韩江流域森林土壤有机碳养分特征及分布格局*

张中瑞 丁晓纲 齐 也 何超银卓桂珠 朱航勇 孙冬晓 江 瑶,2

(1. 广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.中国科学院华南植物园，广东广州 510650）

森林在维持全球陆地生态系统碳平衡中发挥至关重要的作用[1]。研究表明，陆地碳库中有70%～80%的碳来自于森林碳库[2]。在森林生态系统中，随着林分的逐渐成熟，碳在植被层中不断累积，但土壤碳的变化特征与分布格局仍不确定[3]。众所周知，土壤形成过程复杂，受气候、水文、地形、植被等多种因素影响[4]。特别是地表水文条件影响，土壤作为大气水、地表水、地下水、植物水四者交换的核心部分，土壤与水分及其它动植物、微生物形成复杂的生态系统，其养分属性的影响因素和效应均存在高度不确定性[5]。但土壤有机碳分布与土地利用息息相关，准确获取其分布格局对提高土地利用效率，科学、合理利用土壤资源意义重大。

韩江，是广东省除珠江流域外的第二大流域，涉及广东、福建、江西3 省22 市，是中国东南沿海最重要的河流之一。流域地处亚热带东南亚季风区，气候高温高湿。流域范围森林生长速率快，植被条件良好，但常受暴雨侵袭，其森林土壤表现出较强的空间变异性[6]。因此，通过实地调查，充分获取土壤样点属性数据，结合气候、水文、地形、植被要素信息，以土壤有机碳为例，探索韩江流域森林土壤碳养分特征及分布格局，以为流域森林资源管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究主要集中于潮州市潮安区韩江三角洲附近，属亚热带气候，流域内降雨量充沛，但时空分布不均，多年平均降雨量在1 400～1 700 mm，年内分配不均匀，其中4 至9 月降雨量占全年降雨量的70%以上，5、6 月份更为集中。

1.2 研究方法

2021 年8 月，采用专题布点与随机布点相结合的方法，依据土壤属性空间分布预测模型质量要求，在韩江三角洲最终选取81 个采样点（图1），择植被、地形条件(坡向、坡位等)具有代表性的地点作为剖面点，为保证土壤调查结果科学可靠，在每个样点周边选择具有代表性的地带挖掘3 个剖面，剖面水平间距不小于 10 m。取样时每个剖面分D1（0-20 cm）、D2（20-40 cm）、D3（40-60 cm）、D4（60-80 cm）、D5（80-100 cm）、共5 层由下至上分别全层取样，每个样品重不少于500 g；将采集后的样品进行密封保存，带回实验室后进行自然风干，研磨筛选后制样，参照重铬酸钾氧化-外加热法测定有机碳[7]。

图1 样点分布Fig. 1 Distribution of Sample Points

1.3 数据处理及制图

采用Excel 2016 对数据进行初步整理计算，采用SPSS26.0 软件对森林土壤碳的含量描进行述性统计、相关性分析等，采用ArcGIS 10.7 软件绘制空间分布图进行预测。

2 结果与分析

2.1 韩江流域森林土壤有机碳含量特征

对不同层次土壤有机碳含量进行描述性检验（表1），结果表明：不同土层土壤有机碳含量从大到小依次为D1(17.702±8.013 g/kg)＞D2(13.236±6.210 g/kg)＞D3(11.242±5.665 g/kg)＞D4(9.934±5.011 g/kg)＞D5(9.121±4.715 g/kg)，即按照土层从高到低，有机碳含量依次减少。同时，各土层有机碳含量变异系数从小到大依次为D1(45.27%)＜D2(46.92%)＜D3(50.40%)＜D4(50.45%)＜D5(51.69%)，即按照土层从高到低，有机碳含量变异系数依次增加。

表1 不同土层土壤有机碳含量 g/kgTable 1 Soil organic carbon content in different soil layers

对各土层土壤有机碳含量进行正态性验证，由图2 正态P-P 图可知，各土层预期累计概率与实际累计概率均均匀分布在“0-1”直线两侧，证明各土层实测数据均符合正态分布。

图2 D1-D5 层土壤有机碳正态P-P 图Fig. 2 Normal P-P diagram of soil organic carbon in the D1-D5 layer

2.2 韩江流域森林土壤有机碳分布格局

对不同土层土壤有机碳进行差值分析，对韩江流域森林土壤不同土壤有机碳含量分布进行模拟预测（图3）。结果可知,不同土层之间有机碳含量分布表现出一定的差异:其中，D1、D5 层分布表现出较大的随机性，D2、D3、D4 层分布则表现出一定的相似性。

图3 不同土层土壤有机碳分布Fig. 3 Distribution of soil organic carbon in different soil layers

具体来看，在D1 层，中部相对平缓地区，土壤有机碳含量相对较低，其次为中部远离水系区域，北部海拔较高区域有机碳含量最高。而在D2、D3、D4 层同样表现出在中部水系通过、地势平缓、海拔较低区域有机碳含量最低，依次向四周延展升高，远离水系的西部高海拔地区土壤有机碳含量最高的分布特征。在D5 层，有机碳分布主要与水系走势相关联，靠近韩江水系区域有机碳含量分布相对较低，远离水系区域，有机碳含量分布相对较高。

3 结论与讨论

韩江流域有机碳分布范围在1.403～38.667 g/kg范围内，不同土层含量均值处于9.121～17.702 g/kg 之间，按照全国土壤养分含量分级标准，处于“中上-中”之间，土壤条件相对较好。本研究中，韩江流域森林土壤不同土层由表层至底层，有机碳含量逐渐降低，应是由于表层土壤通透性好，在植被条件良好的森林中，长期有大量凋落物的积累，提高了土壤有机碳的含量，同时，大量森林植被根系分泌物也造成了有机碳的输入；而在底层土壤中，土壤的透水性往往较差，受到水文地理条件的限制，凋落物分解相对缓慢，土壤有机碳相对积累的也较少[8]。

从流域范围来看，韩江流域森林土壤有机碳常常受到水文条件和海拔的影响作用。有研究表明，土壤有机碳受自然含水率的显著影响，含水量越高越不利于土壤碳的存储[9]。本研究亦有类似发现，靠近韩江水系平缓区域，土壤有机碳含量相对较低，远离水系的高海拔地区土壤有机碳含量相对较高。并且，土壤有机碳往往与地形因子、水热条件相关联。一般来说，高海拔地区，气温相对较低，水热条件差，有机物无机化程度缓慢，有利于土壤有机碳的形成和富集，而在低海拔地区，特别是河流冲积平原，有机物质分解极快，不利于土壤有机碳的积累[10]。另外，该地区通常遭受暴雨侵袭，水系周边植被往往对资源竞争激烈，为获取生长所必须的养分资源，土壤有机碳及其它养分往往消耗远超积累[11]。因此，应进一步加强对该区域的土壤资源管理，有效利用森林资源，加强对植被、土壤、水三者耦合关系的研究与利用，提高森林生态系统碳潜，助力林业实现“双碳”目标。