退耕还林土壤颗粒有机碳年际变化.doc

1、1退耕还林土壤颗粒有机碳年际变化摘要：为了解我国西南喀斯特地貌区退耕还林工程土壤颗粒有机碳（POC）的年际变化特征，选取了贵州省兴义市三江口镇退耕还林工程杉木林为研究对象，并以耕地为对照进行了研究，结果表明：该地区退耕还林 11 年内杉木林地 060 cm 土层土壤颗粒组分比例未与林龄表现出明显相关性，同采样点林龄不同土层间颗粒组分比例大体一致。060 cm 土层内 POC 含量在造林 5 年内减少，第 5 年为最低，到 11 年各土层POC 从浅至深分别增加了 1.35 g/kg、1.05 g/kg 和 0.29 g/kg。?牡?9 年开始，POC 含量超过耕地。在垂直方向上 POC 含量均

2、呈现随土层深度加深而减少。自退耕造林后，POC 分配比例逐年增加，11 年增幅为 6.97%。 关键词：退耕还林；杉木林；颗粒有机碳；年际变化 1 引言 随着气候变化的加剧，人工造林作为一种增加碳汇的手段已被我国多地采用。退耕还林是我国一项重要的生态造林工程，研究退耕还林后土壤有机碳含量的变化对揭示造林对土壤碳库的影响有重要意义。颗粒有机碳作为土壤有机碳库的一部分在其中起着重要作用。通过物理分组得到的土壤颗粒有机质，是与砂粒结合的粒径在 532000 m 的有机碳部分，属于土壤碳库中的“慢库” ，其来源主要为植物残体的分解1。土壤颗粒有机质受土地利用变化影响大，比如耕种干扰后，植物残体损失迅速

3、2。李鉴霖等3对缙云山地区 4 种不同土地利用方式研究表明，2颗粒有机碳可作为评估土地利用变化对土壤有机碳库影响的良好指标。吴建国等4对宁夏固原地区 4 种土地利用类型研究后表明，人工造林相比有人为影响的砍伐形成的农田和牧草地，颗粒有机碳含量显著增高，土壤有机碳稳定性也更高。作为土壤有机碳库中的非活性组分，颗粒有机碳可以作为一种相对有效的、稳定的碳汇存在，对缓解气候变化有一定的助益。目前，对颗粒碳的研究多见于土地利用变化对其造成的静态影响，尚未见相关对造林后土壤颗粒有机碳年际动态变化的研究。 研究选址在贵州省兴义市三江口镇境内，选取立地条件基本相同但林龄不同的退耕还林杉木林作为研究对象，研究其

4、土壤颗粒有机碳（POC）的年际变化特征，希望能为造林增汇及生态效益评估提供相关的数据支持和参考依据。 2 材料与方法 2.1 研究区域概况 贵州省兴义市三江口镇（244530N，1043533E）位于南盘江上游滇黔桂三省结合部，距离兴义市区 90 km，东与洛万乡相连，南与广西西林县马蚌乡隔湖相望，西与云南罗平县鲁布革镇交界，北与鲁布格镇和捧乍镇接壤，总面积 89.3 km2，平均海拔 860 m。该地区属亚热带季风湿润气候，年平均气温 18，全年无霜期 324 d，年平均降雨量 1358 mm，有着良好的气候条件。土壤主要为砂页岩发育的硅铝质黄壤、黄红壤及红壤，经济作物有小米辣、果蔗、板栗、

5、生姜等。该地造林树种以杉木为主。 2.2 研究方法 32.2.1 样地设置与土壤样品采集 依据当地林业部门的退耕还林工程记录档案并且实地调查，选取研究区域内的林龄分别为 1、3、5、7、9、11 年的杉木纯人工林（表 1）和对照耕地（视林龄为 0 年） ，每个林龄组内随机设置 20 m20 m 的重复样方 3 个，每个样方按照“S”型布点法选取样点 5 个。 于每个区样点挖开土壤剖面，分 020 cm、2040 cm、4060 cm各 3 层取土样，同一样方内 5 个取样点的相同土层的土壤混合成一个土样。样品自然风干并研磨过 2 mm 筛后待测。 2.2.2 分析方法 通过湿筛法得到土壤颗粒有

