阔叶和杉木人工林对土壤碳氮库的影响对比研究

欧阳彩霞

（三明市三元区林业局）

阔叶和杉木人工林对土壤碳氮库的影响对比研究

欧阳彩霞

（三明市三元区林业局）

森林生态系统里面的碳储量大概占陆地地上部分的82～86%，而森林土壤里面的碳占土壤里面总有机碳含量的70～73%，所以，森林土壤里面发生的很小有机碳改变，都会使森林生态系统里面的碳平衡出现变化，而土壤有机碳关键来源是枯落物输入和根系周转形成的碎屑，森林树种重要利用控制有机质输入质量以及数量的手段和分解机制来对土壤有机碳库造成影响。本文主要对阔叶以及杉木人工林给森林土壤碳氮库产生的影响进行对比研究，提出笔者的思考和建议，仅供参考。

阔叶；杉木；土壤；碳氮库

杉木属于我国南方亚热带区域重要造林树种，最近几十年，因为经济利益的诱导，很多天然林均被经济价值非常高的杉木人工林替代。现阶段，我国杉木人工林造林总面积是911×104hm2，占全国人工林面积的18%，这种现象会导致树种单一化以及针叶化程度更加严重，对森林生态功能的有效发挥造成巨大的影响。杉木多代连栽会使得林地生产力减弱，同时降低土壤肥力[1]。相关研究人员提出，应该栽种阔叶树种来改善这种不良状况。如今，和树种种植影响土壤有机碳变化的相关研究不多，本研究主要研究我国亚热带区域在杉木采伐林地上种植阔叶树种给土壤碳氮库带来的影响，为森林生态系统管理工作提供参考。

1 具体研究区域和方法

1.1 区域概况

本试验所选地点为福建三明市三元区，地理位置是东径117°16′50″～117°47′40″，北纬 26°01′20″～26°24′20″。气温在-4.7℃到36.3℃范围内，每年的平均气温为14～19.4℃，每年的无霜期超过225～279d，每年平均日照长度为1786h，年积温为7701.5℃左右，每年的降雨量在1500～1800ml范围内，雨季一般在三～六月[2]，年均湿度达到79%，对植物的正常生长非常有利。林地土壤所含有机质非常高，红土壤大约占87.5%，而黄土壤大约占8.6%，其他种类土壤占3.9%。

在2012年春季选取已经种植过5～10年的杉木纯林与阔叶林为试验地，对试验地进行随机区组设计，有8个不同实验区，面积为400m2，其中初植密度是2500株/hm2，跟踪调查3年（2012～2015），在2015年9月进行调查。

1.2 研究方法

在具体试验小区里面，采取内径是3.7cm的土钻顺着对角线等距离钻出12个点，把钻取土样分别分成0～5cm、5～10cm、10～20cm以及40cm的四个不同土层，同时均匀混合相同小区里面的相同土层，把混合样带回实验室，自然风干后利用2mm的筛选出通过0.15mm的土样，利用元素分析仪对土壤碳氮量进行测定，并且利用环刀法获得原状土，对土壤容量进行测定。

采集枯枝落叶层以及细根，对生物量进行估算，并且分析碳氮库[3]。通过样方收获法对枯枝落叶层具体生物量进行测定，就是在各试验小区里面的上、中、下坡设立一个规格为0.5m×0.5m的样方，把样方里面的所有凋落物、灌木以及杂草等收集起来，在实验室里面依据分解程度把其分为半分解叶以及未分解叶、果实、枝条和花以及别的成分。利用土芯法（即在各试验小区里面，顺着对角线，等距离钻取10个不同的点，把每根土芯分成0～10cm、10～20cm、20～40以及40～80cm四个层次。将取出的土样置于套筛上，并且用水冲洗，分出细根（0～2mm）以及粗根（超过2mm））。对细根样品进行采集，在60℃条件下把细根样品以及枯枝落叶烘至质量不变，粉碎后使其过100木筛，通过碳氮元素分析仪对碳氮含量进行测定[4]。

2 结果与分析

2.1 两种林分具体土壤碳氮储量和碳氮比

本次的研究结果表明，阔叶以及杉木人工林里面0～40cm土层的平均土壤容重是1.09g/m3以及1.11g/m3，其中阔叶人工林里面的土壤碳储量和杉木林相比要增加33.2%，而氮储量则和杉木林相比要增加22.7%，经过Excel2003 SPSS17.0分析软件进行分析可知，两种林分0～5cm以及5～10cm土层碳储量有显著差异，碳氮比在全部土层上都没有显著差异。

2.2 枯枝落叶层碳储量、氮储量和碳氮比值

通过研究结果可知，目前，阔叶人工林里面的枯枝落叶层是杉木人工林的1.7倍，而阔叶人工林里面所含枯枝落叶层所有组分中，半分解叶最多，占43.2%，第二多的是枝条，占20.3%。对于杉木人工林，未分解叶以及半分解叶里面的生物量分别占18.9%与25.1%。产生这种结果的原因是杉木人工林里面的灌木层以及草本层覆盖度非常多，同时生物量非常大，导致别的组分在森林枯枝落叶层里面的优势很大，占39.3%。

