时间:2024-07-28
李 鑫 陈先刚 白明锐 李风格
(1. 西南林业大学环境科学与工程学院 昆明 650224; 2. 云南省宣威市林业局 宣威 655400; 3. 北京晨奥润泽科技股份有限公司 北京 100081)
宣威市退耕还林柳杉林地土壤有机碳含量及活性组分的林龄变化*
李 鑫1陈先刚1白明锐2李风格3
(1. 西南林业大学环境科学与工程学院 昆明 650224; 2. 云南省宣威市林业局 宣威 655400; 3. 北京晨奥润泽科技股份有限公司 北京 100081)
【目的】 探讨云贵高原地区土壤有机碳含量及其活性组分在退耕还林后的变化,为退耕还林后的土壤碳储量变化评价和碳汇管理提供科学依据。【方法】 在云南省宣威市选择耕地对照和不同退耕还林年数(4,8,12年生)的柳杉人工林地,在不同土层(0~20, 20~40和40~60 cm)采集土壤并收集枯落物和细根样品,测定土壤有机碳及其活性组分含量、土壤密度、土壤全氮含量、枯落物现存量和细根生物量。【结果】 与耕地相比,退耕还林4,8和12 年生时林地0~60 cm土层土壤有机碳含量分别下降20.07%, 19.29%和11.52%,即退耕还林初期土壤有机碳含量显著下降,在退耕还林4年后开始逐渐回升,但在12年后仍未恢复到耕地水平; 土壤高活性有机碳含量以造林前的耕地最高(4.46 g·kg-1),4年生时最低(2.67 g·kg-1); 土壤次高活性有机碳含量以8年生时最高(12.03 g·kg-1),4年生时最低(4.61 g·kg-1); 土壤活性有机碳含量以8年生时最高(20.94 g·kg-1),12年生时最低(9.12 g·kg-1); 土壤有机碳含量及其活性组分含量均随土层加深而减小,且存在显著的土层差异(P<0.05),有机碳含量的最小值(11.14 g·kg-1)出现在8年生40~60 cm土层; 各林龄柳杉林地0~60 cm土层有机碳含量及其高活性有机碳、次高活性有机碳与土壤全氮含量的相关系数分别为0.894,0.756和0.755,均极显著正相关,与土壤密度的相关系数为-0.664,显著负相关。【结论】 退耕还林柳杉林地0~60 cm土层有机碳含量及其活性组分含量随林龄增加先降后升,造林年数和林下枯落物量是影响土壤有机碳含量及其活性组分含量的重要因子,今后在森林碳汇管理中需大力推行封山育林,延长林分林龄,尽量保留林下枯落物。
退耕还林; 柳杉林; 土壤有机碳; 活性
工业革命以来的化石燃料燃烧和土地利用方式改变等人类活动造成大气CO2浓度增加和全球气候显著变化,引起国际社会广泛关注。森林土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库(Wittmannetal., 2004; 周才平等, 2003),在减缓大气CO2浓度、调节碳平衡等方面发挥着重要作用(Moroni, 2012)。有关森林土壤有机碳分布和变化的研究已成为林业应对气候变化课题的重点之一(韦国富等, 2009; 刘文利等, 2006)。Houghton等(1999)研究了美国陆地从1945年前的碳源到1945年后的碳汇转变过程,发现弃耕农田的森林再生和森林防火是主要原因; 徐贵来等(2014)对比了重庆四面山杉木(Cunninghamialanceolata)、石栎(Lithocarpusglaber)、木荷(Schimasuperba)、枫香(Liquidambarformosana)和香樟(Cinnamomumcamphora)5种人工林的土壤有机碳储量,发现杉木人工纯林土壤有机碳储量最高,5种林分0~20 cm土层有机碳含量差异均较20~40 cm土层更显著。土壤活性有机碳是土壤有机碳中具较高活性的部分,其占比例虽小,但对土地利用变化更敏感,对陆地与大气之间的碳素平衡影响更明显(徐明岗等, 2006; 沈宏, 1999; 黄承标等, 2009; 宋会兴等, 2005; 易秀等, 2011)。研究土壤有机碳含量及其活性组分的时空分布对深入认识碳的生物地球化学循环及应对全球气候变化具有重要意义。
