海南岛西部原始林土壤有机碳分布特征及其影响因素.pdf

第 卷 第 期东 北 林 业 大 学 学 报.年 月 .)海南省院士创新平台项目()海南省研究生创新平台项目()第一作者简介:吴慧女 年 月生海南师范大学地理与环境科学学院硕士研究生现工作于杭州市严州中学新安江校区:.通信作者:赵志忠海南师范大学地理与环境科学学院教授:.收稿日期:年 月 日责任编辑:段柯羽海南岛西部原始林土壤有机碳分布特征及其影响因素)吴慧 赵志忠 吴丹(海南师范大学海口)摘 要 以海南岛热带雨林西部最具代表性的尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭 个区域的森林土壤作为研究对象分析原始林区域土壤有机碳的空间分布规律探究土壤理化性质、地形因子对土壤有机碳分布特征及稳定性的影响结果表明:个原始林地区土壤有机碳平均质量分数由大到小依次为鹦哥岭(.)、尖峰岭(.)、霸王岭(.)为中等变异 尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭原始林表层土壤有机碳质量分数占整个土壤剖面有机碳质量分数的百分比分别为.、.、.其表聚性非常明显 研究区内各原始林区有机碳质量分数总体随着海拔的上升而升高 尖峰岭、霸王岭区域土壤有机碳质量分数与粉粒、黏粒占总粒级数量的比例呈正相关与砂粒占总粒级数量的比例呈负相关鹦哥岭有机碳质量分数与粗砂粒占总粒级数量的比例呈正相关 各原始林易氧化有机碳质量分数与有机碳质量分数呈极显著正相关(.)土壤 与有机碳质量分数的相关性由强至弱依次为鹦哥岭、尖峰岭、霸王岭相关系数分别为.、.、.海拔、土壤质地、土壤 是影响研究区有机碳质量分数的主要因子关键词 海南岛原始林有机碳质量分数影响因素分类号 /(.)/():.(.)(.)(.).(.).海洋、陆地、大气等是全球生态系统的主要构成随着社会经济的发展人类不合理的生产与生活方式使全球生态系统面临严重威胁 据荷兰环境评估署()年发布的数据调查报告显示全球工业生产中 排放量占温室气体总排放量的.因此降低大气中 含量与增加“碳汇”已成为人们的共识 土壤碳库是有机碳最稳定的载体同时在碳循环中扮演关键角色 在众多的土壤类型中森林土壤有机质质量分数远高于农业土壤其为陆地生态系统提供了约 的碳储量 热带森林土壤碳库备受人们关注据统计热带森林面积占全球植被覆盖面积的 其净初级生产力占全球陆地植被生产力的 森林土壤碳储量占全球土壤碳储量的 海南热带雨林公园拥有我国面积最大的热带雨林区域是我国首批国家公园是海南建设国家生态文明示范区的基石 长期以来因海南热带雨林原始林分布地地势陡峻树多藤密可进入性较差导致关于海南岛热带雨林原始林土壤有机碳分布特征的研究较少 本研究以海南岛热带雨林西部区域最具代表性的 座山地的原始林土壤作为研究对象分析不同区域土壤有机碳质量分数的空间分布规律探讨土壤质地分布、土壤、海拔对有机碳分布特征的影响探究热带雨林地区土壤有机碳的影响因子及“碳汇”特征为区内土壤质量改良、土壤固碳增汇潜力建设提供参考 研究区概况选取乐东尖峰岭、昌江霸王岭、白沙鹦哥岭作为研究区域研究区处于海南岛热带雨林区中西部属热带海洋性季风气候光照充足雨热同期干湿季明显 年平均气温 年降水量为 尖峰岭、霸王岭这 个区域内台风和降水量比较少干旱期长达 个月植被类型以热带季雨林、混交季雨林和落叶林为主 鹦哥岭区域内降水量分布不均匀丘陵上部为稀树草原水土流失情况较为严重 个区域内的原始林区林木高大茂密常绿林分结构复杂 原始林区内树种主要有坡垒(.)、陆均松()、石梓(.)、青梅()、紫荆木()、黄檀()、桄 榔(.)、海南粗榧()、苦梓(.)、绿楠()、油 丹(.)、高山榕()等乔木大型的木质藤本有倪藤()、杜仲藤()等 材料与方法.