全 文 ：植物生态学报 2016, 40 (4): 282–291 doi: 10.17521/cjpe.2015.0199
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2015-06-03 接受日期Accepted: 2015-12-27
* 通信作者Author for correspondence (E-mail: fpzeng@isa.ac.cn)
广西主要森林土壤有机碳空间分布及其影响因素
杜 虎1,2 曾馥平1,2* 宋同清1,2 温远光3 李春干3,4 彭晚霞1,2 张 浩1,2
曾昭霞1,2
1中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125; 2中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站, 广西环江 547100;
3广西大学林学院, 南宁 530004; 4广西林业勘测设计院, 南宁 530004
摘 要 为阐明广西森林土壤有机碳密度分布格局及其主要影响因素, 基于森林资源清查资料和345个调查样地的土壤数据,
估算了广西主要森林土壤有机碳储量, 采用地统计学方法描绘了土壤有机碳密度的空间分布, 并利用主成分分析和逐步回归
分析方法分析了影响土壤有机碳密度的主要因子。结果表明: 广西主要森林土壤有机碳储量(0–100 cm)达到1 686.88 Tg, 土
壤有机碳密度为124.70 Mg·hm–2, 低于全国森林土壤平均水平。广西主要森林土壤有机碳密度最佳拟合模型为指数模型, 呈
中等强度空间相关, Kriging插值显示土壤碳密度高值区在东北区域, 低值区在西北区域, 表现为喀斯特区域低、非喀斯特区
域高的特点。广西主要森林土壤碳密度在不同植被类型和土壤类型下表现出一定差异, 其中竹林>落叶阔叶林>暖性针叶林>
常绿落叶阔叶林>常绿阔叶林, 黄壤>红壤>赤红壤>石灰土。主成分分析和逐步回归分析结果发现土层深度、经纬度、海拔是
影响广西森林土壤有机碳的主要因子, 其中以土层深度影响最大, 主要受岩溶地貌的影响。
关键词 土壤有机碳; 空间异质性; 影响因子; 森林类型; 广西
引用格式: 杜虎, 曾馥平, 宋同清, 温远光, 李春干, 彭晚霞, 张浩, 曾昭霞 (2016). 广西主要森林土壤有机碳空间分布及其影响因素. 植物生态学报,
40, 282–291. doi: 10.17521/cjpe.2015.0199
Spatial pattern of soil organic carbon of the main forest soils and its influencing factors in
Guangxi, China
DU Hu1,2, ZENG Fu-Ping1,2*, SONG Tong-Qing1,2, WEN Yuan-Guang3, LI Chun-Gan3,4, PENG Wan-Xia1,2, ZHANG
Hao1,2, and ZENG Zhao-Xia1,2
1Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125,
China; 2Huanjiang Observation and Research Station of Karst Ecosystem, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang, Guangxi 547100, China; 3Forestry Col-
lege of Guangxi University, Nanning 530004, China; and 4Guangxi Forest Inventory & Planning Institute, Nanning 530004, China
Abstract
Aims Our objectives were to study the spatial distribution of soil organic carbon (SOC) density and its influenc-
ing factors in the main forest ecosystems in Guangxi.
Methods A total of 345 sample plots were established in Guangxi, and the size of each plot was 50 m × 20 m.
Based on the forest resource inventory data and field investigation, the SOC storage of the main forests in
Guangxi was estimated. Geostatistics was applied to analyze the spatial pattern of SOC density and the main in-
fluencing factors on SOC density were also explored by principal component analysis and stepwise regression.
Important findings The total SOC storage in the main forests in Guangxi was 1 686.88 Tg, and the mean SOC
density was 124.70 Mg·hm–2, which is lower than that of China. The best fitted semivariogram model of SOC
density was exponential model, and the spatial autocorrelation was medium. The contour map based on Kriging
indicated that northeastern Guangxi had high SOC density and northwestern Guangxi had low SOC density, which
corresponded to high SOC density in non-karst region and low SOC density in karst region. The SOC density fol-
lowed the sequence of bamboo forest > deciduous broadleaf forest > warm coniferous forest > mixed evergreen
and deciduous broadleaf forest > evergreen broadleaf forest, and yellow soil > red soil > lateritic red soil > lime-
stone soil. The dominant environment factors affecting SOC density included soil depth, longitude, latitude, and
altitude. Soil depth was the most influential factor, which was mainly attributed to the karst landscape.
Key words soil organic carbon; spatial heterogeneity; influencing factor; forest type; Guangxi
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杜虎等: 广西主要森林土壤有机碳空间分布及其影响因素 283

