大兴安岭地区不同森林沼泽对土壤团聚体有机碳的影响

刘 霞,蔡恒明,赵梅芳

(1.大兴安岭地区农业林业科学研究院 ,黑龙江 加格达奇 1650000；2.93220部队，黑龙江 哈尔滨 156000；3.黑龙江省林科院,黑龙江 哈尔滨 156000)

森林沼泽是介于森林和湿地之间的一个过渡带，在陆地生态系统中具有重要作用，在全球碳循环中有着不可忽视的地位，也是人类目前研究减缓全球气候变暖形势的重要研究对象[1,2]。森林生态系统循环的碳源/汇与人类干扰密切相关，研究森林沼泽碳储量和其增汇潜能，将成为降低大气CO2浓度、减缓气候变暖的一个新的方式。进而能使人类可以更全面的了解森林沼泽在全球碳循环中所起到的作用。大兴安岭地区全面停伐和冻土破坏的减少都会减缓气候变化趋势，同时封山育林也将更好的增加碳吸收，森林沼泽是重要的过渡带，其在支持地球生命中起到十分重要的作用[3-5]。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究地点隶属于国家林业和草原局黑龙江嫩江源森林生态系统国家定位观测研究站，位于黑龙江省大兴安岭地区农林科学院嫩江源森林-湿地生态系统野外站，地处大兴安岭林区东南部，伊勒呼里山南麓，松岭区境内。地理坐标为北纬51°05′07″～51°39′24″，东经125°07′55″～125°50′05″。该区总面积为229523hm2，全部为国有林地。海拔高度为500～800m，属低山丘陵地带，河谷宽阔，属寒温带大陆性季风气候，年平均气温-3℃，极端最低温-48℃，年日照时数2500 h，无霜期90～100 d，植物生长期为110 d，年降雨量500 mm[6]。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集

2014年生长季在嫩江源森林-湿地生态系统野外站进行样品采集，对兴安落叶松和白桦两种岛状林沼泽进行野外取样：每种沼泽设置4块20×20m的样地，其中各样地设6个样点用来采集土样，每次土样采集都分层进行：0～20cm，20～40cm，并将同层次的土样进行混合，带回实验室。

1.2.2 测定方法

1)土壤水稳性团聚体分离测定：

采用湿筛法将采集样品粒级的干团聚体称取100.00g备用[7]，各粒级分别称取干团聚体的样品放置在团粒分析仪套筛桶上，调整使筛子最上一层筛子恰好淹过水面，使团聚体保持在水面内浸泡 5min 时，开动仪器，以上下振幅3cm, 30次·min-1的速度筛分5min后，将每一层筛分离出<0.25mm、0.5～0.25mm、1～0.5mm、2～1mm、>2mm土壤团聚体，并50℃烘干称重，计算其在土样中的重量百分含量。

2)水稳性团聚体的重量计算

土壤团聚体的平均重量直径(MWD)计算：

式中：di为某一粒级水稳性团聚体的平均直径；其中：d>2 mm=3,……d<0.25 mm=0.19。

Fi 为某一粒级水稳性团聚体重量占土样重量的分数。

3)土壤有机碳测定

土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法[8]

4)土壤团聚体有机碳的贡献率

土壤团聚体对土壤有机碳的贡献率=(该级团聚体中有机碳含量×该级团聚体的含量土壤中有机碳含量)/土壤团聚体有机碳含量×100%[2]。

2 结果与分析

2.1 不同林分土壤风干团聚体的分布

土壤质量高低重要评价的指标包括土壤团聚体稳定性，实验中兴安落叶松和白桦两种不同森林沼泽土壤风干团聚体含量的分布趋势基本保持一致，都表现为随土壤团聚体粒径减小而减小(图1)。

图1 两种沼泽森林林型下土壤团聚体的分布

1)由图可见，表层0～20cm，>2mm土壤风干团聚体含量，兴安落叶松林高于白桦林，与白桦林差异显著(P<0.05)。不同林分不同土壤团聚体粒径间，均表现>2mm最高，兴安落叶松林(48.2%)、白桦林(42.5%)，天然次生林高出农田土壤风干团聚体含量1.10倍。

2)亚表层20～40cm，不同林分土壤风干团聚体含量，粒径>2mm最高，其次2～1mm、1～0.5mm、0.5～0.25mm，<0.25mm最低。<0.25mm团聚体兴安落叶松林和白桦林间均差异不显著(P>0.05)。

