Impact of Cutting Intensity on Soil Carbon Flux in Low-Quality Forest Stands of Lesser Khingan Range-文献传递-植物通论文库

针对择伐后的小兴安岭低质林分，采用LI-8100碳通量自动监测系统在春、夏、秋、冬４个季节对低质林分土壤碳通量进行观测，运用统计分析方法，分析采伐强度对土壤碳通量、土壤温度与湿度的影响。结果表明：采伐区的土壤碳通量高于对照区，随采伐强度的增加土壤碳通量呈现波动性，从采伐强度22%～47%，碳通量逐渐减小，之后趋于平稳，春、夏、秋、冬4个季节土壤碳通量的最大值出现在低度和中度采伐强度林分条件下；随采伐强度增加土壤温度增加，土壤湿度减少，土壤碳通量与距地表10 cm处的土壤温度的关系符合指数模型，土壤碳通量与土壤湿度的关系符合一元二次模型；从标准化回归方程看出，土壤碳通量主要由土壤温度与湿度共同影响，且土壤湿度对碳通量的影响大于土壤温度的影响。采伐强度与土壤碳通量具有负相关性，二者的关系为双曲线。

In the spring, summer, autumn and winter, for the low-quality forest stands of Lesser Khingan Range after selective cutting, the soil CO₂ flux of the low-quality forest stands was observed by the LI-8100 CO₂ flux automatic monitoring system. The influence of cutting intensity on the soil CO₂ flux, soil temperature and moisture was analyzed using methods of statistical analysis. The results showed that the soil CO₂ flux in the selective-cutting zone was higher than that in the check zone, and with the increase of cutting intensity, the soil CO₂ flux had the trend of decrease in the cutting intensity at 22%-47%，then stabilized. In the spring, summer, autumn and winter, the maximum value of soil CO₂ flux appeared in the conditions of the low and moderate cutting intensity forest stands. With the increase in harvesting intensity soil temperature increased, soil moisture reduced.The index model was suitable to the relationships between soil CO₂ flux and soil temperature which was 10 cm from the surface of the earth, and the quadratic model was suitable to the relationships between soil CO₂ flux and soil moisture. According to the standardized regression equation, soil temperature and moisture were the main reasons which effect the soil CO₂ flux, furthermore, the influence of soil moisture was bigger than soil temperature. Cutting intensity and soil CO₂ flux had a negative correlation, the relationship between the two was suit able to the hyperbola.

全文：第 !" 卷第 # 期
# $%$ 年 # 月
林业科学
&’()*+(, &(-.,) &(*(’,)
./01 !"，*/1 #
2345，# $%$
采伐强度对小兴安岭低质林分土壤碳通量的影响!
郭6 辉6 董希斌6 姜6 帆
（东北林业大学森林持续经营与环境微生物工程黑龙江省重点实验室 6 哈尔滨 %7

$!$）摘 6 要：6 针对择伐后的小兴安岭低质林分，采用 -(89%$ 碳通量自动监测系统在春、夏、秋、冬 ! 个季节对低质林
分土壤碳通量进行观测，运用统计分析方法，分析采伐强度对土壤碳通量、土壤温度与湿度的影响。结果表明：采
伐区的土壤碳通量高于对照区，随采伐强度的增加土壤碳通量呈现波动性，从采伐强度##: ; !<:，碳通量逐渐减
小，之后趋于平稳，春、夏、秋、冬 ! 个季节土壤碳通量的最大值出现在低度和中度采伐强度林分条件下；随采伐强
度增加土壤温度增加，土壤湿度减少，土壤碳通量与距地表 %

$=> 处的土壤温度的关系符合指数模型，土壤碳通量与土壤湿度的关系符合一元二次模型；从标准化回归方程看出，土壤碳通量主要由土壤温度与湿度共同影响，且土壤湿度对碳通量的影响大于土壤温度的影响。采伐强度与土壤碳通量具有负相关性，二者的关系为双曲线。关键词：6 低质林；采伐强度；土壤碳通量；土壤温度；土壤湿度中图分类号：&%7!1 %6 6 6 文献标识码：,6 6 6 文章编号：%$