doi: 10.17521/cjpe.2015.0199
Citation: Du H, Zeng FP, Song TQ, Wen YG, Li CG, Peng WX, Zhang H, Zeng ZX (2016). Spatial pattern of soil organic carbon of
the main forest soils and its influencing factors in Guangxi, China. Chinese Journal of Plant Ecology, 40, 282–291. doi:
10.17521/cjpe.2015.0199
森林生态系统作为陆地生态系统的主体, 在维
护全球气候系统、调节全球碳平衡、减缓大气温室
气体浓度上升等方面具有不可替代的作用(罗云建
等, 2009; Pan et al., 2011)。森林土壤碳库是陆地生
态系统碳库的重要组成部分, 主要来自于地表森林
枯枝落叶和地下植物根系的分解补充与累积(邵月
红等, 2005), 森林土壤生态系统的碳汇、源功能在
陆地生态系统碳循环中起着十分重要的作用(黄从
德等, 2009)。森林土壤有机碳的积累和分解影响着
土壤有机碳库的时空变化, 直接或间接影响着陆地
生物碳库和全球碳平衡(杜有新等, 2013)。大量研究
表明土壤有机碳储量受气候、植被、土壤属性等环
境、生物和人为因素的共同控制。因此, 开展森林
土壤有机碳储量的估算、揭示其影响因素对全球森
林生态系统碳循环研究及森林生态系统碳汇管理具
有重要意义。我国学者在不同尺度上对土壤有机碳
库研究已取得一些成果。王绍强和周成虎(1999)、
周玉荣等(2000)、解宪丽等(2004)、于东升等(2005)
对中国土壤有机碳库进行了估算, 省域尺度上, 黄
从德等(2009)、王新闯等(2011)、高阳等(2014)、李
斌等(2015)分别对四川、吉林、宁夏、湖南及东北
林区森林土壤有机碳库进行了研究。广西地处中国
南疆, 地跨北热带、南亚热带、中亚热带3个生物气
候带, 具有气候温和、热量充足、雨量充沛的气候
特点, 非常适宜森林植物的生长(农胜奇等, 2014)。
广西第八次森林资源清查结果表明: 全区森林面积
达1 509.75 hm2, 森林覆盖率为56.51%, 活立木总蓄
积量5.58 × 108 m3, 其面积和蓄积量均位于中国前列,
是中国重要的林业省区。为此, 我们基于样地调查和
森林资源清查资料相结合的方法, 对广西主要森林
生态系统土壤碳密度、空间分布特征及影响因素进
行了研究, 以期为区域森林生态系统固碳现状评价、
碳汇林业与持续管理策略的制定提供科学依据。
1 研究区概况和研究方法
1.1 研究区概况
研究区位于广西壮族自治区 , 地理位置
104.43°–112.07° E、20.90°–26.40° N, 总面积23.67
万km2, 处于云贵高原东南边缘, 两广丘陵的西部,
南边朝向北部湾, 整个地势为四周多山地与高原,
而中部与南部多为平地, 地貌为山地丘陵性盆地地
貌, 属于亚热带季风气候区, 全区各地极端最高气
温为33.7–42.5 ℃, 极端最低气温为–8.4–2.9 ℃, 年
平均气温16.5–23.1 ℃, 各地年降水量均在1 070
mm以上, 大部分地区为1 500–2 000 mm, 4–9月为
雨季, 其降水量占全年降水量的70%–85%。研究区
植被类型多样, 植物物种丰富, 以常绿树种为主,
植被区域主要为亚热带常绿阔叶林区域。全区森林
资源主要包括杉类、松类、柏类、桉类、栲类、青
冈类、软阔类(火力楠(Michelia macclurei)、枫香树
(Liquidambar formosana)、拟赤杨(Alniphyllum for-
tunei)等 )、经济林 (荔枝 (Litchi chinensis)、龙眼
(Dimocarpus longan)、柑橘(Citrus reticulata)、八角
