全 文 ：第 8? 卷 第 ? 期
4 A 2 5 年 ? 月
林 业 科 学
7;QRS6QL 7Q!ILR 7QSQ;LR
I.(T8?"S.T?
7-H3" 4 A 2 5
D."!2A322=A=UV32AA2F=8>>34A25A?22
收稿日期! 4A24 WA5 W4># 修回日期!4A25 WA8 W22’
基金项目!国家自然科学基金项目 $522=A9=9#8A>=5A:5 % # 中央高校基本科研业务费专项资金项目 $a!24aLA5 % # 中国博士后基金
$4AA>A85A24:%和人事部留学归国博士后入站项目’
#王慧梅为通讯作者’
落叶松人工林&皆伐迹地及农田土壤碳
及肥力的差异#
王文杰\张文天\安\静\王慧梅\祖元刚
$东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室\哈尔滨 29AA8A%
摘\要!\采集东北地区落叶松人工林&皆伐迹地和农田不同深度土壤进行分析"以便确定森林皆伐&农田化过程
中土壤碳及肥力变化及其垂直剖面差异’ 结果表明!2% 8 个地点林地 A f4A ,B土层有机碳储量平均为 ?5TA )*
0BW4 "显著高于农田 9=d和皆伐地 48d"而深层$4A f>A ,B%农田土壤有碳储量均值大多高于林地和皆伐迹地$8
pATA9%"但是后二者差异大多不显著# 无机碳较有机碳低 5 个数量级"且与有机碳变化趋势相反"但对土壤碳收支
影响较小’ 4% 农田 A f4A ,B土壤全氮和碱解氮储量分别较林地低 94d和 :9d$8pATA9%"较皆伐迹地低 5Ad和
>:d$8pATA9%"但深层呈农田高于林地与皆伐迹地的趋势# 农田 A f4A ,B土壤全钾储量高于林地 5?d $8p
ATA9%"深层差异呈变小趋势# 不同土层及不同处理方式之间土壤全磷储量均未产生显著变化’ 5% 农田 A f4A ,B
土壤密度显著高于林地$4=d%$8pATA9%和皆伐迹地$29d%$8pATA9%"但是深层差异不显著# 不同土层林地&皆
伐迹地和农田土壤 H<值和电导率差异均未达到显著水平$8iATA9%’ 综合来看"不同处理对土壤的影响表层大于
深层且差异明显"多数指标在农田&林地&皆伐迹地间变化趋势表层与深层不同甚至相反’
关键词!\落叶松# 人工林# 皆伐迹地# 农田# 土壤碳# 土壤肥力
中图分类号!7=28T4\\\文献标识码!L\\\文章编号!2AA2 W=8>>"4A25#A? WAA=? W2A
Y&*(&’("#"1$"()-&*5"#0L/*’()(’(/0(#T&*,.>)&#’&’("#T"
-)/&*R-+’$(’/L&*4)(#!P-.(#&
h%&Ch-&V"-\_0%&Ch-&)"%&\L& ["&C\h%&C<#"B-"\_# #^%&C%&C
$ :#;)6#")67)<3)6!-"8$#1">,)$)’7)(A,#"+)1" D)6"/!#-"3)6!-"6741+5!6-+"7\M#6;+1 29AA8A%
@50’*&,’!\7."(+/*.BK%*"%E(-D-H)0+"& (%*,0 $ :#6+T’*!$+1+% /.*-+)(%&D+" )0-%DV%,-&),(-%*F,#)+")-+%&D /%*B(%&D+
J-*-+%BH(-D %&D %&%(Gr-D ).D-)-*B"&-)0-,0%&C-+"& +."(;" /-*)"(")GF*-(%)-D H*.H-*)"-+/*.B D-/.*-+)%)".&F/%*B"&C
H*.,-++-+%&D )0-"*H*./"(-+"& )0"+H%H-*360-*-+#()++0.J-D32% LK-*%C-+."(.*C%&",,%*E.& $7@;% +).*%C-"& )0-A W
4A ,B+."((%G-*+.//.*-+)(%&D /*.B8 +")-+J%+?5TA )*0BW4 " %&D 9=d %&D 48d 0"C0-*)0%& /%*B(%&D %&D ,(-%*F,#)+")-"
*-+H-,)"K-(G3<.J-K-*" )0-4A W>A ,B+."((%G-*+"& /%*B(%&D #+#%(G0%D 0"C0-*,%*E.& +).*%C-)0%& /.*-+)(%&D %&D ,(-%*F