6、机碳组分：称取 20 g 过 2 mm 筛的风干土于 250 mL 锥形瓶中，加入 5 g/L 的 Na4P2O7，震荡 18 h。然后将土壤悬液过 53 m 筛，反复用蒸馏水冲洗，直至过筛水保持清澈。把留在筛里的土在 55下烘干 72 h 后称重，这些物质即为土壤的颗粒组分，计算此部分土样占整个土壤样品的比例即为土壤颗粒组分比例。将土壤颗粒用重铬酸钾-硫酸加热法测定其有机碳含量即为土壤颗粒组分有机碳含量，其公式为： 颗粒有机碳含量=土壤颗粒组分有机碳含量土壤颗粒组分比例， 颗粒有机碳分配比例=颗粒有机碳含量/土壤有机碳含量。 实验数据图表制作及统计分析采用 Excel 2016 及 SPSS

7、19.0 进行处理。 3 结果与分析 3.1 不同林龄退耕还林土壤颗粒组分比例 4由表 2 可知：在相同土层深度不同林龄之间的比较中，020 cm土层存在 4 种差异类型，3、5、7、9、11 年林龄的杉木林土壤颗粒组分比例存在一定的相似性，它们分别与耕地（0 年）和 1 年林龄的土壤差异显著。在 2040 cm 土层存在 5 种差异类型，林龄为 5、7、9、11 的土壤颗粒组分比例相互之间互有关联，都分别占有两种差异类型，0 年、1年、3 年之间差异显著；在 4060 cm 土层存在 4 种差异情况，林龄为5、7、9、11 年的颗粒组分比例分别与耕地、3 年差异显著。在相同林龄不同土层之间的

8、比较中，0 年的 020 cm 层、5 年的 4060 cm 层与12 年的 0-20 层分别与它们自己其它土层差异显著。耕地土壤的颗粒组分比例在所有林龄中均为最小，其平均水平与其它林龄至少相差 5%。可见，不同林龄间土层内颗粒组分的比例虽各有差异，却并没有一个特定变化的趋势，而相同林龄不同土层之间的颗粒组分比例总体上差异并不明显。耕地土壤与所有其他林龄表现出明显差异。 3.2 不同林龄退耕还林杉木林土壤颗粒有机碳含量 由图 1 可知：退耕后第一年 020 cm 土层 POC 出现了增加，除此之外，在造林头 5 年，POC 在各土层间逐年递减，在 5 年后逐年递增。耕地020 cm 土层初始

9、POC 含量 2.56 g/kg，第 5 年减至 2.18 g/kg，第 11年增至 3.91 g/kg；耕地 2040 cm 土层在造林后 5 年内 POC 含量由 2.3 g/kg 减少至 1.73 g/kg，第 11 年增加至 3.35 g/kg；耕地 4060 cm 土层在造林后 5 年内 POC 含量由 2.1 g/kg 减少至 1.55 g/kg，第 11 年增加至 2.39 g/kg。相同林龄的各土层随深度的加深 POC 含量均减少，三层之间的 POC 含量前 5 年内的 2040 cm 和 4060 cm 层的差异较小。从第59 年开始，各层土壤的 POC 含量均开始超过耕地。

10、相较于耕地，种植年限为 11 年的杉木林从 060 cm 个土层 POC 含量增加了 1.35 g/kg、1.05 g/kg 和 0.29 g/kg。 3.3 土壤剖面 POC 含量与林龄的相关回归分析。 对不同林龄（x）和各土层 POC 含量（y）做线性回归分析，结果如表 3 所示。相较于 511 年而言，造林前 5 年 POC 含量与林龄因呈现负相关且回归方程无效；在造林的 511 年，各层土壤 POC 含量与林龄均呈现一定程度的相关性，拟合线性回归方程有效（P53 m 的团聚体平均质量和含量。这也许可以解释 POC 分配比例保持增长。本研究结果显示，退耕造林杉木林能增加土壤中颗粒有机碳的