土壤样品采集与测定 年 月在尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭的原始林区域各选取具有代表性的 块样地(表)在样地内随机设置面积约为 的样方用梅花布点法在各样方内选择 个采样点 先去除各采样点土壤表面杂物再用洛阳铲、铁锹等工具分层采集土壤深度()为 、土层的土壤样品 将各采样点位处于相同土层的土样混合成 个土样放入已经做好标记的塑料密封袋共采集 个土壤样品 在实验室去除土壤样品中生物肢体、树枝、石块等物质放入聚乙烯托盘中等待自然风干 选取一部分样品过.筛分装测试土壤样品粒度另一部分压碎碾磨过.筛分样待测土壤、总有机碳、易氧化有机碳质量分数土壤有机碳采用重铬酸钾氧化外加热法测定土壤易氧化有机碳采用高锰酸钾氧化法测定(根据质量分数不同的高锰酸钾受氧化的程度来判断有机碳活性程度其中()溶液 (碳).)土壤质地分布采用激光粒度分析仪()测定采用美国制划分标准对土壤粒度分级土壤酸碱度运用电位法测定表 研究区内原始林土壤样地基本情况样地海拔范围/坡度/()土壤颜色主要树种尖峰岭 褐色 陆均松、高山榕、倪藤、杜仲等霸王岭褐色 陆均松、高山榕等鹦哥岭褐色 陆均松、高山榕、坡垒、黄檀等.数据处理分别采用 、.软件对数据进行预处理和数理统计学分析 采用单因素方差分析()和最小显著差异法()分析尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭土壤有机碳质量分数在同一山地不同土层的差异性采用双变量相关分析法获取土壤有机碳质量分数与土壤易氧化有机碳质量分数、土壤理化性质(土壤质地、)的相关系数 针对相关性强的指标进一步采用回归分析来拟合土壤有机碳质量分数与影响因子之间的相关性 结果与分析.土壤有机碳质量分数分布特征.土壤有机碳质量分数水平空间分布特征对研究区内尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭的有机碳质量分数水平空间分布特征进行描述性统计可以发现(表)在原始林区 的土壤柱状剖面中尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭的有机碳质量分数变化范围分别为.、.、.有机碳平均质量分数由大到小依次为鹦哥岭(.)、尖峰岭(.)、霸王岭(.)变异系数()集中分布在 为中等变异()研究区内有机碳质量分数标准差较大说明其具有较强的空间差异性土壤类型、降水量、温度、植被覆盖等因素会影响土壤有机碳质量分数的分布这些影响因素相互作用导致有机碳分布出现复杂的空间变异性鹦哥岭、尖峰岭的土壤类型更适合有机质的积累受东南季风和台风的影响鹦哥岭的气候条件更加湿润降水量更多且该地区主要树种为陆均松、高山榕、坡垒、黄檀等这些条件均有利于有机质的积累及保留而霸王岭的气候条件较为干燥会导致有机质流失及分解对研究区内尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭原始林的有机碳质量分数平均值进行单因素方差分析可以发 东 北 林 业 大 学 学 报 第 卷现尖峰岭有机碳质量分数与霸王岭、鹦哥岭有机碳质量分数存在显著性差异(.)而霸王岭有机碳质量分数与鹦哥岭有机碳质量分数间无显著性差异这因为霸王岭、鹦哥岭的植被类型及土壤性质相似表 不同山地原始林土壤有机碳质量分数样地有机碳质量分数/最小值最大值平均值标准差变异系数/尖峰岭.霸王岭.鹦哥岭.注:数据后同列不同大写字母表示差异显著(.).