$% ? 99（#$%$）$# ? $%%$ ? $"<br收稿日期：#$

$9 ? %# ? ##。基金项目：黑龙江省重大攻关项目“低质林结构优化与功能调控技术研究与示范”（@,$ !董希斌为通讯作者。
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$%&：6 (G LM3 NOPEGH，NC>>3P，KCLC>G KGQ REGL3P，S/P LM3 0/R8TCK0ELU S/P3NL NLKGQN /S -3NN3P VMEGHKG WKGH3 KSL3P N303=LEX3 =CLLEGH，LM3 N/E0 ’Y# S0CZ /S LM3 0/R8TCK0ELU S/P3NL NLKGQN RKN /4N3PX3Q 4U LM3 -(89%$

$’Y# S0CZ KCL/>KLE= >/GEL/PEGH NUNL3>5 +M3 EGS0C3G=3 /S =CLLEGH EGL3GNELU /G LM3 N/E0 ’Y# S0CZ，N/E0 L3>O3PKLCP3 KGQ >/ENLCP3 RKN KGK0U[3Q CNEGH >3LM/QN /S NLKLENLE=K0 KGK0UNEN5 +M3 P3NC0LN NM/R3Q LMKL LM3 N/E0 ’Y# S0CZ EG LM3 N303=LEX38=CLLEGH [/G3 RKN MEHM3P LMKG LMKL EG LM3 =M3=\ [/G3，KGQ RELM LM3 EG=P3KN3 /S =CLLEGH EGL3GNELU，LM3 N/E0 ’Y# S0CZ MKQ LM3 LP3GQ /S Q3=P3KN3 EG LM3 =CLLEGH EGL3GNELU KL ##: ? !<:，LM3G NLK4E0E[3Q5 (G LM3 NOPEGH，NC>>3P，KCLC>G KGQ REGL3P，LM3 >KZE>C> XK0C3 /S N/E0 ’Y# S0CZ KOO3KP3Q EG LM3 =/GQELE/GN /S LM3 0/R KGQ >/Q3PKL3 =CLLEGH EGL3GNELU S/P3NL NLKGQN5 ]ELM LM3 EG=P3KN3 EG MKPX3NLEGH EGL3GNELU N/E0 L3>O3PKLCP3 EG=P3KN3Q，N/E0 >/ENLCP3 P3QC=3Q5 +M3 EGQ3Z >/Q30 RKN NCELK403 L/ LM3 P30KLE/GNMEON 43LR33G N/E0 ’Y# S0CZ KGQ N/E0 L3>O3PKLCP3 RME=M RKN %$ => SP/> LM3 NCPSK=3 /S LM3 3KPLM，KGQ LM3 TCKQPKLE= >/Q30 RKN NCELK403 L/ LM3
P30KLE/GNMEON 43LR33G N/E0 ’Y# S0CZ KGQ N/E0 >/ENLCP35 ,==/PQEGH L/ LM3 NLKGQKPQE[3Q P3HP3NNE/G 3TCKLE/G，N/E0 L3>O3PKLCP3
KGQ >/ENLCP3 R3P3 LM3 >KEG P3KN/GN RME=M 3SS3=L LM3 N/E0 ’Y# S0CZ，SCPLM3P>/P3，LM3 EGS0C3G=3 /S N/E0 >/ENLCP3 RKN 4EHH3P
LMKG N/E0 L3>O3PKLCP35 ’CLLEGH EGL3GNELU KGQ N/E0 ’Y# S0CZ MKQ K G3HKLEX3 =/PP30KLE/G，LM3 P30KLE/GNMEO 43LR33G LM3 LR/ RKN
NCEL K403 L/ LM3 MUO3P4/0K5
<.0 8’3;/：6 0/R8TCK0ELU S/P3NL NLKGQN；=CLLEGH EGL3GNELU；N/E0 ’Y# S0CZ；N/E0 L3>O3PKLCP3；N/E0 >/ENLCP3
6 6 土壤呼吸主要包括植物根呼吸、土壤微生物呼
吸和含碳化合物分解 B 个过程（WKE=M ") %1?，%^^#）。
土壤呼吸的动态趋势与环境因子有密切关系
（_E30GE=\ ") %1?，#

$$；FKXEQN/G ") %1?，%^^9；黄湘等，#$ "；张丽华等，#

$9），生境的改变会使环境因子对土壤呼吸的影响程度发生改变。对于森林生态系统，森林作业使生态系统结构发生变化，特别是过度采伐和自然灾害，形成大面积低质林，使环境因子发生变化，从而对土壤呼吸产生重大影响。’M//GEH （ #$ 9 ）对韩国皆伐和未伐的赤松（;/0.,
5"0,/*1’(%）林分进行分析，认为皆伐后土壤碳通量
增加的原因是土壤温度和土壤 OD 升高，土壤湿度
! 第 " 期郭 ! 辉等：采伐强度对小兴安岭低质林分土壤碳通量的影响
和有机碳减少。刘乐中等（"##

