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Accumulation of soil organic carbon and total nitrogen in Pinus yunnanensis forests at different age stages.

不同林龄云南松林土壤有机碳和全氮积累特征


以贵州省盘县3种林龄(19、28和45年生)云南松林为对象,研究了林地土壤有机碳和全氮含量的垂直分布、积累特征及其与土壤容重的关系.结果表明: 不同林龄云南松林土壤剖面的有机碳和全氮含量变化规律一致,表层呈富集现象,随着土层的加深而逐渐减少.随着林龄的增加,林地土壤的有机碳和全氮储量增加,19、28和45年生林地土壤有机碳储量分别为96.24、121.65和148.13 t·hm-2,全氮储量分别为10.76、12.96和13.08 t·hm-2.土壤有机碳与全氮含量呈极显著正相关,二者均与土壤容重呈极显著负相关.不同生长阶段林地土壤有机碳和全氮的积累速率有所差异,其中19~28年生林地的土壤有机碳和全氮含量积累速率高于28~45年生林地.

 

Taking three Pinus yunnanensis forests at different ages (19, 28 and 45 a) in Panxian County of Guizhou Province as test objects, we investigated vertical distributions and accumulation rates of soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN), as well as their relationships with soil bulk density. For the three forests at different age stages, SOC and TN changed consistently along the soil profile, dec〖JP〗lining with the soil depth. Both SOC and TN storage increased with the forest age. The SOC and TN storage amounts were 96.24, 121.65 and 148.13 t·hm-2, and 10.76, 12.96 and 13.08 t·hm-2 for the forest stands with 19 a, 28 a and 45 a, respectively. SOC had a significant positive correlation with soil TN, while both of them had a significant negative relationship with the soil bulk density. The accumulation rates of both SOC and TN storage at different growth periods were different, and the rate in the period from age 19 to 28  was higher than in the period from age 28 to 45.


全 文 :不同林龄云南松林土壤有机碳和全氮积累特征*
苗摇 娟1,4 摇 周传艳2,5 摇 李世杰3 摇 闫俊华1**
( 1中国科学院华南植物园, 广州 510650; 2贵州省山地资源研究所, 贵阳 550001; 3贵州省林业调查规划院, 贵阳 550003;
4中国科学院大学, 北京 100049; 5华南理工大学环境与能源学院, 广州 510640)
摘摇 要摇 以贵州省盘县 3 种林龄(19、28 和 45 年生)云南松林为对象,研究了林地土壤有机
碳和全氮含量的垂直分布、积累特征及其与土壤容重的关系. 结果表明: 不同林龄云南松林
土壤剖面的有机碳和全氮含量变化规律一致,表层呈富集现象,随着土层的加深而逐渐减少.
随着林龄的增加,林地土壤的有机碳和全氮储量增加,19、28 和 45 年生林地土壤有机碳储量
分别为 96. 24、121. 65 和 148. 13 t·hm-2,全氮储量分别为 10. 76、12. 96 和 13. 08 t·hm-2 .土
壤有机碳与全氮含量呈极显著正相关,二者均与土壤容重呈极显著负相关.不同生长阶段林
地土壤有机碳和全氮的积累速率有所差异,其中 19 ~ 28 年生林地的土壤有机碳和全氮含量
积累速率高于 28 ~ 45 年生林地.
关键词摇 云南松摇 土壤有机碳摇 土壤全氮摇 土壤容重摇 林龄摇 贵州
文章编号摇 1001-9332(2014)03-0625-07摇 中图分类号摇 S714摇 文献标识码摇 A
Accumulation of soil organic carbon and total nitrogen in Pinus yunnanensis forests at differ鄄
ent age stages. MIAO Juan1,4, ZHOU Chuan鄄yan2,5, LI Shi鄄jie3, YAN Jun鄄hua1 ( 1 South China
Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China; 2 Institute of Mountain
Resources, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang 550001, China; 3Guizhou Forest Inventory and
Planning Institute, Guiyang 550003, China; 4University of Chinese Academy of Sciences, Beijing
100049, China; 5College of Environment and Energy, South China University of Technology,
Guangzhou 510640, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(3): 625-631.
Abstract: Taking three Pinus yunnanensis forests at different ages (19, 28 and 45 a) in Panxian
County of Guizhou Province as test objects, we investigated vertical distributions and accumulation
rates of soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN), as well as their relationships with soil
bulk density. For the three forests at different age stages, SOC and TN changed consistently along the
soil profile, declining with the soil depth. Both SOC and TN storage increased with the forest age.
