全 文 ：大兴安岭林区兴安落叶松人工林土壤有机碳贮量*
齐摇 光1,2 摇 王庆礼1 摇 王新闯1 摇 于大炮1 摇 周摇 莉1 摇 周旺明1 摇 彭舜磊2 摇 代力民1**
( 1中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室, 沈阳 110164; 2平顶山学院, 河南平顶山 467000)
摘摇 要摇 通过样地调查,研究了大兴安岭林区 10、15、26 和 61 年生兴安落叶松人工林 0 ~ 40
cm土壤有机碳(SOC)贮量,以及原始兴安落叶松林皆伐后营造人工林过程中 SOC 碳源 /汇的
变化.结果表明: 随林龄的增加,兴安落叶松人工林 SOC贮量呈现先减少后增加的趋势,转折
点在林龄 15 ~ 26 a.与原始落叶松林相比,兴安落叶松人工林土壤碳库初期 (10 ~ 26 a)表现
为碳源,之后逐渐转变为碳汇,林龄 61 a时 SOC贮量达 158. 91 t·hm-2 .兴安落叶松人工林土
壤碳库的垂直分布表现为初期下层 SOC贮量高于上层,26 a 后上层高于下层,说明人为干扰
对该地区森林土壤碳库垂直分布产生了强烈的影响.大兴安岭林区兴安落叶松人工林的主伐
年龄以>60 a为宜.
关键词摇 大兴安岭摇 兴安落叶松摇 土壤有机碳摇 碳密度摇 碳汇摇 人工林经营
文章编号摇 1001-9332(2013)01-0010-07摇 中图分类号摇 Q948摇 文献标识码摇 A
Soil organic carbon storage in different aged Larix gmelinii plantations in Great Xing爷 an
Mountains of Northeast China. QI Guang1,2, WANG Qing鄄li1, WANG Xin鄄chuang1, YU Da鄄
pao1, ZHOU Li1, ZHOU Wang鄄ming1, PENG Shun鄄lei2, DAI Li鄄min1 ( 1 State Key Laboratory of
Forest and Soil Ecology, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang
110164, China; 2Pingdingshan University, Pingdingshan 467000, Henan, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2013,24(1): 10-16.
Abstract: A sampling plot investigation was conducted to study the soil organic carbon (SOC) stor鄄
age in 0-40 cm layer in 10鄄, 15鄄, 26鄄 and 61 years old Larix gmelinii plantations in Great Xing爷an
Mountains of Northeast China as well as the temporal variation pattern of the SOC source / sink dur鄄
ing the plantation management after the clear cutting of primary L. gmelinii forest. With the in鄄
creasing age of the plantations, the SOC storage increased after an initial decrease, and the inflec鄄
tion point was at a stand age between 15鄄 and 26鄄years old. Compared with that of primary forest,
the SOC storage of the plantations played a role of carbon source at early stage (10-26 years old),
but gradually transformed into carbon sink then, with a SOC storage of 158. 91 t·hm-2 in 61鄄year鄄
old plantation. The SOC storage of the plantations increased with soil depth initially, but was higher
in upper soil layer than in deeper soil layer after the stand age being 26, which implied that human
disturbance had strong effects on the vertical distribution of SOC. It was considered that the appro鄄
priate cutting age for the L. gmelinii plantations in Great Xing爷 an Mountains could be at least 60
years old.
Key words: Great Xing爷an Mountains; Larix gmelinii; soil organic carbon; carbon density; car鄄
bon sink; plantation management.
*中国科学院战略性先导科技专项(XDA05060200)、中国科学院知
识创新工程项目(KZCX2鄄YW鄄Q1鄄0501)、河南省教育厅科学技术研
究重点项目(12B180024)和平顶山学院博士启动项目(2011009 / G)
资助.
**通讯作者. E鄄mail: lmdai@ iae. ac. cn
2012鄄04鄄22 收稿,2012鄄11鄄01 接受.