$）认为皆伐火烧后土壤呼吸对土壤温度的敏感度降低。王旭等（"##%）认为森林砍伐在初期可能导致土壤呼吸增加，随着时间的推移，土壤呼吸作用将减少，从而将可能导致土壤固碳能力的增加。然而，对于不同采伐强度条件下低质林土壤碳通量的研究较少。本研究以小兴安岭林区低质林为研究对象，探讨低质林土壤碳通量随采伐强度的变化趋势，分析土壤温度、土壤湿度等因素对碳通量的影响程度，建立土壤碳通量与其影响因素的最优模型，为全球碳“源与汇” 研究和低质林分改造提供基础数据。 &! 研究区域概况试验区位于黑龙江省伊春林区铁力林业局马永顺林场。该林场座落在小兴安岭南麓，地形特点为南高北低，除南端分水岭稍有斜坡外，其他地势平缓，平均坡度 &#’，海拔 &&% ( "$ ) * 左右。水系为松
花江支流水系，属大陆性季风气候，冬长夏短，冬季
气候寒冷干燥，夏季降水集中、气候温热湿润，春秋
两季天气多变，年降水量 +)& **，作物生长季节降
水量为 ,,& **，年平均温度 &- & .，早霜为 / 月中
旬，晚霜为 , 月中旬，年无霜期 &&0 ( &"+ 天左右。
年日照时数 " )%% 1。林种为用材林，土壤为暗棕
壤，平均土壤厚度 )) 2*，地被物主要为三棱草
（!"#

$%&’ %()*#"&(+#’），下木层主要植物为山高梁（!,$ -)

$#) ’,$ -#.,(#)）。
试验区位于马永顺林场 ,## 号林班、第 0 作业
区内，地理坐标（#),+")/，,""%

$,)）。该试验区森林采伐作业时间 "##$ 年 & 月 &+ 日—" 月 " 日，属典
型低质林分。林分类型阔叶混交林，平均林龄 +"
年，平均胸径 &

$2*，平均树高 &$ *，株数 ,)&
株·1* 3 "，蓄积

$/ *0·1* 3 "，林分郁闭度 #- )。建立不同采伐强度的 % 个小班，每个小班的面积为 #- , 1*"。每个小班的采伐强度分别为（ 4&）""5，（4"）0&5，（ 40）)&5，（ 4)）)%5，（ 4,）,,5，（ 4+） ++5，（4%）%%5。在试验区小班相邻处，选取林分和立地条件相似的保留地作为对照地。各小班区及对照地林分状况和立地条件见表 &。表 !" 择伐区林分状况和立地条件! #$ %& !" ’(

$)*$ )* +,(- ./)*,(,/)+ ,) (0- +-1-.(,2-3.4((,)5 6/)-
小班号
678
坡度
9:7;< =（ ’）
坡向
>?;<2@
坡位
9:7;<
;7?A@A7B
平均年龄
CDE< = D
平均胸径
CFGH = 2*
平均树高
C1小班株数
6I*J7L @K<树种组成
9;<2A27*;7?A@A7B
4& + 北 67K@1 下部 M7N4" % 北 67K@1 下部 M7N40 % 北 67K@1 下部 M7N4) $ 北 67K@1 下部 M7N4, $ 北 67K@1 下部 M7N4+ $ 北 67K@1 下部 M7N4% $ 北 67K@1 下部 M7N对照 PQ + 北 67K@1 下部 M7N! ! ! 水：水曲柳 /

$)0#*&’ +)*1’2&$ #")；榆：榆树 3(+&’ %&+#()；椴：紫椴 4#(#) )+&

$5*’#’；红：红松 6#*&’ 7,$ )#5*’#’；臭：臭松 !8+%(,")

