不同林地土壤有机碳储量及垂直分布特征
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土壤有机碳密度是指单位面积一定深度的土层中 土壤有机碳的储量，某一土层 i 的有机碳密度(SOCDi， kg/m2)计算公式为：SOCDi=CiDiEi(1-Gi)/100。
式中：Ci 为土壤有机碳含量(g/kg)，Di 为土壤容重 (g/cm3)，Ei 为土层厚度(cm)，Gi 为直径大于 2 mm 的石
基 金 项 目 ：国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划“973”项 目 (2007CB106803); 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 (40730631); 中 国 科 学 院 重 要 方 向 项 目 (KZCX2-YW-441)、(KZCX2-YW-149)。 第一作者简介：杨晓梅，女，1983 年出生，陕西宝鸡人，硕士，研究方向：恢复生态。通信地址：712100 陕西杨凌西农路 26 号中国科学院水土保持与生 态环境研究中心。E-mail:yangxiaomei.003@163.com。 通讯作者：程积民，男，1955 年出生，陕西渭南人，研究员，研究方向：黄土高原植被恢复与生态环境建设。通信地址：712100 陕西杨凌西农路 26 号 中 国科学院水土保持与生态环境研究中心。Tel：029-87012272，E-mail：gyzcjm@ms.iswc.ac.cn。 收稿日期：2009-12-28，修回日期：2010-01-14
均为 105.2 t/hm2，不同林分间的差异较大。
关键词：土壤有机碳；碳储量；垂直分布；森林类型
中图分类号：S714.5
文献标志码：A
论文编号：2009-2786
Features of Soil Organic Carbon Storage and Vertical Distribution in different Forests Yang Xiaomei1, Cheng Jimin1, Meng Lei2, Han Juanjuan2
子午岭地处黄土高原腹地，位于陕甘两省交界处 的 E108°10′~109°08′，N35°03′~36°37′，是洛河 和泾河的分水岭，属天然次生林针阔叶混交林类型。 海拔 1280~1500 m，相对高差 200 m 左右，年均气温 7.4℃，极端最高气温 36.7℃，极端最低气温－27.7℃，≥ 10℃积温 2671.10℃，无霜期 112~140 天。年平均相对
林分 柴松 辽东栎 油松
坡度 18~26° 15~30° 10~25°
面积/hm2 67600.0 33400.0 46486.7
胸径/cm 7.2~51.5 6.5~50.0 5.1~49.0
表 1 样地基本概况
树高/m 5.9~15.8 6.0~16.3 5.2~16.0
林木密度/株/hm2 1200~1600 800~1150 1900~2100
0 引言 全球气候的变化，引起了许多科学家对陆地生态
系 统 中 碳 平 衡 、碳 存 储 及 分 布 的 关 注 。 据 Post[1] 和
Houghton[2]等研究表明，土壤中所存储的碳是植被中 的 2.5~3 倍 ，而 森 林 土 壤 约 占 全 球 土 壤 有 机 碳 库 的 73%，是陆地生态系统最大的有机碳库 ，因 [3-4] 而其储
湿度 63%~68%，年均降水量 587.6 mm[15]。山体在阴坡 和山脊坡面平缓，阳坡和半阳坡坡面较陡，属温凉半干 旱区黄土覆盖的森林草原地带。适于杨、桦、栎等部分 落叶阔叶林和温性针叶林发育。林相整齐，植物种类 丰 富 ，主 [22] 要 植 物 有 乔 木 柴 松（Pinus tabulaeformis f. shekannesis）、油 松 (P.tabulaeformis)、辽 东 栎 (Quercus liaotungensis)、山 杨 (Populus davidiana)、白 桦（Betula platyphylla) 等 ；灌 丛 白 刺 花 (Sophora viciifolia)、沙 棘 (Hippophae reamnoides)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)； 草 本 白 羊 草 (Bothriochloa ischemum)、茭 蒿 (Artemisia giraldii)、铁 杆 蒿 (A.sacrorum)、本 氏 针 茅 (Stipa bungeana)等。 2 材料与方法 2.1 样地选择与设置