摇 摇 工业革命以来,人类活动致使大气 CO2浓度不
断上升,由此引发的温室效应将使 21 世纪末的地球
表面气温显著增加[1-2] . 通过碳汇作用将大气 CO2
固持在陆地碳库中,已成为目前减缓温室效应的有
效途径之一.森林是地球上最大的陆地碳库,约占陆
地总碳库的 46% ,对全球碳循环和碳平衡至关重
要.森林土壤碳库是森林生态系统碳库的主体,包括
无机碳库和有机碳库两部分,而且无机碳贮量相对
较小且变动不大. 森林土壤有机碳(SOC)主要分布
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 1 月摇 第 24 卷摇 第 1 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 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2013,24(1): 10-16
于土壤层 1 m深度以内,总贮量为 1220 Pg C,约占
陆地土壤碳库的 40% ,是现阶段土壤碳库研究的重
点[3] .有研究表明,成熟林中的土壤碳库是碳汇增
加的主要场所[4] . 清洁发展机制( clean development
mechanism, CDM)使森林碳汇兼具重要的政治和经
济效益,目前 CDM 碳汇项目仅限于造林和再造林
(afforestation & reforestation, AR),因此人工林碳库
研究变得尤为紧迫[1] .森林生态系统碳库主要包括
植被、凋落物和 SOC 碳库,造林和再造林后植被碳
库和凋落物碳库变化明显且易于测定,因此相关研
究较多,而 SOC 碳库的研究相对较少[5] . 东北地区
原始林皆伐后营造人工林,初期土壤碳库降低[6];
而在草原上营造人工林后,土壤碳库表现出初期降
低、后期增加的趋势[7] . 目前,落叶松人工林经营过
程中普遍存在土壤酸化和地力衰退的问题,更易导
致土壤 SOC碳库降低.但是落叶松中龄林存在自肥
效应,每年有大量凋落物对土壤碳库进行补充,有助
于营林后期 SOC 碳库的增加[8] . 研究表明,随林龄
增加,兴安落叶松生物量碳库增加[9],但是土壤碳
库在时间序列上的变化鲜有报道. 以往对落叶松林
SOC碳库的研究对象多为落叶松天然林,落叶松人
工林的研究也多以中、幼龄林为主[10-13] 郾 有必要揭
示落叶松人工林 SOC 碳库在较长时间尺度上的变
化特征.
大兴安岭林区地处北半球高纬度区域,是对全
球气温变化最明显的地区之一[14] .该区广泛分布的
兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林是对全球温度变
化最敏感的植被类型之一 郾 然而,该植被类型碳库
尤其是 SOC 碳库的系统研究和实测数据仍较匮
乏[15] .本文以该区不同林龄兴安落叶松人工林为研
究对象,以原始落叶松林为对照,利用“空间代替时
间冶的方法研究林龄与 SOC 碳库的关系. 本研究假
设:原始林皆伐后营造的兴安落叶松人工林初期
SOC碳贮量小于皆伐前的原始林,并随林龄增加而
减少,表现为碳源;一定时期以后,SOC 碳贮量开始
随林龄增加而增加,表现为碳汇.旨在揭示兴安落叶
松人工林 SOC碳库时间变化规律,并为制定科学的
人工林经营管理策略提供参考.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
本研 究 区 位 于 大 兴 安 岭 呼 中 林 业 局
(51毅 14忆 40义—52毅 25忆 00义 N, 122毅 39忆 30义—
124毅 21忆 00义 E),总面积 7郾 7 伊105 hm2 . 该地区属大
陆性季风气候,夏季短暂,冬季漫长,冰冻期长达半
年,绝对最低温度达-47郾 5 益 .年均温 4郾 7 益,年均
降水量 350 ~ 500 mm,年均无霜期 85 d.由于寒冷湿
润,该区原始兴安落叶松林苔藓和枯枝落叶层一般
发育较厚,滞水性强,使土壤在生长季持续处于湿润
状态,灰化现象不明显,土层厚度一般在 0郾 4 m 以
内.河谷地区常分布有草甸土和沼泽土,土层母质多
残积物,基岩以花岗岩为主.该区为大片连续多年冻
土带南缘,地貌类型为石质中低山山地,坡度平缓,
多在 15毅以下,平均海拔 812 m.地带性植被类型为
寒温性针叶林,以兴安落叶松为单优势种.主要针叶
乔木树种为:兴安落叶松、樟子松 (Pinus sylvestris
var郾 mongolica) 和云杉(Picea koraiensis)等,主要阔
叶乔木树种为白桦(Betula platyphylla)、山杨(Popu鄄
lus davidiana)和钻天柳(Chosenia arbutifolia)等. 高
海拔地带分布有偃松(Pinus pumila),构成亚高山特
有景观和山地寒温带针叶疏林的林下灌木[16] .