The SOC and TN storage amounts were 96. 24, 121. 65 and 148. 13 t·hm-2, and 10. 76, 12郾 96
and 13. 08 t·hm-2 for the forest stands with 19 a, 28 a and 45 a, respectively. SOC had a signifi鄄
cant positive correlation with soil TN, while both of them had a significant negative relationship with
the soil bulk density. The accumulation rates of both SOC and TN storage at different growth periods
were different, and the rate in the period from age 19 to 28 was higher than in the period from age
28 to 45.
Key words: Pinus yunnanensis forest; soil organic carbon; soil total nitrogen; soil bulk density;
forest age; Guizhou Province.
*中国科学院战略性先导科技专项(XDA05000000)和“西部之光冶
人才培养计划项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: jhyan@ scib. ac. cn
2013鄄04鄄23 收稿,2014鄄12鄄17 接受.
摇 摇 碳和氮是森林生态系统的重要组分,也是维持
其结构和功能的两个重要元素,其循环过程及相互
作用对生态系统的生产力、固碳潜力以及稳定性都
有着关键性的影响[1] . 森林土壤是一个巨大的碳、
氮储存库,其碳储量约为全球土壤碳库的 73% [2],
氮储量占森林生态系统总氮量的 85%以上[3] .近些
年来,国内外学者对不同森林类型土壤的碳、氮储量
进行了大量的研究,主要集中在碳、氮储量的估算方
面,并且取得了一定的成果[4-7] .而对不同类型森林
土壤中碳库、氮库的动态变化及其调控机理研究是
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 3 月摇 第 25 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2014, 25(3): 625-631
了解和预测全球气候变化的一项重要的基础性工
作[8-9] .
云南松(Pinus yunnanensis)具有生长快、耐干旱
瘠薄、适宜性强等特点,能涵养水源、改善生态环境,
是主要的用材树种和薪炭林,在我国西南地区广泛
分布.随着国家天然林保护与退耕还林工程的实施,
云南松林的分布面积日益扩大,云南松林保护与培
育研究已经成为云贵高原森林资源经营管理及其可
持续发展的重要任务之一.然而,现有的云南松林大
多是在原有常绿阔叶林迹地上依靠天然或人工更新
发展起来的次生林,其中纯林占 80%以上,人工造林
也以纯林为主[10] .人为砍伐使现有云南松林大多处
于中幼龄阶段,仅在个别边远地区有少量的成熟林.
由于云南松的经济价值和生态价值较高,国内
学者对云南松林生态系统的结构和功能开展了大量
的研究.这些研究主要集中在植物地上与地下部分
的生物量等方面[11-13],对云南松林土壤碳、氮库及
其积累特征的研究报道很少. 本文通过测定贵州省
盘县 3 种林龄(19、28 和 45 a)云南松林的土壤剖面
理化参数,研究了土壤有机碳与全氮含量的垂直分
布、积累特征及其与土壤容重之间的关系,旨在为云
南松林生产经营和科学管理提供参考资料.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究样地位于贵州省六盘水市盘县水塘镇荒坝
村(25毅36忆 N, 104毅37忆 E).该地区属亚热带湿润季
风型气候,年均气温 15 益,年均降水量 1390 mm,降
水集中在 5—10 月,雨热同期. 地形以山地丘陵为
主,平均海拔在 1700 m以上,土壤类型以山地黄壤、
黄棕壤为主,土层厚度多在 1 m以上.
该地区的云南松林多为天然或人工更新发展起
来的次生林,群落结构比较单一,部分成熟林乔木层
中混有少量的华山松(Pinus armandii)和旱冬瓜(Al鄄
nus nepalensis).林下灌木主要有:油茶(Camellia ole鄄
ifera)、火棘(Pyracantha fortuneana)、鼠李(Rhamnus
purshiana)、金丝桃(Hypericum monogynum)等,草本
植物主要有:蛇莓(Duchesnea indica)、毛轴蕨(Pteri鄄
dium revolutum)、旱茅(Schizachyrium delavayi)、黄茅
(Heteropogon contortus)和莎草(Cyperus rotundus)等.
1郾 2摇 样地设置及采样
选择立地条件一致、林龄分别为 19 a、28 a 和
45 a的云南松林为研究对象,每个林龄设置 3 个重
复样地,每个样地面积为 20 m伊30 m. 3 种云南松林
均是采伐后通过人工更新形成,在林场内自然封育,
未经过人工抚育及其他人为干扰.所有样地比邻,处
于同一气候背景下,土壤类型为黄壤.样地的基本概
况见表 1.
