不同經(jīng)營模式下東北紅松天 然次生林碳氮庫分析畢業(yè)設(shè)計論文

1、 畢 業(yè) 論 文題目：不同經(jīng)營模式下東北紅松天 然次生林碳氮庫分析 學(xué) 院(系): 林 學(xué) 院 專 業(yè) : 生 態(tài) 學(xué) 班 級 : 2010級 學(xué) 號 : 1036180124 學(xué)生姓名 : 指導(dǎo)教師 : 2014年6月摘要碳和氮是土壤質(zhì)量中最為重要的指標，它不僅反映土壤肥力水平，也印證著區(qū)域生態(tài)演變規(guī)律和生態(tài)建設(shè)的基本成果。東北紅松天然次生林質(zhì)量低下，已不能滿足人口和社會發(fā)展對森林生態(tài)、經(jīng)濟和社會等多功能的需求，如何科學(xué)和可持續(xù)地經(jīng)營和利用東北天然次生林，成為亟待解決的科學(xué)問題。本文對傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）、目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）和無干擾森林經(jīng)營模式（

2、FM4）對東北紅松天然次生林土壤有機碳氮含量及儲量進行研究。研究結(jié)果表明：在4種不同經(jīng)營模式下土壤碳氮含量和碳氮儲量均呈現(xiàn)出020cm土層顯著高于2040cm和4060cm土層，土壤碳氮含量和碳氮儲量都是隨著土層的加深而逐漸減少。4種不同經(jīng)營模式土壤層（060cm）土壤有機碳儲量大小為：目標樹森林經(jīng)營模式（228.64t/ha）>無干擾森林經(jīng)營模式（205.36t/ha）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（200.56t/ha）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（182.53t/ha）；土壤層（060cm）土壤氮儲量大小為目標樹森林經(jīng)營模式（11.35t/ha）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（11.17t/ha）&

3、gt;調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（11.06t/ha）>無干擾森林經(jīng)營模式（10.19t/ha）。關(guān)鍵詞：森林經(jīng)營 紅松天然次生林 碳儲量 氮儲量Analysis of different operation mode of Northeast Natural Korean pine forest soil carbon and nitrogen poolsAbstractCarbon and nitrogen is the most important indicator of soil quality, it not only reflects the level of soil fer

4、tility, also confirms the basic results of regional ecological evolution and ecological construction. The poor quality of the Northeast Natural Korean pine forest, has been unable to meet the population and social development demand for multifunctional forest ecological, economic and social, how sci

5、entific and sustainable management and utilization of natural secondary forest in Northeast, become urgent scientific problem. Based on the traditional forest management regime (FM1), target tree forest management regime (FM2), tree species adjusting forest management regimes (FM3) and no disturbanc

6、e forest management regime(FM4) to carry on the research of Northeast Natural Korean pine forest soil organic carbon and nitrogen content of reserves. The results showed that: under 4 different operating modes of soil carbon and nitrogen content and carbon and nitrogen storage showed 020cm soil laye

7、r was significantly higher than that of 2040cm and 4060cm soil layer, soil carbon and nitrogen content of nitrogen and carbon reserves are gradually reduced along with the depth of soil. 4 kinds of different operation mode of soil layer (060cm) soil organic carbon storage size: target tree forest ma

8、nagement regime(228.64t/ha) > no disturbance forest management regime (205.36t/ha) > traditional forest management regime (200.56t/ha) > tree species adjusting forest management regimes(182.53t/ha); soil layer (060cm) soil nitrogen storage size the target tree forest management regime (11.3

9、5t/ha) > traditional forest management regime (11.17t/ha) > tree species adjusting forest management regimes(11.06t/ha) > no disturbance forest management regime(10.19t/ha).Keywords: Forest management；Korea pine natural secondary forest；Carbon storage；Nitrogen storageI目 錄摘要IAbstractII目 錄I第一

10、章 前言11.1 研究背景11.2 研究目的與意義2第二章 研究區(qū)概況22.1 地理32.2 地貌32.3 水文32.4 氣候32.5 土壤3第三章 研究方法53.1 經(jīng)營模式53.1.1 傳統(tǒng)森林經(jīng)營模式（FM1）63.1.2 目標樹經(jīng)營模式（FM2）63.1.3 調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）63.1.4 無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）63.2 樣方設(shè)置73.3 數(shù)據(jù)測定83.3.1 樣品采集與測定83.3.2 土壤碳、氮儲量計算8第四章 結(jié)果與分析94.1 不同經(jīng)營模式下東北紅松天然次生林土壤碳庫差異分析94.1.1土壤有機碳含量差異分析94.1.2 土壤碳儲量差異分析114.2 不同經(jīng)