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 样地设置与取样 摇 于 2009 年 8 月进行样地
调查,所选人工林样地均为草类鄄兴安落叶松人工
林,并且均由原始落叶松林皆伐后营造且经营措施
相同,下坡位,坡度<5毅,林龄分别为 10、15、26 和 61
a.选取坡度、坡位相似的原始落叶松人工林作为参
照(CK),以空间代替时间的方法研究土壤碳库的时
间变化特征.所选样地土壤的中国发生分类名称、系
统分类名称和 FAO 的分类名称类型分别为棕色针
叶林土、暗瘠寒冻雏形土和 Humic Cambisol.在各研
究样地中分别设置 3 个 20 m伊20 m 样方,测定每木
的胸径(DBH)和树高,结果见表 1.
摇 摇 参照 CERN 的土壤碳库调查方法进行分层取
样,去除地表枯落物层后用土钻分别取得 0 ~ 10、
10 ~ 20和 20 ~ 40 cm深度土壤样品.每个样方设置 3
个剖面,在各层中部取土,取土后将样品带回实验
表 1摇 兴安落叶松林调查样地基本概况
Table 1摇 Basic status of sites of Larix gmelinii
林型
Forest
type
林龄
Stand
age
(a)
胸径
DBH
(cm)
树高
Height
(m)
密度
Density
( ind·
hm-2)
CK >120 14郾 95 10郾 24 1700
L10 10 4郾 83 3郾 32 2200
L15 15 7郾 85 6郾 70 1300
L26 26 13郾 79 10郾 51 1700
L61 61 34郾 84 21郾 69 300
CK:原始落叶松林 Larix gmelinii virgin forest; L:落叶松人工林 Larix
gmelinii plantation郾 下同 The same below郾
111 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 齐摇 光等: 大兴安岭林区兴安落叶松人工林土壤有机碳贮量摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 兴安落叶松原始林和人工林各层土壤 SOC含量
Table 2摇 SOC content in different soil layers of Larix gmelinii virgin forest and plantations (mean依SD, g·g-1)
林型
Forest type
土壤深度 Soil depth (cm)
0 ~ 10 10 ~ 20 20 ~ 40 0 ~ 40
CK 0郾 1048依0郾 0127a 0郾 0619依0郾 0059a 0郾 0131依0郾 0063a 0郾 0599依0郾 0081a
L10 0郾 0281依0郾 0081b 0郾 0292依0郾 0056bc 0郾 0207依0郾 0007a 0郾 0260依0郾 0044b
L15 0郾 0409依0郾 0148b 0郾 0250依0郾 0022b 0郾 0157依0郾 0010a 0郾 0272依0郾 0045b
L26 0郾 0543依0郾 0200b 0郾 0418依0郾 0119c 0郾 0185依0郾 0089a 0郾 0382依0郾 0086b
L61 0郾 0420依0郾 0009b 0郾 0371依0郾 0026bc 0郾 0166依0郾 0016a 0郾 0323依0郾 0011b
同列不同小写字母表示林龄间差异显著(P<0郾 05) Different small letters in the same column indicated significant difference among different stand
ages at 0郾 05 level.
室,风干后过 2 mm 筛,进行土壤有机碳含量测定,
并取部分样品用于土壤容重测定[17] .