2011 年 10 月,在每个样地内按照 0 ~ 10、10 ~
20、20 ~ 30、30 ~ 50 和 50 ~ 100 cm 5 个层次采集土
壤样品.每层用内径 3. 6 cm 土钻随机钻取 3 钻土,
混合成一个样品. 另外,每个样地挖 1 个土壤剖面,
深至 100 cm,按相同层次用环刀采集各层土壤,带
回实验室测定土壤容重. 土壤有机碳含量采用重铬
酸钾外加热法测定[14],土壤全氮采用凯氏定氮法测
定[15] .
1郾 3摇 土壤碳、氮储量及其积累速率的计算
单位面积土壤剖面的碳储量(SOC,t·hm-2)和
氮储量(TN,t·hm-2)计算公式为:
SOC =移
5
i = 1
0郾 1伊 籽i伊 SOC i伊 Hi伊(1- Si) (1)
TN =移
5
i = 1
0郾 1伊 籽i伊 TNi伊 Hi伊(1- Si) (2)
表 1摇 试验样地概况
Table 1摇 General information of the experimental sites
林龄
Stand age
(a)
样地编号
Sites
number
坡度
Slope gradient
(毅)
坡向
Slope
aspect
坡位
Slope
position
林分密度
Stand density
( trees·hm-2)
郁闭度
Canopy density
(% )
平均胸径
Mean DBH
(cm)
平均树高
Mean height
(m)
19 1 18 南 South 下 Lower 1670 30 10. 17 9. 51
2 18 西 West 中 Middle 1770 30 9. 83 9. 23
3 20 西 West 中 Middle 1850 35 9. 20 7. 07
28 1 10 西 West 中 Middle 1130 45 13. 36 13. 1
2 12 西 West 中 Middle 1350 50 10. 26 11. 6
3 23 西 West 中 Middle 1210 45 12. 24 12. 2
45 1 22 西 West 中 Middle 900 40 18. 11 16. 58
2 20 西 West 中 Middle 950 40 18. 09 16. 10
3 23 西 West 中 Middle 850 40 18. 23 16. 70
626 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
式中:Hi为第 i层土壤厚度(cm);籽i为第 i 层土壤平
均容重(g·cm-3);SOC i、TNi分别为第 i层土壤的平
均有机碳和全氮含量(g·kg-1);Si为>2 mm砾石平
均含量(% ).
由于研究样地所处的海拔较高,附近的居民较
少,加上当地实行护林政策,因此 3 种云南松林均未
受到人为干扰.用空间代替时间的方法,可以计算两
个时间段( t1为 19 ~ 28 a、t2为 28 ~ 45 a)内各土层的
土壤有机碳和全氮的累积速率(t·hm-2·a-1).
1郾 4摇 数据处理
利用负指数方程 y=ae-bx+y0(y 为土壤有机碳、
土壤全氮;x 为土壤容重;a、b、y0为参数)对土壤容
重与土壤有机碳、全氮进行线性拟合[16-17] . 采用单
因素方差分析(one鄄way ANOVA)和最小显著差异法
(LSD)比较不同数据组之间的差异(琢 = 0. 05),用
Pearson相关系数评定各因子间的相关关系.数据处
理及统计分析采用 Excel 2010 和 SPSS 20. 0 软件完
成.绘图采用 Sigmaplot 10. 0 软件完成.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同林龄云南松林土壤容重、有机碳和全氮含
量的变化
由图 1 可以看出,云南松林地的土壤容重在
0郾 90 ~ 1. 52 g·cm-3,并且随着土层的加深,不同林
龄的土壤容重均逐渐增大. 其中,20 ~ 30 cm 土层
19 a林地的土壤容重与 45 a 林地存在显著性差异,
28 a林地与其他两个林龄则不存在显著性差异. 其
他各土层 3 种林龄的土壤容重均不存在显著性差
异.不同林龄各层土壤容重均为 19 a >28 a >45 a
(0 ~ 10 cm土层除外).对同一林龄不同土层的平均
土壤容重进行方差分析,结果表明,50 ~ 100 cm 土
层的平均土壤容重与其他各层之间均存在显著性差
异,而其他相邻土层之间没有显著性差异.
