全 文 ：第 35 卷第 16 期
2015年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.16
Aug.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家林业公益性行业科研专项(201304307)
收稿日期:2013鄄11鄄03; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄10鄄08
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: gengzengchao@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201311032655
王棣, 耿增超, 佘雕, 和文祥, 侯琳.秦岭典型林分土壤有机碳储量及碳氮垂直分布.生态学报,2015,35(16):5421鄄5429.
Wang D, Geng Z C, She D, He W X, Hou L.Soil organic carbon storage and vertical distribution of carbon and nitrogen across different forest types in the
Qinling Mountains.Acta Ecologica Sinica,2015,35(16):5421鄄5429.
秦岭典型林分土壤有机碳储量及碳氮垂直分布
王摇 棣1, 耿增超1,*, 佘摇 雕2, 和文祥1, 侯摇 琳3
1 西北农林科技大学资源环境学院, 杨陵摇 712100
2 西北农林科技大学水土保持研究所, 杨陵摇 712100
3 西北农林科技大学林学院, 杨陵摇 712100
摘要:以秦岭典型林分锐齿栎(马头滩林区)、油松、华山松、松栎混交林、云杉、锐齿栎(辛家山林区)为对象,研究了不同林分土
壤剖面上有机碳、全氮、有机碳储量的分布规律。 结果表明:在秦岭地区,随着土壤剖面深度增加,不同林分的土壤有机碳、全氮
含量均逐渐降低;不同林分的土壤有机碳、氮素的积累和分解存在一定差异。 其中,云杉和松栎混交林的土壤有机碳、全氮含量
较高,锐齿栎(辛家山林区)含量较低,不同林分土壤剖面有机碳、全氮含量平均值分别为 13.46—26.41 g / kg、4.47—9.51 g / kg,
大小顺序均为云杉>松栎混交林>锐齿栎(马头滩林区) >油松>华山松>锐齿栎(辛家山林区);各个林分的土壤 C / N 在 5.93—
15.47之间, C / N平均值大小为松栎混交林﹥华山松﹥油松﹥云杉﹥锐齿栎(辛家山林区)﹥锐齿栎(马头滩林区);各个林分
0—60 cm土层的土壤有机碳储量大小为云杉>锐齿栎(马头滩林区)>松栎混交林>华山松>锐齿栎(辛家山林区)>油松,分别为
150.94、135.28、124.93、109.24、102.15、96.62 t / hm2;各个林分土壤有机碳含量与土壤全氮含量存在极显著正相关,土壤有机碳、
全氮与 C / N则没有明显相关性。
关键词:垂直分布; 有机碳储量; 土壤有机碳; 全氮
Soil organic carbon storage and vertical distribution of carbon and nitrogen
across different forest types in the Qinling Mountains
WANG Di1, GENG Zengchao 1,*, SHE Diao2, HE Wenxiang1, HOU Lin3
1 College of Resources and Environment, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China
2 Institute of Soil and Water Conservation, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China
3 College of Forestry, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China
Abstract: The main forest areas of Shaanxi Province lie in the Qinling Mountains. These forests have important ecological
and economic significance. The distribution patterns of soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), and SOC storage
in the soil profiles have not been systematically studied. The objective of this study was to estimate SOC, TN, and SOC
