壤活性有机碳库一般级，无林地归为一类，属于土壤活性有机碳库较低一级。

图6 不同林分类型土壤活性有机碳聚类图Figure 6 Dendrogram of soil organic carbon pools under different forests

4 结论与讨论

对研究区不同植被类型、不同土层土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化碳、水溶性有机碳和矿化碳的研究结果表明：

（1）不同林分类型土壤总有机碳含量、土壤微生物量碳含量、水溶性有机碳含量、土壤矿化碳含量和土壤易氧化碳含量在0 ~ 20cm和20 ~ 40 cm土层分布具有规律性，即随土层增加呈递减趋势。这主要是因为土壤活性有机碳在很大程度上取决于土壤总有机碳含量，随着土层的加深，土壤总有机碳减少，同时，下层土壤受生物影响少，土壤有机碳驻留时间长，有效性也随之降低[4~5]。森林的枯枝落叶层不但为土壤层提供大量有机碳，而且使表层土壤具有较高的养分浓度和较好的水分条件，从而为植物细根向表土层聚集提供了良好的条件，而凋落物和根系分泌物经微生物的分解，成为土壤活性有机碳的重要来源。此外，随着土层的加深，微生物活性降低，从而影响土壤活性有机碳的含量[9~12]。

（2）对各活性有机碳库间进行相关分析，可以看出不同林分类型土壤活性有机碳间存在极显著的相关性。其中较强的相关性存在于土壤的微生物量碳和矿化碳之间（r = 0.929，P＜0.01），因为两者都是表征土壤微生物活性的重要指标，同时还表明土壤有机碳中活性较高的那部分易被微生物分解利用，是潜在的可矿化有机碳。相对较弱的相关性存在于水溶性有机碳和矿化碳之间（r = 0.853，P＜0.05），但仍达显著水平。

（3）对不同林分类型土壤活性有机碳库进行综合评价看出，7种不同的林分类型土壤活性有机碳库分布可以分为4类。其中，北江荛花+檵木混交林归为一类，属于土壤活性有机碳库最高一级，枫香纯林、湿地松+木荷混交林、枫香+湿地松混交林归为一类，属于土壤活性有机碳库较高一级，化香树纯林、湿地松纯林归为一类属于土壤活性有机碳库一般级，无林地归为一类，属于土壤活性有机碳库较低一级。北江荛花和檵木林属于土壤活性有机碳库最高一级的原因可解释为该林地经人工促进植被恢复，土壤表层养分富集，有机质含量、全氮、水解性氮、全磷含量均比其它样地及对照地高，微生物数量最大，脲酶、磷酸酶和蔗糖酶等酶活性最强，因此土壤活性有机碳库最高。

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Study on Soil Organic Carbon Pool under Different Rocky Coastal Protective Forests

GAO Zhi-hui1， ZHANG Xiao-mian2,3，ZHANG Yong4，YUE Chun-lei3CHEN Xian-tian5，LIN Yin2，WANG Yong3，GUO Xiao-ping2，WANG Jun3，ZHANG Jin-chi2*
（1. Zhejiang Forestry Extension Station, Hangzhou 310020, China; 2. Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 3. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 4. Zhejiang Forestry Ecological Engineering Administration, Hangzhou 310020, China; 5. Sanmen Forestry Specialty Bureau of Zhejiang, Sanmen 317100, China）

Investigations were implemented on content of soil organic carbon under 7 types of coastal protective forest in Zhejiang province. The result demonstrated that the content of total organic carbon, microbial biomass carbon, readily oxidizable carbon, water-soluble organic carbon and mineralized carbon increased with the elevation gradient and decreased with the soil depth. Correlation analysis indicated that it had evident relationship among soil labile organic carbon pools under different forests. Integrated evaluation on organic carbon pools under 7 types of coastal protective forest resulted that these pools could be divided into 4 groups. They are: mixed forest of Wikstroemia monnula and Loropetalum chinense; pure Liquidambar formosana forest, mixed forest of Pinus elliottii and Schima superba, mixed forest of L. formosana and P. elliottii; purePlatycarya strobilacea and P. elliottii plantation; non-wood land.

rocky coastal protection forest; soil organic carbon pools; cluster analysis

S714.9

A

1001-3776（2013）05-0001-05

2013-07-19；

2013-08-19

防海岸带侵蚀沿海基岩质海岸防护林体系研究与示范（2009BADB2B0603）；浙江省重点科技创新团队“森林生态科技创新团队”资助项目（2011R50027）；城市湿地植被修复关键技术研究与示范（2013F50G5010018）；浙江省林业厅推广项目“基于地理信息系统的海岛困难立地造林技术综合集成与推广”（2013TG28）

高智慧（1960-），男，浙江绍兴人，研究员，从事森林生态研究；*通讯作者。