(Illicium verum)、板栗 (Castanea mollissima)、李
(Prunus salicina)等)、竹类、城市森林、石山林等类
型(杜虎等, 2014)。根据《广西森林资源规划设计调
查技术方法》及广西第八次森林资源清查数据, 本
研究所涉及的松树林(A)、杉木林(B)、桉树林(C)、
栎类(D)、硬阔林(E)、软阔林(F)、石山林(G)、竹林
(H)、八角林(I)、油茶林(J) 10类林型占广西森林总
面积的90.62%, 蓄积的98.81%, 各林型主要树种见
表1。
1.2 样方建立与植被调查
根据《中国森林生态系统固碳现状、速率和潜
力研究调查规范》, 采用网格法进行样点数量确定。
广西所在亚热带区域每个网格面积为100 km2, 全
区森林总网格数为1 509.75个, 其中调查网格占森
林总网格数的2.5%, 按每个网格内约布置3个样点,
本研究计划设置115个调查样点。基于广西第八次森
林资源清查数据和《广西森林资源规划设计调查技
术方法》中林龄、林组划分标准, 计算本研究各林
型幼龄林(I)、中龄林(II)、近熟林(III)、成熟林(IV)、
过熟林(V) 5个不同林龄在广西各县(市)的面积、蓄
积综合权重, 选择权重最大的县(市)进行样点分配,
每个样点建立同一林型、同一林龄的3块重复样地,
各样地的立地条件基本一致, 相互距离>100 m, 样
地大小为1 000 m2 (50 m × 20 m), 各样地分布见图
1。对样地内林木的胸径、树高、冠幅和坐标进行每
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表1 研究区林型及主要树种
Table 1 The forest types and main tree species in the study area
林型(代码) Forest type (Code) 主要树种 Main tree species
松树林 Pine forest (A) 马尾松 Pinus massoniana
杉木林 China fir forest (B) 杉木 Cunninghamia lanceolata
桉树林 Eucalyptus forest (C) 尾叶桉 Eucalyptus urophylla、大桉 Eucalyptus grandis、巨尾桉 Eucalyptus grandis × urophylla
栎类林 Quercus forest (D) 青冈 Cyclobalanopsis glauca、麻栎 Quercus acutissima、白栎 Quercus fabri、大叶栎 Quercus griffithii
硬阔林 Hardwood forest (E) 格木 Erythrophleum fordii、蚬木 Excentrodendron hsienmu、金丝李 Garcinia paucinervis
软阔林 Softwood forest (F) 枫香树 Liquidambar formosana、喜树 Camptotheca acuminata、木荷 Schima superba、米老排 Mytilaria laosensis、
栲树 Castanopsis taiwaniana
石山林 Forest in limestone (G) 青冈 Cyclobalanopsis glauca、肥牛树 Cephalomappa sinensis、香椿 Toona sinensis、任豆 Zenia insignis、
金丝李 Garcinia paucinervis
竹林 Bamboo forest (H) 毛竹 Phyllostachys edulis、麻竹 Dendrocalamus latiflorus
八角林 Anise forest (I) 八角 Illicium verum
油茶林 Oil-tea forest (J) 油茶 Camellia oleifera