storage for six forest types in the Matoutan forest farm and in the Xinjiashan forest farm of the Qinling mountain range. All
forest types in this study were natural secondary forests: namely Quercus aliena var acuteserrata (Matoutan forest farm),
Pinus tabulaeformis Carr, Pinus armandii Franch, pine鄄oak mixed forest, Picea asperata Mast, and Quercus aliena var
acuteserrata (Xinjiashan forest farm). Five replicate samples were taken in an “S冶 pattern for each forest type. The profiles
were divided into 0—10, 10—20, 20—40, and 40—60 cm groups and then sampled, summing up to 72 soil samples. The
physical and chemical properties of the soils were measured using conventional methods. The results were analyzed using
univariate analysis of variance. Differences among forest types and soil horizons were analyzed with SPSS statistics 18.0. The
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results showed that the content of SOC and TN of different soil layers decreased with increasing soil depth in all six soil
profiles. The accumulation and decomposition of SOC and TN differed between forest types. Among the six forest types, the
SOC and TN contents of Picea asperata Mast and pine鄄oak mixed forest were higher than in the others, and that of Quercus
aliena var. acuteserrata (Xinjiashan forest farm) was the lowest. The SOC and TN content in the intervals of the six forest
soils were 13.46—26.41 g / kg and 4.47—9.51 g / kg, respectively, and the order was Picea asperata Mast > pine鄄oak mixed
forest > Quercus aliena var acuteserrata (Matoutan forest farm) > Pinus tabulaeformis Carr > Pinus armandii Franch >
Quercus aliena var. acuteserrata (Xinjiashan forest farm). The ratio of carbon to nitrogen (C / N) ranged from 5.93 to
15.47, the mean C / N was in the order of pine鄄oak mixed forest > Pinus armandii Franch > Pinus tabulaeformis Carr > Picea
asperata Mast > Quercus aliena var acuteserrata (XinJiashan forest farm) > Quercus aliena var acuteserrata (MaToutan
forest farm). SOC storage of the 0—60 cm layer of the six soils was 150.94 t / hm2 for Picea asperata Mast > 135.28 t / hm2
for Quercus aliena var acuteserrata (Matoutan forest farm) > 124.93 t / hm2 for Pine鄄oak mixed forest > 109.24 t / hm2 for
