岳亞軍，楊 菲

( 寶雞市馬頭灘林業(yè)局，陜西 寶雞 721006)

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，儲存的有機(jī)質(zhì)碳約是1 500 Pg，總量超過植被和大氣儲量的總和，其中森林生態(tài)系統(tǒng)固持的土壤有機(jī)碳庫達(dá)土壤碳庫的50%[1-2]。林地土壤有機(jī)碳反映了林地土壤質(zhì)量，直接影響林地土壤肥力和森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)能力[3]。凋落物是連接植物和土壤的紐帶，維持著森林土壤肥力[4]，森林土壤有機(jī)碳的積累也高度依賴于凋落物歸還量、分解速率和化學(xué)組成[5]。林地土壤有機(jī)碳的含量及其分布特征受到多種因素的影響，具有明顯的空間變異性[6]。關(guān)于林地土壤有機(jī)碳分布特征及影響因素的研究主要集中在特定地區(qū)的特定林分[7-9]，重點關(guān)注了樹種、海拔和土壤溫濕度等自然因素對林地土壤有機(jī)碳儲量的影響[10-12]，但對秦嶺地區(qū)不同林齡華山松林土壤有機(jī)碳分布特征的研究尚未見詳細(xì)報道。

本研究以馬頭灘林區(qū)不同齡組華山松為研究對象，分析土壤和凋落物有機(jī)碳含量、密度以及影響因素，以期探明影響林地土壤和凋落物有機(jī)碳含量和分配格局的主導(dǎo)因子。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省寶雞市馬頭灘林業(yè)局嘉陵江源頭風(fēng)景區(qū)(34°04′～34°35′N，106°54′E～107°11′E)，海拔1 500～2 650 m。該區(qū)屬暖溫帶山地濕潤氣候，地形復(fù)雜，小氣候明顯，年降水量600～900 mm，分布不均；氣溫日差大，年均氣溫11 ℃；土壤類型以山地棕壤土為主，土層厚度為30～60 cm。

1.2 樣地設(shè)置

于2016年7月在研究區(qū)內(nèi)選取立地條件相近的華山松林設(shè)樣地，在樣地每木調(diào)查的基礎(chǔ)上，按照平均胸徑選擇3株標(biāo)準(zhǔn)木，通過生長錐法確定林齡，并根據(jù)《森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[13]將其劃分為四個齡組(幼齡林、中齡林、近熟林和成熟林)。每個齡組設(shè)置4個20 m×20 m的樣地，共16個樣地，樣地概況見表1。

表1 華山松林樣地基本概況

1.3 樣品采集與處理

在樣地中按照對角線法選擇5個采樣點，按未分解、半分解和已分解3層收集地表凋落物，收集面積為25 cm×25 cm；然后按照0～10、10～20、20～30、30～40 cm分四層采集土壤樣品。共采集凋落物樣品48份，土壤樣品64份。

將土壤樣品分成兩份，一部分用于測定土壤含水率，另一部分自然風(fēng)干、過100目篩，用于土壤理化性質(zhì)的測定；凋落物樣品于80 ℃烘干、粉碎過60目篩，用于凋落物相關(guān)元素含量的測定。有機(jī)碳含量的測定使用重鉻酸鉀外加熱法，全氮含量測定使用凱氏定氮法，采用烘干法測定土壤含水率[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

林地土壤有機(jī)碳密度(SOCD)按下式計算[15]：

用Oringin 8.5作圖，SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用one-way ANOVA法分析不同齡組和不同土層各指標(biāo)的差異顯著性，采用LSD法進(jìn)行多重比較(P<0.05為差異顯著)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同齡組華山松林地土壤有機(jī)碳含量

同一土層深度的華山松林地土壤有機(jī)碳含量隨林齡的增長總體呈遞增趨勢；相同齡組隨土層深度的增加有機(jī)碳含量減少(圖1)。0～10 cm土壤有機(jī)碳含量在46.85～67.03 g·kg-1之間，成熟林最高，且與幼齡林和中齡林均存在顯著差異；10～20 cm土壤有機(jī)碳含量在13.65～20.27 g·kg-1，隨林齡的增長顯著增加；20～30 cm土壤有機(jī)碳含量在6.06～14.30 g·kg-1，成熟林最高，且與其它齡組均存在差異；30～40 cm土壤有機(jī)碳含量在5.91～13.11 g·kg-1之間，近熟林最高。相同齡組，土壤有機(jī)碳含量隨土層深度增加逐漸減小。各齡組0～10 cm均顯著高于其它土層；幼齡林和中齡林10～20 cm也顯著高于20～30 cm和30～40 cm，其它兩層不存在顯著差異；成熟林10～20 cm顯著高于30～40 cm(圖1)。

2.2 不同齡組華山松林地凋落物層有機(jī)碳含量

華山松林地凋落物層有機(jī)碳含量隨林齡的增長先增加后減小再增加，呈波浪趨勢，不同分解狀態(tài)與凋落物層變化趨勢一致，但不同齡組間增長率較低(圖2)。凋落物層有機(jī)碳含量為308.64～318.55 g·kg-1，未分解層凋落物中有機(jī)碳含量為365.29～420.56 g·kg-1，已分解層有機(jī)碳含量為183.53～219.81 g·kg-1， 中齡林和成熟林均顯著高于幼齡林與近熟林； 半分解層有機(jī)碳含