图1 广西样地分布图。林型见表1。
Fig. 1 The maps of sampling plots in Guangxi. Forest types see Table 1.


木调查。同时按“品”字型在样地内设置3个2 m × 2
m的小样方, 调查所有灌木种类、株丛数、高度、
基径、覆盖度, 在每个2 m × 2 m的小样方内各取1
个1 m × 1 m的小样框, 调查草本种类、株丛数、平
均高度、覆盖度(杜虎等, 2014)。
1.3 土壤取样与分析
样地调查时将1 000 m2 (50 m × 20 m)样地划分
为10个10 m × 10 m的网格, 采用土钎法测定10 m ×
10 m网格交汇处土壤深度, 各点平均深度用于后续
碳储量估算。在每个样地中挖取一个典型剖面, 用
环刀按0–10、10–20、20–30、30–50、50–100 cm分
层测容重。在样地4个角和中间用土钻法按土壤机械
分层取样, 5个点同一层次的样品混合成一个土样。
样品取完后带回实验室置于阴凉处自然风干, 用四
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分法取土过筛, 供有机碳分析测定。土壤碳采用重
铬酸钾-浓硫酸氧化外加热法测定(鲍士旦, 2000)。
1.4 数据处理
根据实验室分析得到的各土壤层的碳含量、土
壤容重及石砾含量, 按土壤取样层次计算单位面积
各层土壤碳密度; 各土壤层碳密度之和, 即该林地
土壤的总碳密度, 单位为Mg·hm–2。
土壤碳密度 (Mg·hm–2) = (土壤容积密度
(g·cm–3)×土层深度(cm)×石砾含量(%)×对应的碳含
量)× 100。
利用统计软件SPSS 18.0进行单因素方差分析
(ANOVA)、Pearson相关分析和逐步回归分析。采用
GS+软件进行半方差函数模型拟合, 在ArcGIS 9.3
软件中采用普通克里格插值法绘制有机碳密度的空
间分布图。
2 结果和分析
2.1 广西主要森林土壤有机碳密度
由表2可知, 广西主要森林不同林型各林龄阶
段土壤有机碳密度均不同。松树林、杉木林、桉树
林、栎类、软阔林、硬阔林、石山林、竹林、八角
林、油茶林土壤有机碳密度分别为78.05–136.52、
117.5–206.62、87.19–164.94、47.91–107.99、120.54–
335.27、117.33–294.54、51.75–81.21、128.19–187.65、
87.23–147.85、78.37–103.85 Mg·hm–2。松树林成熟
林土壤有机碳密度最高, 显著高于幼龄林、中林龄,
中龄林最低, 显著低于近熟林和过熟林; 杉木林土
壤有机碳密度为近熟林、成熟林、过熟林显著高于
幼龄林和中龄林; 桉树林近熟林土壤有机碳密度
显著高于幼龄林、成熟林、过熟林, 过熟林显著低
于中林龄; 栎类过熟林土壤有机碳密度显著高于成
熟林; 硬阔林近熟林土壤有机碳密度显著低于幼龄
林、成熟林和过熟林; 软阔林成熟林土壤有机碳密
度显著高于其他林龄, 过熟林显著高于幼龄林; 八
角林中林龄土壤有机碳密度显著高于幼龄林; 石山
林、竹林及其他林型其他林龄阶段差异不显著。
由广西主要树种(组)各林龄单位面积土壤总碳
储量(碳密度)和其所占面积可估算各树种(组)在广
西的土壤总碳储量。如图2所示, 广西主要林型土壤
碳储量大小顺序为硬阔林(415.29 Tg) >软阔林
(282.53 Tg) >松树林(260.61 Tg) >杉木林(205.43 Tg)
>桉树林(199.08 Tg) >石山林(159.20 Tg) >竹林
(57.19 Tg) >八角林(56.32 Tg) >油茶林(26.97 Tg) >




图2 广西各林型不同林龄土壤碳储量。林型见表1。
Fig. 2 Soil organic carbon storage of different forest types
with different stand ages in Guangxi. Forest types see Table 1.


表2 广西不同林型各林龄阶段土壤有机碳密度
Table 2 Soil organic carbon density in different forest types with different stand ages in Guangxi
林型
Forest type
幼龄林
Young forest (I)
中龄林
Middle-aged forest (II)
近熟林
Near-mature forest (III)
成熟林
Mature forest (IV)
过熟林
Over-mature forest (V)
松树林 Pine forest 96.66bc 78.05c 115.28ab 136.52a 116.10ab
杉木林 China fir forest 149.24b 117.50b 206.62a 205.13a 204.73a
桉树林 Eucalyptus forest 106.06bc 141.56ab 164.94a 111.05bc 87.19c
栎类林 Quercus forest 72.26ab 90.84ab 84.39ab 47.91b 107.99a
硬阔林 Hardwood forest 250.17a 236.22ab 120.55b 325.94a 335.27a
软阔林 Softwood forest 124.29c 117.33bc 150.00bc 294.54a 178.55b
石山林 Forest in limestone 56.98a 67.76a 51.75a 71.09a 81.21a
竹林 Bamboo forest 138.09a 187.65a — 128.19a —
八角林 Anise forest 87.23b 147.85a — 123.96ab —
油茶林 Oil-tea forest 85.17a 103.85a — 78.37a —
同行不同小写字母表示差异显著(p < 0.05)。
Different lowercase letters within a row indicate significant difference at p < 0.05.
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栎类 (24.25 Tg), 其所占比例分别为 24.62%、
16.75%、15.45%、12.18%、11.80%、9.44%、3.39%、
3.34%、1.60%和1.44% (图3)。广西主要林型土壤总
碳储量为 1 686.88 Tg, 其平均碳储量为 124.70
Mg·hm–2。



图3 广西各林型土壤碳储量比例。林型见表1。
Fig. 3 The proportion of soil carbon storage of each forest
type out of total soil carbon storage in Guangxi. Forest types
see Table 1.