土壤有机碳质量分数垂直剖面分布特征对研究区内尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭的有机碳质量分数垂直剖面分布特征进行描述性统计发现(表)在 土壤垂直剖面中不同土层有机碳质量分数由大到小依次为土壤表层()、中层()、底层()即随着土层加深土壤有机碳质量分数不断递减 尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭原始林表层有机碳质量分数占整个土壤剖面有机碳质量分数的比例分别为.、.、.说明有机碳质量分数主要在土壤表层累积其表聚性非常明显表层土壤中植物残体和有机肥料等有机物质较为丰富土壤通气性较好氧气充足同时光照、温度等环境条件也更利于微生物生长、代谢及有机物分解 由于水分和营养物质的渗透和迁移因此底层土壤有机碳质量分数相对较低且该层土壤通气性较差氧气供应不足微生物的代谢及生长能力也相应减弱导致有机物质分解、转化的速度较慢有机碳积累相对较少单因素方差分析结果可知土壤表层土壤有机碳质量分数与中层、底层土壤的具有显著性差异(.)但中层与底层土壤有机碳质量分数无显著差异 这是因为垂直土壤剖面有机碳质量分数受根系垂直分布特征、微生物活性强度的影响 在 土层成土母质大致相同微生物活性均降低植被分解速度较慢因此土壤中层、底层有机碳质量分数无显著差异表 同一山地类型不同土层土壤有机碳质量分数土壤深度()/土壤有机碳质量分数/尖峰岭霸王岭鹦哥岭(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)(.)注:表中数据为平均值标准差数据后同列不同小写字母表示差异显著(.).海拔梯度对土壤有机碳的影响不同海拔梯度处水热条件、土壤性质、生物生长情况不同 海南岛位处于低纬度地区山地地势陡峭对土壤有机碳质量分数分布特征影响显著 研究区内原始林在同一土层不同海拔梯度的有机碳质量分数呈“低高低高”的“”形变化趋势 对于尖峰岭地区土壤有机碳质量分数其在海拔()处土壤表层达到最大值为.在海拔 处土壤底层达到最小值为.对于霸王岭地区土壤有机碳质量分数其在海拔 处土壤表层达到最大值为.在海拔 处土壤底层达到最小值为.对于鹦哥岭地区土壤有机碳质量分数其在海拔 处土壤表层达到最大值为.在海拔 处土壤中层达到最小值为.(表)表 不同海拔梯度时山地原始林土壤有机碳质量分数样地海拔()/土壤有机碳质量分数/尖峰岭.霸王岭.鹦哥岭.由表 可知在相同海拔范围内随着土层深度的加深有机碳质量分数逐渐减少即不同土层有机碳质量分数由大到小依次为表层、中层、底层 研究区内的原始林区有机碳质量分数总体上随着海拔的上升而升高这是因为在不同海拔梯度时温度、降水、植被凋落物的差异性会造成森林在特定环境条件下有机质输入与输出量的平衡值不同 由于地面辐射是大气的直接热源随着海拔的升高地表温度降低微生物活动受到抑制 此外较高海拔处较低的温度导致蒸发量变小湿度变大这也降低了微生物对地表凋落物的分解速率利于土壤有机碳的积累 高海拔地区受人为活动的影响小且降水使凋落物与土壤充分接触而凋落物充分暴露在空气中其叠加累第 期 吴慧等:海南岛西部原始林土壤有机碳分布特征及其影响因素积量相对较小促使植被生物量增加有利于土壤有机碳累积量增加.土壤有机碳与易氧化有机碳、土壤性质之间的关系.土壤有机碳与土壤机械组成的相关性尖峰岭、霸王岭原始林以土壤粒径()为 作为界限有机碳质量分数与粉黏粒()占总粒级数量的比例保持相同的变化趋势与细砂粒()、粗砂粒()占总粒级数量的比例保持相反的变化趋势 尖峰岭、霸王岭地区原始林有机碳质量分数与粗粉粒()占总粒级数量的比例呈显著正相关(.)与细砂粒()、粗砂粒()占总粒级数量的比例呈显著负相关(.)鹦哥岭原始林有机碳质量分数与细砂粒()占总粒级数量的比例呈现极显著负相关与粗砂粒()占总粒级数量的比例呈显著正相关(.