天山森林土壤有机碳的空间分异规律及其影响因素

发布时间：2020-07-05 13:40

【摘要】：对森林土壤有机碳库含量的估测及其影响因素的研究一直是学术界关注的热点。土壤有机碳及其组分的空间分异规律受水热梯度和森林发育等的多种影响，前人在混交林内开展的工作因无法区分群落类型变化的影响权重而无法准确反映出森林土壤有机碳在水热梯度上的变化规律。天山云杉森林为纯林类型，在天山山脉巨大山体上呈带状分布（平均海拔下限1750m至平均海拔上限2760m），天山云杉林森林带从东至西、从海拔下限至海拔上限均存在较明显的水热梯度，所以能够排除混交林中因群落类型变化的影响而专注于水热梯度对土壤有机碳的影响。因此，本研究在天山云杉森林带开展的土壤有机碳及其物理组分的空间分异规律工作具有较大的科学价值。根据气候特点、地形地貌、群落结构以及森林长势等标准，将天山云杉林森林带分为东段（哈密地区为代表）、中段（乌鲁木齐地区为代表）、西段（伊犁地区为代表）。在东段、中段、西段的三个研究区按每200m的海拔梯度分别设置系列样地，其中，东段从森林海拔下限2100m至海拔上限2760m设三个海拔梯度，中段从森林海拔下限1760m至海拔上限2760m设五海拔梯度，西段从森林海拔下限约1700m至海拔上限2760m设五海拔梯度，在每个海拔梯度上设立三个样地，以统一的规范标准在每个样地上挖取一个以上标准土壤剖面，在各土壤剖面上按0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-100cm分层取土样。土样带回实验室风干后过筛处理，分别用重铬酸钾氧化—外加热法、相对密度分组法、颗粒大小分组法测定总有机碳（SOC, Soil Organic Carbon）、轻组有机碳（LFOC, LightFraction Organic Carbon）、重组有机碳（HFOC, Heavy Fraction Organic Carbon）、颗粒有机碳（POC, Particulate Organic Carbon）。通过对实验数据的分析，探讨天山云杉森林土壤有机碳及其各物理组分的在水热梯度上的垂直分布规律（沿海拔）和水平分布规律（自东向西），并分析水热配比关系与森林长势对天山云杉森林土壤有机碳空间分异规律的综合影响。结果表明：（1）在0—1m的标准土壤剖面内，东、中、西三段天山云杉森林各海拔梯度上的SOC均呈随着土层的加深逐渐减少的规律，0—40cm表层土的有机碳含量约占全剖面SOC含量的70％—80％，40—100cm深层的有机碳含量约占全剖面总含量20％—30％,表现为明显地表聚现象；（2）随着海拔的升高，东段天山云杉森林在标准剖面上的总SOC呈现出先减少后增加的趋势，中段和西段天山云杉森林总SOC呈现出先减少后增加再减少的趋势；（3）在0—1m的标准土壤剖面上，东、中、西三段天山云杉森林各海拔梯度的SOC均呈现出中段＞西段＞东段的规律，其中，中段与西段差异不显著，而东段天山云杉森林各海拔梯度的SOC均显著低于中段与西段；（4）轻组有机碳（LFOC）、重组有机碳（HFOC）在0—1m标准剖面上的分布规律与SOC的分布规律一致，而颗粒有机碳（POC）呈现出在0—1m标准剖面各土层上均匀分布的现象；（5）天山云杉森林各海拔梯度的标准剖面上，重组有机碳（HFOC）占SOC的比例为60％—70％，轻组有机碳（LFOC）占SOC的比例为20％—30％，颗粒有机碳（POC）占SOC的比例为10％左右；（6）随着海拔的升高，东段天山云杉森林SOC、LFOC与HFOC均呈先减少后增加的趋势，而POC呈先增加再减少的趋势；西段天山云杉森林LFOC、HFOC、POC的变化与SOC的变化规律一样呈先减少后增加再减少的趋势。（7）东、西两段天山云杉森林LFOC、HFOC、POC的大小服从西段＞东段的规律，这种差异主要出现在土壤表层，而在深层土壤中没有显著的差异；（8）天山云杉森林SOC的空间分异规律是气候条件与森林长势的共同结果，SOC与降水量呈正相关、而与温度呈负相关，SOC与树木胸径呈正相关。本研究突破了前人无法排除的群落类型变化对土壤有机碳影响的问题，得到了土壤有机碳及其物理组分在天山云杉森林内的垂直分异规律和水平分异规律，该规律完全可以认为只受到气候因素和森林长势的影响，这对在大尺度上研究气候对土壤有机碳的空间分异影响的问题具有重要的参考借鉴意义。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S714.2
【图文】：

天山北坡,月平均气温,天山,黑果小檗

年总辐射量达 5.85×105 J/cm2·a，年均气温约为 2—3 ℃，历年极端最高温为 30.5℃，极端最低温为-30.2 ℃，年降水量 400—600 mm，最大积雪深度为 65 cm。天山北坡西段是属温带大陆性气候，年平均温度 5—7 ℃，1 月平均气温为-10 ℃，7 月平均气温为 22.6 ℃，年平均降水量为 600—800 mm，全年 60%的降水量集中在 5－8 月，年平均蒸发量 1100—1200 mm，年平均相对湿度 70%以上，无霜期 120 d[122]。天山三段研究区土壤类型是以灰褐色森林土为主，主要地被植物有黑果小檗(Berberis heteropoda)、红果小檗(Berberis nummularia)、天山花楸(Sorbustianschanica) 、黑果荀子 (Cotoneastermelanocarpus) 、蔷薇 (Rosa) 、绣线菊(Spiraeahypericifolia)、忍冬(Lonicera)、老鹳草(Geranium wilfordii Maxim)、天山羽衣草 (Alchemilla tianschanica) 、羊角芹 (Aegopodiumpodagraria) 、婆婆纳（Veronica ciliata Fish）、青兰（Dracocephalum moldavica）、鹿蹄草（Pyroladecorata）、千叶草（Mnehlenbeclcia complere）等。

天山东段,海拔,土壤,土层

天山森林土壤有机碳的空间分异规律及其影响因素26图3-1 天山东段土壤同一海拔不同土层的有机碳含量变化规律Fig.3-1 Fig.1 Soil organic carbon content variation of same altitudes at the different depth in theEastern Tianshan3.1.2 土壤有机碳沿海拔的变化规律对于不同海拔梯度同一个土层来讲，从土层 0—100 cm 的四个土层有机碳总含量变化大体上接近于先减少后增加的趋势（图 3-2）。土层 0-20 cm 的有机碳总含量表现为随着海拔梯度的增加而减少，从 20—100 cm 的三个土层中，都会出现随着海拔的增加有机碳总含量大体上增加的现象。最上土层的变化值虽然表现的愈来愈减少，但在统计学上没有显著性差异。土层 20—40 cm 和 60—100 cm的两个土层中海拔 2100—2300 m 与 2500—2700 m 梯度上没有显著性差异，而这两层跟海拔 2300—2500 m 的有机碳总含量存在显著性差异（P＜0.05）。40—60cm 的土层的有机碳含量变化跟其他土层的有区别，主要表现在海拔 2100—2300m 与 2300—2500 m 的有机碳含量没有显著性差异方面。对于整个研究区而言，无论是哪个土层随海拔的增加偏向于先减少再增加的趋势最终导致了天山东段有机碳总含量随着海拔梯度的增加呈先减少后增加的变化规律。

【参考文献】