Pinus armandii Franch > 102.15 t / hm2 for Quercus aliena var acuteserrata (Xinjiashan forest farm) > 96.62 t / hm2 for
Pinus tabulaeformis Carr, which was greater than the national average SOC storage ( 96. 0 t / hm2 ). SOC storage was
influenced by SOC content, soil bulk density ( BD), soil thickness, and volume of gravel; therefore, the distribution
regularity in the soil profile was poorer. Correlation analysis showed that there were highly significant positive correlations
between SOC and TN, but no significant correlations between C / N and SOC and TN.
Key Words: vertical distribution; soil carbon storage; soil organic carbon; total nitrogen
土壤作为森林生态系统生命活动的主要场所,为森林生长提供养分[1]。 森林土壤中的碳占全球土壤有
机碳的 73%[2],森林土壤中的氮素含量超过森林生态系统总氮量的 85%[3]。 土壤有机质和氮素是土壤养分
的重要组成部分,也是生态系统中及其重要的生态因子[4],其含量的多少会影响整个生态系统的稳定性和持
续性,影响全球生态系统中大气二氧化碳浓度和碳氮循环。 土壤有机质是反映土壤质量和土壤健康的一个重
要指标,其含量多少直接影响着土壤中的物理、化学和生物过程以及土壤肥力和土地生产力[5]。 氮素作为一
种大量营养元素,在物质循环中也扮演着非常重要的角色[6鄄8]。 在森林生态系统中,生物对氮的需求量往往
大于土壤有机氮矿化速率,所以森林生态系统通常表现为氮缺乏型[9]。 揭示土壤有机质和全氮的空间变异
规律和分布特征对实现土壤资源的合理利用和可持续发展具有重要意义[10]。
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。 森林土壤无机碳贮量相对较小且变动不
大,森林土壤的有机碳储量约为 787 PgC,约占全球土壤有机碳储量的 39%,大约为森林生态系统有机碳库的
2 / 3[11]。 由于森林土壤有机碳储量的巨大库容,其较小幅度的变化就可能有大量的碳向大气排放,并通过温
室效应影响全球气候变化。
本研究以秦岭地区典型林分为研究对象,比较研究了不同林分土壤剖面上土壤有机碳、全氮和有机碳储
量的分布,并分析了不同林分土壤剖面有机碳、全氮和有机碳储量分布差异,以及碳氮的变化规律,以期为该
地区生态环境的研究提供基础资料。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区域概况
研究区域包括秦岭马头滩(34毅04忆—34毅35忆N,106毅54忆—107毅11忆E)和辛家山(34毅10忆—34毅20忆N,106毅28忆—
106毅38忆E)所辖林区。 其中马头滩林区位于秦岭西部主梁两侧,属秦岭腹地,林地总面积为 34668 hm2,海拔
1500—2650 m[12];境内属北亚热带北缘暖温带山地湿润气候区,气候垂直变化明显,小气候差异大,光热条件
不足,降水集中,分布不均;气温日差大,年平均气温 11 益,年降水量 600—900 mm。 林区森林植被垂直分布
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明显,构成林分的优势树种有冷杉(Abies holophylla)、华山松(Pinus armandii Franch)、红桦(Betula albo鄄sinensis
Burk)、栎类(Quercus Linn)等。 辛家山林区位于秦岭西部南坡,秦岭主梁南侧嘉陵江上游,境内属暖温带半湿
润山地气候区,由于山地高差悬殊,气候垂直变化明显,小气候差异大,年平均气温 7.6 益,年平均降雨量 900
mm,多集中于 7、8、9月。 该区域森林覆盖率 96.8%,林区资源丰富,主要树种为冷杉(Abies Mill)、云杉(Picea
asperata)、红桦(Betula albo鄄sinensis Burk)、锐齿栎(Quercus aliena var. acuteserrata)、辽东桦(Betula schmidtii)、
华山松(Pinus armandii Franch)、油松(Pinus tabulaeformis)、漆树(Toxicodendron succedaneum)、山杨(Populus
davidiana)等。
1.2摇 研究方法
1.2.1摇 样品的采集和处理