Abstract:Based on the field data and laboratory analysis, we studied the soil organic carbon storage and vertical distribution features about natural Pinus tabulaeformis f. shekannesis, Quercus liaotungensis and artificial P. tabulaeformis forest in Ziwuling forest area of Loess Plateau. The results were showed as followings: 1) Content of soil organic carbon was: 13.67g/kg, 13.95g/kg, and 11.43g/kg, respectively for Pinus tabulaeformis f. shekannesis, Quercus liaotungensis and artificial P. tabulaeformis. With depth of soil, organic carbon contents generally decreased, but the range was different in these three forest types. Meanwhile, great significance differences have appeared among different soil layers. 2) Soil carbon density in the three forest types changed greatly, with a range of 1.06~3.67 kg/m2 for five soil layers. Furthermore, soil carbon density decreased generally with the depth, as well as carbon content. In the whole soil profile, the range of carbon density in these three forests was from 9.38 kg/m2 to 11.43 kg/m2. However, 80% carbon concentrated in 50 cm depth of soil. 3) Soil carbon storage is low in these three forests. The average of storage was 105.2 t/hm2, and great differences appeared between forest types. Key words: soil organic carbon; carbon storage; vertical distribution; forest types
(1Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Soil Resources, Yangling Shaanxi 712100; 2College of Animal Sciences, Northwest A & F University, Yangling Shaanxi 712100)
样地选在陕西省富县桥北林业局和尚塬林场大麦 秸沟和甘肃省合水县连家砭林场。经过对这 2 个林场 的调查和研究，从植被生长以及林地群落保存、演替及 稳定的角度，于 2008 年 10 月分别选择天然柴松林、辽 东栎林以及人工油松林 3 种代表性林分为研究对象， 采样时综合考虑地形，山体分不同坡向、坡位取样，每 个林分中分别设置 12 个 10 m×10 m 标准样地进行群 落调查，共获得样地 36 个（样地特征如表 1 所示）。
度差异不同，且各土层间的差异达到了显著性水平。（2）3 种林地土壤有机碳密度差异显著，土层间碳密
度变化范围为 1.06~3.67 kg/m2，并随土壤深度增加而减少；在整个土壤垂直剖面上，有机碳碳密度在
9.38~11.43 kg/m2 之间，其中 0~50 cm 深度碳密度的贡献率达 80%以上。（3）3 种林地土壤碳储量偏低，平
中国农学通报 2010,26(9):132-135 Chinese Agricultural Science Bulletin
不同林地土壤有机碳储量及垂直分布特征
杨晓梅 1，程积民 1，孟 蕾 2，韩娟娟 2
（1中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌 712100；2西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌 712100）
杨晓梅等：不同林地土壤有机碳储量及垂直分布特征
· 133 ·
