全 文 ：林业科学研究　２０１５，２８（６）：８１０ ８１７
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
　　文章编号：１００１１４９８（２０１５）０６０８１００８
思茅松人工林土壤有机碳和氮储量变化
李帅锋１，２，苏建荣１，２，刘万德１，２，郎学东１，２，黄小波１，
贾呈鑫卓１，童　清３，唐红燕３
（１．中国林业科学研究院资源昆虫研究所，云南 昆明　６５０２２４；２．国家林业局普洱森林生态系统定位研究站，云南 昆明　６５０２２４；
３．云南省普洱市林业科学研究所，云南 普洱　６６５０００）
收稿日期：２０１５０７１８
基金项目：云南省科技计划项目（２０１３ＲＡ００４）；中国林科院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目（ＣＡＦ
ＹＢＢ２０１４ＱＡ０１４和ｒｉｒｉｃａｆ２０１２００１Ｚ）；林业公益性行业科研专项项目（２０１４０４２１１）
作者简介：李帅锋（１９８２—），男，河南郏县人，助理研究员．研究方向：群落生态学、生物多样性和森林碳循环．
 通讯作者．
摘要：以思茅松人工林中龄林、近熟林和过熟林及附近区域思茅松天然林和常绿阔叶林为研究对象，探讨造林对思
茅松人工林土壤有机碳和氮储量大小与空间分布的影响。结果表明：各林地类型土壤有机碳、氮含量与 Ｃ：Ｎ随着
土层厚度增加而减少，过熟林土壤有机碳和氮含量随土层加深则显著高于其它林地类型，近熟林土壤表层有机碳和
氮含量显著低于中龄林和过熟林。思茅松人工林乔木层碳储量随林龄增大而增加，过熟林乔木层碳储量最高。造
林对思茅松人工林土壤氮储量的影响不显著，而土壤有机碳储量随林龄增大先减少后增加至过熟林恢复至常绿阔
叶林和思茅松天然林水平，土壤有机碳与氮储量随土层加深而减少。与常绿阔叶林和思茅松天然林相比，思茅松人
工林的中龄林与过熟林土壤有机碳和氮储量的年变化量高于近熟林，近熟林年变化量呈净减少；在思茅松天然林
中，人工更新与在常绿阔叶林中造林相比，思茅松人工林可以累积更多的土壤有机碳和氮储量。此外，土壤含水量
越大，土壤有机碳储量则越高。
关键词：常绿阔叶林；思茅松天然林；人工林；乔木层碳储量；造林
中图分类号：Ｓ７１４ 文献标识码：Ａ
ＣｈａｎｇｅｓｉｎＳｏｉｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎａｎｄＮｉｔｒｏｇｅｎＳｔｏｃｋｓｉｎＰｉｎｕｓｋｅｓｉｙａ
ｖａｒ．ｌａｎｇｂｉａｎｎｅｓｉｓＰｌａｎｔａｔｉｏｎ
ＬＩＳｈｕａｉｆｅｎｇ１，２，ＳＵＪｉａｎｒｏｎｇ１，２，ＬＩＵＷａｎｄｅ１，２，ＬＡＮＧＸｕｅｄｏｎｇ１，２，ＨＵＡＮＧＸｉａｏｂｏ１，ＪＩＡＣｈｅｎｇｘｉｎｚｈｕｏ１，
ＴＯＮＧＱｉｎｇ３，ＴＡＮＧＨｏｎｇｙａｎ３
（１．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅＩｎｓｅｃｔｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２２４，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｈｅＰｕ＇ｅｒＦｏｒｅｓｔＥｃｏｓｙｓｔｅｍ
ＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｉｏｎ，ＳｔａｔｅＦｏｒｅｓｔｒｙＢｕｒｅａｕ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２２４，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；３．ＦｏｒｅｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｕ’ｅｒＭｕｎｉｃｉｐａｌｉｔｙ，
Ｐｕ’ｅｒ　６６５０００，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｒｅｅｓｔａｎｄａｇｅｃｌａｓｓ（ｉｍｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔ，ｎｅａｒｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔａｎｄｏｖｅｒｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔ）ｏｆＰｉｎｕｓｋｅｓｉｙａ