在研究区域内进行实地勘察,依据典型林分的分布情况选定 6个样地,根据实际环境条件,确定样地大小
为 60 m伊40 m,样地基本概况参见表 1。 在各样地内设置 3个面积为 20 m伊20 m的样方作为重复,在各个样方
内按照 S型布点法选择 5个采样点,除去地表凋落物后进行采样,采样深度为 60 cm。 每个采样点按 0—10
cm、10—20 cm、20—40 cm、40—60 cm将土壤剖面分 4 层,每层取环刀测定土壤容重,最后,将每个样方内各
采样点的土样按层混合均匀,作为分析样品带回实验室,共计 72 份土样。 土样带回实验室后,置于通风、阴
凉、干燥的室内风干,以四分法取样磨细并过筛(孔径:2 mm、 1 mm、0.25 mm),备用[13]。
表 1摇 样地基本概况
Table 1摇 Basic status of sampling plots
林分类型
Forest type
林区
Forest zone
林分起源
Origin of forest
林龄 / a
Age
海拔 / m
Elevation
地理位置
Position
坡位
Slope position
土壤类型
Soil type
锐齿栎 Quercus
aliena var acuteserrata 马头滩林区 天然次生林 40 1777
N 34毅13忆34.5 义
E 106毅59忆 30.7义 南坡 棕壤
油松 Pinus
tabulaeformis Carr 马头滩林区 天然次生林 40 1591
N 34毅13忆26.5 义
E 106毅59忆 12.3义 南坡 棕壤
华山松 Pinus
armandii Franch 马头滩林区 天然次生林 40 1605
N 34毅13忆 14.0义
E 106毅59忆 3.7义 南坡 棕壤
松栎混交林 Pine鄄oak
mixed forest 马头滩林区 天然次生林 38 1653
N 34毅13忆 18.5义
E 106毅59忆 15.1义 南坡 棕壤
云杉 Picea
asperata Mast 辛家山林区 天然次生林 40 2175
N 34毅16忆 51.4义
E 106毅31忆 38.0义 南坡 暗棕壤
锐齿栎 Quercus
aliena var acuteserrata 辛家山林区 天然次生林 38 1639
N 34毅12忆 46义
E 106毅35忆 12义 南坡 棕壤
1.2.2摇 样品理化指标的测定
土壤各项理化指标的测定均采用常规方法,并作 3次平行。 其中,土壤容重采用环刀法, pH采用电位法
(水颐土= 2.5颐1),土壤有机碳含量采用重铬酸钾氧化-外加热法,全氮含量采用半微量凯氏法。
土壤水分采用(105依2)益烘箱烘干法,计算公式为:
土壤含水量=(W湿-W干) / (W干-W) (1)
式中,W湿为湿土重+铝盒重(g);W干为干土+铝盒重(g);W为铝盒重(g)。
土壤砾石体积含量采用排水法[14鄄15],待测定完土壤容重后,将环刀内的土壤过 2 mm土壤筛,然后用清水
洗净砾石表面的土壤颗粒,再将其表面水分凉干后用量杯(精度 0.5 mL)通过排水法测定砾石体积,用以计算
土壤砾石的体积含量。
土壤剖面有机碳储量用下列公式计算[16鄄18]:
Cso =C伊D伊E伊(1-G) / 10 (2)
式中,Cso为土壤有机碳储量( t / hm2),C 为土壤有机碳含量(g / kg), D 为土壤容重( g / cm3), E 为土层厚度
(cm),G为直径>2 mm的石砾所占的体积比例(%)。
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土壤 C / N计算公式如下:
C / N=有机碳 /全氮 (3)
1.2.3摇 数据处理
采用 Microsoft Excel 2007和 Spss18.0进行数据处理和制图,应用单因素方差分析法(one鄄way ANOVA)分
析不同样地间各指标的差异显著性,采用双变量相关分析法计算各项理化性质两两之间的 Pearson 相关
系数。
2摇 结果与分析
2.1摇 土壤有机碳的剖面分布
土壤有机碳不仅影响土壤的物理特性和肥力,还影响生物的生长和产量,其含量多少能为土壤生产力、土
壤水文特性和以碳为基础的温室气体研究提供非常重要的信息[19鄄20]。
由表 2可知,不同林分的土壤有机碳含量随土层深度的增加不断减小。 除松栎混交林的 0—10 cm 土层
与 10—20 cm土层、锐齿栎(辛家山林区)的 20—40 cm土层与 40—60 cm土层的有机碳含量差异不显著外,
其余样地的土壤有机碳含量在各土层间均表现为显著性差异。
松栎混交林 0—10 cm土层的有机碳含量为44.10 g / kg,是所有土层中的最大值,其它林分的 0—10 cm土
层的有机碳含量在 22.73—42.37 g / kg之间,华山松的 0—10 cm土层的有机碳含量最低,为 22.73 g / kg。 各个
林分的 0—10 cm土层的有机碳含量占土壤剖面的 40.11%—53.74%,这与耿增超等[21]人的研究结果一致,说
明了土壤有机碳的分布具有比较明显的表聚现象。
通过对不同林分的比较发现,松栎混交林土壤剖面的有机碳含量变化幅度最大,从 0—10 cm 土层的