11、營模式下東北紅松天然次生林土壤氮庫差異分析12第五章 結(jié)論與討論145.1 土壤有機碳含量和碳儲量145.2 土壤全氮含量和氮儲量15參考文獻16致 謝18I第一章 前言1.1 研究背景土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的核心，是連接大氣圈、水圈、生物圈以及巖石圈的紐帶。土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫中最大的貯庫，而且是其中非?；钴S的部分。全球約有1.4×10181.5×1018g碳是以有機質(zhì)形態(tài)儲存于地球土壤中，是陸地植被碳庫（0.5×10180.6×1018g）的23倍，是大氣碳（0.75×1018g）的2倍13。由于土壤有機碳儲量巨大，其較小幅度的變化就有可

12、能影響到碳向大氣的排放，進而影響陸地植被的養(yǎng)分供應(yīng)，對陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布、組成、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生深刻影響，因此土壤有機碳在全球碳循環(huán)過程中起著極其重要的作用。因此土壤有機碳在全球碳循環(huán)過程中起著極其重要的作用。土壤有機碳不僅為植被生長提供碳源，維持土壤良好的物理結(jié)構(gòu)，而且以CO2等溫室氣體形式向大氣釋放碳，以氣候變暖為標志的全球變化必將影響到土壤有機碳的滯留于周轉(zhuǎn)，而這些變化又將對氣候變暖產(chǎn)生反饋作用，加速或減緩全球氣溫上升的速率4。因此，全面理解土壤有機碳的性質(zhì)和變化規(guī)律，不僅有助于正確評估土壤有機碳的變化方向、變化速率以及全球碳循環(huán)，而且對準確地預(yù)測氣候變化以及制定應(yīng)對氣候變化的策略和措施具

13、有重要意義。土壤有機碳不僅影響土壤結(jié)構(gòu)，而且還影響土壤的持水性能、緩沖性能、生物多樣性以及植物營養(yǎng)的生物有效性，環(huán)節(jié)或調(diào)節(jié)與土壤退化及土壤生產(chǎn)力有關(guān)的一系列土壤過程。土壤有機碳是反映土壤質(zhì)量或土壤健康的一個重要指標，直接影響土壤肥力和作物產(chǎn)量的高低。陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳在循環(huán)過程中會受到其他養(yǎng)分元素的制約，其中氮是主要的制約因素之一。一方面，土壤碳氮比通常被認為是土壤氮素礦化能力的標志，碳氮比低有利于微生物在有機質(zhì)分解過程中的養(yǎng)分釋放，土壤中的有效氮增加；反之，微生物在分解有機質(zhì)的過程中會存在氮受限，從而與植物存在對土壤無機氮的競爭，不利于植物的生長。另一方面，植物體死亡以后，枯枝落物分解進入土壤

14、的量和速率與植物組織中的碳氮比又有直接關(guān)系。從而，碳素和氮素在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中被緊密的聯(lián)系在一起5。因此，研究土壤碳68氮儲量成為全球變化科學(xué)的一個重點和熱點。國內(nèi)外目前有關(guān)土壤中氮礦化和硝化作用研究較多，在土壤氮儲量方面也有一些研究。但這些主要是針對各種土壤類型的氮儲量進行的研究，如張春娜等9對中國森林020 cm土壤表層的平均氮密度和氮庫儲量的研究。李明銳、沙麗清等10對西雙版納六種常用土地利用方式的土壤氮儲量的研究。孫志高等11對三江平原不同水分帶上小葉樟濕地氮的垂直分布特征的研究。張鵬等12研究祁連山自然垂直帶陰陽坡表層土壤全氮分布與海拔、地形，植被和土壤特性的關(guān)系，表明陰坡土壤的

15、全氮含量顯著高于陽坡。氮素是植物的主要養(yǎng)分來源之一，是植物生長不可或缺的元素，植物體內(nèi)許多重要有機化合物的組成都需要有氮元素的參與。土壤固氮能力直接影響著植物的生長。陸地生態(tài)系統(tǒng)的氮主要以有機的形式存在，人類各種對生態(tài)系統(tǒng)的干擾都會影響到氮的固定13。氮的流失不僅會導(dǎo)致植物生長不利，同時可以加劇水體污染。森林為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其土壤氮的空間分布反映了土壤養(yǎng)分的供給狀況及其對森林植被的可利用水平，其土壤氮庫的變化，直接影響著全球氮著固氮功能，研究森林土壤氮分布特征，了解森林土壤氮的吸收與利用，對于合理利用森林，提高森林的生態(tài)功能有重要作用。近十幾年來，國內(nèi)外生態(tài)學(xué)和土壤學(xué)家對森林碳、氮儲量極

