森林土壤碳汇功能研究进展
3 主要森林类型土壤碳汇研究概况
森林土壤碳汇效应在陆地生态系统碳排放与吸存中占有重要地位。Woodwel[32]估算全球森林土壤碳储量为0.925×1012～2.775×1012t。Ajtay[33]等研究认为，全球森林土壤碳储量中，热带雨林为82 Gt，热带季雨林41 Gt，温带林72 Gt，北方林135 Gt，林地及灌木林72 Gt。Houghton[34]估算出热带森林土壤有机碳储量为187Gt，温带森林117 Gt，极地森林241 Gt，热带疏林及稀树草原88 Gt，温带疏林草原251 Gt。Humington[35]研究认为，美国东南部森林生态系统土壤固碳速率可达1.8～2.3 Mg·hm－2 ·a－1。周玉荣[36]等估算中国主要森林生态系统土壤碳储量为2.10×1010t， 占中国森林生态系统碳总储量的74.6％ ，约占全球森林土壤碳储量的2.7％ 。李克让等[37]按面积加权估算中国森林土壤平均碳密度为81.39t·hm－2，土壤碳储量为1.05×1010t，约占中国森林生态系统碳库的66％。
在森林土壤碳研究方面，国内外研究报道集中在：灌木林、竹林、针叶林、阔叶林和针阔混交林等五种森林类型土壤。其中人工林及次生演替林土壤有机碳循环动态研究和退化过程碳流失机制研究尤多[38－42]。
3.1 灌木林
灌木林是自然界中广泛存在的一种重要陆地生态系统类型，具有重要的地位和作用[43]。其种类丰富、结构多样，是区域生物多样性的重要组成部分；并且其萌芽力强、生产力高，也是一种重要的替代能源和优良的治沙治荒树种。灌木林分一般是密生植被，林下土壤有较多碳积累，其分布区域不同土壤稳定性碳库与非稳定性碳库比例表现不一。在干旱半干旱地区其非稳定性碳库更多，在湿润地区稳定性碳库更大。我国有广大的灌木林面积分布，占国土面积的3%左右，在我国各种土地覆被类型中面积最大，但土壤碳密度最低[44], 土壤碳贮量为11.77Gt,仅占全国土壤总碳贮量的14.2%。不过灌木林表土层(0～20cm)土壤总有机碳含量高于相同生境的阔叶林土壤[45]，但差异未达显著水平。随着天然林保护工程的实施和治沙工程的开展，灌木林的地位和作用日益突出，其土壤碳汇/源效应将日益显现。
3.2 竹林
竹林是森林生态系统中重要组成部分,巨大的现存生物量水平决定了其在大气CO2减量中的重要作用[46]，其下土壤参与着巨大的碳周转。黄承才[47]研究中亚热带东部毛竹（Phyllostachys pubescens）林土壤有机碳储量为224.0 t·hm－2。中国是世界上竹种资源最丰富的国家，种类约占世界1/3，面积484.26万公顷，占全国森林面积的2.5%，为世界竹林总面积的39%。天然竹林广泛分布于27个省、市、自治区[48]，集中分布在南方亚热带山区，气候比较温暖、湿润，生长速度明显超过一般森林，其固碳速率高于一般森林，林下土壤碳蓄积量大。据推算中国竹林土壤固定的碳储量为1.066×1015g。其中毛竹林[49]土壤层碳贮量 (0～60cm)总计为71.475t/hm-2，占竹林生态系统67.20%,其土壤有机碳含量达到2.0% 左右 (0～40cm ,下同) [50]，慈竹林更高, 超过了3%。
3.3 针叶林
