第２期 张国斌等：会同退耕还林不同造林模式下土壤有机碳分布特征 很大的差异 。 ．此外，土壤有机碳的数量和质量影响着土壤性质，在维持土壤质量、控制养分和污染物的生物 有效性中起着重要作用．近年来，世界各国按植被类型、土壤类型、生命带或模型，利用地理信息系统技术，从区 域尺度上描述土壤碳库不同层次的属性特征及其空间分布，不同林地土壤含碳量具有很大的差别．造林对土壤 碳储量的影响依赖于当地环境条件和造林实践过程，目前还没有一致的研究结论．Ｐｏｓｔ等［８ 认为，当农田转变 为森林之后，土壤有机碳会积累，这个积累过程实质上是原始的植被（森林）转变成农田之后有机碳损失的逆过 程．ＪｏｈｎｓｏｎＥ 通过综述得出了退耕还林将会导致土壤碳的增加，且在３Ｏ年里土壤碳将会增加５０ Ｍｇ／ｈｍ 的 结论 ．据Ｄａｖｉｄｓｏｎ和ＡｃｋｅｒｍａｎＥ“］，农业生态系统可以是大气ＣＯ。的源或汇，由于土壤有机质的分解及作物 秸秆的燃烧，由耕地变为林地后可以减少ＣＯ。的净排放．耕地作物的根系较浅，难以向土壤中输入足够的有机 物质，在ＳＯＣ贮量方面难以与树木相比．另外，林地因水土流失造成的ＳＯＣ流失量显著低于耕地ｎ ．也有研究 认为，造林后土壤碳储量在初期会下降，然后才开始积累 。 ． 由于土壤有机碳库组成的复杂性及其影响因素的多样性，所以森林碳循环和碳储量的研究仍然存在很大 的困难和不确定因素．在小尺度上获得的数据是可靠的，但在推绎到大尺度时存在重重困难ｎ引．西欧、北美各 发达国家和澳大利亚、新西兰等热带国家都在加大对造林后碳吸收、碳有效储存时间和碳空间分布的研究力 度．我国作为世界上人工林保存面积最大的国家，在这方面的研究还很不够［１ ．为了准确把握全球土壤碳分布 和储量状况，并能进行国际、区际间的对比，各国有必要加强合作，制定统一的土壤剖面选取标准，建立更加合 理的土壤估算模式，通过加密土壤剖面密度，提高土壤碳库研究的准确度和可比性 ． 目前我国正大力实施退耕还林工程，退耕还林后土壤理化性质和有机碳都将发生一定程度的变化，这必然 会对陆地生态系统碳循环造成较大的影响．为此，本研究以湖南会同退耕还林工程几种不同造林模式为对象， 探讨退耕还林工程不同造林模式对土壤有机碳的影响，为退耕还林工程的生态效益评估、研究土地利用变化对 全球碳循环的影响提供基础数据． １试验地概况 试验区设在湖南省会同 县内，地处云贵高原东缘和 雪峰山脉西南地段，位于东 经１Ｏ９。２６ ～１１Ｏ。Ｏ８ ，北纬 表１会同退耕还林工程不同造林模式林分特征 Ｔａｂｌｅ １ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ａｆｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｌａｎｄ ｆｏｒ ｆａｒｍｉｎｇ ｔｏ ｆｏｒｅｓｔｒｙ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ Ｈｕｉｔｏｎｇ ２６。４Ｏ ～２７。Ｏ９ ，气候属典型 亚热带湿润季风气候，特征 为：无霜期长，严寒期短，降 水充沛，相对湿度大，蒸发量 小，立体气候明显，小气候差 异大．年均温度１６．６ ｌＣ，年 均降水量１ ２６５ ｍｍ，年均Ｅｔ 照时数１ ４４５．３ ｈ，年均太阳 十符号“／”之前的数据表示前一种植物的数据，符号…／’之后的数据表示后一种植物的数据・ 总辐射量４．２×１０ Ｊ／ｃｍ ，年均蒸发量１ １４８．３ ｍｍ，年均相对湿度８Ｏ％，海拔高度３Ｏ０～５００ ｍ，相对高度小于 １５０ ｍ，为低山丘陵地貌类型．