$%&’ .,59#1&’；稠：稠李 6$ &*&’ %)1&’；丁：暴马丁香 !8

$#*:)$ 59#"&()9) RDK8 +)*1’2&

$#")；黄：黄菠萝 625((,15*1$ ,* )+&

$5*’5；枫：枫桦 ;59&() ",’9)9)；毛：毛赤杨 <(*&’ #*")*)；色：色木槭 <"5$ +,*,；杨：大青杨 6,%&(&’ &’’&

$#5*’#’；落：落叶松 =)$ #0 :+5(#*##8
" ! 试验设计与数据采集
试验采用 MST

$&## 土壤碳通量自动测量系统监测。土壤温度与土壤湿度的测量采用与 MST$ &## 配
套的温度、湿度传感器，测量距地表下 &# 2* 处的土
壤温度与土壤湿度值。每个小班区内按对角线埋入
0 个 &# 2* 的 UVP，使其露出地面 " ( 0 2*，这样每
个小班区都设置 0 个固定测试点。土壤碳通量测量
时，保留 UVP 内的枯枝落叶自然状态。测定时间分
别选在 , 月中旬（, 月 &&，&"，&0 日）、% 月底（% 月
"/，0#，0& 日）、/ 月底（/ 月 "0，")，", 日）、&# 月底
与 && 月初（&# 月 "/，0# 日和 && 月 & 日），每个测试
点在同一时间连续观测 0 天，可分别代表春、夏、秋、
冬 ) 季。由于试验区在 && 中旬至第 " 年 , 月这段
时间冰雪封山，土壤冻结，无法完成试验，故春季选
在雪化后的 , 月中旬，冬季选在结冻前的 && 月初。
测试的数据采用 9;?? 软件分析，找出不同采伐强度
下土壤碳通量的动态趋势及影响因素，并确定最优
模型。
0! 结果与分析
78 !" 季节变化对土壤碳通量的影响
每个样地 0 个重复固定测试点连续观测数据的
标准误差变化范围为 #- ##, %% ( 0- ",) /)；分别对
春、夏、秋、冬 ) 个季节在各个小班区及对照区的 0
个重复固定测试点测得的土壤碳通量取平均值，绘
&&&
林业科学 !" 卷 #
制土壤碳通量季节变化如图

$所示。采伐区的土壤碳通量在各个季节均明显高于对照区，但是在夏季，采伐强度为 !%&，’’&，""&时，其土壤碳通量低于对照，并且春、夏、秋、冬 ! 个季节土壤碳通量的最大值出现在低度和中度采伐强度林分条件下，春季土壤碳通量最大值出现在 ()（采伐强度 *$ &）处，夏季
和秋季最大值均出现在 (

$（采伐强度 ))&）处，冬季整体偏低，出现 ) 个峰值，分别在 ($ （采伐强度
))&）和 ()（采伐强度 *

$&）处。随采伐强度的增加土壤碳通量呈现波动性，从采伐强度))&+ !%&，碳通量逐渐减小，之后趋于平稳。图$ # 不同采伐强度土壤碳通量的季节变化
,-./

$# 01234526 7825.13 49 34-6 :;) 96<= -5 >-991?15@ 7<@@-5. -5@153-@A 对每个小班区及对照区 * 个重复固定测试点全年测得的土壤碳通量和湿度取平均值如图 ) 所示。对于土壤温度，采伐区土壤温度明显高于对照区；从总体趋势看，土壤温度随采伐强度增加而增加，但分为 ) 个部分，采伐强度))&+ !%& 间和采伐强度 ’’&+ %%&间，温度最大值在采伐强度 !%&处，最大值为 BC D’! E。对于土壤湿度，采伐区土壤湿度明显低于对照区，并随采伐强度增加土壤湿度逐渐减少，最小值在采伐强度 %%& 处，为 ’C )! FF46· F46 G$ ，这是由于移走了地上生物量使土壤持水能力
降低造成的。
!" #

$不同采伐强度条件下土壤温度对土壤碳通量的影响由图 ) 知，采伐强度强烈影响土壤温度，而土壤温度是影响土壤呼吸的重要环境因子。从各季节土壤碳通量平均值来看，夏季最高为$ *C %" !F46·F G )
3 G