,#)+")-+$8pA3A9%" J")0.#)+"C&"/",%&)D"/-*-&,-"& )0-(%)-*)J.+")-+360-+."("&.*C%&",,%*E.& $ 7Q;% J%+)0*--
.*D-*+(.J-*)0%& )0-7@;+).*%C-" )0#+")"BH.+-D &-C("C"E(-"&/(#-&,-+.& )0-).)%(+."(,%*E.& E#DC-)%()0.#C0 ")+
K%*"%)".& J%+C-&-*%(G,.&)*%*G).7@;# 4% 7).*%C-+./S%&D %(b%("&-FS"& A W4A ,B+."((%G-*+"& /%*B(%&D J-*-94d
%&D :9d (.J-*)0%& )0.+-.//.*-+)(%&D+$8pA3A9%" %&D 5Ad %&D >:d (.J-*)0%& )0.+-./,(-%*F,#)+")-+$8pA3A9%"
*-+H-,)"K-(G360-D--H-*+."(+"& /%*B(%&D 0%D 0"C0-*+).*%C-+)0%& D"D )0.+-"& /.*-+)(%&D %&D ,(-%*F,#)+")-+360-Y
+).*%C-"& )0-A W4A ,B(%G-*+"& /%*B(%&D J%+5?d 0"C0-*)0%& )0%)"& )0-/.*-+)$8pA3A9%" E#))0-D"/-*-&,-+E-,%B-
B#,0 +B%(-*"& )0-D--H-*+."((%G-*+360-*-J-*-&.*-B%*b%E(-"&/(#-&,-+"& 1+).*%C-"& D"/-*-&)+."((%G-*+.K-*)0-
D"/-*-&)(%&D #)"("r%)".&+$8iA3A9%35% 60-*-J-*-&.+"C&"/",%&)D"/-*-&,-+"& +."(H<%&D R;"& D"/-*-&)+."((%G-*+
E-)J--& /.*-+)(%&D+" ,(-%*F,#)+")-+%&D /%*B(%&D+$8iA3A9 %" E#)+"C&"/",%&)D"/-*-&,-+J-*-.E+-*K-D "& )0-E#(b
D-&+")G$8pA3A9 %37."(E#(b D-&+")G.//%*B(%&D "& )0-A W4A ,B(%G-*+J%+4=d %&D 29d 0"C0-*)0%& )0%)./
/.*-+)(%&D %&D ,(-%*F,#)++")-+" *-+H-,)"K-(G" J0"(-)0-D"/-*-&,-+"& D--H-*+."(E-,%B-&.)+"C&"/",%&)$8iA3A9%38%
林 业 科 学 8? 卷@K-*%(" (%&D #+-,0%&C-+,.#(D C"K-C*-%)-*"&/(#-&,-+.& )0-+#*/%,-+."()0%& )0-D--H-*+."(3Z.*B.+)./)0-)-+)-D
H%*%B-)-*+" K%*"%)".&+E-)J--& /.*-+)(%&D+" ,(-%*F,#)+")-+%&D /%*B(%&D+"& )0-+#*/%,-+."((%G-*+D"/-*-D /*.B.*-K-&
.HH.+-D ).)0.+-"& )0-D--H-*+."((%G-*+3
A/: B"*70!\:#6+T’*!$+1+# /.*-+)H(%&)%)".&# ,(-%*F,#)+")-# /%*B(%&D# +."(,%*E.&# +."(/-*)"(")G
\\在陆地生态系统中"森林土壤碳占全球土壤碳
的 =5d"约为森林生物量的 4 f5 倍"其微小的变化
即可影响生态系统碳收支的方向 $a"c.& !"#$%"
2??8# !.*-& !"#$%" 4A2A%’ 土壤肥力是持久保障地
上生物量累积的基础"而地上生物量累积过程直接
影响土壤碳截获的总量和组成$陈绍栓等" 4AA2%’
东北林区是我国重要的国有林区"森林面积占全国
的 5Ad以上 $李振泉等" 2??> %"而落叶松 $ :#6+T
’*!$+1+%林又是我国寒温带的主要森林’ 人工林土
壤碳截获及肥力变化的研究不断增多 $史军等"
4AA9%"人工林皆伐对林地土壤的干扰明显 $郭辉