11、比例。 此次研究表明，兴义三江口地区退耕还林 11 年内杉木林地 060 cm土层土壤颗粒组分比例未与林龄表现出明显相关性，同采样点林龄不同土层间颗粒组分比例大体一致。060 cm 土层内 POC 含量在造林 5 年内减少，第 5 年为最低，到 11 年各土层 POC 从浅至深分别增加了 1.35 g/kg、1.05 g/kg 和 0.29 g/kg。从第 9 年开始，POC 含量超过耕地。在垂直方向上 POC 含量均呈现随土层深度加深而减少。自退耕造林后，POC在 SOC 中的比例逐年增加，11 年增幅为 6.97%。 参考文献： 1Camberdella C A， Elliott E T.

12、 Carbon and nitrogen dynamic of fraction from cultivated grassland soilsJ. Soil Science Society of America Journal， 1994， 58（13）： 123130. 2Camberdella C A， Elliott E T. Particulate soil organic matter across a grassland cultivation sequenceJ. Soil Science Society of America Journal， 1992， 56（13）：776

13、783. 3李?b 霖，江长胜，郝庆菊，等.缙云山不同土地利用方式土壤有机碳组分特征J.生态学报，2015，35（11）：37333742. 84吴建国，艾 丽，田自强，等.祁连山中部土壤颗粒组分有机质碳含量及其与海拔和植被的关系J.生态环境，2008，17（6）：23582365. 5和学智，陈先刚，张 瑞，等.退耕还林杉木林地土壤有机碳储量变化特征：以贵州兴义市三江口镇为例J.林业资源管理，2015， （2）：9599. 6Pual K I，Polglase P J，Nyakuengama J G， et al. Change in soil carbon following affore

14、stationJ. Forest and Management， 2002，168（13）：241257. 7杨 益，牛得草，文海燕，等.贺兰山不同海拔土壤颗粒有机碳、氮特征J.草业学报，2012，21（3）：5460. 8姜 霞，王 ?M，李丛瑞，等.黔中地区三种林分土壤有机碳库比较J.湖北农业科学，2013，52（6）：12701272，1276. 9李 景.长期耕作对土壤团聚体有机碳及微生物多样性的影响D.北京：中国农业科学院，2014. Annual Variation of Particulate Organic Carbon in Returning Farmland to For

15、est Project Jin Hui， Chen Xiangang， Zeng Fuxiong， Yang Hongwen， Pu Guishu （Southwest Forestry University， Kunming，Yunnan 650224， China） Abstract： In order to obtain the characteristics of annual 9variation of particulate organic carbon （POC） in the returning farmland to forest project in Karst landf

16、orm area of Southwest China， the article selected the Chinese fir forest inSanjiangkou Town， Xingyi of Guizhou Province as the studying object， including cropland and six stands with different ages. Theresult showed that this area， the particle part ratioof Chinesefir forest soil doesnt show signifi

17、cant correlation in 11years at the 0-60cm soil layer， with the same sample point but different soil layers the particle part ratio is in accord. The content of POC in the 0-60cm soil layer decreased in early 5 years， and was lowest in the 5th year， and POC increased by 1.35g/kg， 1.05g/kg and 0.29g/k

18、g respectively each layer in the 11th year.From and after the 9th year， the content of POC was higher than that of cultivated land， and the content of POC in the vertical direction decreased with the increase of layer depth.Since returning farmland to forest， the proportion of POC has increased year by year， and the rate of increase is6.97% at the 11th year. Key words： returning farmland into forest project； Chinese fir forest； particulate organic carbon；annual variation