森林枯落物对土壤理化性质及碳库的影响研究

张亚庆 胡慧蓉

摘要：指出了枯落物与土壤相互关联，相互影响。通过对枯落物研究现状的认识和了解，可为进一步研究森林枯落物对土壤理化性质及碳库的影响奠定基础，进而深入了解森林生态系统的结构和功能，对森林的经营管理和全球碳循环研究具有重要的意义。

关键词：森林枯落物;土壤理化性质;碳库

中图分类号：S15

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）10-0009-03

1引言

当前，气候变化问题不仅是一种环境问题，同时是事关国家政治、经济和长期发展的问题。面对日益严重的气候变化，有关土壤碳在调节气候变化中作用的研究不断增加。森林土壤碳库占整个土壤碳库的百分比高达73%，因此森林有机碳库储量的微小变化，都可能显著影响大气C02浓度的变化。森林枯落物是森林生态系统不可或缺的重要组成部分，枯落物的分解促进森林生态系统物质循环和能量流动，进而影响着土壤碳吸存和植物养分的供应。因此，研究森林枯落物对土壤理化性状与碳库的影响是十分必要的。可以进一步了解森林生态系统的结构和功能，对维持森林生态系统健康和稳定，提高森林生产力也具有重要的意义。

2森林枯落物研究现状

2.1研究进展及内容

早在19世纪末，国外学者就开始了对森林枯落物的研究，1876年德国学者在《森林凋落物产量及其化学组成》经典著作中，阐述了凋落物是养分循环的重要组成部分。而后，又有许多学者不断从事对全球不同地区的森林枯落物的研究并进行总结。我国从事这方面的研究始于20世纪60年代，并在森林枯落物的相关研究方面取得较大发展。研究的内容涉及很广，主要包括：①不同林型枯落物现存量、归还量及季节动态变化特征;②人类生产活动对森林枯落物的影响;③森林枯落物养分含量及养分循环动态变化;④森林枯落物对土壤理化性质及生物活性的影响;⑤枯落物分解动态及养分释放率的研究;⑥枯落物分解及其影响因子的研究;⑦枯落物的持水特性和水文生态功能等。

2.2研究意义与作用

森林枯落物将营养元素归还土壤，经过分解释放出养分供给林木生长，在森林植被生长发育过程中起着不可替代的作用。森林枯落物是森林生态系统主要的养分来源，对维持森林生态系统的物质循环、能量流动、信息传递等功能都具有重要的作用。通过森林枯落物的循环流动，为微生物、小动物的生命活动提供了丰富的能量。从而维持了地表的生物活性，提高了土壤肥力，使得森林生态系统处于一个相对平衡、稳定的状态。此外，枯落物的作用还包括以下几方面：①蓄水保水，防治水土流失;②改变局部小环境，为种子的着床和萌发做准备;③为土壤生物提供食物和生存环境;④改善土壤理、化、生物学性质;⑤对土壤酸度也具有一定的缓冲作用。枯枝落叶归还地表被认为是植被演替作用的一部分，植物群落的生物架构和动态变化也受枯落物的影响。因此，对于枯落物的研究一直是森林土壤学、森林生态学、森林保护学、森林水文学、生物地球学等众多学科领域的必修课，它的研究不仅有利于森林资源的培育和管护，对于以后森林资源的可持续发展和利用也具有重要意义。

3森林枯落物对土壤理化性质的影响

3.1枯落物对土壤物理性质

枯落物层作为森林生态系统中的活跃界面，一方面通过环境因素影响枯落物的累积和分解，另一方面又通过枯落物的动态变化反过来影响森林生态系统的水热动态平衡、土壤的理化性质和森林的生产力。