ｖａｒ．ｌａｎｇｂｉａｎｎｅｓｉｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎａｎｄｎｅａｒｂｙｇｒｅｅｎｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄｆｏｒｅｓｔ，ｐｒｉｍａｒｙｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓｆｏｒｅｓｔａｓｃｏｎｔｒａｓｔｉｎＰｕ’ｅｒ
ｃｉｔｙ，Ｙｕｎｎａｎｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｗｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｎａｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｆｏｒｓｉｚｅａｎｄｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃ
ｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｓｔｏｃｋｓｏｆＰｉｎｕｓｋｅｓｉｙａｖａｒ．ｌａｎｇｂｉａｎｎｅｓｉｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ
ｃｏｎｔｅｎｔ，ｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔａｎｄＣ：Ｎｇｒａｄｕａｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｏｉｌｌａｙｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｎｄｉｆｅｒｅｎｔｆｏｒｅｓｔｔｙｐｅｓ．
Ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｏｖｅｒｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｏｔｈｅｒｆｏｒｅｓｔ
ｔｙｐｅｓａｓｔｈｅｓｏｉｌｌａｙｅｒｄｅｅｐｅｎａｎｄｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｏｐｓｏｉｌｉｎｔｈｅｎｅａｒｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｔｓｔｉｓｓｉｇ
ｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｍｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔａｎｄｏｖｅｒｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔ．ＴｒｅｅｌａｙｅｒｃａｒｂｏｎｓｔｏｃｋｓｏｆＰｉｎｕｓｋｅｓｉｙａｖａｒ．ｌａｎｇ
第６期 李帅锋，等：思茅松人工林土壤有机碳和氮储量变化
ｂｉａｎｎｅｓｉｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｓｔａｎｄａｇｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｒｅｅｌａｙｅｒｃａｒｂｏｎｓｔｏｃｋｓｉｎｔｈｅｏｖｅｒｍａｔｕｒｅ
ｆｏｒｅｓｔｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｏｔｈｅｒｆｏｒｅｓｔｔｙｐｅｓ．Ａｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｈａｄｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｅｃｔｏｎｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎｓｔｏｃｋｓ，
ａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｃｋｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｅｄｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｇｒｅｅｎｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄｆｏｒｅｓｔ
ａｎｄｐｒｉｍａｒｙｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓｆｏｒｅｓｔｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｎｄａｇｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎ
ｓｔｏｃｋｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｏｉｌｌａｙｅｒｓｄｅｐｔｈ（０－６０ｃｍ）．ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅＣｈａｎｇｅｒａｔｅｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ
ａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｓｔｏｃｋｏｆｉｍｍａｔｕｒｅａｎｄｏｖｅｒｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｎｅａｒｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗｉｔｈｓｔａｎｄａｇｅｄｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｇｒｅｅｎｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄａｎｄｐｒｉｍａｒｙｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓｆｏｒｅｓｔ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｃｈａｎｇｅｒａｔｅｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎ
ｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｒｔｒｏｇｅｎｓｔｏｃｋｏｆｎｅａｒｍａｔｕｒｅｆｏｒｅｓｔｈａｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙｎｅｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｅｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｏｆｐｒｉａｍｒｙｃｏ
ｎｉｆｅｒｏｕｓｆｏｒｅｓｔｃａｎａｃｃｕｍｕｌａｔｅｍｏｒｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｓｔｏｃｋｓｔｈａｎｇｒｅｅｎｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄｆｏｒｅｓｔ．ｔｈｅｒｅ
ｗｅｒｅａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｎｄｅｘｔｒｅｍｅｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｃｋｓ
ｉｎｔｈｅｄｉｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｌａｙｅｒｄｅｐｔｈ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｅｅｎｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄｆｏｒｅｓｔ；Ｐｉｎｕｓｋｅｓｉｙａｖａｒ．ｌａｎｇｂｉａｎｎｅｓｉｓｐｒｉｍａｒｙｆｏｒｅｓｔ；ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ；ｔｒｅｅｌａｙｅｒｃａｒｂｏｎ