退耕还林工程是当前造林面积最大的林业生态工程,必然会对森林碳汇产生重大影响。不少学者研究了退耕还林工程的森林碳汇,如刘延惠等(2012)研究了宁夏六盘山华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)人工林土壤有机碳含量变化,结果表明造林后土壤有机碳含量呈现先下降后上升的变化过程,其对造林干扰的敏感程度随土层加深而减弱; Vesterdal等(2002)研究了丹麦退耕还林对土壤有机碳含量影响,结果表明退耕还林导致土壤有机碳储量下降; Paul等(2002)统计分析了世界范围内43个课题涉及的204块样地,结果表明造林后初始5年的土壤碳储量约下降3.64%,之后土壤碳储量逐年增大;王春梅等(2007)定量研究了敦化市7个退耕后演替的不同时间序列的长白落叶松(Larixolgensis)样地的土壤碳含量变化,结果表明退耕12年时土壤碳含量降低到最小量,在退耕21年时土壤碳含量恢复到农田水平,21年后土壤碳含量出现净积累; 申家朋等(2013)在黄土丘陵区的研究表明,0~100 cm土层碳含量随退耕还林年数增加而增大,但增幅随土层加深而减小。目前对退耕还林地土壤碳储量变化规律的研究结果存在较大差异,这可能与各地环境条件及造林实践过程有密切关系。一般情况下,退耕还林后地上和地下的植物凋落物(枯落物和死根)、动物排泄物和遗体会逐年累积分解,使土壤有机碳含量升高,而耕地则可能在施肥增加有机碳的同时伴随着频繁翻耕、清除或焚烧作物残体及土壤侵蚀等造成的有机碳损失。诸多因素到底如何影响退耕还林地的土壤碳含量变化,是非常值得深入研究的问题。
本研究区地处云贵高原腹地的云南省宣威市。该市退耕还林柳杉(Cryptomeriafortunei)人工林种植面积广、林分年数多且连续。本研究选择立地条件基本相同而退耕还林年数不同的柳杉人工林,探讨土壤有机碳及其活性组分含量随退耕还林年数的变化规律,为退耕还林后的土壤碳储量变化评价和碳汇管理提供科学依据。
宣威市位于云南省东北部(103°35′30″—104°40′50″ E,25°53′30″—26°44′50″ N),与贵州省相接。 地势西北高、东北低,海拔920~2 868 m。 全市总面积6 070 km2,山区、半山区占80%,土地有效面积占总面积的79.27%。属低纬高原季风气候,年均气温13.4 ℃,最高年均气温14.6 ℃,最低年均气温12.7 ℃; 年均日照2 018.5 h,年日照时数最高为2 369.1 h,最低为1 805.1 h; 年均降水量975.2 mm,年均降水量最高为1 304.8 mm,最低为657.4 mm; 年均无霜日326.3天。沿海拔从低到高土壤类型依次为山地红壤、红棕壤、棕壤、红壤、黄红壤、黄棕壤和棕壤,研究区内以山地红壤为主。主要作物有玉米(Zeamays)、水稻(Oryzasativa)、小麦(Triticumaestivum)、马铃薯(Solanumtuberosum)、烟草(Nicotianatabacum)和油菜(Brassicacampestris)等; 主要树种有云南松(Pinusyunnanensis)、华山松(Pinusarmandii)、云南油杉(Keteleeriaevelyniana)、杉木、柳杉和石栎等。
2.1 样地设置、土壤取样、土壤密度测定、细根及枯落物取样
在宣威市东部连片的4个乡镇,根据当地林业站退耕还林工程档案及实地调查,选取立地相近的退耕还林后4,8和12年生柳杉林地,并以附近在耕玉米和白萝卜(Raphanussativus)地为对照(表1),退耕还林前耕地主要种植玉米和白萝卜,季节性追施复合肥。退耕种植柳杉后,基本无人为干扰。幼龄柳杉林密度较大,随着种植年数的增加和人工抚育,密度渐小,但由于林木生长而使枝叶更加繁茂,冠幅增加,郁闭度增大,故林下植被盖度减小。
依据国家林业调查相关规范,在对照地及4,8和12年生柳杉人工林内分别设置5,5,3和3块20 m×20 m样地,在各样地内沿对角线方向设置5个1 m×1 m采样点,在每个采样点内去除地表枯落物后,用长度1 m的土钻(内径45 mm)分3层(0~20, 20~40和40~60 cm)钻取土样,每层钻取1个土样。将5个样点的土样分层混匀,捡出植物细根(<2 mm)待测,同时捡出石砾和剩余植物根系后获得土壤样品。土壤样品风干并研磨后过0.25 mm土筛备用。在每个样地内,选取代表性样点1个,取挖1个土壤剖面,分3层(0~20, 20~40和40~60 cm)用环刀(100 cm3)在每层取原状土,测定土壤密度。林地枯落物用30 cm×30 cm的方形钢框在所选样地S形布设的样点内随机采集,带回实验室待处理。
表1 样地基本情况