量、分布及转化日益成为全球有机碳研究的热点 。 [5] 由于植被类型、气候特点以及土壤的性质，不同林分间 土壤有机碳存在较大的差异[6-14]，因此，针对不同林分， 对土壤有机碳储量、分布进行研究是十分必要的。位 于黄土高原腹地的子午岭林区，具有黄土高原“绿岛” 的美誉[15]，对西部地区气候的调节、保持水土、维持生 态平衡具有重要意义。目前，对子午岭林区土壤碳研 究主要集中在：土壤有机碳影响因素及表层碳储量估 计[16-21]等方面，而基于森林生态系统功能过程、从林分 角度研究土壤碳储量的报道较少。该研究以子午岭林 区 3 种森林类型(天然柴松林、辽东栎林、人工油松林) 的土壤为研究对象，比较分析了不同林地土壤有机碳 储量及其垂直分布特征，以期探讨不同植被类型对土 壤碳储量的影响，为进一步研究黄土高原地区森林土 壤碳储量提供依据。 1 研究区域概况
土壤有机碳含量主要取决于植被每年的归还量和 分解速率，而植被类型、气候特点以及土壤性质的差 异，均会导致土层内有机碳含量的大小及分布。从表 2 可以看出，不同林分类型及土层间有机碳含量存在 较大差异：就整个土层而言，3 种林分土壤有机碳含量 在 11.43~13.95 g/kg 之间变化，其中辽东栎林最高，其 次是柴松林，人工油松林最低，这可能与林分的类型、
林龄/a 21~90 25~56 25~30
郁闭度 0.75 0.60 0.87
土壤类型
淡黑垆、 黄绵土
2.2 研究方法 在标准样地内，按照“S”型选择 3 个土壤样品采集
点，用直径 10 cm 的土钻取样，取样深度为 0~90 cm，分 为 0~10 cm，10~30 cm，30~50 cm，50~70 cm，70~90 cm 共 5 个层次。同时，在每一层次取 3 个环刀土 10 g，用 于测定土壤容重。将采集样品带回实验室，仔细挑除 袋装土内植物根系和石砾等杂物，于阴凉处自然风干 后用四分法过 0.25 mm 筛，编号待测。土壤有机碳(有 机质)采用重铬酸钾-外加热法[23]。 2.3 数据处理
摘 要：基于样地调查与室内分析，研究了黄土高原子午岭林区天然柴松林、辽东栎林及人工油松林 3 种
林地土壤有机碳储量及其垂直分布特征。结果表明：（1）3 种林地土壤有机碳含量柴松林为 13.67 g/kg，
来自百度文库
辽东栎林为 13.95 g/kg，油松林为 11.43 g/kg，并随着土壤深度的增加呈现递减的趋势，不同林分变化幅
砾所占的体积百分比(%)。 一定深度土壤有机碳密度为各个土层有机碳密度
之和，林地土壤碳储量为碳密度与其面积的乘积。此 外，数据采用 SPSS13.0 软件，方差分析研究不同林地 土层深度对土壤有机碳及密度的影响，并在差异显著 时进行多重比较(P＜0.05，LSD，t 检验)。 3 结果与分析 3.1 不同林分土壤有机碳含量
式中：Ci 为土壤有机碳含量(g/kg)，Di 为土壤容重 (g/cm3)，Ei 为土层厚度(cm)，Gi 为直径大于 2 mm 的石
基 金 项 目 ：国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划“973”项 目 (2007CB106803); 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 (40730631); 中 国 科 学 院 重 要 方 向 项 目 (KZCX2-YW-441)、(KZCX2-YW-149)。 第一作者简介：杨晓梅，女，1983 年出生，陕西宝鸡人，硕士，研究方向：恢复生态。通信地址：712100 陕西杨凌西农路 26 号中国科学院水土保持与生 态环境研究中心。E-mail:yangxiaomei.003@163.com。 通讯作者：程积民，男，1955 年出生，陕西渭南人，研究员，研究方向：黄土高原植被恢复与生态环境建设。通信地址：712100 陕西杨凌西农路 26 号 中 国科学院水土保持与生态环境研究中心。Tel：029-87012272，E-mail：gyzcjm@ms.iswc.ac.cn。 收稿日期：2009-12-28，修回日期：2010-01-14
均为 105.2 t/hm2，不同林分间的差异较大。
关键词：土壤有机碳；碳储量；垂直分布；森林类型
中图分类号：S714.5
文献标志码：A
论文编号：2009-2786
Features of Soil Organic Carbon Storage and Vertical Distribution in different Forests Yang Xiaomei1, Cheng Jimin1, Meng Lei2, Han Juanjuan2
子午岭地处黄土高原腹地，位于陕甘两省交界处 的 E108°10′~109°08′，N35°03′~36°37′，是洛河 和泾河的分水岭，属天然次生林针阔叶混交林类型。 海拔 1280~1500 m，相对高差 200 m 左右，年均气温 7.4℃，极端最高气温 36.7℃，极端最低气温－27.7℃，≥ 10℃积温 2671.10℃，无霜期 112~140 天。年平均相对
林分 柴松 辽东栎 油松
坡度 18~26° 15~30° 10~25°