16、為關(guān)注，并開展了大量的研究，但是由于森林類型的多樣性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等因素導(dǎo)致對森林土壤碳氮儲量的估算存在較大的不確定性。1.2 研究目的與意義紅松是松科松屬的常綠喬木，產(chǎn)于中國東北長白山到小興安嶺，常與魚鱗松、紅皮云杉組成混交林?；ㄆ?月，球果第二年9-10月成熟。紅松喜光性強，耐寒性強，喜微酸性土或中性土，對土壤水分要求較高，不宜過干、過濕的土壤及嚴寒氣候。本文通過比較不同經(jīng)營模式下東北紅松天然次生林土壤質(zhì)地、植被類型對土壤有機碳氮庫的動態(tài)變化關(guān)系，研究不同經(jīng)營模式下的土壤有機碳氮含量及儲量分布特征，為探究東北紅松天然次生林多目標經(jīng)營模式提供科學(xué)依據(jù)。第二章 研究區(qū)概況2.1 地理研究區(qū)地處

17、小興安嶺南坡的低山丘陵地帶，位于黑龍江省哈爾濱市林業(yè)局丹清河林場內(nèi)（129°11129°25E，46°3146°39N，見圖1）。丹清河林場場界東北與南岔林業(yè)局相接，西北與朗鄉(xiāng)林業(yè)局為鄰，南、西南同煙筒山林場相毗鄰，東、東南與四塊石林場相連。丹清河林場境內(nèi)有國家級森林公園丹清河森林公園。2.2 地貌林場東部與四塊石林場交界處有四塊石主峰，它的主脈伸向西北和西南直至巴蘭河沿岸為止，中間形成山脈起伏的山帶，坡度一般在15°左右。由于巴蘭河縱貫全場中部，故把全場分成河?xùn)|、河西兩部分。境內(nèi)最高海拔1028米，最低海拔190米，平均海拔500米。2.3

18、水文林場境內(nèi)水資源豐富，是松花江一級支流巴蘭河源頭主要匯水區(qū)。松花江二級支流丹清河平均河面寬10米左右，由東北向西南流入巴蘭河，水流量隨季節(jié)變化較大，以雨季流量最大，水面較寬。2.4 氣候研究區(qū)氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L氣候。夏季氣候濕潤，冬季寒冷、漫長，降雨量集中在七、八月份，年降雨量600毫米左右，年蒸發(fā)量1250毫米。年日照時數(shù)2200小時，年大于10積溫2300。年平均氣溫2。最高氣溫31，最低氣溫-35。早霜在9月末，晚霜在5月中旬，無霜期120天左右，始凍期為10月初，解凍期為5月初。2.5 土壤林場土壤類型有3種，即暗棕壤、沼澤土和草甸土，以暗棕壤為主。暗棕壤在林場種分布在不同的坡向

19、和坡位，總面積為13541公頃，占林場土壤面積的94.9%，暗棕壤共分四個亞類：典型暗棕壤：主要分布在底山丘陵，山前臺地和坡度較大的階地，A1層厚度為10-20厘米，總面積為10943公頃，占暗棕壤土類面積80.8%；原始暗棕壤：主要分布在山地，丘陵的上部、中部或坡度較陡的地段，A1層厚度9厘米以下，總面積為1648公頃，占暗棕壤土類面積的12.2%；潛育暗棕壤：主要分布在河谷地、寬平崗、臺地與排水不良的地段，A1層厚度為15-25厘米，總面積為827公頃，占暗棕壤土類面積的6.1%；草甸暗棕壤：主要分布在平緩崗地、河谷階地，A1層厚度20厘米左右，總面積為123公頃，占暗棕壤土類面積的0.9

20、%；沼澤土：主要分布在河岸低洼地、山間溝谷低洼地和山下部小溪兩側(cè)谷地?？偯娣e為721公頃，占該林場土壤面積的5.1%，該土類只有一個亞類，即泥炭腐殖質(zhì)沼澤土，這類土壤發(fā)育在積水較深的沼澤區(qū)。2.6 植被研究區(qū)植被屬于小興安嶺植被群系，原生植被是以冷杉、紅松、云杉為主的針闊混交林，由于林業(yè)生產(chǎn)活動，原始林已衍生為次生林，因而該區(qū)的森林植被已衍生為以冷杉為主的針葉混交林和以蒙古櫟、黑樺為主的次生林及胡枝子、毛榛子等植物群落。本區(qū)地處小興安嶺南坡，地形變化比較明顯，因而森林的水平分布與垂直分布也比較明顯。其水平分布如下：以冷杉、云杉為主的針葉混交林，面積4673公頃，蓄積69萬立方米，主要分布在林場