$，春季次之为 *C )’ !F46·F G ) 3 G$ ，其次秋季为

$C H* !F46·F G ) 3 G$ ，冬季最低为

$C D$ !F46·F G )
3 G

$。与各季节平均土壤温度（夏季 )"C HH E，春季 )$ C D% E，秋季

$C *B E，冬季 DC $% E）比较，可知土壤碳通量与土壤温度有显著相关性。土壤温度与图 )# 不同采伐强度土壤温度与湿度的变化 ,-./ )# :825.13 49 34-6 @1FI1?2@?1 25 F4-3@?1 -5 -991?15@ 7<@@-5. -5@153-@A 土壤碳通量的关系已有许多经验模型，但土壤呼吸对温度的响应需要拟合方程估算温度敏感性，所以本研究采用指数方程及其敏感指数 !$D（ J25(@ K499， $BB!；L??815-<3，$BHB；M64A> "# $%&，$HH!）来估测不同采伐强度条件下土壤温度与土壤碳通量的关系。对每个小班区及对照区的土壤碳通量与土壤温度值采用非线性回归程序，分析距地表下 $D 7F 处土壤温度与土壤碳通量的关系，经拟合二者适合指数模型： ’ N $1 ()，（$）式中：’ 为土壤碳通量值，!F46·F G ) 3 G $；) 为距地表下 $D 7F 处的土壤温度，E；$，( 为回归系数。同时，利用 !$D衡量土壤碳通量的温度敏感系数（O-5P61? "# $%&，$HH"；Q2533153 "# $%&，)DD*），它表示温度每升高 $D E土壤呼吸速率增加的倍数，表达式为： !$D N 1 $D(。（)） # # 模型（$）参数估计和公式（)）的计算结果见表 )。从表 ) 可以看出，各小班的土壤碳通量和土壤温度的相关系数变化为 DC "%$ + DC HD)，说明二者具有较好的相关性；从显著性水平和决定系数看，指数方程能较好地模拟土壤碳通量和土壤温度的关系。距地表下 $D 7F 处的土壤温度每升高 $D E，各小班区土壤呼吸速率分别增加：($ 为 )C H) 倍，() 为 )C !" 倍，(* 为 )C H* 倍，(! 为 )C "H，(’ 为 )C !$ 倍，(" 为 )C ’D，(% 为 *C !" 倍，对照区 :R 为 *C "D 倍。S15. 等（)DDH）估计中国针阔叶混交林的 !$D为 )C %B T DC H"；R1-@8 等（$HH%）认为温度高于 $D E时 !$D为 $C !，低于 $D E时为 *C $；刘绍辉等（$HH%）根据文献计算了全球尺度下温度对森林土壤呼吸的影 )$
! 第 " 期郭 ! 辉等：采伐强度对小兴安岭低质林分土壤碳通量的影响
响，得到的 !#

$值为 #% &’。可见，该区域土壤呼吸对距地表下 #$ () 土壤温度的敏感性在对照区较好，
在采伐区相对减弱，这受采伐后土壤温度、湿度、植
被、凋落物等变化的影响。做 !#

$值与采伐强度的相关性检验，相关系数为$ % #

$’，显著性水平为$ % *#+，未通过检验，说明采伐强度的大小并不影响
土壤温度的敏感性。
表 !" 择伐区土壤碳通量与土壤温度的关系
#

$%& !" ’()$ *+,-./+0. %(*1((- .,+) 23! 4)56

$-7 .,+) *(80(9$ *59( +- */( .()(:*+;(<:5**+-= >,-(
小班号
,-.
指数方程
/0123 245678-0
相关系数
9-::2;678-0 (-2<<8(8207
决定系数
=272:)8021 (-2<<8(8207
""
显著性水平
>8?08<8(607 ;2@2;
#
!#

$统计量 >7678A78($
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$$ # D% E$ #$* ?@ ?" 不同采伐强度条件下土壤湿度对土壤碳通量的影响如图 "所示，从采伐强度来看，土壤碳通量有随采伐强度增加土壤碳通量降低的趋势；并且土壤湿度也有相似的趋势，显然土壤碳通量与土壤湿度的变化趋势基本一致，这说明土壤湿度显著影响土壤碳通量。为了进一步探讨土壤碳通量和土壤湿度的相关性，本研究采用统计学方法，建立如下回归模型： % C ! H "’ H #’"，（D）式中：% 为土壤碳通量值，!)-;·) I " A I #；’ 为土壤湿度，))-;·)-; I #；!，"，# 为回归系数。模型（D）的参数估计结果见表 D。表 ?" 择伐区土壤碳通量与土壤湿度的关系 #$%& ?" ’()$*+,-./+0. %(*1((- .,+) 23! 4)56 $-7 .,+) 8,+.*59( +- */( .()(:*+;(<:5**+-= >,-( 小班号 ,-. 一元二次方程 J561:678( 245678-0 相关系数 9-::2;678-0 (-2<<8(8207 决定系数 =272:)8021 (-2<<8(8207 "" 显著性水平 >8?08<8(607 ;2@2; # 统计量 >7678A78( $ B# % C D% +"" I $% *D& "’ H $% #D’ *’" $% +"#!! $% +F* $D $%$