ｓｔｏｃｋｓ；ａｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ
森林生态系统的碳储量是全球碳平衡的重要组
成部分，据估计，其生物量占森林生态系统地上碳储
量的８２％ ８６％，森林土壤则包含了全球土壤有机
碳的７０％ ７３％［１］，植被通过光合作用转化空气中
的ＣＯ２进行碳固定，同时以植物剩余物（凋落物和
根）的碳输入影响土壤碳库［２］，对全球碳平衡起着
巨大的贡献。土地利用变化通过改变土壤碳累积率
和周转从而对全球碳循环有一个显著的影响［３－４］，
目前已成为陆地生态系统研究的热点［５－６］，由于土
地利用变化产生的干扰引起土壤碳分解的增加和流
失，最快在２０年内可流失 ５０％［７］。作为土地利用
变化的重要类型之一，造林是生态系统碳平衡的关
键组成部分，一方面可以积累地上碳库来增加陆地
碳固定从而减少大气中的 ＣＯ２
［８］，另一方面也可以
改变土壤碳输入的质量、数量及其时空分布而影响
土壤有机碳固定［９－１０］。以往大量研究集中在土壤
碳的积累上，往往忽视土壤氮的动态变化以及碳氮
比（Ｃ∶Ｎ）之间的相互关系，土壤氮的变化决定了陆
地生态系统的物质循环，是其碳固定的一个重要参
数，Ｃ∶Ｎ相互关系通过影响碳的累积决定了碳汇是
否能够在陆地生态系统长期保持［１１－１２］。
尽管造林对土壤有机碳和氮储量的影响没有形
成一致的结论，但是从越来越多的研究可归纳造林
对土壤碳累积的影响有４种主要观点［３］：（１）造林
可以增加土壤碳和氮储量［３，５，１３－１４］；（２）造林可以
减少土壤碳和氮储量［１５－１６］；（３）造林对土壤碳和氮
储量的影响可以忽略不计［２］，尤其是土壤矿质层
中［１２］；（４）造林的早期阶段土壤有机碳和氮储量明
显减少，随后慢慢恢复到造林前的水平［１７］。影响土
壤碳和氮储量的原因主要是造林前的土地利用类
型、土壤肥力、造林树种的选择、管理措施（整地、施
肥、抚育等）的差异等 ［１０，１８］。
思茅松（ＰｉｎｕｓｋｅｓｉｙａＲｏｙｌｅｅｘＧｏｒｄｖａｒ．ｌａｎｇｂｉ
ａｎｅｎｓｉｓ（Ａ．Ｃｈｅｖ．）Ｇａｕｓｓｅｎ）是以三针一束为主的松
树，１年抽稍２次是它区别于其它松树的重要特征，
主要分布在云南省哀牢山西坡以西的亚热带南
部［１９］，具有生长迅速、材质优良、松脂产量高等优良
特点，是云南省重要的材脂兼用树种和主要造林树
种。思茅松林分布面积占云南省林地面积的１１％，
拥有约１亿ｍ３的蓄积量，在区域林业发展中占有举
足轻重的地位，近年来，对思茅松碳汇能力的研究日
渐增多，主要集中在中幼龄林的乔木层与土壤有机
碳储量上［１６，２０］，缺少对思茅松人工林的近熟林和过
熟林的研究，同时，对于造林前的林地类型对思茅松
人工林土壤有机碳与氮储量的变异与空间分布的影
响还未展开探讨。思茅松天然林人工更新和季风常
绿阔叶林的采伐迹地重新造林是当地思茅松人工林
的主要造林方式，本研究主要是探讨造林对思茅松人
工林土壤有机碳和氮储量大小与空间分布的影响，为
思茅松高储量碳汇人工林的营造提供科学依据。
１　研究区概况和研究方法
１．１　研究区概况
研究区域位于云南省中南部普洱地区的景谷县
和宁洱县（２３°３′ ２３°２９′Ｎ，１００°２７′ １０１°６′Ｅ），海
拔１２００ １８００ｍ，该地区地处哀牢山以西，为低纬
度山地季风气候，年均气温１７６℃，最冷月（１月）平
均气温 １１．４℃，最热月（７月）平均气温 ２１６℃，
１１８
林　业　科　学　研　究 第２８卷
≥１０℃年积温７３６０．９℃，年降水量１４９０ｍｍ，相对
湿度７８％，土壤为砂岩发育的山地红壤。
思茅松人工林与天然林在该区域分布较广，是
暖热性针叶林中喜暖热的偏湿类型，思茅松在群落
乔木层内优势地位明显，该层内其它主要植物有红
木荷（Ｓｃｈｉｍａｗａｌｉｃｈｉ（ＤＣ．）Ｃｈｏｉｓｙ）、华南石栎
（Ｌｉｔｈｏｃａｒｐｕｓｆｅｎｅｓｔｒａｔｕｓ（Ｒｏｘｂ．）Ｒｅｈｄ）、茶梨（Ａｎｎｅｓ
ｌｅａｆｒａｇｒａｎｓＷａｌ）、小果栲（ＣａｓｔａｎｏｐｓｉｓｆｌｅｕｒｙｉＨｉｃｋ．
ｅｔＡ．Ｃａｍｕｓ）、大叶栎（ＱｕｅｒｃｕｓｇｒｉｆｉｔｈｉＨｏｏｋ．ｆ．ｅｔ
ＴｈｏｍｓｅｘＭｉｑ．）等；灌木层主要组成植物有多花野