2.2 广西主要森林土壤有机碳空间异质性
广西主要森林土壤有机碳密度半方差函数拟
合模型和相关参数如表3所示, 其最佳拟合模型为
指数模型(exponential), 决定系数R2达到0.893。块金
值与基台值的比值(C0/(C0 + C))为29.2%, 呈中等强
度的空间自相关性, 表明广西主要土壤有机碳密度
主要受土壤母质、地形、气候等非人为的结构性因
素影响较大。基于半方差函数理论模型及相关参数,
在ArcGIS 9.3的地统计分析模块中采用Kringing最
优内插法对研究区森林土壤有机碳密度进行插值,
能全面和直观地反映广西主要森林土壤有机碳密度
的水平空间分布(图4)。由图可知广西主要森林土
壤碳密度在21.79–312.52 Mg·hm–2之间, 具有一定
的空间分布规律。土壤碳密度高值区出现在广西东
北部区域, 该区域分布有大面积杉木林; 桂东松树
林区也存在一定的高值区; 桂南地区土壤碳密度相
对较高; 而土壤碳密度的低值区主要出现在广西中



图4 广西主要森林土壤碳密度空间分布(Mg·hm–2)。
Fig. 4 Spatial distribution of soil organic carbon density of the
main forests in Guangxi (Mg·hm–2).

部, 该区域分布有大面积喀斯特地貌。
2.3 影响广西主要森林土壤有机碳密度的因素
2.3.1 生物因子
广西主要森林植被类型主要包括常绿阔叶林、
常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、暖性针叶林和
竹林。通过对广西主要植被类型土壤碳密度比较
(图5), 发现各植被类型土壤碳密度分别为109.19、
113.07、150.77、135.40和153.80 Mg·hm–2, 其中落
叶阔叶林和竹林土壤碳密度显著高于常绿阔叶林和
常绿落叶阔叶混交林, 其他植被类型间差异不显
著。
简单相关分析发现广西主要森林土壤有机碳密
度与林分平均胸径存在一定的相关性(R2 = 0.174, p
= 0.001), 回归分析结果表明土壤有机碳密度与胸
径之间呈抛物线形的变化趋势(图6), 随着林分胸径
的增大, 土壤有机碳密度表现为先增后减的趋势。
2.3.2 环境因子
广西森林土壤主要包括赤红壤、红壤、黄壤和
石灰土四大类。赤红壤主要分布于广西南部的南亚
热带地区, 红壤主要分布于广西东北部和西北部,
黄壤主要分布于广西北部地区, 石灰土主要分布于
广西中部和西南部。研究表明广西森林赤红壤、红
壤、黄壤和石灰土土壤有机碳密度分别为111.03、
149.58、172.78和66.40 Mg·hm–2, 石灰土土壤碳密度

表3 土壤有机碳密度半方差函数理论模型及其相关参数
Table 3 Variogram theory model of soil organic carbon (SOC) and their corresponding parameters
指标 Index 理论模型
Theoretical model
块金值
Nugget (C0)
基台值
Still (C0 + C)
块金效应
Nugget/Still (C0/ C0 + C (%))
变程
Range (°)
决定系数
Determination coefficient (R2)
土壤有机碳密度
SOC density
指数模型
Exponential
0.107 0.366 29.2 1.109 0.893

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图5 广西不同植被类型土壤有机碳密度。I、II、III、IV、
V分别表示常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、
暖性针叶林、竹林。茎箱图框内横线表示平均值, 箱上下线
分别表示第一四分位数和第三四分位数。不同小写字母表示
差异显著(p < 0.05)。
Fig. 5 Soil organic carbon (SOC) density under different
vegetation types in Guangxi. I, II, III, IV, V represent evergreen
broadleaf forest, mixed evergreen and deciduous broadleaf
forest, deciduous broadleaf forest, warm coniferous forest and
bamboo forest, respectively. Lines within the boxes give the
median, and boxes give the 25th and 75th percentiles. Different
small letters indicate significant difference (p < 0.05).