等" 4A2A%"在以往的研究中很少将不同地区人工林
及附近皆伐迹地和农田进行系统的对比 $胡晓飞
等" 4AA=%"且研究多集中在 A f8A ,B的较上层土
壤"其土壤碳转化过程中的收支和损耗往往很明显
$!"!"#$%" 4AA=%’ 本研究通过设置落叶松人工林&
皆伐迹地及农田系列样地"采集更深层土壤样品"系
统研究人工林皆伐与农田化过程中的土壤碳截获与
土壤肥力相关理化性质的变化"并重点探讨森林皆
伐及农田化过程对深层和表层土壤影响的差异"为
该区落叶松人工林向农田转化过程中土壤碳汇变化
及其地力可持续性管理提供基础数据’
2\材料与方法
EDEF试验地概况
试验样地位于黑龙江省伊春市带岭林业局"分
别为边家沟样地&东山样地&大青川样地和东方红样
地’ 该区域属于温带季风性气候"年平均温度 2T8
f4T> o"平均降水量 ::2 f=48 BB’ 样地概况如
表 2 所示’ 区域植被主要以阔叶混交林或针叶林为
主’ 各样地植被中"乔木主要为落叶松"林分郁闭度
均在 AT> 以上"另外还有红松$8+1A-L)6#+!1-+-%&白
桦 $ F!"A$# K$#"7K/7$# %& 胡 桃 楸 $ WA’$#1-
*#1(-/A6+,#%&水曲柳 $36#T+1A-*#1(-/A6+,#%等树
种’ 林 下 植 被 稀 疏" 以 暴 马 丁 香 $ ?76+1’#
6!"+,A$#"#%&春榆$4$*A-(#5+(+#1#%为主’ 皆伐迹地
是 9 f2A 年前落叶松林被皆伐后形成的"现多生长
灌木和杂草"主要包括斑叶稠李$8#(A-*##,L+%&忍
冬 $ :)1+,!6# +HH3%& 库 页 悬 钩 子 $ BA;A-
-#,/#$+1!1-+-%& 蚊 子 草 $ 3+$+K!1(A$# K#$*#"# %& 蒿
$&6"!*+-+#%&水金凤$[*K#"+!1"+-1)$+"#1’!6+-%&蹄盖蕨
$&"/76+A*+HH3%等’ 农田均为 2??A 年后开垦"开垦
前均为落叶松人工林"现以种植大豆$G$7,+1!*#T%&
玉米$.!# *#7-%和南瓜$=A,A6;+"# *)-,/#"#%为主’
考虑到样地距离过远"土壤自身差异过大将导
致数据可靠性下降$<-"B" 4AA?%"在立地条件和距
离相近$2AA B以内%的区域"设落叶松人工林&农田
和皆伐迹地等等 5 种不用土地利用方式’ 每一区域
中均选取 5 块落叶松人工林"5 块农田"5 块皆伐迹
地"建立 5: 块二级标准试验样地’ 落叶松人工林和
皆伐迹地的样地设置为 4A Be4A B’ 同时"农田样
地的设置主要选取林边 9A Be9A B的耕地"采样时
在近林边 2 f4 B的位置开始取样’ 每个样地挖取
8 个长 4 B&宽 2 B&深 AT> B的土壤剖面’ 去除表
层的枯枝落叶后"按照不同的深度$A f4A" 4A f8A"
8A f:A 和 :A f>A ,B%"用环刀分别取 2AA ,B5 的样
品"将 8 个剖面中相同深度的土样混合成一个样品"
装入土壤袋中"备用’
EDGF样品处理和测定
将上述土壤袋在实验室充分风干后称量"根
据土壤环刀的体积与风干质量"计算土壤密度’
挑出土壤中杂质后将土样碾碎并通过 pAT49 BB
土壤筛"然后装入塑料瓶中长期保存"用来测定土
壤碳&氮及其他理化性质’ 根据鲍士旦 $4AAA %的
方法"土壤有机碳$+."(.*C%&",,%*E.&"7@;%含量采
用重铬酸钾容量法 W外加热法测定"土壤无机碳
$+."("&.*C%&",,%*E.&"7Q;%含量采用气量法测定"
全氮采用半微量凯氏定氮法测定"土壤碱解氮采
用碱解 W扩散法测定"土壤全磷采用 S%@<熔融
W钼锑抗比色法测定"土壤全钾采用 S%@<熔融
W火焰光度法测定"测定时均加入土壤标准样品
L7L2 $中国地质科学院地球物理&地球化学勘察
研究所"河北廊坊 %作为对照# 土壤 H<值&电导
率的测定均称取 9 C土样加入 29 B!去离子水并
混匀"使用 H<值计和电导率仪进行测定’
A>
\第 ? 期 王文杰等! 落叶松人工林&皆伐迹地及农田土壤碳及肥力的差异
表 EF样地基本情况
H&5IEF]+’)(#/0"10&4%)(#= %)"’0