21、東南部及東北部火燒崗一帶；以蒙古櫟、黑樺為主的闊葉林，面積2196公頃，蓄積26萬立方米，主要分布在河西及兔子溝一帶；軟闊葉林、硬闊葉林面積4765公頃，蓄積63萬立方米，鑲嵌分布在蒙古櫟、黑樺為主的闊葉林分中；白樺樹、珍貴硬闊葉混交林，面積658公頃，蓄積5萬立方米，主要分布在溝谷兩側(cè)。其垂直分布如下：以臭冷杉、魚鱗云杉為主的針葉混交林，主要分布在海拔700米以上，以中齡林為主，長勢較好，比較集中；以蒙古櫟、黑樺為主的闊葉林，主要分布在海拔700米以下，以中齡林為主，長勢較好；白樺林、珍貴硬闊葉林混交林，主要分布在海拔300米以下。喬木主要有紅松、臭冷杉、魚鱗云杉、紫椴、水曲柳、核桃楸、蒙古

22、櫟、色木槭、春榆、楓樺、山楊、落葉松、樟子松等，其中：國家二級以上保護樹種有紅松、紫椴、水曲柳、核桃楸等樹種。亞喬木主要有白丁香、花楸、山槐、赤楊、花楷子、青楷子、山梨、山丁子、山里紅、稠李、老窩眼、雞樹條子、龍牙楤木等。灌木主要有毛榛子、胡枝子、杜鵑、刺五加、平榛、珍珠梅、山梅花等。藤本主要有山葡萄、五味子、狗棗子等。草本主要有羊胡子薹草、小葉樟、大葉章、風毛菊等。藥用植物有百合、黨參、黃芩、龍膽草、桔梗、鈴蘭、玉竹、山芍藥、冰凌花、蒲公英、平貝等。山野菜主要有刺嫩芽、廣東菜、柳蒿芽、蕨菜、牛毛廣、山白菜、山菠菜、山蔥、山茄子、老山芹、山蘿卜等。野生食用菌主要有猴頭蘑、榆黃蘑、榛蘑、松蘑、油

23、蘑、元蘑等。主要的下木有：毛榛子、胡枝子、花楷槭、珍珠梅、刺五加等，蓋度在30-50%之間；主要的地被物有：烏蘇里薹草、羊胡子薹草、蕨類、鈴蘭、唐松草、蚊子草、舞鶴草等，蓋度在70-80%之間。2.7 社會經(jīng)濟 丹清河場隸屬于哈爾濱市林業(yè)局,行政區(qū)劃屬依蘭縣迎蘭鄉(xiāng)。273戶,814人口,252名職工,施業(yè)區(qū)內(nèi)交通便利,從場部至迎蘭鄉(xiāng)有43公里林區(qū)三級公路,向東北、東南有林區(qū)公路60公里,林道38公里,交通方便,林道公路密度為6.3米/公頃。林場下設(shè)營林站、管護站、派出所、木材加工廠、賓館、苗圃等單位。主要產(chǎn)品有:針闊葉原木、板方材、森林旅游、中國林蛙及蛙油、食用菌種、各種綠化苗木。第三章 研究

24、方法3.1 經(jīng)營模式從上世紀80年代開始，丹清河林場選取了起始條件一致，即海拔、坡向、坡位、立地條件、林齡（80年）組成相近的天然紅松次生林進行不同森林經(jīng)營模式的對比試驗，從而形成了4種典型的森林經(jīng)營模式：傳統(tǒng)森林經(jīng)營模式、目標樹森林經(jīng)營模式、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式、無干擾森林經(jīng)營模式。3.1.1 傳統(tǒng)森林經(jīng)營模式（FM1）傳統(tǒng)森林經(jīng)營模式（FM1）：是東北地區(qū)最普遍的森林經(jīng)營模式，主要采取“砍大留小，砍好留壞”的主伐方式進行砍伐，砍伐后不采取撫育措施，任植物自然更新、競爭和生長。1984年撫育間伐，強度為30%。1995年主伐一次，強度為3040%。2000年撫育間伐，強度為30%。2008

25、年撫育間伐，強度為30%。3.1.2 目標樹經(jīng)營模式（FM2）目標樹經(jīng)營模式（FM2）：以目標樹為經(jīng)營中心，對影響目標樹生長的干擾樹進行了撫育間伐，每次間伐后均對灌木層和草本層進行清理。目標樹森林經(jīng)營模式將林分中所有的林分分為4類：目標樹、干擾樹、生態(tài)保護樹和其他樹木，對目標樹進行永久性的標記，并對其進行單株木撫育管理，目的是在保持森林生態(tài)功能的前提下實現(xiàn)高價值林分成分（目標樹）最大的平均生長1417。目標樹一般為樹木進入中齡期、生長到高1315m、胸徑1520cm的樹木18,選擇具有生長優(yōu)勢和潛力、無病蟲害、冠幅飽滿、無損傷的紅松作為目標樹?？紤]到我國木材市場價格因素及短期內(nèi)獲得收益，選擇目