图6 平均胸径对广西森林土壤有机碳密度的影响。
Fig. 6 Relationship between the average diameter at breast
high (DBH) and soil organic carbon (SOC) density of the main
forests in Guangxi.


明显低于其他土壤类型, 各类型间差异均达到了显
著水平(图7)。
广西主要森林土壤有机碳密度与环境因子的相
关分析见表4。由表4可知, 土壤有机碳密度与年平
均气温、海拔、经纬度、土层厚度、表层土壤有机
碳含量存在显著的相关性(p < 0.01)。由于各环境因
子之间具有较强的相关性, 存在交互作用, 不能独
立体现各影响因子对SOC密度的贡献大小, 因此可



图7 广西森林不同土壤类型土壤有机碳密度。I、II、III、
IV、V分别表示常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔
叶林、暖性针叶林、竹林。茎箱图框内横线表示平均值, 箱
上下线分别表示第一四分位数和第三四分位数。不同小写字
母表示差异显著(p < 0.05)。
Fig. 7 Soil organic carbon (SOC) density under different soil
types of the main forests in Guangxi. I, II, III, IV, V represent
evergreen broadleaf forest, mixed evergreen and deciduous
broadleaf forest, deciduous broadleaf forest, warm coniferous
forest, and, bamboo forest, respectively. Lines within the boxes
give the median, and boxes give the 25th and 75th percentiles.
Different small letters indicate significant difference (p < 0.05).


通过主成分分析提取影响土壤碳密度的主要因子
(表5)。结果表明, 影响广西主要森林土壤有机碳密
度环境因子的第1、2、3主成分方差累计贡献率达到
74%, 能反映环境因子对土壤有机碳密度影响效应
的大部分信息; 第1主成分与年平均气温、纬度有较
大相关性, 方差贡献率为28.845%; 第2主成分与土
层厚度和pH值有关, 方差贡献率为23.300%; 第3主
成分与海拔和经度相关, 方差贡献率为22.274%。
为揭示各环境因子对土壤有机碳密度贡献大
小, 利用逐步回归分析方法对主成分指标(年平均
气温、海拔、经度、纬度、土层厚度、pH值)进行
筛选, 可得到土壤有机碳密度(因变量)与环境因子
(自变量)的多元线性回归方程:
SOCD = 1.070D + 16.065La + 0.04Al + 6.654Lo –
1089.946 (R2 = 0.401, p < 0.001)
式中, SOCD为土壤有机碳密度(Mg·hm–2); D为土层
深度(cm); La为纬度(°); Al为海拔(m); Lo为经度(°)。
其中土层深度与土壤有机碳密度关系最为密切(β =
0.49), 其次是纬度(β = 0.275)、海拔(β = 0.187)、经
度(β = 0.157)。因此广西森林土壤有机碳密度是不同
因子综合影响的结果。
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表4 广西森林土壤有机碳(SOC)密度和各环境因子间的相关性
Table 4 Correlation coefficients between soil organic carbon (SOC) density and environment factors of forest in Guangxi
环境因子
Environment factor
SOC密度
SOC density
年平均气温
Annual mean air
temperature
年降水量
Annual
precipitation
海拔
Altitude
经度
Longitude
纬度
Latitude
土层深度
Soil depth
pH值
pH value
年平均气温 Annual mean air temperature –0.301**
年降水量 Annual precipitation 0.093 –0.034
海拔 Altitude 0.170** –0.201** –0.245**
经度 Longitude 0.285** –0.452** 0.340** –0.420**
纬度 Latitude 0.316** –0.817** –0.195** 0.426** 0.142**
土层深度 Soil depth 0.484** 0.054 0.292** –0.137* 0.340** –0.123*
pH值 pH value –0.038 –0.033 –0.050 –0.044 0.015 0.036 –0.148**
表层土壤SOC含量
SOC content of surface soil
0.373** –0.354** –0.069 0.207** 0.078 0.370** –0.293** 0.311**
* p < 0.05; ** p < 0.01.