项目 Q)-B 边家沟 N"%&V"%C.# 东山 a.&C+0%& 大青川 a%P"&C,0#%& 东方红 a.&C/%&C0.&C
北纬 S.*)0 (%)")#D- 89l2:T4=4m 8:l9=T=5?m 8=lAT28:m 8:l9:TA5=m
东经 R%+)(.&C")#D- 24=l54T=8Am 24?l2AT4>8m 24?l2AT4>8m 24?l22T9:2m
土壤类型 7."()GH-
白浆化暗棕壤
!-++"K-D%*b E*.J& /.*-+)+."(
暗棕壤
a%*b E*.J& /.*-+)+."(
暗棕壤
a%*b E*.J& /.*-+)+."(
暗棕壤
a%*b E*.J& /.*-+)+."(
海拔 R(-K%)".&UB 4?9 485 48= 488
胸径 aN树龄 LC-U% 4= 8A 8: 2>
皆伐迹地植物种类
7H-,"-+ "& ,(-%*F
,#)+")-
山杨 8)KA$A-(#5+(+#1#&白
桦 F!"A$# K$#"7K/7$#&忍 冬
:)1+,!6# +HH%&库页悬钩子
BA;A--#,/#$+1!1-+-&蚊子草
3+$+K!1(A$# K#$*#"#& 蒿
&6"!*+-+# +HH3
轮叶婆婆纳 P!6)1+,# +HH3&
水 金 凤 [*K#"+!1"+-
1)$+"#1’!6+-& 落 叶 松 幼 苗
:#6+T’*!+$+1++--D("&C&花曲
柳 36#1T+1A-6/71,/)K/$#&
蹄盖蕨 &"/76+A*+HH3&
胡枝子 :!-K!(!H# ;+,)$)6&
草乌 &,)1+"A*LA-1!H)<+&
蒿 &6"!*+-+# +HH3
胡 桃 楸 幼 树 WA’$#1-
*#1(-/A6+,# +%H("&C&蹄盖蕨
&"/76+A* +HH3& 蒿 &6"!*+-+#
+HH3& 委 陵 菜 8)"!1"+$#
,/+1!1-+-&蚊子草 3%K#$*#"#
蹄盖 蕨 &"/76+A* +HH3&
苔草 =#6!T+HH3& 荨 麻
46"+,# #1’A-"+<)$+#&斑叶
稠李幼树 8#(A-*##,L+
+%H("&C&漏斗菜 &@A+$!’+#
)T7-!K#$#&金丝桃
M7K!6+,A*#-,76)1
林地植物种类
7H-,"-+"& /.*-+)(%&D
落叶松 :%’*!$+1+&红松 8%
L)6#+!1-+-& 白 桦 F%
K$#"7K/7$## 暴 马 丁 香
?76+1’# 6!"+,A$#"#&春榆
4$*A-(#5+(+#1#&忍冬
:)1+,!6# +HH%
落叶松 :%’*!+$+1+# 色木槭
&%*)1)& 暴 马 丁 香 ?%
6!"+,A$#"#&榛 =%,/+1!1-+-&忍
冬 :)1+,!6# +HH%& 独 活
&1’!$+,# (#/A6+,#& 蚊 子 草
3%K#$*#"#&苔草 =#6!T+HH3
落叶松 :%’*!+$+1+&蒙古栎
UA!6,A-*)1’)$+,## 榛 =%
,/+1!1-+-& 水 曲 柳 3%
*#1(-/A6+,#&暴 马 丁 香 ?%
6!"+,A$#"#&色木槭 &%*)1)#
蚊子 草 3%K#$*#"#& 苔 草
=#6!T+HH3
落叶松 :%’*!+$+1+
农田作物
7H-,"-+"& /%*B(%&D 大豆
G%*#T 南瓜
=%*)-,/#"#&
杂草 h--D+
大豆 G%*#T 大豆 G%*#T
EDCF数据处理
在分析有机碳库及肥力情况时需要比较样地间
的有机碳或氮储量’ 计算公式!有机碳和土壤氮储
量$C*BW4% k(e#E eAT4 e$2 WPC*%K-(%’ 式中!(为
有机碳或氮的含量 $C*bCW2 %# #E为土壤密度 $C*
,BW5 %# AT4 为土壤厚度$B%# PC*%K-(为石砾体积占土
样总体积的比例’
用 Rc,-(4AA5 处理数据"用 7177 2=TA 一般线
性分析中的单变量及多变量方差分析及多重比较对
数据进行差异显著性分析’
4\结果与分析
GDEF有机碳和无机碳储量
从图 2 可以看出!8 个地点土壤有机碳和无机
碳储量变化较大’ 从平均值看"A f4A ,B土层中人
工林有机碳储量大多高于皆伐迹地和农田约 28T8=
f8?T?2 )*0BW4"其中"东山和东方红样地差异显著