26、標樹的同時，考慮在兩株目標樹之間選擇一株次級目標樹納入培育目標。因此初次選擇目標樹的密度為200株/公頃左右。1985年以目標樹為經(jīng)營中心，對影響目標樹的干擾樹進行撫育間伐措施，間伐強度為20%左右。同年對目標樹進行修枝。修枝主要技術(shù)是不能中切、不能平切、不能撕破樹皮。修枝和留冠的比例保持1:1。1996年間伐干擾樹，間伐強度為20%。2000年對干擾樹間伐，間伐強度20%。2006年對干擾樹間伐，間伐強度20%。3.1.3 調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）：是丹清河林場根據(jù)多年的森林經(jīng)營經(jīng)驗，在紅松天然次生林中引進鄉(xiāng)土珍貴闊葉樹種，最終調(diào)整林分結(jié)構(gòu)的一種實驗性

27、森林經(jīng)營模式。1985年撫育間伐，強度為30%，同時補植和選擇珍貴闊葉樹作為培育重點，采取施肥等措施促進珍貴闊葉樹的生長。1996年主伐一次，強度為30%，同時繼續(xù)采取措施促進珍貴闊葉樹生長。2000年撫育間伐，強度為30%。2006年撫育間伐，強度為30%。3.1.4 無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）：是為了研究在沒有人為干擾情況下森林的生長狀況而設(shè)置的。1985年之后未經(jīng)營。3.2 樣方設(shè)置本研究采用典型抽樣調(diào)查法19進行樣地調(diào)查，在4種不同森林經(jīng)營模式的林分內(nèi)各設(shè)一塊50m×50m的方形樣地，樣地概況見表1。并將50m×50m的樣地劃分成25個

28、10m×10m的樣方，分別編號125（圖1）。表1 4種森林經(jīng)營模式的樣地概況 Table 1 Stand information of 4 types of forest management regimes.樣地號FM1FM2FM3FM4經(jīng)營模式傳統(tǒng)經(jīng)營目標樹經(jīng)營調(diào)整育林法經(jīng)營無干擾經(jīng)營經(jīng)緯度46°3432.4N129°2056.1E46°3501.3N129°2108.4 E46°3432.6N129°2056.3E46°3507.8N129°2052.7E海拔（m）385338381357坡向西北

29、西北東南東南坡位中下坡下坡中坡下坡坡度（°）1421020郁閉度0.90.90.90.8喬木層優(yōu)勢種紅松、臭冷杉、紫椴紅松、臭冷杉、色木槭暴馬丁香、紅松、色木槭、紫椴臭冷杉、紅松、色木槭灌木層優(yōu)勢種東北溲疏、歐亞繡線菊、毛榛珍珠梅、東北山梅花、東北溲疏東北溲疏、東北山梅花、毛榛石蠶葉繡線菊、毛榛、瘤枝衛(wèi)矛草本層優(yōu)勢種東北羊角芹、山酢漿草、薹草屬 薹草屬 、槭葉蚊子草、假冷蕨薹草屬 、粗莖鱗毛蕨、北野豌豆薹草屬 、假冷蕨、萬年蘚圖1 樣方設(shè)置概況Fig.1 Survey of plots setting 喬木層調(diào)查方法：對樣地內(nèi)胸徑5cm的林木進行編號并開展每木調(diào)查，記錄其種名、胸徑、

30、樹高和冠幅等信息。灌木層調(diào)查方法：在每個10m×10m樣方內(nèi)選擇1個2m×2m的具有代表性的灌木小樣方（所有藤本及胸徑5cm的木本植物視為灌木層）進行調(diào)查，記錄種名、株數(shù)、高度和蓋度等。草本層調(diào)查方法：在2m×2m的灌木小樣方內(nèi)選擇1個1m×1m的具有代表性的草本和凋落物小樣方進行調(diào)查，記錄草本植物的種名、數(shù)量、高度和蓋度等。3.3 數(shù)據(jù)測定3.3.1 樣品采集與測定在每個10m×10m的樣方內(nèi)選擇一個采樣點，按020cm，2040cm和4060cm分層采集土壤樣品，帶回實驗室于室內(nèi)自然風干，粉碎過篩后采用重鉻酸鉀氧化水合加熱法20測定碳含量。

31、同時用環(huán)刀（100cm³）采集各層土壤的原狀土，帶回實驗室用于測定土壤容重。土壤全氮采用K8400全自動定氮儀測定。3.3.2 土壤碳、氮儲量計算 土壤碳儲量根據(jù)實驗室測得的土壤有機碳含量、土壤厚度及容重來計算，即 式中，Cs為土壤有機碳儲量（t/hm²）；Hi為第i層的土壤厚度（cm）；Bi為第i層的土壤平均容重（g/cm³）；Oi為第i層土壤的平均有機碳含量（g/kg）；n為土壤分層數(shù)；0.1為單位換算系數(shù)。土壤氮儲量的計算與碳儲量的計算類似，即式中，Ns為土壤有機氮儲量（t/hm²）；Hi為第i層的土壤厚度（cm）；Bi為第i層的土壤平均容重（g/