2.2 不同林分对土壤有机碳的影响

1)实验中土壤有机碳含量表现为表层略高于亚表层(图2)。

图2 不同林分下土壤有机碳的含量

结果表明：两种林分土壤有机碳含量的变化范围：28.3～52.6g/kg。

2)表层兴安落叶松林与白桦林土壤有机碳含量差异显著(P<0.05)，兴安落叶松林和白桦林间差异不显著(P>0.05)。土壤有机碳含量：兴安落叶松林(52.6g/kg)>白桦林(41.7g/kg)，其兴安落叶松林变成白桦林土壤有机碳含量开始逐渐下降, 下降了11.9g/kg，兴安落叶松林土壤有机碳含量是白桦林的1.24倍。

3)亚表层与表层不同林分土壤有机碳含量差异变化规律表现一致。不同林分土壤有机碳含量：兴安落叶松林(40.1g/kg)>白桦林(28.3g/kg),兴安落叶松林转变为白桦林土壤有机碳含量下降了11.8g/kg，兴安落叶松林土壤有机碳含量是白桦林的1.12倍。

2.3 不同林分对土壤团聚体有机碳的影响

1)无论表层，还是亚表层，兴安落叶松岛状林与白桦岛状林土壤团聚体中有机碳含量差异不同，表现为当土壤团聚体粒径越小时，土壤团聚体有机碳含量会越高的趋势。表层>2mm土壤团聚体中有机碳含量，兴安落叶松岛状林与白桦岛状林差异显著(P<0.05)，不同林分土壤团聚体中有机碳含量关系：兴安落叶松林大于白桦林，兴安落叶松林是白桦林的1.24倍；粒径2～1mm和1～0.5mm团聚体与>2mm土壤团聚体中有机碳含量规律一致。

2)亚表层粒径>2mm土壤团聚体中有机碳含量，兴安落叶松林与白桦林差异不显著(P>0.05)，兴安落叶松林是白桦林的1.12倍。在粒径2～1mm、1～0.5mm、0.5～0.25mm和<0.25mm团聚体中，表现为兴安落叶松林与白桦林差异显著(P<0.05)。

3 影响分析

3.1 不同林分对土壤团聚体成分的影响

1)实验中兴安落叶松和白桦沼泽土壤风干团聚体含量的分布趋势相似，随土壤团聚体粒径减小而逐渐下降。

2)两种林分不同土壤团聚体粒径>2mm粒径最高，其形成可能与不同粒径团聚体的形成机理有所关联。大粒径团聚体在土壤中占较大主导作用，体现了培育人工林措施的作用与效果。不同粒径团聚体分布比较均匀，对改善土壤团聚体结构起到显著作用，因而较大团聚体的含量表现为重要作用[7]。

3.2 不同林分对土壤团聚体有机碳的影响

1)本研究中有机碳含量兴安落叶松林高于白桦林，可能造成这种现象的原因是白桦岛状林沼泽比兴安落叶松岛状林沼泽的土壤有机质的含量低，而土壤有机碳分解速度较快，促使土壤有机碳稳定性发生变化，进而加大了渗透量。

2)不同类型林分都表现为土壤团聚体粒径越小，土壤团聚体有机碳含量越高的趋势，其原因可能是土壤有机碳在土壤中游离态较少，多数被细小的矿质颗粒吸附, 进而形成了不同的有机-无机复合体，土壤团聚体粒径越小,其吸附的有机物质的表面积反而越大，吸附能力相对越多。土壤小粒径团聚体高于大粒径团聚体的有机碳含量[8]。分析土壤表层，不同林分土壤团聚体中有机碳含量：兴安落叶松林高于白桦林，正是由于兴安落叶松具有较为发达的根系，能够产生更多根系分泌物及空间，加大土壤微生物活性, 促使有机残体更快分解[8]。

4 结论

4.1不同林分下，白桦林土壤团聚体稳定性比兴安落叶松林低，使土壤水稳性团聚体明显降低。

实验可得：土壤的表层或亚表层都呈现土壤水稳性团聚体总体随粒径的减小而逐渐增大的变化趋势，兴安落叶松林粒径>2mm水稳性团聚体含量最高，白桦林水稳性团聚体含量较低。

4.2不同林分下土壤各粒径团聚体有机碳的含量有一定的差异，1～0.5mm 团聚体是土壤有机碳的主要载体。

以表层而言，兴安落叶松岛状林土壤团聚体中有机碳含量高于白桦岛状林，这是由于兴安落叶松林具有较为发达的根系，进而产生更多根系分泌物会加大土壤微生物活动，促使有机残体分解更快。