$8pATA9%#皆伐迹地土壤有机碳储量大多高于农
田 2AT> f4?T42 )*0BW4 $8pATA9 %’ 在深层土壤
$4A f:A ,B%中"人工林和农田土壤有机碳储量大
多高于皆伐迹地"其中"农田土壤有机碳储量呈增加
的趋势’ 从有机碳储量总体来看"表层土壤有机碳
储量林地 i皆伐迹地 i农田"其中"农田与林地的差
异约 55T= )*0BW4$8pATA9%"深层土壤则表现出农
田 i林地 i皆伐迹地’ 这种表层和深层排序上的差
异"使得三者间 A f>A ,B土壤有机碳储量的差异变
小$8iATA9%$表 4%’
土壤无机碳储量在 A f4A ,B土层林地&皆伐迹
地与农田的差异不明显"仅大青川农田样地无机碳
储量显著高于林地 ATA49 )*0BW4$8pATA9%’ 在 4A
f>A ,B土层中"不同利用方式的土壤无机碳储量
高于 A f4A ,B土层’ 同时"多数林地&皆伐迹地样
地中的土壤无机碳储量高于农田样地"而林地和皆
伐迹地之间的差异呈现不一致的趋势’ 综合所有样
地的结果$表 4%"土壤无机碳储量皆伐迹地 i林地
i农田"其中林地&皆伐迹地与农田的差异达到显著
水平$8pATA9%"而林地和皆伐迹地的差异在不同
土层表现不一致$8iATA9%’
GDGF全氮和碱解氮储量
图 4 表明!8 个地点全氮和碱解氮储量变化较
大’ 从平均值看"A f4A ,B土层中"林地土壤全氮
储量为 :T?= )*0BW4"显著高于农田 4T82 )*0BW4 $8
pATA9%"皆伐迹地为 9T?> )*0BW4"高于农田 2T84 )
*0BW4# 4A f8A ,B土层中"林地土壤全氮储量为
5T:= )*0BW4"高于农田 5T98 )30BW4# 8A f:A ,B土
层中"农田土壤全氮储量为 4T?2 )*0BW4"高于林地
AT=2 )*0BW4"显著高于皆伐迹地 2T=5 )*0BW4 $8p
ATA9%$表 4%’ 可以看出"总体上表层林地土壤普遍
高于皆伐迹地和农田"而深层土壤中皆伐迹地全氮
储量逐渐低于林地"农田则略高于林地’
2>
林 业 科 学 8? 卷图 2\不同地点落叶松林地与相邻皆伐迹地和农田有机碳和无机碳的比较
Z"C32\;.BH%*"+.& ./7@;%&D 7Q;+).*%C-+%)D"/-*-&)D-H)0+%B.&C(%*,0 H(%&)%)".& (%&D" %DV%,-&),(-%*F,#)+")-%&D /%*B(%&D "& D"/-*-&)+")-+
同一地区的同一深度中相同字母表示差异不显著$8iATA9% "不同字母表示差异显著$8pATA9% ’ 60-+%B-(-)-*+%))0-+%B-D-H)0 "& )0-
+%B-+")-"&D",%)-&.+"C&"/",%&)D"/-*-&,-$8iATA9% " J0"(-)0-D"/-*-&)(-)-*+"&D",%)-+"C&"/",%&)D"/-*-&,-$8pATA9%3
图 4 显示!在 A f8A ,B土层中"皆伐迹地和林
地土壤碱解氮储量大多高于农田’ 在更深层$8A f
>A ,B%土壤中"样地中皆伐迹地土壤碱解氮大多高
于林地"东方红样地 8A f:A ,B土层农田显著高于
林地和皆伐迹地"其他均未出现显著差异 $图 4%’
所有样地统计显示$表 4%"不同土层土壤碱解氮储
量皆伐迹地均高于人工林土壤"表层林地土壤碱解
氮储量显著高于农田 AT49 )*0BW4 $8pATA9%"而深
层$4A ,B以下%则出现相反的趋势$8iATA9%’
GDCF土壤全磷和全钾储量
由图 5 可知"在 A f4A ,B的土层中" 4 个样地
$边家沟和东山%中皆伐迹地土壤全磷储量高于林
地’ 在 4A ,B以下土层中"皆伐迹地土壤全磷储量
大多高于林地"而林地与农田&皆伐迹地与农田差别
很小’ 总体来看$表 4%"不同土层以及 A f>A ,B土
壤全磷储量皆伐迹地 i林地 i农田"但差异不显著’
在 A f4A ,B的土层中"除了大青川样地外"所
有样地土壤全钾储量林地和皆伐迹地 p农田"多数
样地农田 i皆伐迹地 i林地"而出现显著差异仅在
东方红样地$8pATA9%’ 在 4A ,B以下土层中"林
地和皆伐迹地互有高低出现"而多数情况下都高于
