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        神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度空間分布格局

        2015-05-30 10:48:04崔鴻俠潘磊龐宏東
        湖北林業(yè)科技 2015年5期
        關(guān)鍵詞:神農(nóng)架

        崔鴻俠 潘磊 龐宏東

        摘 要: 以神農(nóng)架巴山冷杉林二類清查資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過建立土壤碳密度與林分平均胸徑的關(guān)系模型,估算土壤有機(jī)碳密度,探討土壤碳密度的空間分布特征。結(jié)果表明:神農(nóng)架巴山冷杉林0~20 cm 和0~40 cm土壤碳密度分別為7525 t·hm-2和13089 t·hm-2。土壤碳密度最小值出現(xiàn)在海拔2 200 m以下,最大值出現(xiàn)在海拔2 800~3 000m。巴山冷杉林在北坡土壤碳密度最大,而東南坡土壤碳密度最小。巴山冷杉林隨著年齡的增加,土壤碳密度有逐漸增加的趨勢,與幼齡林相比,過熟林0~20 cm 和0~40 cm土壤碳密度分別高1566%和1647%。

        關(guān)鍵詞: 神農(nóng)架;巴山冷杉;土壤碳密度;分布格局

        中圖分類號:S718.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1004-3020(2015)05-0001-03

        目前森林土壤有機(jī)碳密度及空間分布為全球有機(jī)碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)[1-3],但國內(nèi)有關(guān)區(qū)域或國家尺度上森林土壤有機(jī)碳密度的估算主要基于土壤普查資料和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)獲得,由于缺乏全面、詳細(xì)、可靠的實(shí)測數(shù)據(jù),使得估算結(jié)果還存在較大的不確定性[4-6],同時(shí)對森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度的研究更加關(guān)注森林植被,對森林土壤研究還相對不足[7-9]。

        神農(nóng)架森林為亞熱帶向溫帶過渡區(qū),是全球氣候變化的敏感響應(yīng)區(qū) 。但目前對神農(nóng)架森林土壤有機(jī)碳密度及其空間分布特征的研究還未見報(bào)道。本論文以神農(nóng)架典型森林類型巴山冷杉林土壤為研究對象,通過大量的土壤有機(jī)碳密度實(shí)測數(shù)據(jù),建立土壤碳密度與地上植被因子關(guān)系模型,估算神農(nóng)架巴山冷杉林土壤有機(jī)碳密度,探討土壤有機(jī)碳密度的空間分布特征。

        1 研究區(qū)概況

        研究區(qū)位于神農(nóng)架林區(qū)(東經(jīng)109°56′~110°58′ ,北緯 31°15′~31°75′),是全國唯一以“林區(qū)”命名的行政區(qū)。神農(nóng)架一直以其生物多樣性古老、豐富且特有性強(qiáng)著稱,是華中地區(qū)唯一的原始森林分布區(qū),其植被和土壤類型垂直譜帶十分完整,地帶性顯著,被當(dāng)作我國亞熱帶中、北亞帶的分界線。神農(nóng)架林區(qū)最高峰神農(nóng)頂海拔3 1054 m,成為華中第一峰。神農(nóng)架屬于北亞熱帶向暖溫帶過渡氣候,并隨海拔的升高形成低山、中山、亞高山3個(gè)氣候帶。年平均氣溫110~122 ℃,多年平均日照率為42%,相對濕度為73%~75%,平均年降水量為800~2 500 mm,主要集中在夏季,降水量隨海拔增高而增加,平均年蒸發(fā)量500~800 mm,從總體上看屬于濕潤氣候帶。

        巴山冷杉Abies fargesii是神農(nóng)架亞高山地區(qū)最重要的建群種,也是神農(nóng)架地區(qū)分布面積最廣的針葉林類型,并分布著大片原始林。巴山冷杉林在整個(gè)神農(nóng)架成“離散”分布,全區(qū)巴山冷杉林面積約4349 km2,占全區(qū)總面積的16%。主要分布于神農(nóng)頂、大小神農(nóng)架、巴東埡、猴子石、板壁巖、金猴嶺、大窩坑、老君山等高海拔地區(qū),在海拔2 000 m以上陸續(xù)出現(xiàn),海拔2 500 m開始成林。

        2 研究方法

        2.1 資料來源

        森林資源數(shù)據(jù)采用2009年神農(nóng)架二類調(diào)查的298個(gè)巴山冷杉林小班數(shù)據(jù)。

        2.2 樣地設(shè)置與調(diào)查

        在神農(nóng)架巴山冷杉林分布區(qū)域,選擇不同海拔、坡向、年齡的巴山冷杉天然林進(jìn)行分層抽樣,共設(shè)置樣地20個(gè),樣地面積為20 m×20 m。記錄樣地經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡位、坡向等信息。喬木層主要調(diào)查樹種組成、郁閉度、胸徑、樹高、林分密度等;在各樣地內(nèi)均勻布設(shè)5個(gè)2 m×2 m的灌木樣方,主要調(diào)查灌木層物種種類、蓋度、高度等。

        2.3 土樣采集與處理

        在每個(gè)樣地按S形布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn),挖土壤剖面,按照0~20 cm和20~40 cm 2個(gè)土壤層次,先用100 cm3環(huán)刀取樣,再用布袋取混合樣,將5個(gè)采樣點(diǎn)同一層的土樣混合均勻,留取1~2 kg土樣帶回實(shí)驗(yàn)室,將帶回的混合土壤樣品去除動(dòng)植物殘?bào)w和石礫等雜物后,自然風(fēng)干并研磨過100目篩,用于測定土壤有機(jī)碳含量。

