四川盆地森林土壤的有机碳氮存储及其空间分布特征

【摘要】： 土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,对全球气候变化和人类生存环境有着重要的影响,森林土壤作为特殊的土壤类型受森林凋落物和枯枝落叶层以及微生物活动等的影响,其有机碳含量和含氮量明显高于非森林土壤。本研究根据四川盆地152个森林土壤剖面数据,估算了该地区土壤有机碳、氮密度及储量,研究其空间分布特征,并分析气候因素和地形对有机碳、氮密度的影响,最后研究了成土过程的温度效应和湿润效应对森林土壤有机碳密度和氮密度的影响。主要结论如下: (1)四川盆地森林土壤平均有机碳密度为35.492±21.099 kgC/m~2,变异系数为59.45%,整个盆地森林土壤有机碳储量约为6.744×10~(15)gC;其中有机碳密度最高的为亚高山草甸草原土118.477 kgC/m~2,最低的为草类—马尾松林黄壤3.145kgC/m~2;不同植被类型下土壤的有机碳含量差异较大。 (2)土壤有机碳的贮存受到温度、降水和海拔的影响,年均温度和降水都与有机碳密度呈极显著的负相关关系,海拔与有机碳密度呈极显著的正相关关系,温度是影响四川盆地森林土壤有机碳密度的关键因子。在年均降雨量400～800mm和年均温度0～4℃之间,可形成有机碳密度的高值区,其有机碳密度可达80kgC/m~2;在年平均温度为14～16℃,降水1400～1600mm之间,可形成有机碳密度的低值区,其有机碳密度20 kgC/m~2。气候和地形因子控制了四川盆地森林土壤有机碳含量,利用Y=6.719+0.005P-0.032T+0.010H模型可以预测四川盆地森林土壤的有机碳密度。 (3)四川盆地森林土壤平均氮密度为1.849±2.163 kgN/m~2,变异系数为117.022%,整个盆地森林土壤氮储量约为3.513×10~(14)gN;不同土种土壤氮含量差异较大,其中山地燥红土氮密度最低,约为0.68 kgN/m~2,亚高山草甸草原土氮密度最高,约为6.02 kgy/m~2。 (4)土壤氮的贮存受到温度、降水和海拔的影响,年均温度与氮密度呈极显著的负相关关系,降水与氮密度呈微弱的负相关关系,海拔与氮密度呈极显著的正相关关系,温度是影响四川盆地森林土壤氮密度的关键因子。在年均降雨量600～900mm和年平均温度2～4℃之间,可形成土壤氮密度的一个高值区,其氮密度可达4.5kgN/m~2;在年平均温度为15～18℃之间,可形成土壤氮密度的一个低值区,其氮密度1.0～1.5 kgN/m~2。气候和地形因子控制了四川盆地森林土壤氮含量,利用Z=1.117+0.001P-0.057T+0.000H模型可以预测四川盆地森林土壤的氮密度。 (5)成土过程的温度效应T与四川盆地森林土壤有机碳密度和氮密度都呈极显著的负相关关系;湿润效应M与四川盆地森林土壤有机碳密度呈显著的正相关关系,与氮密度呈极显著的正相关关系。森林土壤有机碳密度与T、M等的关系可用模型Y=66.334+0.002T~2+0.007M~2-0.006TM-0.249T-0.570M来表示,森林土壤氮密度与T、M等的关系可用以下模型来表示:Z=18.511+0.009T~2+0.002M~2+0.006TM-0.763T-0.311M