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user: 3. 结果与讨论 3.1. 不同海拔梯度森林土壤有机碳含量的剖面变化 南北坡不同海拔及不同土层下土壤有机碳含量见表2。由表2可知，整个土层(0~60 cm)南坡土壤有机碳含量高于北坡；北坡土壤有机碳含量随着海拔高度的上升呈现增加的趋势，而南坡土壤有机碳含量在750 m以下随海拔高度的上升而增加，750 m以上表现规律不明显。在表层(0~20cm)分布上，南北坡高海拔森林土壤表层有机碳含量高于低海拔，其中，竹林地表层土壤有机碳含量最高(23.51 g∙kg − 1 )，马尾松林地表层最低(17.74 g∙kg − 1 )。海拔对土壤有机碳的影响可能表现在两个方面：一方面，不同的海拔发育了不同的森林植被，植被类型的差异导致了由凋落物的质和量以及根系作用的差异，最终导致进入土壤的有机碳含量的差异；研究表明，在气候条件相同的情况下，森林植被类型对凋落物的产量和分解速率均有显著影响，进而造成不同森林植被类型间土壤有机碳的差异 [ 6 ]。另一方面，随海拔的上升，温度下降，林下土壤微生物活性减弱，使土壤有机碳释放速率降低。 在剖面变化上，土壤有机碳含量随着土层的加深而减小(表2)，表现出明显的表层富集性特征，这与以前的研究结果一致 [ 6 ] [ 22 ] [ 23 ]。土壤有机碳的表层富集性特征可能源于表层凋落物的输入、土壤毛管作用力以及根系吸水力的驱使。但是，表层土壤有机碳的稳定性极容易受集中降水和人类活动的扰动，容易引起表层土水土流失从而导致土壤有机碳储量减少。从亚表层(20~40 cm)来看，随着海拔的升高，南北坡各森林土壤亚表层土壤有机碳含量基本呈上升趋势，这与土壤表层保持一致；从底层(40~60 cm)土壤来看，土壤有机碳含量受海拔和土壤类型的影响较小，南北坡各森林土壤底层有机碳含量均较低并且差别不大。南北坡各森林土壤的有机碳含量随土层深度增加而整体呈降低趋势，且底层土壤变化速率的差异较亚表层更为明显。由此可见，森林土壤有机碳主要来自于森林枯枝落叶层的分解输入与累积，不同化学组成的森林植被使其土壤性质存在一定的差异，但是，决定土壤有机碳的分解速率主要是凋落物的结构组成和数量。 在不同海拔梯度上，南北坡各森林土壤表层有机碳含量存在着差异，即高海拔森林表层土壤有机碳含量高于低海拔土壤，但是，在海拔梯度上的所表现出来的土壤有机碳含量的差异明显低于土壤有机碳含量在土壤剖面上的差异(表2)。这表明土层深度和海拔都是影响土壤有机碳分布的重要因素，但是，土层深度相较于海拔对土壤有机碳空间分布的影响可能会更大。 Table 2 Variation of soil organic carbon content along altitudinal gradient and soil depth on southern and northern slopes of Lushan (mean ± SD g∙kg−1 地理位置 海拔(m) 土层(cm) 0~20 20~40 40~60 0~60 北坡 250 17.74 ± 5.56a 6.78 ± 2.62b 3.51 ± 0.62a 9.72 ± 3.10a 450 19.17 ± 6.17a 8.14 ± 2.68a 2.37 ± 0.75a 9.93 ± 1.53b 650 22.23 ± 3.85b 13.16 ± 4.35a 4.43 ± 0.24ab 14.74 ± 2.90a 850 20.01 ± 4.60ab 10.58 ± 3.62a 3.45 ± 1.09a 11.39 ± 3.84a 1050 19.34 ± 6.23a 9.28 ± 3.47a 2.97 ± 0.43bc 10.87 ± 4.81a 南坡 350 18.75 ± 5.85a 8.15 ± 4.52a 3.38 ± 1.09a 10.49 ± 4.07b 550 21.06 ± 4.43a 12.19 ± 3.89a 4.59 ± 3.77b 11.37 ± 3.65a 750 23.51 ± 2.08c 15.83 ± 2.48b 6.41 ± 2.36ab 15.67 ± 4.18bc 950 19.28 ± 3.29a 9.78 ± 4.75a 3.18 ± 1.98a 10.24 ± 2.16a 1150 20.36 ± 6.92a 11.82 ± 4.86a 2.21 ± 0.56ac 12.36 ± 4.05a 表2. 庐山南北坡不同海拔及不同土层下土壤有机碳含量(平均值 ± 标准差g∙kg − 1 ) 注：同列数字后不同小写字母表示p < 0.05水平差异显著。 3.2. 不同海拔梯度森林土壤有机碳密度的剖面变化 土壤有机碳密度是评价土壤碳分布的一个重要指标 [ 24 ]，南北坡不同海拔及不同土层下土壤有机碳密度见表3。