1郾 2郾 2 土壤容重测定 摇 将样品均匀粉碎后,挑出细
根、砾石等杂物,风干后得到样品干质量. 然后取样
品 50 g置于干燥箱中,105 益烘干得到烘干质量,计
算土壤含水率,从而得到原有土样的烘干质量,根据
环刀体积计算土壤容重.
1郾 2郾 3 土壤碳含量测定 摇 将剩余风干样品粉碎、过
100 目筛、取样分析. 采用重铬酸钾氧化鄄外加热
法[18-19] .测定土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)
含量,得到 0 ~ 40 cm土层土壤有机碳密度 (soil or鄄
ganic carbon density, SOCD, t·hm-2).
SOCD =移
3
i = 1
SOCDi =移
3
i = 1
C i 伊 Di 伊 E i 伊 108
(1)
式中: SOCDi为第 i 土层的土壤碳密度( t·hm-2);
C i为 SOC含量( t·g-1);Di为土壤容重(g·cm-3);
E i为第 i层土的厚度(cm).
1郾 3摇 数据处理
采用 SPSS 16郾 0 软件进行数据分析. 采用单因
素方差分析法(one鄄way ANOVA)进行差异显著性分
析(琢 = 0郾 05).当数据组间表现出显著差异时,采用
Duncan法进行多重比较.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 兴安落叶松原始林和人工林 SOC碳库
由表 2 可以看出,兴安落叶松原始林和人工林
土壤 SOC含量均随深度增加而减少,原始林 SOC含
量大于人工林,林龄 26 和 61 a人工林大于 10 和 15
a人工林.原始林 0 ~ 10 cm土层的 SOC含量远远大
于人工林,4 种落叶松人工林 0 ~ 10 cm 土层的 SOC
含量随林龄增加呈增加趋势,但差异不显著.原始林
10 ~ 20 cm土层的 SOC含量大于人工林,其中,林龄
15 和 26 a的 SOC含量明显升高,且 26 和 61 a大于
10 和 15 a.原始林和人工林 20 ~ 40 cm 土层的 SOC
含量无显著差异.
摇 摇 由于研究区土壤发生层较浅,40 cm 以下多为
母质层,因此本研究的落叶松人工林 SOC 碳库即指
土层 0郾 4 m以内的 SOC碳库.由图 1 可以看出,10、
15、26 和 61 a 兴安落叶松人工林 SOC 碳密度分别
为 126郾 54、110郾 32、 131郾 70 和 158郾 91 t·hm-2,呈现
出随林龄增加而先降低后增加的趋势. 这种趋势变
化的转折点在林龄 15 ~ 26 a 之间.该地区原始兴安
落叶松林 SOC碳密度为 143郾 83 t·hm-2,略低于 61
a落叶松人工林,而高于其他林龄落叶松人工林.原
始兴安落叶松林的土壤容重远小于落叶松人工林.
落叶松人工林土壤容重在 10 ~ 26 a 间呈现随林龄
增大而下降的趋势,61 a时又呈上升趋势.
图 1摇 兴安落叶松原始林及人工林 SOC碳库
Fig. 1 摇 SOC of Larix gmelinii virgin forest and plantations
(mean依SD)郾
不同小写字母表示差异显著(P<0郾 05) Different small letters indicated
significant difference at 0郾 05 level郾 下同 The same below郾
21 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 24 卷
图 2摇 兴安落叶松原始林及人工林 0 ~ 40 cm土壤有机碳密度及百分比
Fig. 2摇 SOC density and distribution proportion in the 0-40 cm soil layers of Larix gmelinii virgin forest and plantations (mean依SD)郾
2郾 2摇 兴安落叶松原始林和人工林 SOC 垂直分布特
征
由图 2 可以看出,10、15、26 和 61 a落叶松人工
林表层 0 ~ 10 cm 的 SOC 分别为 31郾 16、38郾 18、
53郾 32 和 60郾 58 t·hm-2;中间层 10 ~ 20 cm 的 SOC
分别为 39郾 09、33郾 04、43郾 17 和 54郾 46 t·hm-2;而土
壤最底层 20 ~ 40 cm 的 SOC 分别为 56郾 30、37郾 27、
35郾 21 和 43郾 87 t·hm-2 .总体上,该地区落叶松人工
林 SOC表现为初期顶层碳密度低于下层,而末期高
于下层的特征. 原始落叶松林 0 ~ 10、10 ~ 20 和
20 ~ 40 cm 土层的 SOC 分别为 62郾 48、 47郾 68 和
33郾 68 t·hm-2,与 61 a落叶松人工林相近.