44.10 g / kg减小为 40—60 cm土层的 4.88 g / kg。 不同林分间的土壤有机碳含量存在较大的差异,这主要是受
到成土过程中的环境特点和植被类型等方面的影响[22]。 在整个剖面上,云杉和松栎混交林的土壤有机碳含
量保持了一个相对较高的水平,不同林分的有机碳含量平均值大小为云杉(26.41 g / kg) >松栎混交林(26.22
g / kg)>锐齿栎(马头滩林区)(21.01 g / kg) >油松(14.22 g / kg) >华山松(13.66 g / kg) >锐齿栎(辛家山林区)
(13.46 g / kg)。
表 2摇 典型林分不同土层有机碳含量 / (g / kg)
Table 2摇 SOC content at different soil depth in different forest types
土层深度 / cm
Soil depth
锐齿栎
(马头滩林区)
Quercus aliena
var acuteserrata
(MaToutan forest)
油松
Pinus
tabulaeformis
Carr
华山松
Pinus armandii
Franch
松栎混交林
Pine鄄oak mixed
forest
云杉
Picea asperata
Mast
锐齿栎
(辛家山林区)
Quercus aliena var
acuteserrata
(XinJiashan forest)
0—10 40.69依2.16aA 30.57依1.66aB 22.73依1.14aC 44.10依0.45aA 42.37依1.25aA 25.98依1.42aC
10—20 22.75依 1.44bC 15.71依1.27bD 14.98依0.72bD 43.83依0.87aA 33.38依0.53bB 11.70依0.51bE
20—40 16.58 依1.58cB 6.48依0.28cD 11.97依1.72 cC 12.09依0.89bC 21.05依1.34cA 8.22依0.69cD
40—60 4.01依0.32dB 4.12依0.98dB 4.96依6.74dB 4.88依0.34cB 8.84依1.62dA 8.16依0.35cA
摇 摇 列中小写字母相同表示同一林分不同土层之间差异不显著(P>0.05),反之差异显著(P<0.05业;行中大写字母相同表示同一土层不同林分
之间差异不显著(P>0.01),反之差异显著(P<0.01)
2.2摇 土壤全氮的剖面分布
氮是森林生态系统生产力构成的重要因素,是植物生长发育的必需元素,且 90%以上的氮存在于森林土
壤中[23]。
由表 3可知,各个林分的土壤全氮含量随着土层深度增加不断减少。 除华山松外,其余林分的土壤剖面
至少有 3个土层的全氮含量表现为显著性差异,锐齿栎(马头滩林区)、松栎混交林、云杉土壤剖面的各个土
层均表现为差异性显著,这与土壤有机碳的土壤剖面垂直分布规律相似,这可能是因为土壤中大部分氮素以
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有机态存在,有机碳对全氮分布的影响比较重要[24]。
各个林分 0—10 cm土层的全氮含量在 1.64—3.45 g / kg之间,除锐齿栎(马头滩林区)0—10 cm土层的全
氮含量与松栎混交林、云杉的 0—10 cm土层的全氮含量差异不显著外,其余各个林分的 0—10 cm 土层的全
氮含量均表现为差异显著。 云杉的 0—10 cm土层的全氮含量为 3.45 g / kg,是所有林分 0—10 cm土层中的最
大值,其它林分的 0—10 cm土层的全氮含量在 1.64—3.34 g / kg之间,华山松的 0—10 cm土层的全氮含量最
低,为 1.64 g / kg。 各个林分的 0—10 cm土层的全氮含量占土壤剖面的 33.81%—46.13%,由此可知土壤全氮
的表聚现象相对土壤有机碳较差。
在整个土壤剖面上,云杉和松栎混交林全氮含量相对较高,锐齿栎(辛家山林区)的全氮含量相对较低,
各个林分土壤剖面全氮含量大小为云杉(9.51 g / kg)>松栎混交林(7.59 g / kg)>锐齿栎(马头滩林区)(7.55 g /
kg)>油松((5.18 g / kg)>华山松(4.85 g / kg)>锐齿栎(辛家山林区)(4.47 g / kg),这与各个林分间土壤有机碳
含量的分布情况一致。
表 3摇 典型林分不同土层全氮含量 / (g / kg)
Table 3摇 Contents of total nitrogen at different soil depth in different forest types
土层深度 / cm
Soil depth
锐齿栎
(马头滩林区)
Quercus aliena
var acuteserrata
(MaToutan forest)
油松
Pinus tabulaeformis
Carr
华山松
Pinus armandii
Franch
松栎混交林
Pine鄄oak mixed
forest
云杉
Picea asperata
Mast
锐齿栎
(辛家山林区)
Quercus aliena var
