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作为大气中CO2的源和汇,森林生态系统碳储量是全球气候变化研究的核心问题之一.目前在森林生态系统碳储量的研究中还存在很大的不确定性,这种不确定性尤其表现在对区域森林生态系统土壤有机碳储量估算及其影响因子上,因此准确评估区域森林生态系统土壤有机碳储量及其影响因子一直是森林生态系统碳储量研究中的热点与难点。
本文以广东长潭自然保护区为研究对象,通过林地调查及实验分析,综合TWINSPAN、CCA、PCA等多元统计分析方法和地理信息系统(ArcGIS),对保护区土壤有机碳密度、有机碳储量、空间分布特征及影响因子等方面进行研究,得出了如下的结果：
长潭自然保护区土壤有机碳密度空间分布不均匀,随土壤深度增加,呈显著垂直下降趋势(P<0.01),水平分布上,全剖面土壤(0～100 cm)平均有机碳密度为19.88±0.48 kg.m-2,变异系数为81.58％,各层土壤(25 cm)有机碳变异系数均超过50％.根据土壤有机碳密度估算得到长潭自然保护区土壤有机碳储量为1.03×10 kg. 从影响土壤有机碳立地因子入手,分析了各个立地因子对土壤有机碳的影响.得出当海拔高度在300～400 m、西坡向、坡度为10～20.,中坡位、郁闭度在0.4～0.6、凋落物厚度在5～10 cm、盖度在0.4～O.8时,排水一般,人为干扰少的情况下土壤有机碳密度最大。
采用TWINSPAN进行植被类型分类,对广东长潭自然保护区不同植被类型土壤有机碳分布特征进行了研究,并比较2种分类标准的优劣,结果表明,以乔木胸高断面积比以林下植物盖度作为分类标准能更好地反映植被类型与土壤有机碳含量关系,基于乔木胸高断面积作为分类标准的不同植被类型土壤有机碳差异极显著(p<0.01),8个植被类型中,胸高断面积最小的植被类型3土壤有机碳含量最高,为27.45±1.41 g.kg-1,胸高断面积最大的植被类型1土壤有机碳含量最低,为11.87±2.69g.kg-1,总的来说呈胸高断面积增加土壤有机碳含量减少的趋势。
在分析群落结构对土壤有机碳影响时,本研究发现,土壤有机碳含量在11～30g.kg-1的取样点均匀分布在植物群落UPGMA聚类树状图中,而土壤有机碳含量低于10 g.kg-1或高于30 g.kg-1以上的取样点则散布其间；PCA排序表明,土壤有机碳含量、物种丰富度、Shannon-Wiener指数、郁闭度对群落结构复杂性起到重要作用,凋落物厚度和海拔高度对群落结构影响相对较小；CCA排序表明,土壤有机碳对群落结构起的作用最大,郁闭度和海拔高度起的作用其次,凋落物厚度影响最小. 在分析不同功能区土壤有机碳分布时,本研究发现,不同功能区土壤有机碳差异显著(p<0.05),土壤有机碳含量为实验区>缓冲区>核心区,不同功能区各层土壤有机碳含量为:0～50 cm土层土壤有机碳含量为实验区>缓冲区>核心区,50～100 cm土层土壤有机碳含量为缓冲区>实验区>核心区,缓冲区土壤有机碳含量变化大于核心区与实验区。
本项研究发现,土壤理化性质如土壤含水率、pH、电导率、碱解氮、全氮、速效钾等变量的数值随土层加深显著下降,土壤容重随土层加深显著增加,而阳离子交换量(CEC)、速效磷、全磷、<0.01mm土壤颗粒含量在剖面随土层加深没有显著下降趋势.土壤有机碳与其他理化性质相关分析得出:土壤有机碳与土壤容重、CEC、电导率呈显著负相关,与土壤含水率、全氮呈显著正相关,与pH、碱解氮、速效磷相关性不显著。
通过本项研究,探索基于景观尺度森林资源及土壤调查数据来估算整个自然保护区土壤有机碳库大小及其影响因子的可行方法,以期为我国区域生态系统碳汇功能研究提供基础研究数据,为在全球气候变化的条件下增加中国自然保护区土壤有机碳储量、碳汇林建设、区域生态环境建设、制定区域生态系统碳汇管理对策提供依据和参考。本项研究对于评价中国华南地区自然保护区碳汇功能也具有重要的学术意义和应用价值。