32、cm³）；Oi為第i層土壤的平均有機氮含量（g/kg）；n為土壤分層數(shù)；0.1為單位換算系數(shù)。3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析所有數(shù)據(jù)經(jīng)Excel處理后，用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。利用單因素方差分析比較不同森林經(jīng)營模式對森林土壤碳氮儲量的影響。第四章 結(jié)果與分析4.1 不同經(jīng)營模式下東北紅松天然次生林土壤碳庫差異分析4.1.1土壤有機碳含量差異分析土壤有機碳是土壤質(zhì)量的決定因素，可影響土壤物理、化學(xué)和生物特征及其過程21。土壤有機碳主要來源于植物、動物、微生物殘體和根系分泌物，并處于不斷分解與形成的動態(tài)過程中。因此，土壤有機碳是生態(tài)系統(tǒng)在特定條件下的動態(tài)平衡值22。從表2可以看出傳統(tǒng)

33、經(jīng)營模式（FM1）、目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）和無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）土層碳含量變化幅度分別為49.8011.22g/kg，66.8016.05g/kg，51.7514.13g/kg，51.1817.68g/kg。表土層（020cm）碳含量是底土層（4060cm）的2.8倍以上。不同經(jīng)營模式下土壤表層（020cm）有機碳含量（g/kg）從高到低依次為：目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）>無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1），且在這4種不同經(jīng)營模式下東北紅松天然次生林的土壤有機碳含量都是隨著土

34、層的加深表現(xiàn)為逐漸減少，4種不同經(jīng)營模式下土壤有機碳平均含量在020cm土層為54.88g/kg，在2040cm土層降低到24.65g/kg，在4060cm土層則降低至14.77g/kg。土壤有機碳含量平均有58.34%左右分布在020cm土層內(nèi)，有26.03%分布在2040cm土層內(nèi)，有15.63%分布在4060cm土層內(nèi)。這是由于植物根系、枯枝落葉和凋落物主要堆積在土壤的表層，并且該層土壤濕度和溫度比較適中，微生物活動比較旺盛，可以將枯枝落葉和凋落物等分解成養(yǎng)分歸還到土壤中，因此，土壤表層中的碳含量較高。據(jù)研究，隨著土層的加深植物根系的分布和微生物的數(shù)量在減少，使土壤中碳素含量也就隨之減少

35、23。方差分析表明，4種不同經(jīng)營模式下的土壤有機碳含量在土層垂直分布上差異顯著（P<0.05)，均呈現(xiàn)出020cm土層顯著高于2040cm和4060cm土層（P<0.05)，2040cm土層顯著高于4060cm土層（P<0.05)。說明不同的森林經(jīng)營模式對紅松天然次生林土壤碳含量的影響主要表現(xiàn)在020cm土層范圍。表2 土壤碳含量Table 2. Carbon content among soil(g/kg)經(jīng)營模式土壤深度（cm）碳含量（g/kg）FM-102049.80（3.89）a204023.86（2.87）b406011.22（1.14）cFM-202066.80（

36、2.63）a204025.10（2.33）b406016.05（2.05）cFM-302051.75（5.94）a204023.75（1.74）b406014.13（1.09）cFM-402051.18（6.87）a204025.90（2.37）b406017.68（0.80）c注：列中字母相同表示同一經(jīng)營模式下的不同土層土壤差異不顯著（P>0.05)，下同。4.1.2 土壤碳儲量差異分析根據(jù)土壤平均有機碳含量、土層厚度與土壤平均容重計算的土壤碳儲量結(jié)果見表3。從表3可以得出傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）、目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）和無干擾森林經(jīng)營模式（FM4

37、）下東北紅松天然次生林060cm土壤深度總碳儲量分別為200.56t/ha、228.64t/ha、182.53t/ha、205.36t/ha，即4種不同經(jīng)營模式下的土壤層（060cm）碳儲量由高到低依次為：目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）>無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3），且不同經(jīng)營模式下各層土壤碳儲量均表現(xiàn)為隨著土層深度增加而遞減的趨勢，與土壤碳含量的變化趨勢一致。4種經(jīng)營模式下均表現(xiàn)為020cm土層碳儲量最高，該土層碳儲量在不同經(jīng)營模式下的土壤碳儲量中所占比例分別為：52.49%、57.78%、52.46%、49.26%，

38、均達到了49%以上，說明東北紅松天然次生林表層土壤（020cm）碳儲量較高，任何引起水土流失的活動都容易導(dǎo)致土壤碳損失，這也反映了東北紅松天然次生林土壤的脆弱性。方差分析表明，在傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）和無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）這三種經(jīng)營模式下的土壤碳儲量在土層垂直分布上差異顯著（P<0.05)，目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）下的土壤有機碳在020cm土層的儲量顯著高于2040cm和4060cm土層的土壤碳儲量，2040cm和4060cm土層的土壤碳儲量沒有顯著差異（P>0.05)。 表3 土壤碳儲量Table 3. Carbon storage