acuteserrata
(XinJiashan forest)
0—10 3.34依0.15aAB 2.39依0.03aC 1.64依0.01aE 3.13依0.06aB 3.45依0.03aA 1.98依0.12aD
10—20 1.98依0.03bB 1.78依0.35bBC 1.51依0.21aC 2.83依0.06bA 2.92依0.01bA 0.94依0.18bD
20—40 1.56依0.02cB 0.66依0.08cD 0.92依0.02bC 0.96依0.11cC 2.24依0.07cA 0.89依0.11bcC
40—60 0.67依0.04dB 0.35依0.08cC 0.78依0.01bAB 0.67依0.01dB 0.90依0.09dA 0.66依0.02cB
摇 摇 列中小写字母相同表示同一林分不同土层之间差异不显著(P>0.05),反之差异显著(P<0.05);行中大写字母相同表示同一土层不同林分
之间差异不显著(P>0.01),反之差异显著(P<0.01)
2.3摇 土壤 C / N的变化
C / N是指土壤有机质中的有机碳总量和氮素总量之比,其大小可反映有机质的分解状况,被认为是氮素
矿化能力的标志[25]。 一般认为微生物在生命活动过程中,需要土壤最佳的 C / N 约为 25颐1,即 C / N 越接近
25 颐1时越有利于有机质的转化,C / N比 25颐1小时,有机质不仅易转化,还可以为土壤提供充足的氮素;C / N大
于 25颐1时,有机质较难转化,而且会出现微生物与植物的争氮现象,但却有利于土壤有机质的积累[26]。
图 1摇 典型林分土壤碳氮比
Fig.1摇 Soil C / N in different forest types
由图 1可知,供试林分 6个土壤剖面的 C / N基本在 5.93—15.47之间,均小于 25颐1,表明各个样地土壤腐
殖化程度较高,氮素的矿化能力较强。 一般来说,土壤 C / N 范围大致位于 2—70 之间,在此范围之外的 C / N
在其他分析中应做为特殊值处理[17]。 该试验中的 C / N
均处在正常合理范围内,说明各个林分土壤有效氮的释
放能力较强。 锐齿栎(马头滩林区)和锐齿栎(辛家山
林区)的 C / N随着土壤剖面深度增加不断减小,符合土
壤 C / N 在剖面的一般变化规律[27],然而,其他林分的
规律性则没有那么明显。 各个林分的 0—10 cm土层的
C / N以松栎混交林最大,大小为 14.06,但松栎混交林的
10—20 cm土层的 C / N却为其剖面的最大值,其它林分
的以 0—10 cm 土层的 C / N 为各自剖面的最大值。 各
个林分 C / N平均值大小为松栎混交林(12.33)﹥华山
松(10.75)﹥油松(10.71)﹥云杉(10.70)﹥锐齿栎(辛
家山林区)(10.58)﹥锐齿栎(马头滩林区)(10.02)。
5245摇 16期 摇 摇 摇 王棣摇 等:秦岭典型林分土壤有机碳储量及碳氮垂直分布 摇
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2.4摇 土壤有机碳储量的剖面分布
由表 4可知,各个林分土壤有机碳储量差异显著,各个林分 0—60 cm土壤有机碳储量大小为云杉>锐齿
栎(马头滩林区)>松栎混交林>华山松>锐齿栎(辛家山林区) >油松,其有机碳储量分别为 150.94、135.28、
124.93、109.24、102. 15、96. 62 t / hm2,各个林分土壤有机碳碳储量均大于全国土壤平均碳储量 ( 96. 0 t /
hm2) [28]。 各个林分 0—10 cm土层的有机碳储量百分比大小顺序为:油松(39.92%) >锐齿栎(辛家山林区)
(34.59%)>锐齿栎(马头滩林区)(34.29%)>松栎混交林(31.21%)>华山松(29.83%)>云杉(23.98%)。 各个
林分 0—20 cm土层的土壤有机碳储量占各自剖面土壤有机碳总储量的 46%以上,这与梁启鹏等[29]的研究结
果一致,表明土壤有机碳储量具有比较明显的表聚现象。 除油松的土壤有机碳储量表现为随土层深度增加不
断减小外,其余林分的土壤有机碳储量随土层变化规律性较差,各土层有机碳储量变化幅度不同,且表现出较
大的波动性,个别林分的土壤有机碳储量甚至表现为随着土层深度增加而增加的趋势。
表 4摇 典型林分土壤有机碳储量 / ( t / hm2)
Table 4摇 SOC storage at different soil depth in different forest types
土层深度 / cm
Soil depth
锐齿栎
(马头滩林区)
Quercus aliena
var acuteserrata
(MaToutan forest)
油松
Pinus tabulaeformis
Carr
华山松
Pinus armandii
Franch
松栎混交林
Pine鄄oak mixed
forest
云杉
Picea asperata
Mast
锐齿栎
(辛家山林区)
Quercus aliena var
acuteserrata
(XinJiashan forest)