随着土层的加深, 不同林龄土壤有机碳和全氮
含量均逐渐下降,且 0 ~ 10 cm土层的有机碳和全氮
含量显著高于其他各层. 其中, 不同林龄各层土壤
有机碳和全氮含量之间均存在显著性差异, 仅土壤
有机碳在 50 ~ 100 cm土层、土壤全氮含量在 30 ~ 50
和 50 ~ 100 cm土层上,28 a和 45 a林地之间差异不
显著.对同一林龄不同土层的统计分析发现,在相邻
土层中,10 ~ 20 cm 和 20 ~ 30 cm 两个土层之间的
有机碳和全氮含量差异极显著,并且 45 a 林地表现
得更突出.
图 1摇 不同林龄云南松林各土层的土壤容重、有机碳和全氮
含量
Fig. 1摇 Soil bulk density, organic carbon and total nitrogen of
different soil layers in three different ages of Pinus yunnanensis
forests (mean依SD).
不同字母表示同一土层不同林龄之间差异显著(P<0. 05) Different
letters indicated significant difference in the same soil layer at 0. 05 level.
2郾 2摇 不同林龄云南松林土壤有机碳和全氮的积累
由图 2 可以看出,随着林龄的增大,云南松林土
壤有机碳和全氮储量增加. 19 a、28 a和 45 a云南松
林土壤有机碳储量分别为 96. 24、121. 65 和 148. 13
t·hm-2,三者之间存在显著性差异,其中 45 a 林地
的有机碳储量分别是 28 a和 19 a林地的 1. 2 和 1. 5
倍;3 种林龄土壤全氮储量分别为 10. 76、12. 97 和
13. 08 t·hm-2,其中,19 a 林地的土壤全氮储量与 28
a、45 a林地之间均存在显著性差异,而 28 a 与 45 a
林地之间的差异不显著.表明 28 a 云南松林地土壤
有机碳在持续积累,而土壤全氮处于稳定状态.
2郾 3摇 不同林龄云南松林土壤有机碳、全氮含量和土
壤容重的关系
对 3 种林龄云南松林土壤有机碳和全氮进行线
性拟合(图 3),结果表明,二者之间呈极显著的正相
7263 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 苗摇 娟等: 不同林龄云南松林土壤有机碳和全氮积累特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 3 种云南松林土壤有机碳储量和全氮储量
Fig. 2摇 Soil organic carbon storage and total nitrogen storage in
three different ages of Pinus yunnanensis forests (mean依SD).
不同字母表示差异显著(P<0. 05) Different letters indicated significant
difference at 0. 05 level.
图 3摇 土壤有机碳与全氮的关系
Fig. 3摇 Relationship between soil organic carbon and total nitro鄄
gen.
关关系.分别对土壤容重与土壤有机碳、全氮进行负
指数线性拟合 (图 4),结果表明,土壤有机碳、全氮
与土壤容重之间均存在极显著负相关关系,R2分别
为 0. 71、0. 70.说明随着林龄的增加,林地土壤的化
学物质含量发生变化,土壤的物理性质也发生改变.
2郾 4摇 林地土壤有机碳和全氮的积累速率
由表 2 可以看出,不同生长阶段云南松林各土
层的土壤有机碳和全氮积累速率有所差异,有机碳
的累积速率明显大于全氮的累积速率;而在 28 年
后,1 m 深土层土壤有机碳和全氮的积累速率均
减缓.
在土壤剖面上,不同生长阶段林地的土壤有机
图 4摇 土壤容重与土壤有机碳和全氮含量的关系
Fig. 4摇 Relationships between soil bulk density and organic car鄄
bon or total nitrogen.
表 2摇 云南松林土壤有机碳与土壤全氮的积累速率
Table 2摇 Accumulation rates of soil organic carbon and total
nitrogen in the Pinus yunnanensis forests (t·hm-2·a-1)
指标
Inalex
土层
Soil layer
(cm)
生长阶段 Growth period
t1
(19 ~ 28 a)
t2
(28 ~ 45 a)
有机碳 0 ~ 10 0. 27 0. 33
Organic carbon 10 ~ 20 0. 35 0. 23
20 ~ 30 -0. 04 0. 10
30 ~ 50 1. 04 0. 28
50 ~ 100 0. 85 0. 43
0 ~ 100 2. 82 1. 56
全氮 0 ~ 10 0. 01 0. 02
Total nitrogen 10 ~ 20 0. 02 0. 01
20 ~ 30 0. 03 -0. 001
30 ~ 50 0. 06 -0. 001
50 ~ 100 0. 11 -0. 02
0 ~ 100 0. 25 0. 06
碳累积速率呈现先减小后增加的趋势,而且 20 ~ 30
cm土层是转折点.土壤全氮累积速率在 t1时间段逐
渐增加,t2时间段逐渐减小,其中从 20 ~ 30 cm 土层
开始为负累积. t2时间段内 0 ~ 10 cm 土层的有机碳
和全氮累积速率均大于 t1时间段.有机碳积累速率
在 20 ~ 30 cm 土层也是 t2 >t1,其余土层为 t1 >t2,而
全氮的累积速率则从 0 ~ 10 cm土层往下均为 t1>t2 .