39、among soil(t/ha)經(jīng)營模式土壤深度（cm）碳儲量（t/ha）FM-1020105.27（5.09）a204065.91（8.91）b406029.38（2.25）cFM-2020132.10（9.84）a204051.71（4.57）b406044.83（5.75）bFM-302095.76（8.93）a204052.27（7.71）b406034.50（0.91）cFM-4020101.17（6.02）a204059.41（6.67）b406044.78（3.43）c4.2 不同經(jīng)營模式下東北紅松天然次生林土壤氮庫差異分析4.2.1 土壤全氮含量差異分析土壤全氮包括所有形式的有

40、機和無機氮素，是標志土壤氮素總量和供應(yīng)植物有效氮素的源和庫，綜合反映了土壤的氮素狀況。土壤中全氮含量決定于氮素輸入和輸出量的相對大小。氮素的輸入量主要依賴于植物殘體的歸還量以及生物固氮和水流輸入，也有少部分來源于大氣干濕沉降24。輸出量則主要包括分解和侵蝕損失，分解后大部分被植物吸收利用，部分NH3經(jīng)過硝化、反硝化或揮發(fā)，釋放到大氣中。從表4可以看出，傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）、目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）和無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）土層氮含量變化幅度分別為2.710.86g/kg，2.611.01g/kg，2.601.19g/kg，2.551.32g/kg。在

41、4種不同經(jīng)營模式下，土壤全氮含量沿020cm，2040cm，4060cm土壤剖面均呈降低趨勢，這與土壤有機碳含量在土壤剖面中的變化規(guī)律相一致。土壤有機氮平均含量在020cm土層為2.62g/kg，在2040cm土層降低到1.54g/kg，在4060cm土層降低至1.01g/kg。由此可以看出土壤氮含量在020cm土層與2040cm土層之間降低幅度較大。方差分析表明，在傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）和調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）下020cm土層的全氮含量與2040cm、4060cm土層的全氮含量存在顯著性差異（P<0.05)，2040cm、4060cm土層的全氮含量無顯著差異（P>0.0

42、5)。在目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）和無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）下020cm、2040cm、4060cm土層之間的的全氮含量均存在顯著性差異（P<0.05)。表4 土壤全氮含量Table 4. Nitrogen content among soil(g/kg)經(jīng)營模式土壤深度（cm）氮含量（g/kg）FM-10202.71（0.29）a20401.29（0.53）b40600.86（0.10）bFM-20202.61（0.04）a20401.88（0.15）b40601.01（0.10）cFM-30202.60（0.39）a20401.67（0.17）b40601.19（0.25）bF

43、M-40202.55（0.19）a20401.32（0.09）b40600.98（0.01）c4.2.2 土壤氮儲量差異分析 從表5可以看出傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）、目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）和無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）下東北紅松天然次生林060cm土壤深度總氮儲量分別為11.17t/ha、11.35t/ha、11.06t/ha、10.19t/ha，即4種不同經(jīng)營模式下土壤氮儲量由高到低依次為：目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）>無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）。而且4種不同經(jīng)營模式下的土壤氮

44、儲量在土壤剖面上的變化規(guī)律均表現(xiàn)為隨著土層深度增加而遞減的趨勢，020cm土層的氮儲量所占比例最大，該土層氮儲量在不同經(jīng)營模式下的土壤氮儲量中所占比例分別為50.49%、39.56%、40.42%、46.52%，說明表層土壤是土壤氮儲量變化的主要發(fā)生區(qū)，土壤對氮的固持潛力隨著土壤厚度增加而逐漸減低。方差分析表明，傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）、目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）和無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）下的020cm土層的氮儲量與2040cm、4060cm土層的氮儲量差異顯著（P<0.05)，2040cm土層的氮儲量與4060cm土層氮儲量沒有顯著性差異（P>

45、;0.05)。 表5 土壤氮儲量Table 5. Nitrogen storage among soil(t/ha)經(jīng)營模式土壤深度（cm）氮儲量（t/ha）FM-10205.64（4.27）a20403.28（3.39）b40602.25（0.69）bFM-20204.49（0.11）a20404.17（0.72）b40602.69（0.74）bFM-30204.47（1.15）a20403.64（0.80）b40602.95（1.56）bFM-40204.74（0.64）a20402.90（0.44）b40602.55（0.07）b第五章 結(jié)論與討論5.1 土壤有機碳含量和碳儲量4種不同經(jīng)