0—10 46.39依2.46aA 38.18依2.07aB 32.59依1.63aC 38.98依0.41aB 36.61依1.14bBC 35.34依1.13aBC
10—20 28.88依1.83bC 22.78依1.84bD 21.95依1.06bD 41.24依0.82aA 34.19依0.58bcB 17.32依0.71dE
20—40 47.63依4.54aA 20.36依0.88bD 36.99依5.34aB 30.97依2.28bBC 56.99依1.37aA 22.94依1.97cCD
40—60 12.38依0.99cB 14.31依0.34cB 17.07依4.86bB 13.72依0.97cB 25.66依6.68cA 27.53依1.20bA
摇 摇 列中小写字母相同表示同一林分不同土层之间差异不显著(P>0.05),反之差异显著(P<0.05);行中大写字母相同表示同一土层不同林分
之间差异不显著(P>0.01),反之差异显著(P<0.01)
2.5摇 土壤有机碳、全氮与土壤容重、含水率、pH值、有机碳、全氮、C / N相关性
以研究区域内各个林分及各土壤层次的平均值进行相关性分析。
由表 5可知,秦岭地区各个林分的土壤有机碳含量与土壤全氮含量存在极显著正相关,相关系数在
0.879—0.992之间,各个林分土壤有机碳含量与土壤 pH 存在极显著负相关,相关系数在-0.839—-0.975 之
间。 除锐齿栎(辛家山林区)土壤有机碳含量与土壤容重无明显相关性外,其余林分土壤有机碳含量与土壤
容重相关性显著,松栎混交林达到极显著水平。 除油松、云杉土壤有机碳含量与土壤含水量显著正相关外,其
余林分土壤有机碳含量与土壤含水量无明显相关性。 此外,各个林分土壤有机碳含量与土壤 C / N 无明显相
关性。
表 5摇 土壤有机碳与土壤容重、含水率、pH、全氮、C / N相关系数
Table 5摇 Correlation coefficient of between soil organic carbon (SOC) content and bulk density (BD), water content (WC), pH, total nitrogen
(TN), C / N under different forest types
林分类型
Forest type
样本数
Samples
相关系数 Correlation coefficient
SOC与 BD SOC与 WC SOC与 pH SOC与 TN SOC与 C / N
锐齿栎(马头滩林区)Quercus aliena var
acuteserrata (MaToutan forest) 36 -0.983
* 0.892 -0.911** 0.990** 0.869
油松 Pinus tabulaeformis Carr 36 -0.987* 0.978* -0.904** 0.953** 0.486
华山松 Pinus armandii Franch 36 -0.969* 0.948 -0.962** 0.879** 0.822
松栎混交林 Pine鄄oak mixed forest 36 -0.990** 0.812 -0.876** 0.992** 0.858
云杉 Picea asperata Mast 36 -0.996* 0.980* -0.975** 0.982** 0.888
锐齿栎(辛家山林区)Quercus aliena var
acuteserrata (XinJiashan forest) 36
-0.758 0.931 -0.839** 0.963** 0.763
摇 摇 *表示 P<0.05;**表示 P<0.01
6245 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 35卷摇
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以研究区域内各个林分及各土层的平均值进行相关性分析。
由表 6可知,秦岭地区各个林分土壤全氮含量与土壤有机碳含量存在极显著正相关,相关系数在 0.879—
0.992之间。 除油松、松栎混交林的土壤全氮含量与土壤 pH值显著负相关外,其余林分的土壤全氮含量与土
壤 pH值无明显相关性。 除华山松、锐齿栎(辛家山林区)的土壤全氮含量与土壤容重无明显相关性外,其余
林分土壤的全氮含量与土壤容重显著负相关,相关系数在-0.956—-0.987 之间。 油松、华山松、云杉土壤全
氮含量与土壤含水量显著正相关,相关系数在 0.954—0.985 之间,其余林分的土壤全氮含量与土壤含水量则
没有明显的相关性。 此外,各个林分的土壤全氮含量与土壤 C / N无明显相关性。
表 6摇 土壤全氮与土壤容重、含水率、pH、有机碳、C / N相关系数
Table 6摇 Correlation coefficient of between total nitrogen (TN) content and bulk density (BD), water content (WC), pH, soil organic carbon