研究表明，枯落物为改善土壤物理性质奠定了重要的基础。土壤结构和土壤温度是土壤物理性质两个重要组成部分，土壤结构直接影响土壤通气透水性和根系穿插的难易程度，同时对土壤中水、气、热、肥等发挥着不同的调节功能。土壤温度与土壤生物密切相关，不论是土壤温过高还是土壤温度过低都给生物的活动和生物化学过程的进行带来不利，进而影响植物生长。一定厚度的枯落物层可以把土壤温度常年控制在一定的范围内，起到绝热作用，维持微生物和小动物的活性。潘开文等研究表明枯落物的存在，削减了辐射到地表土壤（2mm）中的光照，使土壤日温差降低。同时，使得到达地表的热量得以重新分配，对温度变幅和温差变化起到调节的作用。土壤水分作为森林生态系统中最活跃、最具影响力的环境因子之一，是林木生长发育的必要保障。土壤除了自身的蓄水能力外，还可以通过枯落物阻滞分散降雨、调节地表径流、减少水分蒸发、增加土壤贮水。

3.2枯落物对土壤化学性质

枯落物对土壤化学性质的影响具有多面性。其中，土壤有机质作为土壤化学性质的一个重要指标，同时也是衡量土壤肥力的指示剂。广义上说，枯落物是土壤有机质的一部分;狭义上说，土壤有机质主要指土壤腐殖质，而它主要是由枯落物分解造成的。枯落物的质和量，加上外界环境因素的共同作用（温度、雨量等）决定了森林土壤中有机质的质和量。酸碱性是土壤一种重要的化学属性，它通过影响土壤养分存在的形态和有效性、土壤的理化性状、微生物活动进而影响植物生长发育。温明章等研究发现，土壤pH值与枯落物量呈显著负相关，徐秋芳等研究发现，马尾松、杉木枯落物分解使土壤pH值降低。因此，对于枯落物对土壤pH值的影响，还需要不断深入探究。同时，森林把大量的养分元素和矿物元素归还到林地，维持了森林生态系统的健康和稳定。张万儒等认为，枯落物是森林生態系统养分循环的枢纽，枯落物担负着维持土壤肥力，保持森林生态系统内物质养分平衡和地球生物循环的重要职责。

4枯落物对土壤碳库的影响

4.1土壤碳库

森林土壤碳作为国内外学者研究的主要内容之一，一直是研究全球碳循环过程中不可或缺的一部分。森林生态系统土壤碳库主要包括有机碳库和无机碳库，土壤无机碳相对而言储量较小且变动不大，而有机态碳在土壤1m深度以内储量较多，且表现出明显的表层积聚性。20世纪60年代，国内外的学者主要通过对腐殖质类物质的研究来了解土壤有机碳，根据腐殖质类物质在酸碱溶液中的浓度可划分为胡敏酸、富里酸和胡敏素等主要组成部分。其含量和组成可以反映一定的土壤形成条件及形成过程，是区分土壤类型、判断土壤肥力的重要指标。同时，腐殖质作为土壤有机质存在的主要形态，很难被微生物分解，且具有明显的抗性，是有机碳库中相对稳定的组分，在全球碳平衡过程中发挥非常重要的作用。近年来，许多学者在研究总有机碳的同时，不断提出微生物量碳、水溶性碳、易氧化碳、颗粒有机碳等土壤活性有机碳指标，它们对环境变化更为敏感，为土壤肥力状况测定和土壤健康综合评价提供了更为精准的参考标准，同时也大大提高了对整个森林土壤有机碳库估算和动态变化监测的准确性和敏感度。

4.2枯落物对土壤碳库

森林枯落物作为森林总碳库的重要组成部分，在森林生态系统中发挥着不可或缺的作用，是连接植被碳库和土壤碳库的重要纽带，是森林生态系统物质循环的枢纽。枯落物的分解在维持林地生态系统生产力、净碳储量、土壤有机质的形成以及群落演替等方面具有不可替代的作用。其分解释放的有机碳是森林土壤有机碳的主要来源之一，在应对全球气候变化的过程中扮演着十分重要的角色。据估计，全球每年高达地上部分净生产量的一大半土壤有机碳是经过森林枯落物腐解归还作用而进入土壤的，枯落物蓄积量的多少与土壤碳含量的多少密切相关。虽然在整个森林生态系统中森林枯落物碳贮量所占的比例不高，但是其分解所释放的有机碳却是土壤碳的主要来源，对整个森林土壤碳库起主导性作用，对森林生态系统的碳汇功能也具有重大的意义。由此，枯落物对土壤有机碳的影响伴随着全球气候变化浪潮和对全球碳循环研究而得到关注。