土壤系震旦纪板溪系灰绿色板岩发育的山地黄壤，质地细，介于轻壤与中粘壤之 间，表土褐色至淡黄橙色，心土为橙黄色，有机质含量在１Ｏ～３０ ｇ／ｋｇ之间，ｐＨ值４．８～５．７．地带性植被为常 绿阔叶林，以壳斗科Ｆａｇａｃｅａｅ的常绿树种如栲属Ｃａｓｔａｎｏｐｓｉｓ、青冈属Ｃｙｃｌｏｂａｌａｎｏｐｓｉｓ、石栎属ＬｉｔｈｏｃａｒｐｕＳ为建 群种，其次为樟科Ｌａｕｒａｃｅａｅ的樟属Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ、楠木属Ｐｈｏｅｂｅ；山茶科Ｔｈｅａｃｅａｅ的木荷属Ｓｃｈｉｍａ、山茶属 Ｃａｍｅｌｌｉａ以及木兰科Ｍａｇｎｏｌｉａｃｅａｅ、金缕梅科Ｈａｍａｍｅｌｉｄａｃｅａｅ、杜英科Ｅｌａｅｏｃａｒｐａｃｅａｅ的一些树种组成．本研 究选择的退耕还林造林模式５种，各种造林模式林分特征见表１． ２样品采集与分析方法 ２００７年５～６月份，在５种造林模式内分别随机设置４个样地，每个样地面积为２０ ｍ×２０ ｍ，分Ｏ～１５ 维普资讯 http://www.cqvip.com １０ 中南林业科技大学学报 第２８卷 ｃｍ，１５～３０ ｃｍ，３０～４５ ｃｍ，４５～６０ ｃｍ ４个层次采集土壤样品，取其平均值作为每种造林模式的最终分析结 果．同时，采用环刀法测定各层土壤密度． 将土壤样品带回实验室，采用烘干法测定土壤的含水量和吸湿水．土样经风干处理后过０．２５ ｍｍ筛，采用 重铬酸钾一水合加热法测定土壤有机碳含量． 应用ＥＸＣＥＬ、ＳＰＳＳ（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ｐａｃｋａｇｅ ｆｏｒ Ｓｏｃｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）１０．０软件包中的均数比较分析、方差分析、相 关分析等方法对数据进行统计分析与处理． ３结果与分析 ３．１ 不同造林模式下土壤的物理性状 土壤的物理性质是土壤肥力的重要因素．它的好坏直接或间接地影响着土壤的水、肥、气、热等状况． 土壤密度是土壤物理性质的一个重要指标，密度大小反映出土壤透水性、通气性和根系伸展时的阻力状 况 ］．从表２中可以看出，会同林地土壤密度在１．１６４～１．６０７ ｇ／ｃｍ。之间变化，土壤密度随土层深度增加略有 所增高，５种不同造林模式下土壤算术平均密度的大小排列顺序为马尾松林（１．５８２ ｇ／ｃｍ。）＞樟树林（１．３５８ ｇ／ｃｍ。）＞乐山含笑＋红花木莲林（１．３４２ ｇ／ｃｉｎ。）＞杜英樟树林（１．３１８ ｇ／ｃｍ３）＞杜英＋乐山含笑林（１．２９９ ｇ／ｃｍ。）．杜英＋乐山含笑林对土壤结构影响比较明显． 土壤水分是森林土壤的一个 表２不同退耕还林造林模式下土壤的物理性状 重要性状，它的供应情况在一定程 Ｔａｂｌｅ ２ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｔｏ ｆｏｒｅｓｔ 度上控制了林木的生长及土壤中 物质的转化和代谢过程，是森林土 壤主要肥力因素之一．它受气象、 植被、土壤理化性质及人为经营措 施的影响，不论何种林分及土壤层 次，其含水量的变化都与大气降水 密切相关口 ．从表２中可以看出，５ 种不同退耕还林造林模式下土壤 含水量随着土壤深度的增加而增 加，４个土壤层次平均含水量由低 到高排序为：马尾松林（２Ｏ．２６９％） ＜杜英樟树林（２３．８０６％）＜乐山 含笑＋红花木莲林（２５．２０８％）樟 树林（２６．９２６％）＜杜英＋乐山含 笑林（２９．６９５％）．