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$* ! ! 从表 D 可以看出，各小班的土壤碳通量和土壤湿度的相关系数变化为$ % ’"* K

$% +"#，说明二者具有较好的相关性；从显著性水平和决定系数看，一元二次方程能较好地模拟土壤碳通量和土壤湿度的关系，说明土壤湿度显著影响土壤碳通量。 ?@ A 不同采伐强度条件下土壤温度与湿度对土壤碳通量的影响本文前面分别探讨了土壤温度和土壤湿度与土壤碳通量的关系，结果显示二者皆与土壤碳通量有较好的相关性。为了进一步探讨二者在交互作用下与土壤碳通量的关系以及比较其对土壤碳通量影响的大小，本研究将各小班区数据汇总，利用 A72LM8A2 方法，综合建立土壤碳通量、土壤温度和土壤湿度的统计回归模型： % C (#& H ("’，（F）式中：% 为土壤碳通量值，!)-;·) I " A I #；& 为距地表 #$ () 处的土壤温度，N；’ 为土壤湿度，))-;·
)-; I #；(#，(" 为回归系数。
由表 F 可以看出，此低质林分土壤碳通量的变
化由土壤温度和土壤湿度共同影响，且不同采伐强
度下 (" 皆大于 (#，说明土壤湿度对土壤碳通量的影
响大于土壤温度对土壤碳通量的影响。
D##
林业科学 !" 卷 #
表 !" 择伐区土壤碳通量与土壤温度和湿度模型参数估计结果
#

$%& !" ’()*+,) -. /$ 0

$1(,(0 (),21$ ,2-3 -. )-2+ 456 .+*7，)-2+ ,(1/(0

$,*0($ 38 1-2),*0( 1-8(+ 23 ,9( )(+(:,2;(<:*,,23= >-3(
小班号

$%& 标准化回归方程 ’()*+),+-./+ ,/0,/11-%* /23)(-%* 决定系数 4/(/,5-*/+ 6%/77-6-/*( !8 显著性水平 ’-0*-7-6)*( 9/:/9 " 统计量 ’()(-1(-6 # ;<$ = >? !>@% A >? "B>& >? @CB >? >>D <>B
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$= >? !8CE A >? "B<& >? @"> >? >>C <>B ;F$ = >? CF!% A >? "!D& >? @F@ >? >>8 <>B
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;D $ = >? ">? "8D& >? @@8 >? >>> <>B
GH

$= >? FD!E A >? "DC& >? @BC >? >>F <>B ?@ A" 采伐强度与土壤碳通量的关系将 D 个采伐强度的采伐区全年观测的土壤碳通量数据分别取平均值，然后做土壤碳通量与采伐强度的相关性检验，结果显示二者具有显著的负相关性（’I/),5)*(1 相关系数为 J >? DC>，单侧显著性水平为 >? >8" K >? >C）。然后对土壤碳通量（$ ）与采伐
强度（ ’）进行非线性回归分析，经拟合发现双曲线
模型能较好地描述二者的关系，统计模型为：

