大兴安岭北端地形因子对针叶林土壤黑碳储量的影响

[目的]气候变化对人类社会发展产生的影响受到了世界各国的广泛关注,提高森林生态系统的固碳潜力被认为是经济可行且有效减缓大气二氧化碳(CO2)浓度的重要途径之一,大兴安岭地区森林生态系统的黑碳储量在全球碳循环和碳汇方面具有重要的作用.研究大兴安岭不同地形因子条件下土壤黑碳的储藏分布特征,为区域森林土壤黑碳储量准确估算和森林土壤固碳功能的定量评估提供参考依据.[方法]在大兴安岭北端寒温带针叶林区,按照坡位、坡向差异,对称设置20块样地,采集1 m剖面内不同发生层土样.采用氢氟酸(HF)和盐酸(HCl)处理的重铬酸盐氧化方法对土壤黑碳进行分离,探讨了地形因子(坡位、坡向和坡度)对黑碳(BC)分布的影响,并借助逐步回归分析量化各因子对土壤黑碳密度变异的相对影响程度.[结果]①研究区土壤黑碳密度(面密度)范围为0.02～3.64 kg/m2,腐殖质层密度最大,占全剖面的50.3％,具有明显的表层集聚效应;黑碳占有机碳的比例范围为3.7％～42.5％,除凋落物层外随深度增加呈不断增加的趋势,说明黑碳含量依土层减小的程度比有机碳含量依土层减少的程度小,对比非黑碳成分黑碳向下迁移的程度更大,其稳定性更强;各土层黑碳含量变化范围为0.24～59.13 g/kg,空间变异性较大.②坡位显著影响土壤黑碳含量和密度的分布,不同土层之间下坡位的黑碳含量均显示高于上坡位,下坡腐殖质层黑碳密度是上坡的2.21倍,其1 m剖面黑碳密度是上坡的1.91倍;不同土层间黑碳占有机碳比例均显示下坡位高于上坡位,而差异未达到显著水平;逐步回归显示,坡位对土壤黑碳数量分异的影响较大,可独立解释腐殖质层黑碳密度空间变异的42.1％、1 m剖面黑碳密度空间变异的46.0％.③坡向通过光照和温度的不同影响黑碳储量分布,总体看来,BC含量(除凋落物层和母质层)和BC密度(除凋落物层)均显示阳坡略高于阴坡,但差异不显著,故坡向对黑碳影响较小;腐殖质层土壤BC密度与坡度无显著相关性,而按上下坡分组统计比较淀积层和全部1 m剖面,则上下坡点位分群趋势明显,下坡BC密度与坡度呈显著正相关,上坡BC密度与坡度无显著相关性,坡度对黑碳分布的影响不及坡位大.[结论]大兴安岭林区黑碳储量丰富,BC主要存在于土壤表层并缓慢向下迁移,其生物化学惰性可有效促进碳固定,提升森林土壤碳汇能力.坡位是影响研究区域森林土壤黑碳分布的主控因子,在同一发生层内,不同坡位的土壤剖面间由于土壤理化性质、植被类型、地表径流冲刷作用等因素的各异导致黑碳含量和密度存在较大差异.研究结果可部分解释区域黑碳分布规律,并为碳汇林立地的选取与经营提供参考.