农田$图 5%’ 总体来看$表 4%"土壤全钾储量均有
随深度增加的趋势"而 A f4A ,B中"农田显著高于
林地$4>d%和皆伐地$29d%$8pATA9%’
GDLF土壤 %S值%电导率和密度
人工林&皆伐迹地和农田土壤 H<值均偏酸性"
约 9T8 f:T="在 4A f:A ,B土层边家沟林地土壤与
皆伐迹地&农田均达到显著差异$8pATA9%"而东方
红样地中林地和皆伐迹地显著高于农田$8pATA9%
$图 8%’ 所有样地平均值显示"样地间 H<值无显
著差异$8iATA9%$表 4%’
土壤电导率差异随土壤深度增加呈下降趋势"
多数林地土壤电导率高于皆伐迹地 4 f4:T? *7*
,BW2$8pATA9%’ 农田的土壤电导率大多介于林地
和皆伐迹地之间"但也有高于林地的情况 $图 8%’
从平均值看"三类样地间电导率差异不显著 $8i
ATA9%"这种趋势不同深度表现一致$表 4%’
土壤密度表层 $A f4A ,B%土壤林地最低"而
4A ,B以下土层农田土壤密度的差异较表层低"除大
青川样地 4A f8A ,B土层外"均未达到显著差异$图
8%’ 综合分析表明!表层土壤密度农田高于林地
49d以上"高于皆伐迹地 29d$8pATA9%"深层差异
不显著$表 4%’
GDNF人工林%皆伐迹地以及农田对土壤碳截获和肥
力影响的综合分析
即使不考虑不同深度和地点对结果的影响"对
4>
\第 ? 期 王文杰等! 落叶松人工林&皆伐迹地及农田土壤碳及肥力的差异
图 4\不同地区落叶松林地与相邻皆伐迹地和农田不同深度土壤全氮和碱解氮储量的比较
Z"C34\;.BH%*"+".& ./+."().)%(S%&D %(b%("&-FS+).*%C-%B.&C(%*,0 H(%&)%)".& (%&D" %DV%,-&),(-%*F,#)+")-%&D /%*B(%&D "& D"/-*-&)+."(D-H)0
图 5\不同地区落叶松林地与相邻皆伐迹地和农田不同深度土壤全磷和全钾储量的比较
Z"C35\;.BH%*"+".& ./+."().)%(1%&D )%)%(Y+).*%C-%B.&C(%*,0 H(%&)%)".& (%&D" %DV%,-&),(-%*F,#)+")-%&D /%*B(%&D "& D"/-*-&)+."(D-H)0
于很多指标"如有机碳&无机碳&全氮&碱解氮和 H<
值等"在落叶松人工林&皆伐迹地及农田之间差异显
著$8pATA9%$表 5%’ 但对于其他指标"如全磷&全
钾和密度"由于深度和地点的显著影响"人工林&皆
伐迹地及农田间这些土壤理化指标的差异不显著
$8iATA9%’
同时"地点和深度与土壤不同指标存在交互作
用"这影响了对样地间土壤理化性质差异的判断
$表 5%’ 区分土壤不同深度$深度 e农田%时"落叶
松人工林地&皆伐迹地和农田能够导致有机碳&无机
5>
林 业 科 学 8? 卷图 8\不同地区落叶松林地与相邻皆伐迹地和农田不同深度土壤 H<值&电导率和密度变化
Z"C38\a"/-*-&,-+"& H<" R(-,)*",%(,.&D#,)"K")G%&D E#(b D-&+")G%B.&C
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碳&碱解氮&全钾&电导率&密度等 : 个指标存在显著
差异# 而区分不同地点进行分析时"这三者呈显著
差异的指标有 9 个!无机碳&全氮&碱解氮&H<值&电
导率# 当区别不同深度&不同地点对皆伐迹地及农
田导致土壤指标变化进行分析时"出现显著差异的
指标为有机碳&无机碳&碱解氮&电导率等 8 个’ 可
以看出"当把样地划分更细时 $即考虑交互影响
时%"样地重复数变少"能够出现显著差异的指标降
低"从 : 个指标变成 8 个$同时考虑地点&深度和土
地利用方式%"而且 3值也明显降低’ 因此对于不
同地区中林地&皆伐迹地和农田 A f>A ,B土层的综
合分析是很有必要的"可以更明显地发现不同土地
利用方式对土壤碳储量和肥力变化的影响’
5\讨论
研究认为人工林采伐作业&农耕措施可导致土
壤表 层 碳 库 减 少 $ [.0&+.&" 2??4# 胡 小 飞 等"
4AA=%"而林地变成农田也导致土壤有机碳储量呈