2.2 测定方法
测试指标包括土壤密度、林地枯落物现存量、细根生物量、土壤全氮含量、土壤有机碳含量和土壤活性有机碳含量。基于《森林土壤分析方法》(国家林业局, 1999)中所列方法: 土壤密度采用环刀法测定; 土壤细根(<2 mm)生物量和林地枯落物现存量采用烘干法测定; 土壤全氮含量采用凯氏蒸馏法测定; 土壤有机碳含量采用硫酸-重铬酸钾氧化法测定; 土壤活性有机碳含量采用Lefroy等(1993)提出的测定方法,并按KMnO4氧化剂的不同浓度(33,167和333 mmol·L-1氧化)测定的活性有机碳分为高活性有机碳、次高活性有机碳和活性有机碳,不能被333 mmol·L-1KMnO4氧化的为惰性有机碳。
2.3 数据分析
试验数据采用Excel软件作图,利用Spss17.0软件进行数据分析。文中数据分析均采用处理后的原始数据。
3.1 土壤有机碳含量变化
在退耕还林4,8和12年时0~60 cm土层土壤有机碳含量均与耕地存在显著性差异(P<0.05),表现为随退耕还林年数增加先减后增,在退耕还林后的4,8和12年分别下降了20.07%, 19.29%和11.52%,且退耕还林4,8和12年生间无显著差异(表2)。
表2 不同退耕还林年数柳杉林地0~60 cm土层土壤有机碳及其组分含量*同列内不同小写字母表示在0.05水平差异显著。Values with the different lowercase letters on the same list denote significant differences(P<0.05).
图1 各退耕还林年数柳杉林地不同土层土壤有机碳及其活性组分含量Fig.1 Content of soil organic carbon and its active fractions in Cryptomeria fortunei plantation in different layers of different years after afforestation图中不同小写字母表示在0.05水平不同退耕还林年数同一土层差异显著; 不同大写字母表示在0.05水平同一退耕还林年数不同土层差异显著。Values with the different lowercase letters denote significant differences in different years after afforestation in the same layer(P<0.05); Values with the different uppercase letters on the same row denote significant differences in different layers in the same age (P<0.05).
在同一退耕还林年数的不同土层中,0~20和20~40 cm土层的土壤有机碳含量差异显著(P<0.05)。在所有退耕还林年数中,均表现为土壤有机碳含量随土层加深而减小,不同退耕还林年数的0~20 cm土层有机碳含量显著高于20~40和40~60 cm土层(P<0.05),但20~40和40~60 cm土层间差异不显著(P>0.05)(图1)。3.2 土壤活性有机碳组分含量变化
随着退耕还林年数增加,0~60 cm土层高活性有机碳含量、次高活性有机碳含量和活性有机碳含量均呈先减后增再减的变化趋势(表2),且各林龄均随土层加深而减小(图1)。土壤高活性有机碳含量以耕地最高(4.46 g·kg-1),8年生次之(3.93 g·kg-1),4年生最低(2.67 g·kg-1); 土壤次高活性有机碳含量以8年生最高(12.03 g·kg-1),耕地次之(9.41 g·kg-1),4年生最低(4.61 g·kg-1); 土壤活性有机碳含量以12年生最低(9.12 g·kg-1),8年生最高(20.94 g·kg-1)(表2)。
对于0~60 cm土层高活性有机碳含量,4年生显著低于耕地(P<0.05),8和12年生均低于耕地,但差异不显著(P>0.05)(表2)。同一退耕还林年数柳杉林地20~40与40~60 cm土层高活性有机碳含量差异不显著(P>0.05),且4和12年生40~60 cm土层高活性有机碳含量和20~40 cm土层十分接近(图1)。