注：不同大寫字母表示相同齡組不同土層深度間差異顯著，小寫字母表示相同土層深度不同齡組間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同齡組華山松土壤有機(jī)碳含量

注：不同小寫字母表示相同分解狀態(tài)間不同齡組差異顯著(P<0.05)，下同。圖2 不同齡組華山松凋落物層有機(jī)碳含量

量為337.09～377.11 g·kg-1，成熟林顯著高于其它齡組，中齡林顯著高于近熟林，近熟林階段該層有機(jī)碳含量最低。

2.3 不同齡組華山松林地土壤和凋落物有機(jī)碳密度

不同齡組華山松林地土壤表層有機(jī)碳密度隨林齡的增長而增加，但相同齡組華山松林地土壤表層有機(jī)碳密度差異性不顯著(表2)。華山松林地土壤表層有機(jī)碳密度在80.25～119.08 t·hm-2之間，近熟林最高。0～10 cm和30～40 cm近熟林達(dá)最大值均顯著高于幼齡林；10～20 cm和20～30 cm成熟林最高，且顯著高于幼齡林。相同齡組隨土層深度的增加，有機(jī)碳密度明顯下降，0～10 cm顯著高于其它土層。

華山松林地凋落物層有機(jī)碳密度為11.49～16.63 t·hm-2，中齡林顯著高于其它齡組。不同齡組變化規(guī)律不一致，未分解層和半分解層中齡林顯著高于其它齡組，已分解層成熟林顯著高于幼齡林；不同分解狀態(tài)，幼齡林和中齡林半分解層達(dá)最大，近熟林未分解層達(dá)最大值，成熟林各分解狀態(tài)間差異不明顯(表2)。

2.4 不同齡組華山松凋落物和土壤有機(jī)碳影響因素

2.4.1 不同齡組華山松林地土壤碳氮比 華山松林地土壤C∶N呈先增加后降低的單峰趨勢，C∶N在13.55～15.62之間，近熟林階段達(dá)最大值，不同齡組間不存在顯著差異(圖3)。

表2 華山松林地土壤和凋落物層有機(jī)碳密度

注：同列不同小寫字母表示不同齡組間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母0～40 cm層表示不同林分間差異顯著(P<0.05)，其它層表示同齡組不同土層深度間差異顯著(P<0.05)。

圖3 不同齡組華山松林地土壤碳氮比

2.4.2 華山松林地土壤有機(jī)碳和密度的影響因子 華山松林地土壤有機(jī)碳含量與齡組呈極顯著正相關(guān)，與胸高斷面積呈顯著正相關(guān)，與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)，與喬木層平均密度呈極顯著負(fù)相關(guān)；華山松林地土壤有機(jī)碳密度與齡組和喬木層胸高斷面積呈極顯著正相關(guān)，與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)，與喬木層平均密度呈極顯著負(fù)相關(guān)，即這些因素影響華山松林地土壤有機(jī)碳含量和密度(表3)。

表3 華山松林地土壤有機(jī)碳的影響因子

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

本研究表明，土壤有機(jī)碳含量和密度隨林齡的增長而增加，這與前人的研究結(jié)果一致[16]。幼齡林階段林分生物量小，凋落物較少，隨著林木的生長，單株生物量增加，同時出現(xiàn)自然疏枝等現(xiàn)象，導(dǎo)致林地凋落物開始大量歸還土壤，因此土壤有機(jī)碳也相應(yīng)增長[17]。華山松土壤碳儲量分別在成熟林和近熟林較大，為118.41、119.08 t·hm-2，大于陜西省華山松林平均土壤碳密度[18]，但小于我國森林土壤平均碳密度[19]。因此，在陜西省內(nèi)，研究區(qū)華山松林土壤質(zhì)量優(yōu)于其它地區(qū)，但在全國范圍內(nèi)林地土壤有機(jī)碳儲量還處于較低水平，需要進(jìn)一步對研究區(qū)林分進(jìn)行科學(xué)經(jīng)營管理。

本研究顯示隨林齡的增長土壤碳氮比呈增長的趨勢，成熟林顯著大于其它齡組，這與前人的研究結(jié)果相反[20]，可能是由于不同研究區(qū)林地氣候條件差異明顯，且樹種組成不同而引起。

隨林齡增長，喬木胸徑和樹高顯著增長，生物量和斷面積增加；群落喬木層種間競爭加劇，出現(xiàn)自然稀疏現(xiàn)象，喬木層覆蓋度降低，凋落物分解量增大，土壤容重降低。即林齡顯著影響這些與不同林分有機(jī)碳含量呈顯著相關(guān)性的因子，因此我們推斷林齡是影響不同林分有機(jī)碳含量和密度的主導(dǎo)因子，但其作用機(jī)制和內(nèi)在機(jī)理，有待進(jìn)一步研究。

3.2 結(jié)論

林齡顯著影響研究區(qū)域內(nèi)華山松林地土壤、凋落物有機(jī)碳含量和密度，華山松林土壤有機(jī)碳含量及密度隨林齡的增長而增加，凋落物層有機(jī)碳含量隨林齡的增長先增加后減小再增加。研究區(qū)華山松林土壤質(zhì)量優(yōu)于陜西省其它地區(qū)，但仍需采取相應(yīng)措施加強(qiáng)林地養(yǎng)分管理。