牡丹（ＭｅｌａｓｔｏｍａａｆｉｎｅＤ．Ｄｏｎ）、艾胶算盘子（Ｇｌｏ
ｃｈｉｄｉｏｎｌａｎｃｅｏｌａｒｉｕｍ（Ｒｏｘｂ．）Ｖｏｉｇｔ）和黑面神（Ｂｒｅｙ
ｎｉａｆｒｕｔｉｃｏｓａ（Ｌｉｎｎ．）Ｈｏｏｋ．ｆ．）等；草本层主要植物
有紫茎泽兰（ＥｕｐａｔｏｒｉｕｍａｄｅｎｏｐｈｏｒａＳｐｒｅｎｇ）、红球姜
（Ｚｉｎｇｉｂｅｒｚｅｒｕｍｂｅｔ（Ｌ．）Ｓｍｉｔｈ）、羊耳菊（Ｉｎｕｌａｃａｐｐａ
（Ｂｕｃｈ．Ｈａｍ．）ＤＣ）、毛果珍珠茅（Ｓｃｌｅｒｉａｈｅｒｂｅｃａｒｐａ
Ｎｅｅｓ）等；藤本植物主要有白花酸藤子（Ｅｍｂｅｌｉａｒｉｂｅｓ
Ｂｕｒｍ．ｆ．）、宿苞豆（Ｓｈｕｔｅｒｉａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａ（Ｗａｌ．）
ＷｉｇｈｔｅｔＡｒｎ．）、滇南天门冬（Ａｓｐａｒａｇｕｓｓｕｂｓｃａｎｄｅｎｓ
ＷａｎｇｅｔＳ．Ｃ．Ｃｈｅｎ）等。
１．２　研究方法
１．２．１　样地设置　于２０１３年１０月在海拔１５００
１８００ｍ范围内采用典型取样法设置样地，根据造林
前的林地类型选择分布在思茅松人工林附近区域的
常绿阔叶林和思茅松天然林作为对照，常绿阔叶林
为季风常绿阔叶林次生林，思茅松天然林为以思茅
松为优势物种的天然林，林龄约５０年；此外，选择思
茅松人工林中龄林（１３年生）、近熟林（２６年生）和
过熟林（５４年）为林龄序列进行研究［２１］。共计选择
５个林地类型，每个林地类型选择３个样地进行重
复调查，共计１５个样地，每个样地面积为２０ｍ×２０
ｍ，记录样地内胸径≥５ｃｍ的所有乔木的名称、胸径
与树高等因子，各林地类型林分概况见表１。
表１　样地林分概况
类型　　　　　　 胸径／ｃｍ 树高／ｍ 密度／（株·ｈｍ－２） 胸断面积／（ｍ２· ｈｍ－２）
中龄林 １２．５０±０．５３ ９．３６±０．８２ １２００±１５６ １５．３０±１．２４
思茅松人工林 近熟林 １９．８４±１．５１ １６．７７±０．２１ ８１６±２２７ ２６．２１±３．４２
过熟林 ３０．４１±２．４２ １７．９３±１．８９ ５０８±１０４ ３７．３９±２．５０
思茅松天然林 １０．６７±０．５１ １０．５０±０．２７ １６６７±２７３ １９．７５±１．６１
季风常绿阔叶林次生林 １２．３０±０．４７ １０．８５±０．３４ １４２５±３８８ ２２．５２±１．２５
１．２．２　乔木层碳储量计算　建立思茅松及其它阔
叶树种不同构建组分的异速生长方程计算乔木层生
物量，乘以各自的含碳率计算乔木层碳储量，其中，
思茅松异速生长方程通过对不同林龄筛选的标准木
进行全挖法分根、干、枝、叶和果进行称质量，选择样
品返回实验室置于７０℃烘箱中烘干至衡质量，测定
样品的含水量，换算其干质量计算各自的生物量，从
而拟合思茅松生物量异速生长方程（表２）；其它阔
叶树种的异速生长方程则参考党承林等 ［２２］的研究。
思茅松不同构建组分的含碳率参考李江等 ［２３］的研
究，其它阔叶树种的含碳率则选择为０．５。
表２　思茅松各构件生物量异速生长方程与含碳率
物种 组分 异速生长方程 Ｒ２ 含碳率／％
思茅松　 干 ｙ＝０．０２Ｄ２．８６３ ０．９８４ ４８．４８
枝 ｙ＝０．００７Ｄ２．７５７ ０．９６０ ４８．１３
叶 ｙ＝０．１５１ｅｘｐＤ０．１７５ ０．９０２ ４７．２７
果 ｙ＝－１．５５４＋０．２２８Ｄ ０．５７７ ４７．０２
根 ｙ＝０．０１Ｄ２．５４３ ０．９７３ ４６．８０
阔叶树种 干 ｙ＝０．０８０４４３Ｄ２．５１４２ ０．９８５ ０．５０
枝 ｙ＝２．９４１６Ｅ－０６（７．５０７４＋Ｄ）５ ０．９５１ ０．５０
叶 ｙ＝０．８４４２４ｅｘｐ（０．１２１４×Ｄ）－０．９６５０．９３８ ０．５０
根 ｙ＝７．１６１３Ｅ－０５（７．４８９２＋Ｄ）４ ０．９８５ ０．５０
１．２．３　土壤采样　在每个调查样方的四角和中心
大致均匀选取５个点，取样深度为１００ｃｍ，按固定间
距分４个土壤层取样，由上而下土层厚度依次为：０
２０、２０ ４０、４０ ６０和６０ １００ｃｍ，再至下而上
分层先用环刀法取土壤密度样，再取土壤样品０．５
ｋｇ以供室内分析，以调查样方为单位分层组成混合
样。各深度土样自然风干后粉碎过筛，使土样充分
混合，并除去其中较大的树根和石头，置于阴凉处并
尽快运回实验室进行理化性质分析。
１．２．４　土壤理化性质分析　土壤理化性质测定内
容包括ｐＨ值、有机碳、全氮、有效磷，其中，土壤 ｐＨ