对于0~60 cm土层次高活性有机碳含量,8年生显著高于耕地、4和12年生(P<0.05),4 年生显著低于耕地(P<0.05),而12年生与耕地和4年生差异不显著(P>0.05)(表2)。除8年生外,不同退耕还林年数柳杉林地20~40和40~60 cm土层次高活性有机碳含量差异均不显著(图1)。
对于0~60 cm土层活性有机碳含量,8年生显著高于耕地、4和12年生(P<0.05),而4和12年生与耕地差异不显著(P>0.05)(表2)。随着土层加深,不同退耕还林年数土壤活性有机碳含量均减小,0~20 cm土层显著(P<0.05)高于20~40和40~60 cm土层(图1)。
3.3 土壤密度变化
对于0~60 cm土层平均土壤密度,4和8年生与耕地差异不显著(P>0.05),12年生显著高于耕地(P<0.05); 3种林龄柳杉人工林土壤密度表现为12年生>8年生>4年生,12年生柳杉人工林土壤密度为1.25 g·cm-3,是8年生和耕地的1.07倍,是4年生的1.08倍(表3)。
对同一林龄柳杉人工林不同土层土壤密度的方差分析表明,40~60 cm土层显著高于0~20和20~40 cm土层(P<0.05),而0~20和20~40 cm土层间差异不显著(P>0.05); 耕地、4年生、8年生和12年生40~60 cm土层的土壤密度分别是0~20 cm土层的1.14,1.16,1.11和1.16倍; 各土层(0~20, 20~40和40~60 cm)土壤密度均随退耕还林年数增加先减后增,但40~60 cm土层在4年生时与耕地相同,在8年生时较耕地小0.03 g·cm-3,12年生时较耕地大0.07g·cm-3,虽然各土层的土壤密度随退耕还林年数呈现波动状态,但差异不显著(P>0.05)。
表3 不同退耕还林年数柳杉林地土壤密度*同列内不同小写字母表示在0.05水平差异显著,同行内不同大写字母表示在0.05水平差异显著。下同。Values with the different lowercase letters on the same list denote significant differences(P<0.05),values with the different uppercase letters on the same row denote significant differences(P<0.05). The same below.
3.4 土壤全氮含量变化
方差分析表明: 4 年生柳杉人工林0~20 cm土层土壤全氮含量显著低于耕地、8年生柳杉人工林和12年生柳杉人工林(P<0.05),耕地、8 年生柳杉人工林和12年生柳杉人工林间差异不显著(P>0.05); 20~40和40~60 cm土层在耕地、4年生柳杉人工林和8年生柳杉人工林间均无显著差异(P>0.05);在0~60 cm土层,耕地土壤全氮含量最大,4年生最小,随后逐渐增大,12年生最大(表4)。
3.5 枯落物现存量和细根生物量变化
林地枯落物现存量随退耕还林年数增加逐渐增加,12年生林分分别是4和8年生林分的2.01和1.62倍; 退耕后0~8年0~60 cm土层细根生物量随着退耕还林年数增加逐渐增加,但12年时减小,退耕12年时细根生物量仍高于耕地(表5)。
表4 不同退耕还林年数柳杉林地土壤全氮含量
表5 不同退耕还林年数柳杉林地枯落物现存量和细根生物量
3.6 土壤有机碳含量及活性组分的主要影响因子
土壤有机碳含量与土壤高活性有机碳含量、土壤次高活性有机碳含量和土壤全氮含量均极显著正相关(相关系数分别为0.894,0.756和0.755),与土壤活性有机碳含量显著正相关; 土壤高活性有机碳含量与次高活性有机碳含量和土壤全氮含量均极显著正相关(相关系数分别为0.877和0.866),与活性有机碳含量显著正相关(相关系数为0.646); 土壤次高活性有机碳含量与土壤活性有机碳和全氮含量均极显著正相关(相关系数分别为0.777和0.732); 土壤密度与土壤有机碳含量及土壤活性有机碳含量均显著负相关(相关系数分别为-0.664,-0.623,-0.602和-0.531); 其余各变量间相关性不显著(表6)。
《梅雨之夕》是心理分析小说家施蛰存的代表作之一。该作同作者的其它小说一样也描写了性心理、揭示了潜意识,《梅雨之夕》显得文笔舒展,格调清新,艳而不俗。正是这种舒展而周密的心理描写和素雅清丽的格调使《梅雨之夕》成为吸引众多读者的名作。