由此可见,土壤有机碳和全氮在土壤剖面的积累速
率出现非一致性的变化.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 土壤有机碳和全氮储量的变化特征
本研究表明,19 a、28 a和 45 a云南松林土壤有
826 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
机碳和全氮储量均随着林龄的增大而增加,这与以
往研究的结果一致.刘恩等[18]对 10 a、20 a、27 a 红
椎人工林及梁宏温等[19]对第一代尾巨桉(1. 6 a、
3郾 6 a、5. 6 a、7. 6 a)的研究均表明, 0 ~ 60 cm 土层
的碳含量随着林龄的增大而增加.吴明等[20]对第一
代杉木纯林(10 a、20 a、30 a)的研究也表明,0 ~ 100
cm深土壤有机质和全氮含量均随着林龄的增大而
增加.这主要是在不同发育阶段,林分密度、郁闭度
以及林下植被盖度共同影响的结果. 19 a 云南松处
于生长的旺盛期,凋落物的量较少,土壤有机碳含量
相应也较少;28 a云南松郁闭度较高,林分之间自然
疏枝现象比较明显,枯枝落叶的量也较多,因此其土
壤有机碳的输入较多;45 a 云南松郁闭度虽然没有
28 a大,但林下物种较为丰富,土壤有机碳含量大于
28 a云南松.林龄对土壤矿化的影响机理目前还没
有定论,可能是因为各研究的树种、林龄不一致,从
而导致研究结果不同. Jussy 等[21]对道格拉斯冷杉
序列的研究表明,森林土壤的矿化、硝化与林龄不相
关.而 Bond鄄Lamberty 等[22]发现,在黑云杉林,氮利
用效率随林龄的增加而增加,森林土壤氮的有效性
受到林龄和树种氮利用效率的影响.
本研究的 3 种林龄云南松林土壤有机碳储量平
均值为 122. 00 t·hm-2,比较接近我国暖性针叶林
土壤碳储量平均水平 110. 30 t·hm-2[23],而低于 10
a、20 a、27 a 红椎土壤碳储量(144. 01、156. 80 和
177. 78 t·hm-2) [18] . 3 种云南松林土壤全氮储量均
高于我国亚热带常绿阔叶林土壤层氮储量 10郾 17
t·hm-2[6],低于 29 a 格木土壤氮储量 16郾 48
t·hm-2[7] 和 西 南 林 地 土 壤 氮 储 量 19郾 88
t·hm-2[24] . 28 a和 45 a 云南松林土壤氮储量略高
于 33 a红椎土壤氮储量 11. 61 t·hm-2[7] .这说明研
究结果受土壤质地、植被类型、林龄以及当地的水热
条件等多种因素的影响. 今后应开展对土壤碳和氮
储量与地上部分生物量、凋落物产量关系的进一步
研究.