摇 摇 落叶松人工林初期土壤碳库中表层 SOC 所占
比重极小,且随林龄增加而增加;而底层 SOC 所占
土壤碳库比重表现出逐渐减小的趋势. 10、15、26 和
61 a落叶松人工林 0 ~ 10 cm土层的 SOC 垂直分布
百分比分别为 24郾 4% 、34郾 5% 、 40郾 4%和 38郾 1% ,
总体随林龄增加而增加,26 a 后趋于稳定;20 ~ 40
cm土层的 SOC 垂直分布百分比分别为 44郾 7% 、
36郾 1% 、 26郾 9%和 27郾 6% ,随林龄增加而降低,26 a
后趋于稳定. 原始落叶松林 0 ~ 10 cm 土层的 SOC
垂直分布百分比为 43郾 4% ,20 ~ 40 cm 土层的 SOC
垂直分布百分比为 23郾 4% ,与 26 和 61 a 落叶松人
工林较为接近.
2郾 3摇 兴安落叶松人工林 SOC年均碳累积
由图 3 可以看出,兴安落叶松人工林 SOC 年均
碳累积随林龄增加呈现先减少后增加的趋势,其中,
林龄 10 ~ 15 a阶段 SOC年均碳累积降低,15 a之后
SOC年均碳累积逐渐增加. 若以原始兴安落叶松林
SOC为基线,10 ~ 26 a兴安落叶松人工林土壤碳库
图 3摇 兴安落叶松人工林 SOC年均碳累积
Fig. 3摇 Annual SOC accumulation of Larix gmelinii plantations
(mean依SD)郾
表现为碳源,61 a 时表现为碳汇(年均碳累积量为
0郾 25 t·hm-2).
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 兴安落叶松原始林和人工林 SOC碳库特征
目前,关于东北地区落叶松人工林 SOC 的研
究,多集中于探讨不同地区落叶松人工林土壤 SOC
的含量[11,20-21],深度多在 60 cm 土层以内[20-22],缺
乏对 SOC碳贮量的研究,有关 SOC碳库时间变化特
征的报道更少,主要原因之一是长期定位观测数据
的普遍匮乏.在缺乏长期观测数据的前提下,“空间
代替时间冶的方法是揭示人工林成长过程中 SOC 的
碳源 /汇转变的最佳选择.
东北地区落叶松人工林 SOC 含量随林龄的变
化存在较大争议,陈立新等[20]分别对长白山和小兴
安岭地区幼、中龄落叶松人工林 SOC 含量进行对比
研究,所得结果存在差异:长白山 0 ~ 40 cm 土层中
311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 齐摇 光等: 大兴安岭林区兴安落叶松人工林土壤有机碳贮量摇 摇 摇 摇 摇
龄林 SOC含量低于幼龄林;而小兴安岭地区 0 ~ 60
cm土层中龄林 SOC 含量大于幼龄林.王洪君等[23]
研究表明,中龄落叶松人工林 SOC 含量随林龄增加
而增加,但是林龄 40 a 时仍大大低于原始落叶松
林.陈立新等[20]发现,小兴安岭落叶松人工林 SOC
含量随林龄增加呈现先增加后降低的趋势,近熟时
达到峰值,且各龄级落叶松人工林 SOC 含量都大于
天然次生林,一定程度上肯定了落叶松人工林在固
持土壤 SOC方面的重要作用. 本研究中,兴安落叶
松中龄人工林 SOC含量大于幼龄林,总体随林龄增
加而增加,并且都未达到原始林水平,所得结果与陈
立新等[20]和王洪君等[23]的研究结论一致.