4.1 退耕还林后柳杉林地0~60 cm土层土壤有机碳含量及活性组分变化
与耕地相比,退耕还林4年时土壤有机碳含量降低,之后在8和12年时回升,但12年时仍未恢复到耕地水平,这与刘延惠等(2012)研究的宁夏六盘山华北落叶松人工林土壤有机碳在造林后随退耕还林年数增加呈先降后升的变化和Paul等(2002)研究的草地造林后10年内土壤有机碳含量以-0.79 mg C·hm-2a-1的平均速率递减、随后以0.46 mg C·hm-2a-1的平均速率递增、40年后又以0.06 mg C·hm-2a-1的平均速率递增的结果一致,与刘恩等(2012)对10, 20和27年生红椎(Castanopsishystrix)人工林和梁宏温等(2009)对1.6,3.6,5.6和7.6年生第1代尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)人工林研究的0~60 cm土层碳含量随退耕还林年数增加而增大的结果也一致。土壤高活性有机碳含量表现为耕地最高,12年生柳杉人工林次之,4年生柳杉人工林最低; 次高活性有机碳含量表现为8年生柳杉人工林最高,耕地次之,4年生柳杉人工林最低; 随退耕还林年数增加,土壤活性有机碳含量减小,而惰性有机碳含量增大,说明碳库稳定性随退耕还林年数增加而增大。原因可能是耕地施肥使土壤有机碳及其高活性组分含量较高,而退耕还林后施肥终止,加上自然分解损失和幼龄林凋落物输入量较少,造成土壤有机碳含量及活性组分减小。郑顺安等(2006)的研究结果中退耕还林3~4年时柳杉枯落物的分解及根系的分泌作用提供给土壤有机物质,使得土壤有机碳含量逐渐增大,也表明退耕还林对当地土壤有机碳含量的增大起到一定的功效。本研究中随退耕还林年数增加,土壤高活性有机碳与土壤有机碳含量的变化一致,而次高活性有机碳和活性有机碳含量与土壤有机碳含量的变化不一致,目前尚未发现有此类相关研究。
4.2 土壤有机碳含量及活性组分变化的土层变化
3个退耕还林年数的柳杉林地土壤有机碳及活性组分含量均在0~20 cm土层最高,且随土层加深而减小。郑顺安等(2006)的研究表明,森林凋落物的分解、对大气中含碳气体的吸收、大气含碳物质的沉降及岩石的风化是森林土壤中碳素的重要来源,其中凋落物是森林土壤中碳的主要来源。土壤表层有机物质的积累主要依赖凋落物的分解,凋落物主要集中在土壤表层,而中下层土壤不能直接接收地表植物残体,主要依靠上层的淋溶下移和地下部分植物残体分解,导致土壤层有机质含量自上而下依次减小。植物根系也主要集中在土壤表层,其垂直分布直接影响送到土壤各层次的碳及养分含量(Jobbagyetal., 2000; 常宗强等, 2008)。邓坤枚等(2005)研究表明,云南松成熟林的根系生物量以0~30 cm土层最多,占总根系生物量的93.7%,且大多数是粗根;<2 mm细根0~30 cm土层生物量占0~85 cm土层总细根生物量的73.5%;另外,树木的生长需要根系从深层土壤中吸收养分。因此,表层土壤有机碳的积累大于消耗,而深层土壤有机碳消耗大于积累。
4.3 土壤有机碳含量的影响因素
土壤有机碳含量的影响因素很多,如本研究相关分析表明:不同退耕还林年数柳杉林地土壤有机碳含量与其各活性组分间、土壤有机碳及其各活性组分含量与全氮含量间均极显著正相关; 土壤密度与土壤有机碳含量及其活性组分间均显著负相关。土壤密度随土层加深而增大,这是因为植物凋落物在土壤表层分解形成腐殖质,使得表层土壤结构疏松(高玉蓉等, 2005)。本研究中,随着退耕还林年数增加,土壤密度有所升高,土壤有机碳含量相对增大,且出现波动变化。这可能由于退耕还林前0~40 cm土层经过人为的翻耕,土壤密度较低,种植柳杉林数年后土体经过了一个自然沉降的压实作用; 而在0~20 cm土层,随种植年数增长,地表枯落物和地下细根生物量增多,土壤密度减小(苗娟等, 2014)。徐贵来等(2014)对重庆四面山5种人工林土壤密度的分析表明,土壤密度受林地枯落物的质与量、土壤质地、土壤结构状况、植物根系对土壤的作用和人们对林地的扰动程度等多种因素的影响。土壤全氮含量随着退耕还林年数的增加先减小后增大,4年生最小,12年生超过耕地水平。这可能是柳杉的生长消耗使土壤全氮含量减小,而随着退耕还林年数的增加,地表凋落物的分解使土壤全氮含量逐渐回升。
表6 土壤有机碳及活性组分含量与其主要影响因子相关系数**: ɑ=0.05; **: ɑ=0.01.