面积/hm2 67600.0 33400.0 46486.7
胸径/cm 7.2~51.5 6.5~50.0 5.1~49.0
表 1 样地基本概况
树高/m 5.9~15.8 6.0~16.3 5.2~16.0
林木密度/株/hm2 1200~1600 800~1150 1900~2100
0 引言 全球气候的变化，引起了许多科学家对陆地生态
系 统 中 碳 平 衡 、碳 存 储 及 分 布 的 关 注 。 据 Post[1] 和
Houghton[2]等研究表明，土壤中所存储的碳是植被中 的 2.5~3 倍 ，而 森 林 土 壤 约 占 全 球 土 壤 有 机 碳 库 的 73%，是陆地生态系统最大的有机碳库 ，因 [3-4] 而其储
湿度 63%~68%，年均降水量 587.6 mm[15]。山体在阴坡 和山脊坡面平缓，阳坡和半阳坡坡面较陡，属温凉半干 旱区黄土覆盖的森林草原地带。适于杨、桦、栎等部分 落叶阔叶林和温性针叶林发育。林相整齐，植物种类 丰 富 ，主 [22] 要 植 物 有 乔 木 柴 松（Pinus tabulaeformis f. shekannesis）、油 松 (P.tabulaeformis)、辽 东 栎 (Quercus liaotungensis)、山 杨 (Populus davidiana)、白 桦（Betula platyphylla) 等 ；灌 丛 白 刺 花 (Sophora viciifolia)、沙 棘 (Hippophae reamnoides)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)； 草 本 白 羊 草 (Bothriochloa ischemum)、茭 蒿 (Artemisia giraldii)、铁 杆 蒿 (A.sacrorum)、本 氏 针 茅 (Stipa bungeana)等。 2 材料与方法 2.1 样地选择与设置
Abstract:Based on the field data and laboratory analysis, we studied the soil organic carbon storage and vertical distribution features about natural Pinus tabulaeformis f. shekannesis, Quercus liaotungensis and artificial P. tabulaeformis forest in Ziwuling forest area of Loess Plateau. The results were showed as followings: 1) Content of soil organic carbon was: 13.67g/kg, 13.95g/kg, and 11.43g/kg, respectively for Pinus tabulaeformis f. shekannesis, Quercus liaotungensis and artificial P. tabulaeformis. With depth of soil, organic carbon contents generally decreased, but the range was different in these three forest types. Meanwhile, great significance differences have appeared among different soil layers. 2) Soil carbon density in the three forest types changed greatly, with a range of 1.06~3.67 kg/m2 for five soil layers. Furthermore, soil carbon density decreased generally with the depth, as well as carbon content. In the whole soil profile, the range of carbon density in these three forests was from 9.38 kg/m2 to 11.43 kg/m2. However, 80% carbon concentrated in 50 cm depth of soil. 3) Soil carbon storage is low in these three forests. The average of storage was 105.2 t/hm2, and great differences appeared between forest types. Key words: soil organic carbon; carbon storage; vertical distribution; forest types