值用电位法；土壤有机碳用重铬酸钾氧化外加热法
（ＧＢ９８３４－８８）；土壤全氮采用凯氏定氮法（ＧＢ７１７３
－８７）；速效磷用碳酸氢钠浸提法［５］。
１．３　数据处理
土壤有机碳和氮储量大小通过土壤密度、有机
碳含量、全氮含量和土层厚度来计算，见公式（１）和
（２）。
ＳＯＣｓｔｏｃｋｉ（Ｎｓｔｏｃｋｉ）＝０．１×Ｃｉ×Ｂｉ×Ｄｉ （１）
２１８
第６期 李帅锋，等：思茅松人工林土壤有机碳和氮储量变化
ＳＯＣｓｔｏｃｋ（Ｎｓｔｏｃｋ）＝∑ＳＯＣｓｔｏｃｋｉ（Ｎｓｔｏｃｋｉ） （２）
　　式中：ＳＯＣｓｔｏｃｋｉ和Ｎｓｔｏｃｋｉ分别为第ｉ层土壤有机碳
和氮储量（ｔ·ｈｍ－２），Ｃｉ为第ｉ层土壤有机碳或氮含
量（ｇ·ｋｇ－１），Ｂｉ、Ｄｉ分别为土壤密度（ｇ·ｃｍ
－３）和
土层厚度（ｃｍ）。土层０ １００ｃｍ的土壤有机碳和
氮储量 ＳＯＣｓｔｏｃｋ（Ｎｓｔｏｃｋ）为土壤各层有机碳和氮储量
之和。
不同土地利用类型土壤有机碳和氮储量年变化
量通过公式（３）计算。
△Ｃｊ＝（Ｃｅｊ－Ｃｃｊ）／ａ （３）
　　式中：△Ｃｊ为土壤有机碳和氮储量的年变化量
（ｔ·ｈｍ－２·ａ－１），Ｃｅｊ为土地利用变化后的土壤有机
碳和氮储量，Ｃｃｊ为土地利用变化前的土壤有机碳和
氮储量，ａ为人工林的林龄（ａ）。
对不同土壤层次的土壤密度、ｐＨ值、土壤有机
碳和全氮含量及不同土地利用类型的土壤有机碳和
氮储量进行单因素方差分析，同时进行 ＬＳＤ多重比
较；对不同土层的土壤有机碳储量与土壤水分、ｐＨ
值、土壤密度、全氮、有效磷及Ｃ∶Ｎ之间进行Ｐｅａｒｓｏｎ
相关性分析，进行双侧显著性检验。数据分析均在
Ｅｘｃｅｌ２００７和ＳＰＳＳ１７．０中完成，显著度Ｐ＜０．０５。
２　结果与分析
２．１　土壤密度、Ｃ∶Ｎ、有机碳与氮含量
５种林地类型的土壤密度、Ｃ∶Ｎ、有机碳和氮含
量见图１。随着土层的增加各类型的土壤密度也逐
渐增大，而 Ｃ∶Ｎ、有机碳和氮含量则逐渐减小。同
时，在４个土壤层次中，过熟林土壤密度均显著小于
其它４个类型。在４０ ６０、６０ １００ｃｍ土层中，土
壤密度的大小顺序为：思茅松天然林 ＞常绿阔叶林
＞中龄林 ＞近熟林 ＞过熟林。在 ０ ２０ｃｍ土层
中，中龄林土壤的Ｃ∶Ｎ最高，近熟林和过熟林最低；
在２０ ４０、４０ ６０ｃｍ土层中，各林地类型之间的
差异不显著；在６０ １００ｃｍ土层中，过熟林Ｃ∶Ｎ最
高。在人工林龄级序列中，近熟林土壤表层的土壤
有机碳含量比中龄林和过熟林小，随着土层的加深，
常绿阔叶林和思茅松天然林的土壤有机碳含量比人
工林的低，同时，过熟林的土壤有机碳和氮含量则比
其它林地类型的高。
图１　不同林地类型不同土壤深度的土壤密度、Ｃ∶Ｎ、有机碳和全氮含量
３１８
林　业　科　学　研　究 第２８卷
２．２　不同林地类型乔木层碳储量、土壤有机碳和氮
储量
　　图２所示：单因素方差分析结果显示，随着林龄
增大，乔木层碳储量也随着增加，中龄林（（２７．７８±
１．４）ｔ·ｈｍ－２）与常绿阔叶林（（４４．３５±７．６４）ｔ·
ｈｍ－２）及近熟林（（７０．４８±２．２３）ｔ·ｈｍ－２）与思茅松
天然林之间（（１２８．３１±１５．１３）ｔ·ｈｍ－２）的差异不
显著；中龄林土壤有机碳储量（（１７５．６±１７．７２）ｔ·
ｈｍ－２）显著高于近熟林（（１２０．６６±１５．５）ｔ·ｈｍ－２），
而这２个龄级段的土壤有机碳储量与过熟林、思茅
松天然林和常绿阔叶林次生林之间差异不显著。随
着龄级的增加，乔木层碳储量所占比例在增加，相应
的土壤有机碳储量的比例在降低。５种林地类型的
土壤氮储量之间的差异不显著。
图２　不同林地类型乔木层碳储量、土壤有机碳和氮储量（０ １００ｃｍ土层）分配
２．３　不同林地类型土壤有机碳与氮储量的垂直
分布
　　从图３可以看出：在０ ６０ｃｍ土层中，随着土
层深度的增加，不同林地类型的土壤有机碳与氮储
量呈减小趋势，在６０ １００ｃｍ土层中又增大。思
茅松人工林的中龄林、近熟林和过熟林及常绿阔叶
林与思茅松天然林的土壤有机碳储量的最大值都出
现在土层０ ２０ｃｍ，分别为（７１．６１±７．１４）、（４６６８
±３．８８）、（５７．２±４．５８）、（５９．８８±５．３）、（５３．０８±
６．５８）ｔ·ｈｍ－２。２０ ４０ｃｍ土层土壤有机碳储量最
大的是中龄林为（４６．１５±６．３１）ｔ·ｈｍ－２，随着土壤
的加深，土壤碳储量在逐渐减少，４０ ６０和 ６０