云贵高原腹地退耕还林柳杉人工林地0~60 cm土层土壤有机碳含量在耕地最高(61.44 g·kg-1),12年生柳杉林地次之(54.37 g·kg-1),4年生柳杉林地最低(49.11 g·kg-1); 土壤高活性有机碳含量在耕地最高(4.46 g·kg-1),8年生柳杉林地次之(3.93 g·kg-1),4年生柳杉林地最低(2.67 g·kg-1); 土壤次高活性有机碳含量在8年生柳杉林地最高(12.03 g·kg-1),耕地次之(9.41 g·kg-1),4年生柳杉林地最低(4.61 g·kg-1); 土壤活性有机碳含量在12年生柳杉林地最低(9.12 g·kg-1),8年生柳杉林地最高(20.94 g·kg-1)。
常宗强,冯 起,司建华,等.2008.祁连山不同植被类型土壤碳贮量和碳通量.生态学杂志,27(5): 681-688.
(Chang Z Q, Feng Q, Si J H,etal. 2008. Soil carbon storage and CO2flux under different vegetation types in Qilian Mountains. Chinese Journal of Ecology, 27(5): 681-688.[in Chinese])
曹宏杰,王立民,罗春雨,等.2013.三江平原地区土壤有机碳及其组分的空间分布特征.生态环境学报,22(7): 11l1-1118.
(Cao H J, Wang L M, Luo C Y,etal. 2013. Spatial distribution patterns of soil organic carbon and its fractions in Sanjiang Plain. Ecology and Environment Sciences, 22(7): 11l1-1118.[in Chinese])
邓坤枚,罗天祥,张 林,等.2005.云南松林的根系生物量及其分布规律的研究.应用生态学报,16(1): 21-24.
(Deng K M, Luo T X, Zhang L,etal. 2005. Root biomass of different stand-agePinusyunnanensisforests and its distribution pattern in different soil depths. Chinese Journal of Applied Ecology, 16(1): 21-24.[in Chinese])
国家林业局.1999.森林土壤分析方法.北京: 中国标准出版社.
(State Forestry Administration. 1999. Forest soil analysis method.Beijing:China Standard Press.[in Chinese])
高玉蓉,许红卫,周 斌.2005.稻田土壤养分的空间变异性研究.土壤通报,36(6): 822-825.
(Gao Y R, Xu H W, Zhou B. 2005. Investigation on spatial variability of soil nutrients in paddy field. Chinese Journal of Soil Science, 36(6): 822-825.[in Chinese])
黄承标,吴仁宏,何 斌,等.2009.三匹虎自然保护区森林土壤理化性质的研究.西部林业科学,38(3): 16-21.
(Huang C B, Wu R H, He B,etal. 2009. Physical and chemical property of forest soil in Three Tiger Nature Reserve. Journal of West Forestry Science, 38(3): 16-21. [in Chinese])
梁宏温,温远光,温琳华,等.2009.连栽对尾巨桉短周期人工林碳贮量的影响.生态学报,29(8): 4242-4250.
(Liang H W, Wen Y G, Wen L H,etal. 2009. Effects of continuous cropping on the carbon storage ofEucalyptusurophylla×E. grandis short-rotations plantations. Acta Ecologica Sinica, 29(8): 4242-4250.[in Chinese])
刘 恩,王 晖,刘世荣.2012.南亚热带不同林龄红锥人工林碳贮量与碳固定特征.应用生态学报,41(2): 335-340.
(Liu E, Wang H, Liu S R. 2012. The subtropical red cone of different age plantation carbon storage and carbon fixation characteristics. Chinese Journal of Applied Ecology, 41(2): 335-340.[in Chinese])
刘文利,罗广军.2006.不同林型下土壤理化性质的差异研究.吉林林业科技,35(1): 26-34.
(Liu W L, Luo G J. 2006. Analysis of soil physical and chemical properties inside and outside forest-land. Jilin Forestry Science and Technology, 35(1): 26-34.[in Chinese])
刘延惠,王彦辉,于澎涛,等.2012. 六盘山南部华北落叶松人工林土壤有机碳含量. 林业科学,48(12): 1-9.