        2.4 土壤樣品測定

        土壤密度測定采用環(huán)刀法;土壤有機(jī)碳含量測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法。

        土壤碳密度計(jì)算公式為:CSO=C×D×E×(1-G)/10,式中:CSO 為土壤碳密度(t·hm-2);C為土壤有機(jī)碳含量(g·kg-1);D為土壤密度(g·cm-3);E為土層厚度(cm);G為直徑>2 mm的石礫所占的體積比例(%)。

        2.5 土壤碳密度估算模型

        根據(jù)樣地土壤碳密度實(shí)測值與喬木層平均胸徑生長量,建立不同土層厚度土壤碳密度與平均胸徑的關(guān)系模型。

        2.6 數(shù)據(jù)分析

        采用Microsoft Excel和 SAS 9.2統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 土壤碳密度估算

        對不同土壤厚度碳密度分別與平均胸徑進(jìn)行回歸分析,回歸模型見表1。可以看出,不同厚度土壤碳密度與平均胸徑均呈顯著正相關(guān)(P<005)。根據(jù)回歸模型,估算得出神農(nóng)架巴山冷杉林20 cm和40 cm厚度土壤碳密度分別為7525 t·hm-2和13089 t·hm-2。

        表1 土壤碳密度與平均胸徑關(guān)系

        土層回歸模型FPr>FR2樣本數(shù)量N

        0~20y=1.154 4x+45.640 88.160.040 50.311 9200~40y=2.107 4x+76.846 212.140.025 10.410 420

        3.2 不同海拔土壤碳密度分布

        神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度隨海拔的升高呈先增加后降低的趨勢(見圖1),但總體上表現(xiàn)為高海拔土壤碳密度大于低海拔。在2 800~3 000 m的海拔梯度上達(dá)到最大值,20 cm和40 cm土壤碳密度分別達(dá)8243 t·hm-2和13675 t·hm-2,隨后土壤碳密度略有下降。土壤碳密度的最低值出現(xiàn)在小于2 200 m的海拔梯度上,20 cm和40 cm土壤碳密度分別達(dá)6459 t·hm-2和11969 t·hm-2。在海拔2 600 m以上,土壤碳密度變化幅度較小,而且比海拔2 400 m以下土壤碳密度有較大提高,這可能與高海拔地區(qū)分布有較大面積巴山冷杉原始林有關(guān)。從碳密度在不同土壤深度的分配比例來看,0~20 cm土壤碳密度占0~40 cm總碳密度的54%~60%。

        3.3 不同坡向土壤碳密度分布

        神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度在不同坡向的分布情況如圖2所示。可以看出,土壤碳密度在不同坡向存在一定差異,20 cm和40 cm土壤碳密度在不同坡向的變化范圍分別為6999~8123 t·hm-2和12130~13769 t·hm-2,北坡土壤碳密度最大,其后依次為東北坡、西北坡、西南坡、西坡、南坡、東坡,而東南坡土壤碳密度最小。土壤碳密度在不同坡向的分布總體表現(xiàn)為陰坡和半陰坡大于陽坡和半陽坡,這可能與巴山冷杉為喜陰樹種,在陰坡生長更好有關(guān),另外陰坡一般濕度大、溫度低,這有利于土壤有機(jī)碳的積累。

        3.4 不同齡組土壤碳密度分布

        神農(nóng)架分布有不同年齡的巴山冷杉林,包括平均年齡在100 a以上的成熟林和過熟林,主要為原始林;上世紀(jì)中期原始林采伐后更新形成的近熟林,以及近幾十年通過人工栽植等措施形成的幼齡林和中齡林。神農(nóng)架不同齡組巴山冷杉林土壤碳密度的分布情況如圖3所示。從圖中可知,20 cm和40 cm土壤碳密度在不同齡組的變化范圍分別為7210~8339 t·hm-2和12515~14576 t·hm-2,隨著年齡的增加,土壤碳密度有逐漸增加的趨勢。與幼齡林相比,過熟林20 cm和40 cm土壤碳密度分別增加1129 t·hm-2和2061 t·hm-2,增加幅度分別為1566%和1647%。

        4 小結(jié)

        (1)神農(nóng)架巴山冷杉林0~20 cm 和0~40 cm土壤碳密度分別為7525 t·hm-2和13089 t·hm-2。

        (2)神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度在海拔梯度上總體表現(xiàn)為高海拔大于低海拔,土壤碳密度最小值出現(xiàn)在海拔2 200 m以下,0~20 cm 和0~40 cm土壤碳密度分別為6459 t·hm-2和11969 t·hm-2;土壤碳密度最大值出現(xiàn)在海拔2 800~3 000 m,0~20 cm 和0~40 cm土壤碳密度分別為8243 t·hm-2和13675 t·hm-2。

        (3)神農(nóng)架巴山冷杉林北坡土壤碳密度最大,其后依次為東北坡、西北坡、西南坡、西坡、南坡、東坡,而東南坡土壤碳密度最小。0~20 cm 和0~40 cm土壤碳密度在不同坡向的變化范圍分別為6999~8123 t·hm-2和12130~13769 t·hm-2。

        (4)神農(nóng)架巴山冷杉林隨著年齡的增加,土壤碳密度有逐漸增加的趨勢。0~20 cm 和0~40 cm土壤碳密度在不同齡組的變化范圍分別為7210~8339 t·hm-2和12515~14576 t·hm-2。與幼齡林相比,過熟林20 cm和40 cm土壤碳密度分別增加1566%和1647%。

        參 考 文 獻(xiàn)

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        (責(zé)任編輯:鄭京津)

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