表5 广西土壤有机碳(SOC)密度环境因子主成分分析
Table 5 Principal component analysis of the effects of environment factors on soil organic carbon (SOC) density in Guangxi
环境因子
Environment factor
第一主成分
Principal component 1
第二主成分
Principal component 2
第三主成分
Principal component 3
年平均气温 Annual mean air temperature –0.927 0.070 –0.167
年降水量 Annual precipitation –0.035 0.228 0.624
海拔 Altitude 0.402 0.116 –0.780
经度 Longitude 0.393 0.160 0.804
纬度 Latitude 0.910 –0.071 –0.201
土层深度 Soil depth –0.001 0.893 0.259
pH值 pH value 0.189 –0.896 –0.023
表层土壤SOC含量 SOC content of surface soil 0.517 –0.402 –0.032
方差贡献率 Variance contribution 28.845 23.300 22.270
累计贡献率 Accumulative contribution (%) 28.845 52.146 74.416


3 讨论和结论
3.1 广西主要森林土壤碳储量
森林生态系统碳库主要包括活植物碳库、土壤
有机碳库和死植物体碳库。土壤有机碳库是森林生
态系统最为重要的一个碳库, 也是陆地生态系统容
量最大但周转周期最慢的碳库(徐耀粘和江明喜,
2015)。土壤有机碳储量是评价森林生态系统吸收和
固定CO2功能的重要指标。广西主要森林土壤碳储
量为1 686.88 Tg, 其平均碳密度为124.70 Mg·hm–2,
低于中国森林土壤碳密度平均水平 (193.55
Mg·hm–2, 周玉荣等, 2000)和世界森林土壤碳密度
平均水平(189.00 Mg·hm–2, Dixon et al., 1994)。一方
面由于亚热带较好的水热条件有利于植被生物量的
积累; 另一方面, 亚热带土壤呼吸速率较大, 加之
植被对土壤中养分大量吸收, 造成土壤碳储量相对
较低(周玉荣等, 2000)。与邻近省份相比, 低于四川
省(190.45 Mg·hm–2, 黄从德等, 2009)森林土壤平均
碳密度, 接近张勇等(2008)估算的滇黔桂地区土壤
有机碳密度139.8 Mg·hm–2。这是因为广西分布有大
面积的石山林 , 其平均土壤碳密度为 65.76
Mg·hm–2, 远低于广西平均水平, 其对全区土壤碳
储量的贡献较小。
广西各主要林型对土壤有机碳储量的贡献不
同, 硬阔林、软阔林、松树林、杉木林和桉树林贡
献比例均达到10%以上, 集中贡献了整个土壤碳储
量的80%以上。研究不同森林类型的土壤有机碳储
量, 可为制定最适宜土地利用方式以期增加土壤固
碳潜力提供科学依据(黄从德等, 2009)。本研究表明:
广西各主要林型土壤有机碳密度差异比较大, 在
65.76–253.63 Mg·hm–2之间, 硬阔林、杉木林、软阔
林、竹林土壤碳密度均高于广西土壤碳密度平均水
平。这可能是因为不同森林类型树种组成不同, 其
冠层的光合能力不同, 造成凋落物的种类、产量和
©?????? Chinese Journal of Plant Ecology
杜虎等: 广西主要森林土壤有机碳空间分布及其影响因素 289