(Liu Y H, Wang Y H, Yu P T,etal. 2012. Soil organic carbon contents ofLarixprincipis-rupprechtiiplantations in the southern part of Liupan Mountains. Scientia Silvae Sinicae. 48(12):1-9.[in Chinese])
苗 娟,周传艳,李世杰,等.2014.不同林龄云南松林土壤有机碳和全氮积累特征.应用生态学报,25(3): 625-631.
(Miao J, Zhou C Y, Li S J,etal. 2014. The accumulation characteristics of different ages of Yunnan pine forest soil organic carbon and total nitrogen. Chinese Journal of Applied Ecology, 25(3): 625-631.[in Chinese])
沈 宏.1999.土壤活性有机碳的表征及其生态效应.生态学杂志,18(3): 32-38.
(Shen H. 1999. Characterization of active organic carbon in soil and its ecological effect. Chinese Journal of Ecology, 18(3): 32-38.[in Chinese])
申家朋,张文辉,李彦华,等.2013.黄土高原丘陵区退耕还林地油松人工林碳储量及分配特征研究.西北植物学报, 33(11): 2309-2316.
(Shen J P, Zhang W H, Li Y H,etal. 2013. Characteristics of carbon storage and sequestration ofPinustabulaeformisforest land converted by farmland in Loess Hilly Area. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 33(11): 2309-2316.[in Chinese])
宋会兴,苏智先,彭远英.2005.山地土壤肥力与植物群落次生演替关系研究.生态学杂志,24(12): 1531-1533.
(Song H X, Su Z X, Peng Y Y. 2005. Relationships between soil fertility and secondary succession of plant community in Jinyun Mountain. Chinese Journal of Ecology, 24(12): 1531-1533.[in Chinese])
王春梅,刘艳红,邵 彬,等.2007.量化退耕还林后土壤碳变化.北京林业大学学报,29(3): 112-119.
(Wang C M, Liu Y H, Shao B,etal. 2007. Quantifying the soil carbon changes following the afforestation of former arable land. Journal of Beijing Forestry University, 29(3): 112-119.[in Chinese])
韦国富,黄承标,覃文更,等.2009.木论自然保护区森林土壤的理化特性.亚热带农业研究,5(3): 180-183.
(Wei G F, Huang C B, Qin W G,etal. 2009. Physical and chemical properties of forest soils in Mulun Nature Reserve. Subtropical Agriculture Research, 5(3): 180-183.[in Chinese])
徐贵来,张洪江,吕相海,等.2014.重庆四面山五种人工林土壤有机碳储量研究.生态环境学报,5(2): 211-216.
(Xu G L, Zhang H J, Lü X H,etal. 2014. The soil organic carbon storage study under five plantations in the simian mountain of Chongqing. Ecology and Environment Sciences, 5(2): 211-216.[in Chinese])
徐明岗,于 荣,王伯仁,等.2006.长期不同施肥下红壤活性有机质与碳库管理指数变化.土壤学报,43(5): 723-729.
(Xu M G, Yu R, Wang B R,etal. 2006. Labile organic matter and carbon management index in red soil under long-term fertilization. Acta Pedologica Sinica, 43(5): 723-729.[in Chinese])
易 秀,谷晓静,侯燕卿,等.2011.陕西省泾惠渠灌区土壤肥力质量综合评价.干旱区资源与环境,25(2): 132-137.
(Yi X, Gu X J, Hou Y Q,etal. 2011. Comprehensive assessment on soil fertility quality in Jinghuiqu irrigation district of Shaanxi Province. Journal of Arid Land Resources and Environment, 25(2): 132—137.[in Chinese])
郑顺安,常庆瑞.2006.黄土高原不同类型人工林对土壤肥力的影响.西北农林科技大学学报,34(2): 119-123.
(Zheng S A, Chang Q R. 2006. The influence of different plantations on the soil fertility on Loess Plateau. Journal of Northwest Sci-Tech Unversity of Agriculture and Forestry, 34(2): 119-123.[in Chinese])
周才平,欧阳华,裴志永,等.2003.中国森林生态系统的土壤净化矿化研究.植物生态学报,27(2): 170-176.
(Zhou C P, Ouyang H, Pei Z Y,etal. 2003. Soil purification and mineralization of forest ecosystem in China. Journal of plant ecology, 27(2): 170-176.[in Chinese])
Houghton R A, Hackler J L, Lawrence K T. 1999. The US carbon budget: contribution from land-use change. Science, 285(5427): 574-578.