显著下降趋势$$#*)G!"#$%" 4AA4%’ ‘#.等$4AA4%
认为"天然林变成农田后土壤有机碳含量下降
84d’ 本研究发现 8 个样地中林地土壤有机碳平均
储量达到 ?5 )*0BW4"是皆伐迹地的 2T48 倍"是农田
的 2T9= 倍$表 4%"这与前人的研究结果基本一致’
对同一区域落叶松人工林生长进程中土壤碳变化的
研究发现"土壤碳库显著增大"而氮储量变化不大
$h%&C!"#$%" 4A22%’ 此外"对深层$4A f>A ,B%土
壤能否显著影响有机碳的变化"一直存在争议
$$#*)G!"#$%" 4AA4# h%&C!"#$%" 4A22# h-"!"#$%"
4A24%’ 本研究发现"受人为扰动较大的土壤"如农
田的深层土壤与林地进行比较时"呈逐渐高于林地
的变化趋势"其中"8A f>A ,B土层有机碳储量农田
显著高于林地和皆伐迹地$8pATA9%"这种与表层
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\第 ? 期 王文杰等! 落叶松人工林&皆伐迹地及农田土壤碳及肥力的差异 9>
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\第 ? 期 王文杰等! 落叶松人工林&皆伐迹地及农田土壤碳及肥力的差异
迥异的变化"使得 A f>A ,B总储量在人工林&皆伐
迹地及农田间的差异变小"甚至不存在显著差异$8
iATA9%"而且排序有别于表层!林地 i农田 i皆伐
迹地$表 4%’ 上述情况产生的原因可能是!在农田
土壤翻耕过程中导致表层有机碳向深层土壤转移"
同时耕种过程中使得土壤通透性增加"水溶性有机
碳更容易渗透到深层土壤$王清奎等" 4AA9%"并通
过改变有机碳的保护性而影响有机碳的稳定性"进
而改变有机碳的分解率$吴建国等" 4AA4%"从而使
得表层和深层产生差异’ 一旦部分土壤碳进入到深
层土壤"它受到外界干扰而释放到大气中的可能性
变小$刘晓梅等" 4AA?%’ 与此同时"人工林在经营
过程中几乎不对土壤进行扰动"类似人为引起的表
层向深层的碳移动较少"而林木根系能够生长到较
深土层"把深层土壤碳和氮等营养物质吸收到植物
个体中"有可能降低深层土壤有机质储量’ 同时"由
于人工林枯枝落叶长时间覆盖表层土壤并积累大量
有机物质"而转移到深层土壤的过程又十分漫长"使
得人工林表层和深层土壤碳差异较大’
土壤无机碳像有机碳一样在土壤中普遍存在"
且在我国的某些地区$如西北高原%储量巨大$潘根
兴" 2???%"但是很少将有机碳&无机碳同时进行研
究"这可能直接影响土壤碳截获量估计的准确性
$祖元刚等" 4A22%’ 本文研究中发现!无机碳的储
量很小"多在 ATA2? fATA95 )*0BW4"这一数值为土
壤有机碳储量 2> f?5 )*0BW4的千分之一以下$图 2
和表 4%"如此小的数值的变化"对总碳$有机碳 ]无
机碳%的变化影响将很小’ 其次有机碳和无机碳的
变化方向多数情况下有所不同"如表层土壤有机碳
林地高于皆伐迹地"而无机碳则表现为深层 :A f>A
,B土壤皆伐地高于林地$表 4%"这种相反的变化趋
势$即有机碳增加往往意味着无机碳减少"或者反
之%"有可能导致当需要把有机碳和无机碳储量同
时考虑到土壤碳收支平衡计算时"仅考虑有机碳变
化会存在较大的差异"尤其是在土壤无机碳含量较
高的地区$曾骏等" 4AA># 祖元刚等" 4A22%’
土壤肥力是土壤碳和生物量碳累积的基础"人
工林皆伐和农田化过程土壤地力的下降"将直接影
响地上和地下碳截获的持久性$于宁楼等" 4AA5%"
而在林地皆伐后营造的人工林"其土壤化学性质发
生明显变化"如落叶松纯林土壤上层有机质&全氮&
全磷含量均显著低于其他林分$王新宇等" 4AA>%’
本研究发现!人工林皆伐及农田化可导致氮素显著
下降"农田较林地降低幅度达到 94d $全氮 % 和
:9d$碱解氮%"较皆伐迹地降低 5Ad和 >:d $表
4%’ 不同地点和深度土壤磷和钾的比较结果多数
未达到显著差异的水平$图 5%’ 8 组样地中 A f4A
,B土层平均值显示农田土壤钾显著高于林地 5?d
$8pATA9%"这与农田施肥导致土壤肥力高于林地
有直接关系’ 与皆伐迹地比较"落叶松人工林有使