由表3可知，南北坡各森林土壤表层(0~20 cm)土壤有机碳密度存在明显的差异，其中针叶林(马尾松和黄山松)下表层土壤有机碳密度最小，这是由于针叶林的针状凋落物表层的角质层物质腐烂和进入土壤较慢，从而影响了林下土壤微生物活性，造成针叶林下土壤有机碳密度较低，其整体固碳能力较弱。南北坡各森林土壤亚表层(20~40 cm)土壤有机碳密度整体上低于表层土壤，各森林土壤底层(40~60 cm)土壤有机碳密度均出现降低，但其降幅的波动性较大。土壤有机碳密度与气候、植被、地形等环境变量密切相关，已有研究认为土壤有机碳是进入土壤的生物残体等有机物质的输入与以土壤微生物分解作用为主的有机物质的损失之间的平衡 [ 25 ]，其中，有机物质的输入量在很大程度上取决于气候条件、土壤水分状态、养分的有效性、植被生长以及人类的耕种管理等因素，而土壤中有机物质的分解速率则受制于有机物的化学组成、土壤水热状况以及物理化学特性等因素 [ 26 ] [ 27 ]。受气候、植被和地形等因素的综合影响，不同海拔梯度森林土壤有机碳密度存在较大的差异。 由表3中南北坡各森林土壤整个土层(0~60 cm)有机碳密度与海拔的关系可知：北坡森林土壤有机碳密度表现为随海拔的上升，土壤有机碳密度呈逐渐增加的趋势，说明庐山北坡土壤有机碳密度分布与海拔呈正相关性；庐山南坡森林土壤有机碳密度与海拔则没有明显的规律。在同一海拔高度无论南、北坡，庐山各森林土壤随着土层深度的增加，土壤有机碳密度整体上呈递减趋势。不同海拔上发育的不同森林植被类型，具有不同的树种组成和根际微环境。森林植被类型或树种组成直接影响着凋落物的产量和质量，影响着植被凋落物的分解输入；不同的森林植被类型可能具有不同的林下微气候环境和根际微环境，林下微气候环境和根际微环境影响着土壤微生物活动，同时也具有不同的根分泌物的输入，影响着土壤本身呼吸作用的碳输出。已有研究表明，植被凋落物的分解输入和土壤本身呼吸作用的输出的大小和二者的对比关系很大程度上决定了土壤有机碳库的大小和赋存状态 [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]，进而造成不同森林类型间土壤有机碳密度的较大差异 [ 31 ]。 Table 3 Variation of soil organic carbon density along altitudinal gradient and soil depth on southern and northern slopes of Lushan (mean ± SD kg∙m−2 地理位置 海拔(m) 土层(cm) 0~20 20~40 40~60 0~60 北坡 250 3.75 ± 0.81ac 2.31 ± 0.62b 3.15 ± 1.05a 8.17 ± 2.01ac 450 5.13 ± 1.21a 3.64 ± 1.45a 1.79 ± 0.49b 10.04 ± 4.27a 650 7.81 ± 3.06b 4.87 ± 0.56a 2.96 ± 1.43a 12.39 ± 2.02ab 850 6.65 ± 1.37a 3.59 ± 2.33a 2.61 ± 0.26a 12.95 ± 3.53a 1050 6.37 ± 2.89a 4.04 ± 1.52ac 2.84 ± 0.93a 13.71 ± 4.62a 南坡 350 5.33 ± 1.69a 3.19 ± 0.64a 3.57 ± 1.84a 11.56 ± 2.81a 550 4.69 ± 1.23a 3.14 ± 1.97a 3.89 ± 1.21ab 10.91 ± 5.57a 750 7.67 ± 2.58b 4.78 ± 2.57b 2.41 ± 0.89a 12.87 ± 4.12a 950 5.92 ± 1.04a 3.87 ± 0.85a 4.01 ± 1.53a 13.09 ± 2.34a 1150 4.13 ± 3.39a 2.61 ± 0.71bc 2.49 ± 0.61a 9.35 ± 3.96b 表3. 庐山南北坡不同海拔及不同土层下土壤有机碳密度(平均值 ± 标准差kg∙m −2 ) 注：同列数字后不同小写字母表示p < 0.05水平差异显著。 庐山亚热带主要森林土壤有机碳密度为8.17~13.71 kg∙m − 2 ，其土壤有机碳密度低于全国森林土壤平均水平(19.36 kg∙m − 2 ) [ 32 ]，也低于世界平均水平(18.90 kg∙m − 2 ) [ 33 ]。这主要是庐山属于我国亚热带东部季风区域，地处长江中下游平原的分界处，亚热带较好的水热条件有利于植被生物量的积累，同时亚热带土壤呼吸速率较大，加之植被对土壤中养分大量吸收，造成土壤碳储量相对较低 [ 32 ]，另外，人类对森林资源的开发以及不合理的干扰，容易造成水土流失，加速了森林土壤有机碳的释放。