针叶林几乎全部分布于北半球的高纬度地区，占据着北纬45～70°的宽广陆地面积，中纬度和低纬度亚高山地带也有针叶林的片段分布。针叶林多形成大面积纯林或混交林，群落结构简单，死地物层厚，分解缓慢，以暗针叶林为主的天然林分下土壤碳蓄积大，以明亮针叶林为主的人工林分下土壤碳蓄积较次。Zhao[51]对中国热带、亚热带地区森林土壤有机碳储量作了初步研究：针叶林在100 cm土层内东部储量为1.393 Gt，西部为4.18 Gt，在20 cm土层内东部储量为0.72 Gt，西部为1.72 Gt。我国森林植被中，云冷杉林下土壤碳密度最大[36]，其土壤呼吸较弱，形成巨大碳贮库。云杉天然林土壤碳密度平均值为1.41%。马尾松林土壤有机C贮量为l.67x105kg/hm-2。[52] 杉木林土壤平均有机碳质量分数随着土壤深度增加而逐渐下降[53]，土壤表层（0～15cm）的有机碳质量分数最高，为20.6g·Kg-1，而60～75cm土层的有机碳质量分数最低，为8.2 g·Kg-1。其活性有机碳含量低于地带性阔叶林，第二代杉木纯林土壤活性有机碳含量比第一代杉木纯林低26.4%[54]。
3.4 阔叶林
阔叶林分落叶阔叶林和常绿阔叶林。落叶阔叶林是温带地区湿润海洋性气候条件下典型的木本群落，多以混交林形式存在。常绿阔叶林主要生长在温暖湿润的亚热带(或称暖温带)气候条件下、常绿阔叶树为优势种的森林植被类型[55]，是亚热带气候下的顶级植被类型，对其土壤碳汇效应研究具有重要意义。我国热带、亚热带地区阔叶林100cm土层[51]，东部为1.06 Gt，西部为3.58 Gt，20cm土层内东部为0.44 Gt，西部为1.46 Gt。由于常绿阔叶林地区独特的气候、植被特征，土壤一般有较高的碳储量和碳密度。季风常绿阔叶林土壤有机质含碳密度占总碳密度的70.8%，月动态表现为每年的4～6月份是较强碳源,7～9月份是较弱碳源,10～11月份是较强碳汇,12～3月份是较弱碳汇[56]。而在千烟洲7种典型森林类型土壤碳储量对比研究中[57]：常绿阔叶林土壤的有机碳储量最低，SOC储量为4.01 kg±3.56 kg/m3，部分地区SOC储量仍有增加的潜力，可能是特殊区域时段土壤淋溶侵蚀严重或人为破坏所制。我国常绿阔叶林分布最广、面积最大，类型最为复杂多样，是全球常绿阔叶林的主体。但基本分布于人口密集、经济发达的区域，由于长期、高强度的人为活动干扰，原生的常绿阔叶林所剩无几，大部分为人工林和次生灌丛或其它演替类型所替代，土壤碳素积累与周转受到很大影响。
3.5 针阔混交林
针阔混交林由针叶树和阔叶树混合组成，是中温带湿润地区的地带性植被。在欧亚大陆的中高纬度形成一条不连续的混交林带，在我国主要是红松阔叶林，分布在东北山地，西南亚高山地区也有山地过渡带分布。此外，各地还有大量人工或次生针阔混交林存在。我国针阔混交林土壤碳密度平均值为335.58t·hm -2 。[36]鼎湖山自然保护区次生针阔混交林土壤，特别是表层土壤，碳贮量贡献较大，高于针叶林，主要受土层厚度、水热条件和人为干扰等影响[58、59]。贡嘎山东坡几种植被类型中针阔混交林下土壤有机碳含量最高[60]。
4 结语与展望
研究不同地理气候带和不同森林类型土壤有机碳储量及动态变化特征，并对其碳汇功能作出汇总统计,可为预测未来农、林生态系统变化及全球环境变异和评价区域尺度生态系统碳汇/源效应提供理论依据。 到目前为止, 陆地生态系统碳汇方面还存在许多不确定性, 尤其对陆地生态系统碳汇时空分布和源汇存储率变化机制还很不清楚[61]。森林土壤碳汇是否精准估算是全球CO2“失汇”问题关键所在,其碳源/ 汇的潜力及其持久性的认识仍不十分清楚，所以迫切需要大量不同森林类型土壤有机碳实测数据以及对土壤有机碳测定方法和动态综合模型的改进，以对森林土壤碳释放和吸存能力作出准确评价。 近年来，国内外在土壤碳研究中提出了很多新的测试方法，如14C 测试、δ13C /δ14C 值测试、碳通量法和放射性碳同位素标记法[62]，它们在研究土壤有机碳组成及驻留时间、探讨土壤有机碳随深度的垂直变化和跟踪新老碳在不同环境因子影响下的动态过程和命运等方面起到重要作用，这对进一步研究大气-植被-土壤碳循环过程土壤碳蓄积估算、碳汇/源的数量和范围等意义重大。
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