这与土壤密度的 大小变化是一致的，即土壤密度越 小，土壤越疏松，保持水土能力越 好，土壤含水量就越大，杜英＋乐 山含笑林模式下土壤保持水土能 力最大，单一的马尾松林模式相对 较小． 十括号内的数据是样本标准差・ 土壤吸湿水是指干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持的气态水，土壤越黏，比表面积越大，吸湿能力 就越强，说明土壤的持水保肥能力越强．从表２中可以看出，不同造林模式下土壤吸湿水由低到高排序为：乐山 含笑＋红花木莲林（５．６８２ ）＜杜英＋乐山含笑林（５．８８６ ）＜樟树林（６．８０７％）＜马尾松林（６．９８８ ９／６）＜杜英 樟树林（７．７３０％），可见，杜英樟树林土壤的持水保肥能力最强． ３．２不同退耕还林造林模式下土壤有机碳含量 土壤有机碳的含量受造林模式和土壤深度两个因素的影响．由表３可以看出，５种不同造林模式下土壤有 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 张国斌等：会同退耕还林不同造林模式下土壤有机碳分布特征 机碳含量均随土壤深度增加而下降，变化规律大体为Ｏ～１５ ｃｍ＞１５～３Ｏ ｃｍ＞３Ｏ～４５ ｃｍ＞４５～６０ ＣｉＴＩ．方差显 著性分析结果表明，不同造林模式下同一层土壤有机碳含量存在显著的差异（户＜Ｏ．０５）；在Ｏ～１５ ＣｉＴＩ土层中， 有机碳含量大小排列顺序为乐山含笑＋红花木莲林（１．７０５ ）＞樟树林（１．６３９ ）＞杜英樟树林（１．５４０ ）＞ 杜英＋乐山含笑林（１．４４０％）＞马尾松林（１．０４７ ）；在１５～３０ ＣｉＴＩ土层中为乐山含笑＋红花木莲林（１．７４９ ） ＞杜英樟树林（１．５８７ ）＞杜英＋乐山含笑林（１．５８６ ）＞樟树林（１．１８６ ）＞马尾松林（Ｏ．７５２ ）；在３Ｏ～４５ ＣｉＴＩ土层中为杜英＋乐山含笑林（１．４２７ ）＞乐山含笑＋红花木莲林（１．３３４ ）＞杜英樟树林（１．１９４ ９／５）＞樟树 林（１．０２５％）＞马尾松林（Ｏ．６９８％）；在４５～６０ ＣｉＴＩ土层中为乐山含笑＋红花木莲林（１．１５０％）＞杜英樟树林 （１．０４０ ）＞樟树林（Ｏ．９７６ ）＞杜英＋乐山含笑林（Ｏ．９２９％）＞马尾松林（Ｏ．６４６％）．土壤（Ｏ～６０ ｃｍ）有机碳 的平均含量也存在显著的差异（声＜０．０５），表现为乐山含笑＋红花木莲林（１．４８５ ）＞杜英＋乐山含笑林 （１．３４６ ）＞杜英樟树林（１．３４０％）＞樟树林（１．２０７ ）＞马尾松林（Ｏ．７８６ ），混交林的凋落物要多于纯林的 凋落物，混合树种造林模式比单一树种造林模式更有利于提高土壤的有机碳含量．土壤中的有机碳主要来源于 动植物残体的分解，包括土壤微生物及其各级代谢产物和土壤腐殖质．不同造林模式凋落物的种类、数量和组 成不同，分解的难易程度也不同．乐山含笑是属于落叶阔叶林，红花木莲是属于常绿阔叶乔木，杜英是常绿阔叶 小乔木，樟树是常绿阔叶乔木，落叶树种的凋落物要多于常绿树种的凋落物，乔木越多，凋落物越多，所以土壤 中的碳含量表现为乐山含笑＋红花木莲林＞杜英＋乐山含笑林＞杜英樟树林．樟树属于常绿阔叶林，马尾松属 于常绿针叶林，阔叶凋落物比针叶凋落物分解快些，所以土壤中的碳含量表现为樟树林＞马尾松林． 表３不同造林模式下土壤的有机碳含量 Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｏｉｌ 十括号内的数据是样本标准差，同一行相同字母表示差异不显著，不相同字母的表示差异显著． ３．３不同退耕还林造林模式下土壤碳储量 土壤碳储量不仅与土壤有机碳含量有关，还与土壤的密度有关．