3郾 2摇 土壤有机碳和全氮的累积特征
土壤剖面碳、氮的垂直分布受生物与非生物过
程的共同作用,取决于积累与消耗的差值.森林凋落
物的分解、对大气中含碳和氮气体的吸收、大气含碳
和氮物质的沉降及岩石的风化是森林土壤中碳素和
氮素的重要来源,其中凋落物是森林土壤中碳和氮
的主要来源[25] . 凋落物主要集中在表层土壤,分解
的凋落物只有很小一部分进入到深层土壤. 植物根
系也主要集中在土壤表层,其垂直分布直接影响输
送到土壤各层次的碳及养分含量[9,26] . 云南松的根
系深,侧根发达,根幅较宽. 邓坤枚等[11]研究表明,
云南松成熟林的根系生物量以 0 ~ 30 cm土层最多,
占总根系生物量的 93. 7% ,且大多数是粗根,其中
0 ~ 20 cm土层的贡献率为 62. 0% .而小根(<5 mm)
主要集中在 0 ~ 10、10 ~ 20 和 20 ~ 30 cm土层,其生
物量分别占土层厚度 (115 cm)总小根生物量的
29郾 2% 、32. 8%和 31. 6% .孙宝刚等[13]研究也表明,
云南松根系主要分布在 0 ~ 30 cm土层,占到总根系
生物量的 65. 5% . <2 mm细根在 0 ~ 30 cm 土层的
生物量占土层厚度 ( 85 cm) 总细根生物量的
73郾 5% ,而在 60 ~ 85 cm 土层几乎为 0.二者的结果
存在差异,主要是因为他们选取的土层深度不同.另
外,树木的生长需要根系从深层土壤中吸收养分.因
此,表层土壤有机碳和氮的积累大于消耗,而深层土
壤则是消耗大于积累.本研究中,3 种林龄的土壤有
机碳及全氮含量均在 0 ~ 10 cm土层最高,且随着土
层的加深而逐渐降低,这与前人的研究结果[27-29]相
符. 0 ~ 10、0 ~ 20 和 0 ~ 30 cm 的土壤碳储量分别占
1 m深土壤的 25. 1% 、47. 7%和 60. 8% ,土壤氮储
量分别为 16. 7% 、32. 8%和 44. 4% .由此可见,云南
松林表层土壤的富集能力很强,然而这一层又比较
脆弱,极易受到人类各种经营活动的干扰. 因此,云
南松林土壤剖面碳、氮的垂直分布特征在森林经营
和管理中应该受到关注.
土壤有机碳与土壤中的氮素有很高的依存关
系[30-31] .本研究中,t2时间段内 0 ~ 10 cm 土层的有
机碳和全氮累积速率均大于 t1时间段,说明随着林
龄的增加,表层土壤的富集能力也在增加. 在 20 ~
30 cm及以下各土层,有机碳和全氮累积速率均表
现出 t2在地表的凋落物就越多. 云南松纯林内的凋落物含
有单宁、蜡质和树脂等难以分解的有机物,透水性
差,不易分解和掺合,分解速率会减弱,延缓了养分
的吸收、运移与循环[32],特别是在深层土壤,分解的
养分很难到达,使累积速率减小. 其次,在中性(pH
7)的土壤环境条件下松针分解较快,土壤有机质分
解矿质化将导致土壤溶液趋向酸化,形成贫瘠的酸
性土壤环境,松针的分解减缓,土壤肥力逐渐减退,
进而导致林分生产力的下降[11] .本研究中 3 种云南
松林 0 ~ 10 cm 土层土壤溶液 pH 的平均值分别为
(6. 0依1. 1)、(5. 2依0. 5)和(5. 4依0. 1),随着林龄的
增加,土壤溶液 pH 值有降低的趋势,可能是 t2阶段
土壤有机碳和全氮累积速率较小的原因之一. 土壤
9263 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 苗摇 娟等: 不同林龄云南松林土壤有机碳和全氮积累特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
全氮累积速率在 t1时间段逐渐增加,在 t2时间段逐
渐减小,其中从 20 ~ 30 cm土层开始为负累积.云南
松根系在 t1时间段主要吸收表层土壤的氮;而在 t2
时间段主要吸收深层土壤的氮.因此,在云南松林分
生长到一定的时期,特别是接近成熟期,适当地清除
地表凋落物(主要是松枝松叶),能更好地促进有机
质的分解和养分的循环.
参考文献
[1]摇 Reich PB, Hobbie SE, Lee T, et al. Nitrogen limitation
constrains sustainability of ecosystem response to CO2 .
Nature, 2006, 440: 922-925
[2]摇 Sampson RN. Terrestrial Biospheric Carbon Fluxes.
Dordrecht, Netherlands: Springer, 1993
[3] 摇 Reichle DE. Dynamic Properties of Forest Ecosystems.