doi: 10.17521/cjpe.2015.0199
质量也不同, 从而对森林土壤碳汇/源功能产生不
同的影响(黄从德等, 2009)。另外, 不同森林类型的
结构不同, 林下的微气候差异可影响土壤微生物活
性, 对土壤有机碳的积累产生较大影响(黄从德等,
2009)。
3.2 广西主要森林土壤碳密度的空间格局
土壤是形态和演化过程都十分复杂的自然综合
体, 受成土母质、地形、气候、植被等成土因素及
人为干扰活动的影响, 具有复杂性和空间变异性
(杜虎等, 2011)。土壤异质性是由结构性因素和随机
性因素共同作用的结果。广西主要森林土壤有机碳
碳密度半方差函数的块金效应(C0/(C0+C))为29.2%,
表现为中等程度空间相关性(Du et al., 2014), 表明
广西主要森林土壤有机碳密度主要受土壤母质、地
形、气候等非人为的结构性因素影响较大, 而随机
因素对其影响相对较小。广西主要森林土壤碳密度
呈现中部低、四周高的空间格局, 桂西北大面积低
值区主要与该区域分布着大面积喀斯特地貌有关,
其土层浅薄且不连续, 土壤总量远低于非喀斯特区
域, 因此其总储量相对较低。
3.3 广西主要森林土壤碳密度的影响因子
森林土壤碳动态主要取决于碳输入和输出之间
的动态平衡, 有机碳的输入主要来源于植物枯枝落
叶和死亡根系, 有机碳的输出主要源于土壤微生物
对有机质的分解。一切能影响森林土壤有机碳积累
与分解的因子都可能影响到森林土壤有机碳的分
布。总体而言, 土壤有机碳储量的大小受植被、气
候、土壤属性以及土地利用方式的变化等多种自然
因素和人为因素的综合影响(李甜甜等, 2007)。
植被类型对土壤有机碳的影响主要由枯落物的
质和量及根系作用而引起, 不同的植被类型枯落物
的质和量及根系作用不同, 在土壤生物和微生物的
作用下可形成不同质和量的土壤有机质, 影响着土
壤有机碳的积累和周转(杜有新等, 2013)。研究表明,
在气候条件相同的情况下, 森林植被类型对凋落物
的产量和分解速率均有显著影响, 进而造成不同森
林植被类型间土壤有机碳密度存在差异(魏亚伟等,
2013)。本研究结果表明广西森林土壤有机碳密度表
现为竹林、落叶阔叶林>暖性针叶林>常绿阔叶林、
常绿落叶阔叶混交林。这可能是因为落叶阔叶林和
竹林地表枯枝落叶积累丰富, 且竹林凋落物呈薄纸
质, 更易于分解, 从而导致其土壤有机碳密度较高,
而针叶林下土壤有机酸的累积可抑制有机质的矿
化, 有利于土壤有机质的积累。
土壤类型反映了成土母质、地形、水热条件的
差异, 不同土壤类型成土过程不同, 土壤有机碳密
度也有差异。广西4类主要森林土壤有机碳密度差异
显著, 表现为黄壤>红壤>赤红壤>石灰土。石灰土平
均土壤碳密度仅为66.40 Mg·hm–2, 分别是赤红壤、
红壤、黄壤的0.60倍、0.44倍和0.38倍。石灰土作为
我国亚热带区域非地带性土壤, 与黄壤、红壤、和
赤红壤等地带性土壤差异明显, 后者风化程度高、
土层深厚, 而石灰土成土过程缓慢、土层浅薄。本
研究石灰土调查样地平均土壤深度仅24.78 cm, 而
其他土壤类型基本能达到调查深度(1 m), 因而造成
石灰土所在区域土壤有机碳密度远低于其他3类土
壤区。
广西主要森林土壤有机碳密度与主要环境因子
逐步回归结果表明: 土层深度、纬度、海拔及经度
对土壤有机碳密度的影响显著, 其中土层深度的影
响最大, 主要因为广西存在大面积土层浅薄的喀斯
特区域。6个主成分环境因子联合解释了广西主要森
林土壤有机碳密度变异的40.1%, 表明还有未考虑
到的其他影响因素, 如土壤理化性状、土壤微生物
性状、人为干扰等, 这些因素对森林土壤碳密度的
影响不可忽略, 需要进一步分析。广西主要森林土
壤碳密度的差异可能是森林类型、土壤类型、土层
深度、地形、人为干扰等因子共同作用的结果。因
此在进行大尺度森林土壤碳储量估算和土壤碳循环
研究时, 应综合考虑植被、土壤、地形、人类活动
等生物和环境因子。
基金项目 中国科学院战略性先导科技专项
(XDA05050205和XDA05070404)和国家自然科学
基金(31370485、31370623和31400412)。
致谢 广西壮族自治区林业勘测设计院提供森林资
源清查数据及对样点布置给予帮助, 样地调查得到
了中国科学院亚热带农业生态研究所植物生态学科
组及广西大学林学院林学专业、生态专业等老师和
学生的大力支持, 在此一并致谢!
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责任编委: 王根绪 责任编辑: 李 敏



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