$( ’ >? 8C’ ) >? >8 （!8 为 >? D88，显著性水平为 >? ><"）。 !# 结论与讨论森林采伐作业导致植被组成、土壤根系及微生物活性和土壤理化性质等发生改变，并进一步影响土壤呼吸（L6G),(MN *+ ,-.，8>>"；GM%%*-0，8>>B；刘乐中等，8>>B；王旭等，8>>D）。研究结果表明：采伐区的土壤碳通量明显高于对照区，这主要因为采伐后留下的凋落物和易于分解的即将死亡的树根增加了土壤呼吸，使采伐区土壤碳通量高于对照区。土壤呼吸通常在夏季最高而冬季最低，4)*-/9 （8>><）模拟山毛榉（ /,012 2$ -3,+45, ）森林根际呼
吸季节变化，土壤碳通量 < 月为 >? 8 0G·5 J 8 + J <，D
月为 8? F 0G·5 J 8 + J <；O)-6M 等（<@@C；8>>8）认为
多数地区最大释放量在植物生长旺盛季节；全球范
围内，土壤碳通量最大值在 D，B 月，最小值在 8 月。
本地区土壤碳通量季节变化与上述研究结果类似，
并且春、夏、秋、冬 ! 个季节土壤碳通量的最大值出
现在低度和中度采伐强度林分条件下，并且在采伐
强度88P Q !DP间土壤碳通量逐渐减少，之后变化
趋势减缓。这是因为较低的采伐强度既可保留一定
的植被，又可增加光照强度，故使活根呼吸速率增
加，同时采伐移走地上生物量，留下大量死根，增加
了土壤有机质含量，部分被分解，增加土壤碳通量。
采伐强度强烈影响土壤温度与湿度，随采伐强
度的增加土壤温度逐渐增加，而土壤湿度却逐渐降
低，这与北美黄松（"4#12 67#8*972,）人工林（E)*0 *+
,-.，8>>C）、日本柳杉（ :9$6+7;*94, <,67#45,）林
（RM)1M- *+ ,-.，8>>>）、白云杉（ =>4*2 57#57-79）森林
（ S%,+%* *+ ,-.， <@BD ）、杉木（ :1##4#0?,;4,
-,#5*7-,+, ）人工林（杨玉盛等，8>>C）的研究结果类
似。土壤温度与土壤湿度是影响土壤呼吸的关键因
子（L-/9*-6T *+ ,-.，8>>>；4):-+1%* *+ ,-.，<@@B；李凌
浩等，8>>>），温度影响土壤微生物活性和植物根呼
吸酶活性（U*+,/V1) *+ ,-.，8>>>），土壤微生物和根
系代谢均需要一定的土壤湿度。指数模型能较好地
描述试验区内各采伐强度土壤碳通量与 <> 65 处土
壤温度的关系（ ! 8为 >? CDB B Q >? B>? >>> < Q >? >>! <），计算得到的敏感系数 @<>说明
该区域土壤碳通量与距地表下 <> 65 处的土壤温度
的敏感性为对照区较好，采伐区相对减弱，并且采伐
强度的大小对温度敏感性并无显著性影响。王旭等
（8>>D）研究长白山阔叶红松林皆伐迹地时得出皆
伐迹地的 @<>（
（8? @>）；刘乐中等（8>>B）得出杉木人工林皆伐地、
火烧地 @<>分别为走了生物量，增加了土壤温度的波动性，从而降低了
土壤温度的敏感性。
由（!）式的标准化回归方程知，土壤湿度对土
壤碳通量的影响稍大于土壤温度，并且一元二次方
程能较好地描述土壤碳通量与土壤湿度的关系（!8
为 >? DD< >C Q >? @@> F!，显著性为 >? >>> > Q
>? >>F !）。土壤湿度对土壤呼吸的直接影响是通过
影响根系和微生物的生理过程，间接影响是通过影
响底物和氧气的扩散；然而土壤湿度由于受降雨量
的影响而变化较大，同时土壤湿度的多寡也强烈影
响土壤通气状况，所以在不同的研究中土壤湿度与
土壤呼吸之间并没有一致的关系（黄耀等，8>><；
W-3 *+ ,-.，8>>8；L-/9*-6T *+ ,-.，8>>>；X)*11/*1 *+ ,-.，
8>><；陈全胜等，8>>F），仍需进一步研究。
采伐强度的大小对土壤碳通量有重要影响，本
!<<
! 第 " 期郭 ! 辉等：采伐强度对小兴安岭低质林分土壤碳通量的影响
研究拟合双曲线模型来表述二者的关系，这样就可
以根据采伐强度定量估算土壤碳通量，为制定正确
的森林经营管理措施、有效增大森林碳汇功能提供
基础数据。
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（责任编辑 ! 石红青）
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Impact of Cutting Intensity on Soil Carbon Flux in Low-Quality Forest Stands of Lesser Khingan Range

采伐强度对小兴安岭低质林分土壤碳通量的影响

相关文献