对于枯枝落叶层里面的碳储量，阔叶人工林为杉木林的1.50倍，不同组分里面的枯枝落叶层具体碳储量分配存在差异。阔叶人工林里面大约有64.8%的碳储量在森林枯枝落叶里面，而未分解叶占总量的21.8%，另一种半分解叶占总量的43.9%，可是杉木人工林里面的半分解叶以及未分解叶具体碳储量仅仅占枯枝落叶层里面总碳储量的20.1%与13.4%。其中阔叶人工林里面枯枝落叶层具体氮储量为杉木林的1.54倍。阔叶人工林里面大多数氮元素都在半分解叶以及未分解叶里面，分别占53.8%和20.6%。可是杉木人工林里面的未分解叶以及半分解叶具体氮储量占枯枝落叶层全部氮储量的12.7%与25.3%。除此之外，阔叶人工林里面枯枝落叶层具体碳氮比要比杉木人工林小。表1为阔叶人工林以及杉木人工林里面枯枝落叶中碳氮储量占总储量的百分比。

表1

2.3 阔叶人工林和杉木人工林细根碳储量、氮储量和碳氮比

研究结果表明，阔叶人工林里面的细根微生物量比杉木人工林多，大约是杉木林的1.30倍。对于0～10cm的土层，阔叶人工林以及杉木人工林细根生物量占所有细根生物量的50.2%与33.4%。和杉木人工林相比，阔叶人工林里面的细根碳氮储量都要比衫木林高，可是它们之间的差异不是显著水平。对于0～10cm的土层，阔叶人工林里面细根碳储量以及氮储量占细根总碳量和总氮量的49.4%与55.3%，可是杉木人工林里面该比例分别是31.6%与40.2%，和杉木人工林相比，阔叶人工林里面细根碳氮比值要比杉木林小，如表2所示。

表2

2.4 土壤、细根和枯枝落叶层间碳储量、氮储量和碳氮比具体相关性

通过一元线性进行回归分析可知，枯枝落叶层具体碳氮比值和森林土壤碳储量以及氮储量之间是负相关关系，同时可以解释土壤碳储量发生变异的46.7%以及氮储量发生变异的60.2%.对于0～10cm的土层，具体细根碳储量以及土壤碳储量之间是正相关关系，再别的土层方面，两者不存在显著相关性。

3 结论

本次研究，杉木人工林以及阔叶人工林均营造于二代杉木林相应的采伐迹地上，由于林龄、自然气候条件、土地利用历史以及立地条件都是一样的，所以两个林分土壤特性存在差役主要是由于树种带来的影响[5]。树种主要利用两种机制来影响土壤，分别是：①利用地上以及地下物种凋落量与凋落物质量；②对根诱导呼吸进行控制，主要有根呼吸以及根分泌物。

研究结果显示，在该迹地上通过阔叶树种进行造林，可以提高土壤全碳储量，并且土壤全氮储量具体提升量不明显；另一方面，阔叶人工林里面枯枝落叶层具体现存量、碳存量以及氮存量都要比杉木人工林多，同时阔叶人工林0～10cm土层（表土层）里面的细根生物量非常多，并且表土层里面的细根碳储量以及土壤碳储量存在正相关关系。所以，阔叶人工林以及杉木人工林土壤碳库出现差异的主要原因是地上凋落物数量以及质量和根系生产力不同。因为土壤碳库周转比较缓慢，所以在短周期里面很难观测到其发生的改变，可是土壤碳库以及氮库里面存在部分比较易变的组分，比如，可溶性有机碳、可溶性有机氮以及微生物生物量碳氮，这些物质对土壤管理所采取的措施非常敏感，所以能够用来观测不同树种给森林土壤碳氮库造成的影响。

因为周转速率存在显著差异，树种影响矿质土壤层里面的碳氮储量首先是利用枯枝落叶层来进行表现的。研究结果显示，两种林分枯枝落叶层里面现存量、碳储量以及氮储量都有很大的差异，同时枯枝落叶层具体碳氮比值和林地土壤碳储量以及氮储量都存在明显负相关关系。因为阔叶人工林里面枯枝落叶层大多数氮元素以及氮元素都在枯枝落叶里面，同时枯枝落叶具体碳氮比值很小，所以两林分枯枝落叶层具体碳氮储量存在差异主要是由于枯落叶里面的碳氮含量以及分解速率不同。

[1]何友军，王清奎，汪思龙，等.杉木人工林土壤微生物生物量碳氮特征及其与土壤养分的关系[J].应用生态学报，2006，17（12）：2292～2296.

[2]冯建新，高伟民，邓飞，等.亚热带天然常绿阔叶林转变为杉木人工林对土壤微生物呼吸的影响[J].亚热带资源与环境学报，2015，10（2）：16～24.

[3]曾天慧，胡海波，张勇，等.不同植被群落土壤水溶性有机碳的变化特征[J].水土保持通报，2015，35（3）：49～54.

[4]吴明，邵学新，周纯亮，等.中亚热带典型人工林土壤质量演变及其环境意义[J].生态学杂志，2009，28（9）：1813～1817.

[5]胡亚林，汪思龙，颜绍馗，等.杉木人工林取代天然次生阔叶林对土壤生物活性的影响[J].应用生态学报，2005，16（8）：1411～1416.

S714

A

1005-7897（2015）12-0107-02

2015-12-8