(1Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Soil Resources, Yangling Shaanxi 712100; 2College of Animal Sciences, Northwest A & F University, Yangling Shaanxi 712100)
样地选在陕西省富县桥北林业局和尚塬林场大麦 秸沟和甘肃省合水县连家砭林场。经过对这 2 个林场 的调查和研究，从植被生长以及林地群落保存、演替及 稳定的角度，于 2008 年 10 月分别选择天然柴松林、辽 东栎林以及人工油松林 3 种代表性林分为研究对象， 采样时综合考虑地形，山体分不同坡向、坡位取样，每 个林分中分别设置 12 个 10 m×10 m 标准样地进行群 落调查，共获得样地 36 个（样地特征如表 1 所示）。
度差异不同，且各土层间的差异达到了显著性水平。（2）3 种林地土壤有机碳密度差异显著，土层间碳密
度变化范围为 1.06~3.67 kg/m2，并随土壤深度增加而减少；在整个土壤垂直剖面上，有机碳碳密度在
9.38~11.43 kg/m2 之间，其中 0~50 cm 深度碳密度的贡献率达 80%以上。（3）3 种林地土壤碳储量偏低，平
中国农学通报 2010,26(9):132-135 Chinese Agricultural Science Bulletin
不同林地土壤有机碳储量及垂直分布特征
杨晓梅 1，程积民 1，孟 蕾 2，韩娟娟 2
（1中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌 712100；2西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌 712100）
杨晓梅等：不同林地土壤有机碳储量及垂直分布特征
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量、分布及转化日益成为全球有机碳研究的热点 。 [5] 由于植被类型、气候特点以及土壤的性质，不同林分间 土壤有机碳存在较大的差异[6-14]，因此，针对不同林分， 对土壤有机碳储量、分布进行研究是十分必要的。位 于黄土高原腹地的子午岭林区，具有黄土高原“绿岛” 的美誉[15]，对西部地区气候的调节、保持水土、维持生 态平衡具有重要意义。目前，对子午岭林区土壤碳研 究主要集中在：土壤有机碳影响因素及表层碳储量估 计[16-21]等方面，而基于森林生态系统功能过程、从林分 角度研究土壤碳储量的报道较少。该研究以子午岭林 区 3 种森林类型(天然柴松林、辽东栎林、人工油松林) 的土壤为研究对象，比较分析了不同林地土壤有机碳 储量及其垂直分布特征，以期探讨不同植被类型对土 壤碳储量的影响，为进一步研究黄土高原地区森林土 壤碳储量提供依据。 1 研究区域概况
土壤有机碳含量主要取决于植被每年的归还量和 分解速率，而植被类型、气候特点以及土壤性质的差 异，均会导致土层内有机碳含量的大小及分布。从表 2 可以看出，不同林分类型及土层间有机碳含量存在 较大差异：就整个土层而言，3 种林分土壤有机碳含量 在 11.43~13.95 g/kg 之间变化，其中辽东栎林最高，其 次是柴松林，人工油松林最低，这可能与林分的类型、
林龄/a 21~90 25~56 25~30
郁闭度 0.75 0.60 0.87
土壤类型
淡黑垆、 黄绵土
2.2 研究方法 在标准样地内，按照“S”型选择 3 个土壤样品采集
点，用直径 10 cm 的土钻取样，取样深度为 0~90 cm，分 为 0~10 cm，10~30 cm，30~50 cm，50~70 cm，70~90 cm 共 5 个层次。同时，在每一层次取 3 个环刀土 10 g，用 于测定土壤容重。将采集样品带回实验室，仔细挑除 袋装土内植物根系和石砾等杂物，于阴凉处自然风干 后用四分法过 0.25 mm 筛，编号待测。土壤有机碳(有 机质)采用重铬酸钾-外加热法[23]。 2.3 数据处理
摘 要：基于样地调查与室内分析，研究了黄土高原子午岭林区天然柴松林、辽东栎林及人工油松林 3 种
林地土壤有机碳储量及其垂直分布特征。结果表明：（1）3 种林地土壤有机碳含量柴松林为 13.67 g/kg，
来自百度文库
辽东栎林为 13.95 g/kg，油松林为 11.43 g/kg，并随着土壤深度的增加呈现递减的趋势，不同林分变化幅
砾所占的体积百分比(%)。 一定深度土壤有机碳密度为各个土层有机碳密度
之和，林地土壤碳储量为碳密度与其面积的乘积。此 外，数据采用 SPSS13.0 软件，方差分析研究不同林地 土层深度对土壤有机碳及密度的影响，并在差异显著 时进行多重比较(P＜0.05，LSD，t 检验)。 3 结果与分析 3.1 不同林分土壤有机碳含量