表)表 土壤有机碳质量分数与土壤各粒级数量占总粒级数量比例的相关系数相关因子相关系数黏粒()粗黏粒()细粉粒()粗粉粒()细砂粒()粗砂粒()尖峰岭有机碳质量分数.霸王岭有机碳质量分数.鹦哥岭有机碳质量分数.注:表示显著相关(.)表示极显著相关(.)土壤有机碳及其组分质量分数与粉粒、黏粒占总粒级数量的比例呈正相关与砂粒占总粒级数量的比例呈负相关 一般而言除去一部分有机碳后将其混合在矿质土粒或溶解在溶液中大部分有机碳以有机形式或和无机成分相互结合的方式形成有机无机复合体 黏粒、粉粒通气透水较差、比表面积大而有机碳与较细土粒结合时不易被微生物分解且土壤本身就带有更多正电荷容易和带负电荷的腐殖质等物质结合 砂粒则与黏粒、粉粒相反颗粒大且保水、保肥较差比起球形颗粒同体积的棱角颗粒不易吸附有机碳故有机碳质量分数较少 鹦哥岭原始林区有机碳质量分数与粗砂粒占总粒级数量的比例呈正相关这是因为砂粒占总粒级数量比例高的土壤孔隙度较大有利于促进团聚体有机碳的累积.土壤有机碳与易氧化有机碳、土壤 的回归分析本研究发现易氧化有机碳质量分数与有机碳质量分数在土壤垂直剖面上分布规律一致即随着土层加深有机碳质量分数、易氧化有机碳质量分数自表层向底层逐渐减少 这是由于土壤易氧化有机碳质量分数主要与地上凋落物、植物根系、土壤微生物数量等密切相关 土壤深层处微生物代谢能力下降、外源碳物质减少且深层土壤密度大土壤紧实有机碳驻留的时间长有效性低故易氧化有机碳质量分数较低研究区内原始林易氧化有机碳质量分数与有机碳质量分数呈现极显著正相关(.图)由此推断土壤有机碳是影响土壤易氧化有机碳的重要因子随着有机碳质量分数的增加易氧化有机碳质量分数也增加 这也说明了易氧化有机碳是衡量有机碳的敏感性指标研究区内土壤 自土壤表层向底层逐层递减 对区内原始林土壤 与有机碳质量分数进行线性回归分析结果表明土壤 与有机碳质量分数呈负相关各原始林土壤 与有机碳质量分数的相关性由强至弱依次为鹦哥岭、尖峰岭、霸王岭相关系数分别为.、.、.(表)蔡文良等研究发现海南尖峰岭热带雨林土壤 与土壤有机碳和活性有机碳呈显著负相关关系(.)图 研究区有机碳质量分数与易氧化有机碳质量分数的相关性 东 北 林 业 大 学 学 报 第 卷表 土壤 和有机碳质量分数的拟合方程样地拟合方程尖峰岭.霸王岭.鹦哥岭.结论本研究以地处海南岛西部山区尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭原始林的土壤作为研究对象分析土壤有机碳质量分数在水平空间及土壤垂直剖面的分布特征 结合土壤理化性质、地形因子探讨了土壤有机碳质量分数及其影响因素研究区有机碳平均质量分数由大到小依次为鹦哥岭(.)、尖峰岭(.)、霸王岭(.)变异系数集中分布在 为中等变异 有机碳质量分数标准差较大说明其具有较强的空间差异性 尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭原始林表层有机碳质量分数占整个土壤剖面的比例分别为.、.、.有机碳质量分数主要在 土层中累积其表聚性非常明显研究区内的原始林区有机碳质量分数总体上随着海拔的上升而升高 尖峰岭、霸王岭原始林区土壤有机碳质量分数与粉粒、黏粒占总粒级数量的比例呈正相关与砂粒占总粒级数量的比例呈负相关各原始林易氧化有机碳质量分数与有机碳质量分数呈极显著正相关(.)各原始林土壤 与有机碳质量分数呈负相关相关性由强至弱依次为鹦哥岭、尖峰岭、霸王岭 相关系数分别为.、.、.参 考 文 献 .():.:./.:./.:.(/):.():.周淑贞.海南岛的气候特征.华东师范大学学报(自然科学版)():.周璋李意德林明献等.海南岛尖峰岭热带山地雨林区 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