London: Cambridge University Press, 1981
[4]摇 Fin佴r L, Mannerkoski H, Piirainen S, et al. Carbon
and nitrogen pools in an old鄄growth, Norway spruce
mixed forest in eastern Finland and changes associated
with clear鄄cutting. Forest Ecology and Management,
2003, 174: 51-63
[5]摇 Xie X鄄L (解宪丽), Sun B (孙摇 波), Zhou H鄄Z (周慧
珍), et al. Soil carbon storage and their influencing fac鄄
tors under native vegetations in China. Acta Pedologica
Sinica (土壤学报), 2004, 41(5): 687-699 ( in Chi鄄
nese)
[6]摇 Zhang C鄄N (张春娜), Yan X鄄D (延晓东), Yang J鄄H
(杨剑虹). Estimation of nitrogen reserves in forest soil
of China. Journal of Southwest Agricultural University
(Natural Science) (西南农业大学学报·自然科学
版), 2004, 26(5): 572-579 (in Chinese)
[7]摇 Wang W鄄X (王卫霞), Shi Z鄄M (史作民), Luo D (罗
达), et al. Carbon and nitrogen storage under different
plantations in subtropical south China. Acta Ecologica
Sinica (生态学报), 2013, 33(3): 925-933 ( in Chi鄄
nese)
[8]摇 Davison EA, Acherman IL. Change in soil carbon in鄄
ventions following cultivation of previously untilled soils.
Biogeochemistry, 1993, 20: 161-193
[9]摇 Jobb觃gy EG, Jackson RB. The vertical distribution of
soil organic carbon and its relation to climate and vegeta鄄
tion. Ecological Applications, 2000, 10: 423-436
[10]摇 Cai N鄄H (蔡年辉), Li G鄄Q (李根前), Lu Y鄄C (陆元
昌). Discuss on the approaching鄄 nature forestry ma鄄
nagement of Pinus yunnanensis pure forests. Journal of
Northwest Forestry University (西北林学院学报 ),
2006, 21(4): 85-88 (in Chinese)
[11]摇 Deng K鄄M (邓坤枚), Luo T鄄X (罗天祥), Zhang L
(张摇 林), et al. Root biomass of different stand鄄age
Pinus yunnanensis forests and its distribution pattern in
different soil depths. Chinese Journal of Applied Ecology
(应用生态学报), 2005, 16(1): 21-24 (in Chinese)
[12]摇 Zhang Z鄄H (张志华), Wang L鄄C (王连春), Zheng
D鄄R (郑东瑞), et al. Study on artificial forest stand
biomass of Pinus yunnanensis Faranch in northwest Yun鄄
nan Province. Journal of Anhui Agricultural Sciences
(安徽农业科学), 2011, 39 (31): 1920 - 1920 ( in
Chinese)
[13]摇 Sun B鄄G (孙宝刚), Chen F (陈 摇 飞), Wang J鄄M
(王健敏), et al. Biomass distribution pattern of diffe鄄
rent parts of Pinus yunnanensis with different diameter
class. Forest Research (林业科学研究), 2012, 25
(1): 71-76 (in Chinese)
[14]摇 Bao S鄄D (鲍士旦). Soil and Agricultural Chemistry
Analysis. Beijing: China Agriculture Press, 2000: 30-
34 (in Chinese)
[15]摇 Soil Science Society of China (中国土壤学会). Re鄄
search Methods of Soil and Agricultural Chemistry. Bei鄄
jing: China Agricultural Science and Technology Press,
2000: 147-149 (in Chinese)
[16]摇 Avnimelech Y, Ritvo G, Meijer LE, et al. Water con鄄
tent, organic carbon and dry bulk density in flooded se鄄
diments. Aquacultural Engineering, 2001, 25: 25-33
[17]摇 Peng P鄄Q (彭佩钦), Zhang W鄄J (张文菊), Tong C鄄L
(童成立), et al. Vertical distribution of soil organic
carbon, nitrogen and microbial biomass C, N at soil pro鄄
files in wetlands of Dongting Lake floodplain. Journal of
Soil and Water Conservation (水土保持学报), 2005,
19(1): 49-53 (in Chinese)
[18]摇 Liu E (刘摇 恩), Wang H (王摇 晖), Liu S鄄R (刘世
荣). Characteristics of carbon storage and sequestration
in different age beech (Castanopsis hystrix) plantations
in south subtropical area of China. Chinese Journal of
Applied Ecology (应用生态学报), 2012, 23 (2):
335-340 (in Chinese)