由表４可以看出，马尾松林、樟树林、杜英 樟树林３种林分的土壤碳储量均随土壤深度增加而减少；而乐山含笑＋红花木莲林、杜英＋乐山含笑林１５～ ３０ ＣｉＴＩ土层碳储量高于Ｏ～１５ ＣｉＴＩ层的碳储量，其它２层碳储量基本随土壤深度增加而减少．不同造林模式土壤 有机碳储量主要集中在土壤Ｏ～３Ｏ ＣｉＴＩ土层中，马尾松林、樟树林、杜英樟树林、乐山含笑＋红花木莲林、杜英＋乐 山含笑林在该土层中有机碳储量分别占其土壤Ｏ～６Ｏ ＣｉＴＩ土层中的５７．４ 、５８．３％、５５ 、５７．５ 、５４．３ ９／ｉ． 表４不同造林模式下各土层有机碳储量 Ｔａｂｌｅ４ Ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔ／ｈｍ。 Ｔ括号内的数据为该种模式、该土层中有机碳储量占其土壤０～６０ ＣｌＴＩ土层中的百分数． ５种不同造林模式中，乐山含笑＋红花木莲林土壤（０￣６０ ｃｍ）碳储量最高，马尾松林的最低，大小表现为： 乐山含笑＋红花木莲林（１１９．４８３ ｔ／ｈｍ。）＞杜英樟树林（１０４．７９２ ｔ／ｈｍ。）＞杜英＋乐山含笑林（１０４．５４７ ｔ／ｈｍ２） ＞樟树林（９７．９８３ ｔ／ｈｍ。）＞马尾松林（７４．４９７ ｔ／ｈｍ。），与各种造林模式土壤有机碳的平均含量的大小排序基 本一致．但杜英樟树林的土壤碳含量小于杜英＋乐山含笑林的土壤碳含量，而杜英樟树林的土壤碳储量却要大 于杜英＋乐山含笑林的土壤碳储量，说明土壤碳含量高并不代表土壤有机碳储量也高，有机碳储量的高低还与 土壤密度有关． 维普资讯 http://www.cqvip.com １２ 中南林业科技大学学报 第２８卷 ４结论 马尾松林、樟树林、杜英樟树林、乐山含笑＋红花木莲林、杜英＋乐山含笑林对土壤密度、含水量、吸湿水、 碳储量的影响具有较大差异．５种不同造林模式下土壤平均密度的大小排序为马尾松林（１．５８２ ｇ／ｃｍ。）＞樟树 林（１．３５８ ｇ／ｃｍ。）＞乐山含笑＋红花木莲林（１．３４２ ｇ／ｃｍ。）＞杜英樟树林（１．３１８ ｇ／ｃｍ。）＞杜英＋乐山含笑林 （１．２９９ ｇ／ｃｍ。），土壤平均含水量由低到高排序为马尾松林（２０．２６９ ）＜杜英樟树林（２３．８０６ ）＜乐山含笑＋ 红花木莲林（２５．２０８ ）＜樟树林（２６．９２６ ）＜杜英＋乐山含笑林（２９．６９５ ），土壤吸湿水由低到高排序为乐 山含笑＋红花木莲林（５．６８２ ）＜杜英＋乐山含笑林（５．８８６ ）＜樟树林（６．８０７ ）＜马尾松林（６．９８８ ）＜杜 英樟树林（７．７３０ ），土壤碳储量的大小排序为乐山含笑＋红花木莲林（１ｌ９．４８３ ｔ／ｈｍ ）＞杜英樟树林 （１０４．７９２ ｔ／ｈｍ。）＞杜英＋乐山含笑林（１０４．５４７ ｔ／ｈｍ。）＞樟树林（９７．９８３ ｔ／ｈｍ。）＞马尾松林（７４．４９７ ｔ／ｈｍ。）． 可见，乐山含笑＋红花木莲造林模式在增加碳贮量和改善土壤结构方面具有较大的潜力，同时也表明了混交林 模式比单一树种造林模式更有利于促进土壤中相对分子质量大、腐殖质化度高、结构更为复杂的腐殖质的形成 和积累，更有利于增加土壤的碳储量． 参考文献： ［１］Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ Ｗ Ｈ．Ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ｃｈｒｏｎｏｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｆｏｒ ａ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ—ｓｔｏｒａｇｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９９０，３４８：２３２—２３４． ［２３李根前，黄宝龙，唐德瑞，等．