论文部分内容阅读
全球碳汇计量还存在较大的不确定性,缺乏规范化的碳循环参数体系可能是重要原因之一。森林土壤有机碳库在全球碳循环中具有重要作用,为构建区域森林土壤碳循环参数体系,理解区域森林土壤碳循环参数的时空格局,可为精确评估区域森林碳汇潜力提供重要的科学依据。西南林区是我国的第二大林区,在全球碳循环中具有重要作用。然而,受青藏高原隆升、西南季风和东南季风以及长期人类活动的影响,区域内森林类型和土壤类型多样,而且植被、土壤和气候的垂直分异明显,从而对区域森林土壤碳循环参数的时空格局产生显著影响。但迄今为止,尚缺乏类似研究。因此,本研究采用文献搜集和野外调查与取样分析相结合的研究方法,以有机碳密度和有机碳量为主要参数,研究了西南地区森林土壤碳循环参数的时空格局,构建了森林土壤碳循环参数体系,为我国森林碳循环参数体系构建提供了模块,为精确评估西南林区土壤碳吸存潜力提供了重要科学依据。主要研究结果如下:(1)西南地区森林土壤有机碳密度为11.83 kg/m2,因林型、土壤类型、林龄而显著变化。针叶林土壤有机碳碳密度显著高于阔叶林和针阔混交林(P<0.05)。西南地区森林针叶林和阔叶林随着林龄的增加呈现线性增加,针阔混交林土壤有机碳密度与林龄表现为先增加后减少,在80 a林龄附近出现转折点。不同森林类型土壤有机碳密度与时间无明显相关关系(P>0.05)。西南地区森林土壤有机碳平均含量为27.83 g/kg,针阔混交林有机碳含量(31.53 g/kg)最高,但是不同森林类型的有机碳含量均无显著性差异(P>0.05)。西南地区森林土壤有机碳含量随时间增加而上升(P<0.05)。西南地区森林土壤有机碳含量和针叶林与林龄密切相关(P<0.05),随林龄增加呈现出先上升后下降的趋势,转折点都在在100 a附近。(2)西南地区森林土壤有机碳密度随着经度、纬度和海拔显著变化。森林土壤有机碳密度随经度表现为先下降后上升的趋势,在105°E附近出现转折点。并且,随纬度和海拔的升高而呈现线性增加的趋势。不同森林类型土壤有机碳密度均随海拔的增加呈现线性增加,但是与纬度之间无相关关系。阔叶林与经度之间呈现单峰曲线变化,针叶林表现出随着纬度的增加而递减的趋势。西南地区森林土壤有机碳含量随着经度、纬度和海拔显著(P<0.05)变化。森林土壤有机碳含量与经度之间呈现线性下降趋势,随着纬度和海拔的上升而线性增加(P<0.05)。并且所有林型都随着海拔的上升而线性增加。针叶林土壤有机碳含量与经度之间也呈现线性下降的变化趋势(P<0.05),但针叶林土壤有机碳含量与纬度表现为有机碳含量随经度和海拔的上升而线性上升(P<0.05)。(3)西南地区天然林和人工林的平均有机碳密度分别为13.59和10.42 kg/m2,二者之间的土壤有机碳密度存在显著差异。对于天然林和人工林中,三种不同林型之间的土壤有机碳密度均表现为针叶林>针阔混交林>阔叶林。西南地区人工林与天然林的土壤有机碳含量存在显著差异(P<0.05)。天然林和人工林的平均有机碳含量分别为35.75 g/kg和22.53 g/kg。对于天然林土壤有机碳含量而言,针叶林最高为43.85 g/kg,对于人工林土壤有机碳含量而言,针阔混交林中土壤有积碳含量最高23.58 g/kg。(4)西南地区森林土壤有机碳密度随着年均温的上升而显著下降,与年降雨和空气相对湿度均无相关关系。不同林型的土壤有机碳密度均随着年均温的上升而呈现显著下降趋势,与年降雨无相关关系;三种林型中只有阔叶林与空气相对湿度有着良好的线性关系,随着空气相对湿度的增加而增加。森林土壤有机碳含量随着年均温的上升而线性下降。但是,西南地区森林土壤有机碳含量随年降雨呈现出平缓的二次函数曲线,但是与空气相对湿度均没有显著性相关性(P>0.05)。阔叶林土壤有机碳含量随着年均温的上升而线性下降(P<0.05),随着空气相对湿度的上升而显著上升(P<0.05)。针叶林土壤有机碳含量随着年均温和年降雨的上升而线性下降。针混交林土壤有机碳含量与年均温之间表现出“U”型的变化曲线,转折点在14°C附近。(5)西南地区森林土壤有机碳密度随着土壤理化性质的改变呈现出不同变化,土壤全氮的增加而线性增加(P<0.05),但是与土壤全磷和pH无相关关系。其中,阔叶林随着pH的增加而线性减少,针叶林随着土壤全氮的增加而线性增长。西南地区森林土壤有机碳含量,随着土壤全氮、全磷的上升而上升(P<0.05),与土壤pH之间没有相关性(P>0.05)。阔叶林土壤有机碳含量随着全氮和全磷的上升而上升(P<0.05),随着pH的上升而线性下降。针叶林土壤有机碳含量与随着土壤全氮和全磷的上升而线性上升,与pH之间的没有相关性(P>0.05)。而对于针阔混交林而言,土壤有机碳含量与土壤全氮之间表现出二次函数变化曲线,随着全氮先下降而后上升,转折点在5 g/kg附近(P<0.05),与土壤全磷和pH变化规律不显著(P>0.05)。(6)经过方程结构模型分析,西南地区森林土壤有机碳密度主要受到林型,林龄、pH以及土壤氮的调控。其中最主要的控制因素是土壤氮,对土壤有机碳密度具有显著的正效益(0.35,P<0.001)。土壤有机碳的次要控制因素为pH,并且对土壤有机碳密度具有显著的负效益(-0.23,P<0.001)。林龄对土壤有机碳密度具有显著的正效应(0.17,P<0.001)。结构方程模型结果表明,西南地区森林土壤有机碳含量主要受到土壤因子、气候因子和林分因子的调控,解释了土壤有机碳含量变异的56%。其中最主要的控制因素是土壤氮,其路径系数为0.61(P<0.001)。温度和pH对土壤有机碳含量具有显著的负效应,路径系数分别为-0.20和-0.16(P<0.05)。综上所述,西南地区森林具有较大的碳汇潜力,但土壤有机碳随时间无明显变化,随着林龄的变化明显,并且具有明显的三向地带性。土壤理化性质和水热环境影响着不同林型的土壤有机碳密度的含量变化。除此之外,西南地区土壤有机碳密度和有积碳含量主要受到土壤氮的影响,并且在一定程度上受到气候和林分因子调控。这些结果有助于我们为区域森林土壤碳储量估算提供依据,构建并为进一步研究不同区域森林土壤碳循环参数和碳汇功能提供参考。然而为了进一步理解区域森林土壤碳循环过程,揭示区域森林土壤碳吸存能力,在未来的参数体系构建中,可能还需要进一步研究土壤碳组分(土壤有机碳矿化、难降解碳、无机碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳等)的时空格局及其驱动机制。