１００ｃｍ土层土壤有机碳储量最大的分别是常绿阔
叶林（（２６９４±７．４９）ｔ·ｈｍ－２）和过熟林（（４３．３５±
６．８６）ｔ·ｈｍ－２），最小的则分别是思茅松天然林
（（１７．５０±１．０２）ｔ·ｈｍ－２）和近熟林（（２５．５３±
４．２０）ｔ·ｈｍ－２）。在５个林地类型中，０ ２０ｃｍ和
２０ ４０ｃｍ土层的土壤氮储量最大的是中龄林，分
别是（３．７５±０．５２）、（２．６７±０．３１）ｔ·ｈｍ－２。
图３　不同林地类型土壤有机碳储量与氮储量
４１８
第６期 李帅锋，等：思茅松人工林土壤有机碳和氮储量变化
２．４　不同林地类型造林后人工林土壤有机碳与氮
储量变化
　　常绿阔叶林造林与思茅松天然林人工更新后思
茅松人工林土壤有机碳与氮储量的变化见图４。在
０ ２０、０ ６０ｃｍ的土层中，常绿阔叶林造林为思
茅松人工林的过程中，随着林龄的增长土壤有机碳
储量的年变化呈先增加后减少的趋势，其中，近熟林
和过熟林阶段为负年变化量；思茅松天然林人工更
新为人工林过程中，随着林龄的增长，土壤有机碳储
量的年变化为先增加后减少再增加。在０ １００ｃｍ
的土层中，土壤有机碳储量的年变化量呈现出相似
的变化规律，即在中龄林阶段的年变化量为增加，近
熟林阶段则减少，过熟林则增加；此外，与常绿阔叶
林相比，思茅松天然林人工更新的人工林可以积累
更多的土壤有机碳储量。
在常绿阔叶林造林为人工林过程中，随着林龄
的增加，在０ ２０ｃｍ土层中，近熟林的土壤氮储量
的年变化量为负值，在０ ６０、０ １００ｃｍ土层中，
则随着林龄的增长，土壤氮储量的年变化量呈负增
长；在思茅松天然林人工更新为人工林的过程中，随
着林龄的增长，在０ ２０、０ ６０ｃｍ，土层中，土壤
氮储量的年变化量在增加，而在 ０ １００ｃｍ土层
中，近熟林的土壤氮储量的年变化量是负值。相对
于常绿阔叶林，思茅松天然林人工更新为人工林的
过程可以累积更多的土壤氮储量。
图４　不同林地类型造林后人工林土壤有机碳储量与氮储量的变化
２．５　土壤有机碳储量与土壤性质的相关关系
不同层次土壤含水量、土壤密度、ｐＨ值、全氮、
有效磷及 Ｃ∶Ｎ与土壤有机碳储量进行 Ｐｅａｒｓｏｎ相关
分析，结果（表３）表明：除４０ ６０ｃｍ土层外，其它
土层的土壤含水量与土壤有机碳储量之间呈显著或
极显著正相关；除４０ ６０ｃｍ土层外，不同层次土
壤的全氮含量与土壤有机碳储量之间存在极显著正
相关；除０ ２０ｃｍ外，土壤Ｃ∶Ｎ与土壤碳储量之间
存在极显著正相关。
３　结论与讨论
３．１　土壤有机碳与氮储量的变化特征
研究表明：思茅松人工林的土壤有较强的固碳
能力，其土壤有机碳储量（０ １００ｃｍ）为１２０６６
５１８
林　业　科　学　研　究 第２８卷
表３　土壤有机碳储量与土壤养分的相关性系数
土壤深度／ｃｍ 土壤含水量 土壤密度 ｐＨ值 全氮 有效磷 Ｃ∶Ｎ
０ ２０ ０．６０７ －０．３７２ －０．３３７ ０．７５１ ０．０２５ ０．４５４
２０ ４０ ０．５６７ －０．４６０ －０．１００ ０．７８６ ０．１５８ ０．８７１
４０ ６０ ０．４４７ －０．０８９ －０．２８３ ０．４７４ －０．２４３ ０．８７６
６０ １００ ０．７５３ －０．３８８ －０．４０２ ０．７４５ ０．４７４ ０．８７５
　　注：表示Ｐ＜０．０５；表示Ｐ＜０．０１。
１７５．６ｔ·ｈｍ－２，其中，近熟林土壤有机碳储量低
于热带地区森林土壤碳储量的变化范围，而中龄林
和过熟林则高于其变化范围（１３０ １６０ｔ·
ｈｍ－２）［２４］，也明显比我国暖性针叶林的平均土壤碳
储量水平（１１０．３０ｔ·ｈｍ－２）高［２５］，与相近林龄级别
相比，也高于云南松（ＰｉｎｕｓｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓＦｒａｎｃｈ）人工
林［１３］，中龄林也显著高于相似林龄的红锥（Ｃａｓｔａｎ
ｏｐｓｉｓｈｙｓｔｒｉｘＭｉｑ．）林［１４］。思茅松人工林的土壤氮储
量平均值为 １０．５ｔ·ｈｍ－２，则低于云南松人工
林［１３］。５种林地类型的土壤有机碳和氮含量随着土
层的加深而逐渐减少，影响到土壤有机碳和氮储量
的垂直分布，土壤有机碳与氮储量主要集中分布在
０ ２０ｃｍ的土层中，随着土层（０ ６０ｃｍ）的加深
而减少，土壤有机碳和氮储量的垂直分布主要受凋
落物分解有机质的输入与细根周转的影响［１３－１４］。
思茅松天然林人工更新和常绿阔叶林林地上造
