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在水分条件较好的草甸草原,草地造林是常见的土地利用形式,也被认为是增加生态系统碳汇的途径之一。草地造林所引起的生态系统、尤其是土壤地下过程的变化是一个重要研究内容,前人研究在不同地区得到了不同的结果。我国人工林面积在世界居首位,河北省塞罕坝机械林场是我国最大的人工林种植基地。该地区独特的土地利用历史、植被演化及现状为我们的研究提供了很好的地点和对象。
草地转变为人工林后土壤碳库的变化是碳循环研究的重要内容之一,尤其是土壤可溶性有机碳的研究近来成为热点问题。为了解天然草地造林后土壤可溶性有机碳的变化及其影响因子,我们在塞罕坝机械林场境内选择羊草草甸草原、樟子松人工林和落叶松人工林为研究对象,比较了三种植被类型土壤表层0-30cm的土壤可溶性有机碳、土壤有机碳和土壤全氮等指标。得到了如下结论:
1.0-30cm的土壤有机碳密度,落叶松林(0.26kg/m2)和樟子松林(0.14kg/m2)均显著低于羊草草甸草原(0.30kg/m2);0-30锄的土壤全氮密度,落叶松林(0.0175kg/m2)与羊草草甸草原(0.0180kg/m2)问差异不显著,樟子松林(0.0106kg/m2)显著低于羊草草甸草原;0-30锄的C/N值,落叶松林(15.38)和樟子松林(13.07)均显著低于羊草草甸草原(18.85)。
2.0-30cm微生物生物量碳(SMBC)随着土壤深度的增加而下降,且不同植被下含量下降的速率不一样,羊草草甸草原快于落叶松林和樟子松林。不同植被类型下,SMBC每一土层分别比较均表现出羊草草甸草原SMBC高于人工林;且0-30cmSMBC密度估算表明,落叶松林(3.44g/m2)和樟子松林(2.19g/m2)显著低于羊草草甸草原(4.73g/m2),落叶松林和樟子松林之间差异不显著。0-30锄的SMBC/SOC指标变化不显著,羊草草甸草原为1.46%,落叶松林为1.18%,樟子松林为1.10%。
3.0-30cm水溶性有机碳(WSOC)含量随土壤深度的变化并不显著;每一层次上,樟子松林植被下多高于另外两种植被,显著程度有一定的不同。0-30cmWSOC密度估算:羊草草甸草原(2.46g/m2)和落叶松林(2.43g/m20显著低于樟子松林(3.63g/m2),羊草草甸草原和落叶松林之间差异不显著。不同植被类型下,0-30cm的WSOC/SOC指标为樟子松林(2.84%)显著高于羊草草甸草原(1.10%)和樟子松林(1.00%)。
4.0-30cm盐溶性有机碳(K22SO4-C)含量受植被影响不显著,随土壤深度的变化规律不显著。不同植被类型下,0-30cmK2SO4-C密度分别为羊草草甸草原3.91g/m2,落叶松林3.79g/m2,樟子松林2.94g/m2,但植被间差异不显著。0-30cm的K2SO4-C/SOC指标为樟子松林(2.43%)显著高于羊草草甸草原(1.51%)和落叶松林(1.55%),羊草草甸草原和落叶松林差异不显著。相关分析表明,K2SO4-C/SOC指标与其它碳库指标相关性较强,与土壤理化指标相关较强。
5.借助主成分分析方法和散点图可知人工林生态系统的土壤异质性低于草甸草原。
导致以上这些变化的原因可能为20世纪60年代以来的造林活动,尤其是土地利用方式改变引起的植被类型、凋落物以及地下生态过程的改变等。
总之,本研究发现草地造林40年后,人工林植被下碳库含量低于天然的羊草草甸草原,结合地上生物量考虑,草地造林仍然起到碳汇的作用。但目前对该地区的研究依然缺乏全面的分析,故尚不能较为精确地对此进行评估,这项研究将有助于全面了解天然草地造林的生态影响,今后的研究应全面考察地上生物量、地表凋落物以及地下根系等过程。