(SOC), C / N under different forest types
林分类型
Forest type
样本数
Samples
相关系数 Correlation coefficient
TN与 BD TN与 WC TN与 pH TN与 SOC TN与 C / N
锐齿栎(马头滩林区)Quercus aliena var
acuteserrata (MaToutan forest) 36 -0.979
* 0.885 -0.908 0.990** 0.859
油松 Pinus tabulaeformis Carr 36 -0.956* 0.976* -0.962* 0.953** 0.247
华山松 Pinus armandii Franch 36 -0.937 0.954* -0.885 0.879** 0.540
松栎混交林 Pine鄄oak mixed forest 36 -0.987* 0.865 -0.854 0.992** 0.815
云杉 Picea asperata Mast 36 -0.969* 0.985* - 0.999* 0.982** 0.796
锐齿栎(辛家山林区)Quercus aliena var
acuteserrata (XinJiashan forest) 36
-0.775 0.941 -0.816 0.963** 0.734
摇 摇 *P<0.05;**P<0.01
3摇 讨论
3.1摇 土壤有机碳和全氮的分布特征
研究结果表明,秦岭地区典型林分锐齿栎(马头滩林区)、油松、华山松、松栎混交林、云杉、锐齿栎(辛家
山林区)的土壤有机碳及全氮含量呈现极显著正相关,均随着土壤深度的增加而不断降低,且降幅较大;同一
林分不同土层间有机碳含量存在显著差异的主要原因在于土壤不同层次上有机物质的输入存在规律性差异,
一般情况下,土壤表层积累了大量的枯枝落叶等植物残体,且植物根系的密度一般随着土层的变深而减小。
不同林分间土壤有机碳、全氮分布情况均为:云杉>松栎混交林>锐齿栎(马头滩林区) >油松>华山松>锐
齿栎(辛家山林区);不同林分间的差异反映了土壤有机碳、全氮的含量受到多方面因素的影响,如土壤的物
理性质、土壤生境、凋落物的输入、土壤微生物的活动等[24]。 各个林分的有机碳、全氮主要集中在 0—10 cm
和 10—20 cm土层,主要是受地表植被凋落物的矿化分解、转化积累和土壤呼吸等过程的综合影响[30]。
3.2摇 土壤碳氮比的分布特征
土壤碳氮比可以影响土壤中微生物的代谢活动,进而对土壤有机质的矿化产生作用。 一般认为,土壤碳
氮比在 15—25之间,有机质供肥状况优越[31]。
研究结果表明,秦岭各个林分 C / N大小为松栎混交林>华山松>油松>云杉>锐齿栎(辛家山林区) >锐齿
栎(马头滩林区),这与各个林分所处环境的气候条件和植被类型等因素密切相关。 各个供试林分土壤剖面
C / N基本在 5.93—15.47之间,这在一定程度上说明了土壤中的有机质分解比较容易,尤其是土壤氮素的矿
质化作用明显,可以释放更多的有效态氮,能够为土壤提供充足的氮素,但也容易造成土壤中氮素的大量
流失[19]。
3.3摇 土壤有机碳储量分布特征
秦岭各个林分 0—60 cm土层的土壤有机碳储量由高到低排序为云杉>锐齿栎(马头滩林区) >松栎混交
林>华山松>锐齿栎(辛家山林区)>油松。 各个林分的土壤有机碳储量具有比较明显的表聚作用,在一定程度
7245摇 16期 摇 摇 摇 王棣摇 等:秦岭典型林分土壤有机碳储量及碳氮垂直分布 摇
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上表明森林土壤有机碳储量的稳定性较差,不合理的人为活动较易破坏表层,极易引起水土流失,从而使得土
壤有机碳储量减少。
除油松外,其余林分的土壤有机碳储量随土层变化规律性差,具体表现为各土层的有机碳储量变化幅度
不同,且出现较大的波动性,这主要是因为土壤有机碳储量受土壤有机碳含量、土壤容重、土层厚度、砾石体积
质量多个因素的影响,因此不同林分不同土层的土壤有机碳储量变化规律与土壤有机碳、全氮的变化存在
差异。
3.4摇 土壤有机碳、氮素与土壤容重、含水率、pH值、有机碳、全氮、C / N相关性
研究区域内,各个林分的土壤 pH值与有机碳存在极显著负相关,与全氮的相关性仅存在于油松、松栎混
交林中,这与白红军等[32]对霍林河流域湿地土壤的研究存在较大差异,具体原因尚有待于进一步探讨。 除锐
齿栎(辛家山林区)土壤有机碳、全氮含量,华山松的全氮含量与土壤容重无明显相关性外,其余林分土壤有
机碳、全氮含量与土壤容重相关性显著。 土壤容重是反映土壤物理性质的重要指标,与土壤的水、热状况密切
相关。 对森林土壤而言,土壤物理性状不仅能反映土壤的结构状况,而且也是森林植被及土壤持水、蓄水性能
的重要指标之一。 除油松、云杉的土壤有机碳、全氮含量,华山松的全氮含量与土壤含水量显著正相关外,其
余林分土壤有机碳、全氮含量与土壤含水量无明显相关性,这主要是因为土壤中碳、氮的蓄积除与含水量相关
外,还受到植被类型、土壤温度、微生物等因素的影响[33]。
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