土壤酸化的趋势$图 8%"而皆伐和耕种也使得土壤
变得更加紧实"使不同层次土壤密度均有增加的趋
势$8pATA9%’ 因此"尽管不同地点&不同深度对结
果影响较大$图 5"8%"但人工林林地&皆伐迹地及农
田也使土壤肥力发生了明显变化’ 对于今后的林分
经营管理"考虑到皆伐使土壤表层$A f4A ,B%碳及
肥力下降程度较为明显"应该尽量避免采用皆伐方
式"而选择择伐方式对林地进行合理的利用$S"(+-&
!"#$%" 4AA>%’ 我国农田面积巨大"在考虑农田土壤
碳时应该注意深层土壤"以及施肥等措施导致土地
营养成分向深层流失问题’
8\结论
土地利用方式的变化"对于土壤碳截获&肥力及
物理性质均有影响!表层 $A f4A ,B%表现较为明
显"土壤有机碳&全氮和碱解氮变化林地 i皆伐迹地
i农田# 而深层$4A f>A ,B%则出现不同的变化趋
势"皆伐导致土壤碳及肥力逐渐低于人工林"且受到
不同地点的影响"人工林和皆伐迹地土壤储量差异
不显著$8iATA9%’ 另一方面"由于农田在耕种过
程中人为地影响土壤结构"使得土壤中碳及肥力的
变化处在不稳定的状态"因此深层 $4A f>A ,B%土
壤表现出异于人工林和皆伐迹地的趋势"大体上呈
现农田 i人工林 i皆伐迹地’ 综合分析结果表明!
由于林地表层土壤的碳截获及肥力大多大于皆伐迹
地或农田"而深层土壤呈现皆伐迹地或农田高于林
地的趋势"导致 A f>A ,B土层人工林&皆伐迹地及
农田土壤碳截获及肥力的变化趋势不明显’ 林地土
壤电导率高于皆伐地迹及农田"土壤密度为农田 i
皆伐迹地 i林地’ 本研究的土地利用方式在东北林
区具有一定代表性"上述结果对该地区落叶松人工
林向农田转化过程中土壤碳汇变化及其可持续性管
理提供了基础数据’
参 考 文 献
鲍士旦34AAA3土壤农化分析3北京!中国农业出版社3
陈绍栓"陈淑荣"马祥庆34AA23次生阔叶林不同更新方式对林分组
成及土壤肥力的影响3林业科学" 5= $:% !225 W22=3
郭\辉"董希斌"姜\帆34A2A3采伐强度对小兴安岭低质林分土壤
碳通量的影响3林业科学" 8:$4% !22A W2293
胡小飞"陈伏生"葛\刚34AA=3森林采伐对林地表层土壤主要特征
=>
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李振泉"石庆武32??>3东北经济区地理总论3吉林!东北师范大学出
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刘晓梅"方\建"张婧林"等34AA?3长期施肥对麦田土壤微生物垂
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潘根兴32???3中国土壤有机碳和无机碳库量研究3科技通报" 29
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王清奎"汪思龙"高\洪"等34AA93土地利用方式对土壤有机质的
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王新宇"王庆成34AA>3水曲柳落叶松人工林近自然化培育对林地
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吴建国"张小全"王彦辉"等34AA43土地利用变化对土壤物理组分
中有机碳分配的影响3林业科学" 5>$8% !2? W4?3
于宁楼"宋\磊34AA53大面积营造集约经营人工林对土壤肥力的
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祖元刚"李\冉"王文杰"等34A223我国东北土壤有机碳&无机碳含
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曾\骏"郭天文"包兴国"等34AA>3长期施肥对土壤有机碳和无机
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!责任编辑\郭广荣"
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