毛乌素沙地中国沙棘无性系生长格局与生物量分配［Ｊ］．西北农林科技大学学报：自然科学版，２００１，２９（２）：５１— ５５． 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Ｃ，Ｗｅｉｌ Ｒ Ｒ．Ｔｈｅ Ｎａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｏｉｌｓ（１３ｅｄｓ）［Ｍ］．Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ：ＵＳＡ．２００２：２１—５２６： Ｌ１３］ＨＡＭＢＵＲＧ Ｓ Ｐ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ ｇｒｏｗｔｈ ｏｎ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｐｏｏｌｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｒｅｌｅａｓｅ ｆｒｏｍ ｓｕｂｓｉｓｔｅｎｃｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ［Ｃ］／／ ＳＴＯＮＥ Ｅ Ｌ．Ｆｏｒｅｓｔ ｓｏｉｌｓ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｍｐａｃｔｓ．Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ Ｐｒｅｓｓ，１ ９８４：１ ４５—１ ５８． ［１４３ ＪＵＧＡ，ＭＡＫＥＳＣＨＩＮＦ，ＲＥＨＦＵＥＳＳＫ Ｅ，ｅｔ ａ１．Ｓｈｏｒｔ—ｒｏｔａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂａｌｓａｍ ｐｏｐｌａｒｓ，ａｓｐｅｎ ａｎｄｗｉｌｌｏｗｓ ０ｎｆｏｒｍｅｒ ａｒａｂｌｅｌａｎｄｉｎ ｔｈｅ Ｆｅｄｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅｒｍａｎｙ（ⅡＩ）：Ｓｏｉｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ［Ｊ］．Ｆｏｒｅｓｔ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍａｎａｇｅ，１９９９，１２１：８５—９９． ［１５］杨洪晓，吴波，张金屯，等．森林生态系统的固碳功能和碳储量研究进展［Ｊ］．北京师范大学学报（自然科学版），２００５，４１（２）：１７２－－１ ７６． ［１６３史军，刘纪远，高志强，等．造林对土壤碳储量影响的研究［Ｊ］．生态学杂志，２００５，２４（４）：４１０－－４１６． ［１ ７］贾宇平．土壤碳库分布与储量研究进展［Ｊ］．太原师范学院学报（自然科学版），２００４，３（４）：６２—６４． ［１８］北京林学院．土壤学［Ｍ］．北京：中国林业出版社，１９８２． ［１９］李文华．西藏森林［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９３：３—１２． ［本文编校：谢荣秀］
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