SOC含量尚不能真实反映落叶松林的 SOC 碳
库水平,国际上常采用碳密度为指标对森林碳库贮
量进行比较[24-25] .由式(1)可知,土壤碳密度受到土
壤容重和土层厚度的强烈影响,因此,本研究调查样
地 SOC碳密度与 SOC 含量大小的分布特征并不完
全一致.尽管原始落叶松林 SOC 含量远大于人工
林,但是由于原始林土壤容重较小,导致 SOC 碳密
度小于 61 a落叶松林(表 2, 图 1). 对于人工林而
言,10 ~ 26 a阶段土壤容重略有降低,61 a时又显著
增加(图 1),推测 61 a落叶松人工林土壤产生了较
为严重的酸化板结现象,导致土壤容重偏大[8] . 以
往研究认为,造林能够改变陆地 SOC 碳库贮量,但
其作用结果具有不确定性,受林龄、树种、原有土地
利用类型等多种因素的制约[26] .本研究中随林龄增
加,10 ~ 15 a 兴安落叶松人工林 SOC 碳密度降低,
15 ~ 61 a阶段升高,61 a时大于原始林,表现出初期
为碳源、后期为碳汇的土壤碳库源 /汇变化特征(图
1),这与本文前述林龄与碳源 /汇关系的假设相符.
落叶松凋落物分解过程中大量酸性物质的释放导致
土壤呈酸性反应,易于板结并导致初期地力衰退,在
土壤碳库方面表现为初期 SOC 贮量随林龄增加而
降低[8],这与本研究 10 ~ 15 a 兴安落叶松人工林
SOC碳密度变化结果相符. 本研究区兴安落叶松原
始林与 10 ~ 15 a人工林 SOC碳密度存在较大差异,
可能是由于兴安落叶松营造早期地力衰退现象比较
严重,引起林龄 10 ~ 15 a 阶段 SOC 贮量的急剧降
低.已往报道中,21 和 31 a 兴安落叶松林的年凋落
物量分别为 3郾 58 和 7郾 48 t·hm-2 [8,27] . 由此可推
断,中龄兴安落叶松林年凋落物量随林龄增加而增
加.增加的凋落物作为土壤有机质的输入源,有助于
增加 SOC,进而逐步扭转 SOC 随林龄增加而减少的
趋势;当林龄达到一定时期(本文为 15 ~ 26 a),兴
安落叶松 SOC 随林龄增加而增加. 因此,本研究林
龄与 SOC碳源 /汇关系转折点为林龄 15 ~ 26 a.
3郾 2摇 SOC碳库的垂直分布格局
有研究表明,森林生态系统 SOC 主要集中于表
层 0 ~ 30 cm[17,28],人工林经营对森林土壤碳库的扰
动不只表现在 SOC贮量的变化上,还表现为对 SOC
碳库垂直分布格局的影响. 中龄和近熟龄落叶松人
工林 SOC含量随土层深入呈现递减的趋势[11,21],本
研究中兴安落叶松原始林和人工林 SOC 含量的垂
直变化总体符合这一趋势(表 2). 兴安落叶松原始
林及 26、61 a人工林 SOC碳密度垂直分布随土层深
入而递减,而 10 a兴安落叶松人工林 SOC碳密度显
著递增,15 a兴安落叶松人工林 SOC 碳密度在各层
间差异不显著(图 2). 兴安落叶松人工林初期顶层
SOC低于下层,而末期高于下层,总体随林龄增加呈
现向顶层集中的趋势,并且逐步接近于兴安落叶松
原始林的 SOC垂直分布模式.