Jobbagy E G, Jackson R B.2000. The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation. Ecological Applications, 10(2):423-436.
Lefroy R D B, Blair G J, Strong W M. 1993. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic carbon fractions and13C natural isotope abundance. Plant and Soil, 155(1): 399-402.
Moroni M T. 2012. Aspects of forest carbon management in Australia: a discussion paper. Forest Ecology and Management, 275(4):111-116.
Paul K I, Polglase P J, Nyakuengama J G,etal. 2002. Change in soil carbon following afforestation. Forest Ecology and Management, 168(1/3):241-257.
Vesterdal L, Ritter E, Cundersen P. 2002. Change in soil organic carbon following afforestation of former arable land. Forest Ecology and Management, 169(1/2):137-147.
Wittmann C, Kahkonen M A, Ilvesniemi H,etal. 2004. Areal activities and stratification of hydrolytic enzymes involved in the biochemical cycles of carbon, nitrogen, sulphur and phosphorus in podsolized boreal forest soils.Soil Biology & Biochemistry, 36(3): 425-433.
(责任编辑 于静娴)
Variation in the Content of Soil Organic Carbon and Its Labile Fractions among Different Age ofCryptomeriafortumeiPlantation Afforested by the Grain for Green Program in Xuanwei Municipality of Southwest China
Li Xin1Chen Xiangang1Bai Mingrui2Li Fengge3
(1.CollegeofEnvironmentScienceandEngineering,SouthwestForestryUniversityKunming650224; 2.XuanweiForestryAdministration,YunnanProvinceXuanwei655400; 3.BeijingChenaoRunzeTechnologyCo.,LtdBeijing100081)
【Objective】To provide scientific basis for evaluating the soil carbon stock and its management in afforested soils, we investigated the changes in soil organic carbon and its labile fractions after afforestation by the grain for green program.【Method】Cryptomeriafortumeiplantation respectively 4, 8, and 12 years after planting by the grain for green Program and a farmland without trees as the control were chosen in Xuanwei Municipality, Yunnan Province. Soil, litter and fine roots were collected at different soil layers (0-20,20-40 and 40-60 cm) from the selected plantations and the control plot . Soil organic carbon content and its labile fractions, soil densities, soil nitrogen, as well as litter and fine root biomass were analyzed. 【Result】Compared with the farmland, the content of soil organic carbon in the 0-60 cm layer deceased by 20.07%, 19.29%, and 11.52%, respectively for 4, 8 and 12 years of age, indicating that the soil organic carbon content significantly decreased in the early 4 years and then gradually increased thereafter, but not increased to the level in the farmland at the 12th year after planting. For the highest labile fraction of the soil organic carbon the maximum value was 4.46 g·kg-1before planting, and the minimum was 2.67 g·kg-1at the 4th year after planting; for the second highest labile fraction, the maximum was 12.03 g·kg-1at the 8th year after planting and the minimum was 4.61 g·kg-1at the 4th year after planting; for the least labile fraction the maximum was 20.94 g·kg-1at the 8th year after planting and the minimum was 9.12 g·kg-1at the 12th year. The contents of both soil organic carbon and its labile components decreased along with the depth of soil layer, and there were significant differences (P<0.05) among different soil layers; the minimum content (11.14 g·kg-1) of soil organic carbon was found in the soil layer of 40-60 cm at the 8th year. The correlation coefficients of the soil organic carbon, the highest labile fraction, and the second highest labile fraction with the total soil nitrogen were 0.894, 0.756 and 0.755, respectively, which were all significantly positive. The coefficient of soil organic carbon with soil density was -0.664, indicating a significantly negative correlation.【Conclusion】The soil organic carbon and its labile fractions in the 0-60 cm soil layer showed a decrease in early years and an increase in later years inCryptomeriafortumeiplantations. The age and the litter content were important factors affecting the changes. We suggest reduce forest logging and retain the forest litter as far as possible in order to have a good management of forest carbon sink.
Grain for Green Program;Cryptomeriafortumeiplantation; soil organic carbon; lability
10.11707/j.1001-7488.20170102
2015-08-11;
2016-12-10。
国家自然科学基金面上项目“云贵高原退耕还林工程土壤碳储量动态变化研究”(41263008)。
S714; S791.31
A
1001-7488(2017)01-0011-09
* 陈先刚为通讯作者。
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