林是普洱地区思茅松人工林造林的主要方式，而随
着人工林林龄的增长，中龄林和近熟林的乔木层碳
储量明显高于思茅松天然林和常绿阔叶林，这是因
为思茅松生长迅速，拥有较强的固碳能力［１６］，可以
作为云南省南亚热带营造高储量碳汇林的优良树
种；思茅松中龄林阶段的土壤碳储量明显高于近熟
林和过熟林，在近熟林阶段则显著减少，到过熟林阶
段则又恢复到常绿阔叶林和思茅松天然林的水平。
本研究结论与我国亚热带其它人工林的土壤有机碳
储量的变化规律差异较大，如对云南松和红锥人工
林的研究表明，林龄增大则其土壤有机碳储量也随
之增加［１３－１４］。以往的研究发现，在思茅松幼龄林阶
段，随着林龄的增加土壤有机碳储量随之减少［１６］，
这是由于针叶树种比阔叶树种造林常常导致土壤有
机碳储量的减少［３］，从中龄林开始土壤有机碳储量
开始升高，到１３年生思茅松人工林的土壤有机碳储
量已显著大于对照的２５年生思茅松天然林［１６］，与
本研究结论一致。造林对思茅松中龄林、近熟林和
过熟林的土壤氮储量的影响较小，这是因为思茅松
林生长接近成熟期，地表凋落物的增加一定程度上
阻碍了有机质的分解和养分的循环，而凋落物分解
是森林土壤氮的主要来源［１３］。
３．２　影响土壤有机碳与氮储量变化的因素
中龄林和过熟林思茅松人工林相对于近熟林具
有较高的土壤有机碳和氮年变化量，尤其是中龄林，
其土壤有机碳年变化量分别为（１．８１±１．３６）ｔ·
ｈｍ－２·ａ－１和（３．６４±１．３６）ｔ·ｈｍ－２·ａ－１，思茅松天
然林人工更新比常绿阔叶林造林为思茅松人工林的
年变化量高。之所以得出这样的结论，与思茅松的
生物学特征及人工林的管理方式有极大相关，林分
类型的变化对土壤碳储量的动态变化有很强的影
响［３］。研究发现，天然林转变为人工林可以减少土
壤中１３％的碳储量［４］，随着林龄的增加至思茅松人
工林中龄林阶段，土壤碳储量则随之增加，思茅松中
龄林除了细根分解和凋落物以落叶等形式经分解增
加土壤有机质含量外［１６］，管理措施是土壤有机碳储
量累积量增加的主要原因，此时思茅松人工林已进
入抚育择伐阶段，林分内伐去长势较差的个体为培
育大径级的思茅松提供生长的空间，电锯伐木是主
要作业方式，针叶树种采伐原木的过程能增加１８％
的土壤碳储量［２６］，主要是电锯截断原木时产生的锯
末以及遗留在林内的枝叶等剩余物的分解；此外，计
划烧除是普洱地区思茅松人工林常见的管理措施，
也成为思茅松中龄林土壤有机碳储量累积量增加的
主要原因，因为低强度计划烧除的林分土壤中比未
进行计划烧除包含有更多有机碳含量［２７］，从而增加
中龄林的土壤有机碳储量。
思茅松人工林近熟林和过熟林阶段则较少进行
抚育择伐及计划烧除等管理措施，此时，凋落物分解
与细根周转成为土壤有机碳储量的主要来源，以松
树为主的人工林凋落物量往往高于阔叶林，而细根
生物量小于阔叶林［３，２８］，但近熟林土壤有机碳储量
的年变化量急剧减少的原因可能与凋落物分解为土
壤输入有机质减少有关，由于枝叶是思茅松人工林
凋落物的主要组成部分，针叶富含单宁、蜡质和树脂
而不易分解，凋落物分解速率较低［１０］，导致更多的
碳和氮累积在土壤有机质层上，同时，由于思茅松人
工林凋落物中氮的归还量最高［２９］，较低的凋落物分
６１８
第６期 李帅锋，等：思茅松人工林土壤有机碳和氮储量变化
解率导致氮对土壤的输入降低。研究发现，土壤全
氮含量及Ｃ∶Ｎ与土壤有机碳储量呈显著或极显著
正相关，因而，思茅松近熟林土壤有机碳与氮累积速
率降低。与此对应的是，在过熟林阶段，由于大径级
的思茅松个体的增加，其细根生物量与周转率增加
更多，相对于凋落物分解成为对土壤有机质积累的
主要来源，这是过熟林土壤有机碳储量累积率逐渐
增加的主要原因，但是由于针叶树种的细根氮含量
相对较低，Ｃ∶Ｎ相对较高，因而死细根的分解率也相
对较低［３］，导致过熟林土壤矿质层有机碳和氮的年
变化量相对不高。
研究表明，在云南省南亚热带区域，通过思茅松
的造林可以影响到当地森林的生物量及土壤有机碳
与氮储量的空间分布。人工林的抚育措施可以显著
增加森林生态系统的生物量和土壤有机碳储量，尤
其对土壤表层的影响最大，在全球气候变化研究背
景下，思茅松造林可以作为增加森林碳汇应对 ＣＯ２
排放的重要措施。此外，造林初期对土壤氮储量的
影响需要进一步的研究。
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