[19]摇 Liang H鄄W (梁宏温), Wen Y鄄G (温远光), Wen L鄄H
(温琳华), et al. Effect of continuous cropping on the
carbon storage of Eucalyptus urophylla 伊 E. grandis
short鄄rotations plantations. Acta Ecologica Sinica (生态
学报), 2009, 29(8): 4242-4250 (in Chinese)
[20]摇 Wu M (吴摇 明), Shao X鄄X (邵学新), Zhou C鄄L (周
纯亮), et al. Soil quality evolvement and its environ鄄
mental significance of typical plantations in mid鄄subtro鄄
pics of China. Chinese Journal of Ecology (生态学杂
志), 2009, 28(9): 1813-1817 (in Chinese)
[21]摇 Jussy JH, Colin鄄Belgrand M, Ranger J. Production and
root uptake of mineral nitrogen in a chronosequence of
Douglas鄄fir ( Pseudotsuga menziesii) in the Beaujolais
Mounts. Forest Ecology and Management, 2000, 128:
197-209
[22]摇 Bond鄄Lamberty B, Gower ST, Wang C, et al. Nitrogen
dynamics of a boreal black spruce wildfire chronose鄄
quence. Biogeochemistry, 2006, 81: 1-16
[23]摇 Zhou Y鄄R (周玉荣), Yu Z鄄L (于振良), Zhao S鄄D
(赵士洞). Carbon storage and budget of major Chinese
forest types. Acta Phytoecologica Sinica (植物生态学
报), 2000, 24(5): 518-522 (in Chinese)
[24]摇 Liu J鄄Y (刘纪远), Wang S鄄Q (王绍强), Chen J鄄M
(陈镜明), et al. Storage of soil organic carbon and ni鄄
trogen and land use changes in China: 1990-2000. Acta
Geographica Sinica (地理学报), 2004, 59(4): 483-
036 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
496 (in Chinese)
[25]摇 Rong X鄄M (荣兴民), Chen Y鄄C (陈玉成), Wang K鄄
Y (王开运), et al. Advances and prospect for carbon
and nitrogen process in forest soil. Inner Mongolia
Forestry Science & Technology (内蒙古林业科技),
2004(1): 30-35 (in Chinese)
[26]摇 Chang Z鄄Q (常宗强), Feng Q (冯摇 起), Si J鄄H (司
建华), et al. Soil carbon storage and CO2 flux under
different vegetation types in Qilian Mountains. Chinese
Journal of Ecology (生态学杂志), 2008, 27 (5):
681-688 (in Chinese)
[27]摇 Arrouays D, Pelissier P. Modeling carbon storage pro鄄
files in temperate forest humic loamy soils of France.
Soil Science, 1994, 157: 185-192
[28]摇 Lei P鄄F (雷丕锋), Xiang W鄄H (项文化), Tian D鄄L
(田大伦), et al. Carbon storage and distribution in
Cinnamomum camphor plantation. Chinese Journal of
Ecology (生态学杂志), 2004, 23 (4): 25 - 30 ( in
Chinese)
[29]摇 Yang J鄄Y (杨金艳), Wang C鄄K (王传宽). Soil car鄄
bon storage and flux of temperate forest ecosystems in
northeastern China. Acta Ecologica Sinica (生态学
报), 2005, 25(11): 2875-2882 (in Chinese)
[30]摇 Schipper LA, Percival HJ, Sparling GP. An approach
for estimating when soils will reach maximum nitrogen
storage. Soil Use and Management, 2004, 20: 281-286
[31]摇 Wu Z鄄X (吴志祥), Xie G鄄S (谢贵水), Tao Z鄄L (陶
忠良), et al. Characteristics of soil carbon and total ni鄄
trogen contents of rubber plantations at different age sta鄄
ges in Danzhou, Hainan Island. Ecology and Environ鄄
mental Sciences (生态环境学报), 2009, 18 (4 ):
1484-1491(in Chinese)
[32]摇 Chapin III FS, Matson PA. Principles of Terrestrial
Ecosystem Ecology. Dordrecht, Netherlands: Springer,
2011
作者简介摇 苗摇 娟,女,1988 年生,硕士研究生.主要从事森
林生态系统碳循环研究. E鄄mail: miaojuan@ scib. ac. cn
责任编辑摇 李凤琴
封 面 说 明
封面图片由兰州大学草地农业科技学院林慧龙教授提供.图中为位于三江源区的青海省果洛
藏族自治州玛沁县大武滩(34毅17忆—34毅28忆 N,100毅14忆—100毅26忆 E),地貌为缓坡丘陵. 三江源区被
誉为“中华水塔冶,是保障三江流域中下游地区乃至东南亚国家水安全重要的生态功能区.高寒草
甸作为源区自然生态系统的主体,物种组成和景观类型丰富,土壤碳储量高,是支撑高原畜牧业发
展、维系农牧民生活的重要物质基础,对涵养水源、保护生物多样性和固定碳素等生态功能起着重
要的作用.
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