46、營模式（FM1、FM2、FM3、FM4）土壤有機碳含量和碳儲量都有隨土壤剖面深度增加而降低的趨勢，且表層土（020cm)的有機碳含量和碳儲量都相對較高，表層土以下逐漸降低。這表明植被對土壤有機碳含量和碳儲量的貢獻主要表現(xiàn)在表土層，這是由于枯枝落葉與表層土壤直接接觸，并且該層土壤濕度和溫度比較適中，微生物活動比較旺盛，可以將枯枝落葉和凋落物等分解成養(yǎng)分歸還到土壤中，且表層土壤中分布較多的細根，這些都是土壤有機碳的重要來源?？梢?，保護好土壤結(jié)構(gòu)尤其是表層土壤的完整性，盡量降低人為干擾活動（如林分撫育時對林下植被及凋落物的破壞）對林地土壤的影響，防止地表水土流失，對維持和提高東北紅松天然次生林生態(tài)系

47、統(tǒng)的碳儲量有非常重要的意義。目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）下的土壤表層（020cm）有機碳含量和碳儲量與其他3種經(jīng)營模式下的土壤表層（020cm）有機碳含量和碳儲量差異較大。傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）、調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）和無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）這三種經(jīng)營模式下土壤表層（020cm）的土壤碳含量和碳儲量相差不大。4種不同經(jīng)營模式下土壤表層（020cm）有機碳含量由高到低的排序為：目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）>無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）；土壤層（060cm）碳含量由高到低依次為：目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）

48、>無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）。土壤層（060cm）碳儲量由高到低依次為：目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）>無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）。原因可能是因為土壤有機碳的變化一方面受到人為干擾的影響，另一方面也與植被類型的差異有關(guān)。在目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）下對影響目標樹生長的干擾樹進行了撫育間伐，整枝等，使得目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）林分密度較小，林內(nèi)光照增加，透氣性好，微生物活動強，林下的枯枝落葉分解速率加快，使得有機碳的輸入量大，促進土壤有機

49、碳儲存與積累；傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）主要采取“砍大留小，砍好留壞”的主伐方式進行砍伐，并在1995年進行了一次主伐，使得森林植被輸入到土壤中的凋落物的數(shù)量和質(zhì)量產(chǎn)生差異從而導(dǎo)致土壤有機碳發(fā)生變化；調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）是在紅松天然次生林中引進鄉(xiāng)土珍貴闊葉樹種，使得森林林分結(jié)構(gòu)、土壤理化性質(zhì)等發(fā)生改變。5.2 土壤全氮含量和氮儲量土壤全氮和有機碳之間有著密切的關(guān)系。全氮含量與土壤有機碳的消長趨勢是一致的。4種不同經(jīng)營模式下的土壤全氮含量和氮儲量均是沿020cm，2040cm，4060cm土壤剖面呈降低趨勢，變化規(guī)律與有機碳含量和碳儲量的相一致，020cm土層的全氮含量和氮儲量所占比例最

50、大。說明表層土壤是土壤全氮含量和氮儲量變化的主要發(fā)生區(qū)，土壤對氮的固持潛力隨著土壤厚度增加而逐漸減低。土壤中氮主要以有機態(tài)存在，它一般占全氮含量的95%以上,主要來源于枯枝落葉和動物尸體，也有少量來源于大氣氮沉降和生物固氮，土壤氮的輸出主要是土壤中的有機質(zhì)分解，分解后大部分被植物吸收利用，部分氮經(jīng)過硝化、反硝化或揮發(fā)以氣態(tài)釋放到大氣中25。4種不同經(jīng)營模式下土壤表層（020cm）全氮含量由高到低的排序為：目標樹森林經(jīng)營模式（FM2）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）>無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）。土壤層（060cm）的氮儲量由高到低依次為：目標樹森林經(jīng)

51、營模式（FM2）>傳統(tǒng)經(jīng)營模式（FM1）>調(diào)整育林法森林經(jīng)營模式（FM3）>無干擾森林經(jīng)營模式（FM4）。原因可能是土壤質(zhì)地、土壤理化性質(zhì)、樹種和植被類型等多個因素的不同。參考文獻1 陳慶強,沈承德,易惟熙.土壤碳循環(huán)研究進展J.地球科學(xué)進展,1998,13(6):555- 563.2 POST W M ,RMANUEL W R ,ZINKE P J ,et al. Soil carbon pools andworld life zonesJ.Nature,1982,298:156- 159.3 SCHLESINGER W H. Evidence from chronosequence studies for a lowcarbon storage potential of soilJ.Nature, 1990,348:232- 2344 趙鑫,宇萬太,李建東,等.不同經(jīng)營管理條件下土壤有機碳極其組分研究進展J.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2006,17(11):2203-2209.5 胡啟武,歐陽華,劉賢德.祁連山北坡垂直帶土壤碳氮分布特征J.山地學(xué)報,2006,24(06):654-661.6 肖英,劉思華. 湖南4種森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能研究J.湖南師范大學(xué)學(xué)報.2000,3:124-