SOC的垂直百分比分布可以实现不同地区土壤
碳库垂直分配的无量纲性对比.以往研究表明,自然
植被表层 SOC 贮量比重比次生植被偏高[29] . 这主
要是因为次生植被受到人为干扰,地表枯枝落叶积
累较少,导致土壤表层有机碳贮量较少. 本研究中,
兴安落叶松原始林 0 ~ 10 cm 土层 SOC 比重大于人
工林,与以往研究相符(图 2). 尽管林龄 15 a 落叶
松人工林 SOC碳密度各层间差异不显著,但是底层
SOC垂直分布百分比显著大于顶层,说明 15 a 落叶
松人工林 SOC代表了林龄梯度上垂直分布格局的转
折点,是较为敏感的土壤碳库. 其他类型落叶松林
SOC碳密度垂直分布与垂直百分比分布模式相近,只
是各层间的差异由于百分比的无量纲化处理而减弱.
SOC 碳密度和垂直百分比分布的变化,说明兴
安落叶松人工林成长过程中经历了土壤碳库垂直分
配格局的变化,通过上层 SOC 的不断增加,达到与
原始林相似的稳定状态. 这是由于原始林皆伐后使
地表裸露,顶层土壤呼吸作用加强,顶层 SOC 急剧
降低.落叶松人工林营造后,短期内土壤受到的扰动
无法恢复,导致早期 SOC 降低. 随着林龄和林分郁
闭度增加,地表枯落物、水分及光照条件的改善,使
土壤呼吸作用减弱,同时,碳素通过凋落物归还到土
壤中,使得上层 SOC不断增加,直至 26 a 时 SOC 垂
直分配格局趋于稳定.
3郾 3摇 兴安落叶松人工林 SOC 固碳潜力与合理经营
的关系
兴安落叶松林是对全球气候变化最为敏感的植
41 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 24 卷
被类型之一.我国东北地区是兴安落叶松分布的南
限,兴安落叶松林在该地区自然生态系统中具有重
要的碳汇作用[9,15,30] .但是长期以来,由于营林方式
上将落叶松人工林作为速生丰产林经营,以获得林
产品为主要目的,引起了地力普遍衰退现象[8],使
落叶松人工林的土壤碳库普遍小于原始林. 本研究
表明,该地区兴安落叶松人工林 SOC 具有一定的固
碳潜力,可以通过兼顾固碳和合理经营充分发挥其
作用.同时,合理经营中应该注意以下两点:
1)森林 SOC 碳库在不同时期会表现为碳源或
碳汇,进而影响整个森林生态系统碳库的碳源 /汇转
变[31] .随着林龄的增加,兴安落叶松人工林土壤
SOC碳库先降低后增加,经历了由碳源转变为碳汇
的过程(图 1).但 15 ~ 26 a阶段的 SOC年均碳累积
随林龄增加一直在增加,直至 61 a 时才具备较高年
均碳累积量.由于 61 a 兴安落叶松人工林 SOC贮量
已经略超过原始林水平(图 1),具备较高的碳汇潜
力,因此适当延长林龄可发挥兴安落叶松人工林
SOC的固碳潜力.我国兴安落叶松人工林的主伐年
龄是 30 ~ 40 a,鉴于以往研究中,60 a左右的兴安落
叶松人工林依然具有较高的植被碳累积量和良好的
经济效益[9],建议实际经营中将主伐年龄延长至
60 a.
2)树种组成是林型划分的重要依据,同时对森
林土壤也有着深远的影响.目前,兴安落叶松人工林
多以纯林形式存在,兴安落叶松生长过程中向土壤
释放出大量酸性物质,使土壤 pH 降低,造成了较为
普遍的土壤酸化、板结、地表植被消失等地力衰退问
题[8] .而原始落叶松林中混生其他乔木树种,长期
以来保持了较高的 SOC含量和较低的土壤容重,土
质疏松、保水透气,没有出现酸化、板结现象, SOC
碳贮量也较高.由此可见,落叶松混交林可以克服落
叶松纯林对森林土壤造成的不利影响,维持较高的
SOC碳贮量,保证落叶松人工林在经营上的可持续
性.建议研究区落叶松人工林经营过程中,采用混交
林替代纯林,以保证该地区落叶松人工林土壤碳库
的长期维持.
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作者简介摇 齐摇 光,男,1983 年生,博士. 主要从事森林生态
与森林碳汇研究. E鄄mail: qiguang594@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
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