張佳佳，傅偉軍，杜 群， 張國(guó)江， 姜培坤

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 臨安 311300；3.浙江省森林資源監(jiān)測(cè)中心，浙江 杭州 310020）

森林凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，參與森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量循環(huán)，對(duì)森林資源的保護(hù)和永續(xù)利用以及水土保持有重要意義[1]。森林凋落物空間分布在特定范圍內(nèi)的屬性特征變化是連續(xù)的， 氣候[2]、 海拔[3]、 土壤[4]、 凋落物本身特性[5]及人為擾動(dòng)[6]等影響森林凋落物量積累和凋落物分解，從而導(dǎo)致森林凋落物碳密度存在普遍的空間變異性。許多學(xué)者對(duì)不同區(qū)域的凋落物量和凋落物分解影響因素做了研究，如凌華等[2]研究了中國(guó)森林凋落物量的影響因素，張新平等[7]研究了中國(guó)東北主要森林類型凋落物量的影響因素，黃錦學(xué)等[8]研究了中國(guó)森林凋落物分解速率的影響因素等等。關(guān)于浙江省森林凋落物的研究不多，如袁位高等[9]、黃承才等[10]分別對(duì)浙江省常綠闊葉林凋落物和馬尾松Pinus massoniana生態(tài)公益林凋落物作了研究，而浙江省森林凋落物量和凋落物分解影響因素方面的文獻(xiàn)很少。2010年浙江省森林資源清查首次將森林凋落物列入清查范圍，基于浙江省森林資源監(jiān)測(cè)中心2010年6-9月的森林凋落物碳密度數(shù)據(jù)和浙江省森林資源清查固定樣地信息數(shù)據(jù)，分析浙江省森林凋落物碳密度空間分布情況，著重從海拔、腐殖質(zhì)層厚度、生物量覆蓋度、土壤有機(jī)碳密度、凋落物氮密度和優(yōu)勢(shì)樹(shù)種等方面，探討浙江省森林凋落物碳密度空間分布的影響因素。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

浙江?。?7°06′～31°11′N， 118°01′～123°10′E）下轄杭州、 寧波、 溫州、 紹興、 湖州、 嘉興、金華、衢州、舟山、臺(tái)州、麗水等11個(gè)地級(jí)市，地貌上屬于東南沿海低山丘陵、華中華東低山和丘陵及江浙沖積平原的一部分。浙江省海拔多在500 m以下，西南部海拔較高，在1000 m以上。土壤主要是紅壤、紅黃壤和黃壤，還有少量的石灰土、紫色土等[11]。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，水熱基本同期。境內(nèi)森林群落豐富，種類繁多，地帶性植被為常綠闊葉林、常綠闊葉和落葉混交林，除此之外還有落葉闊葉林、針葉林、竹林等多種植被類型[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 GIS網(wǎng)格布點(diǎn) 森林資源連續(xù)清查[12]是指定期對(duì)同一對(duì)象重復(fù)進(jìn)行的、可對(duì)比的森林調(diào)查。浙江省森林資源清查采用全球信息系統(tǒng)（GIS）網(wǎng)格，南北地區(qū)4.0 km，東西地區(qū)6.0 km進(jìn)行樣地布置，共獲取4252個(gè)固定樣地，其中森林樣地2528個(gè)。浙江省森林資源清查5 a進(jìn)行1次，2010年以12.0 km×6.0 km網(wǎng)格獲取森林樣地930個(gè)，野外實(shí)際固定樣地839個(gè)。浙江省森林凋落物碳密度調(diào)查采用直接收集法，不涉及年凋落物量和月凋落物量。

1.2.2 森林凋落物收集和處理 在固定樣地內(nèi)選取3個(gè)100 cm×100 cm小樣方，收集樣方內(nèi)全部的枯枝落葉裝入編織袋稱量并記錄。倒出樣品混勻，獲取一部分裝入塑料袋中（做上編號(hào)）帶回實(shí)驗(yàn)室。稱取從野外采集的枯落物鮮質(zhì)量，然后按流程依次分批放入烘箱（105℃恒溫）并稱其烘干后的質(zhì)量。研磨凋落物干物質(zhì)，稱取500 mg放入有機(jī)元素分析儀測(cè)定（Vario MAX CN），獲得森林凋落物碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析和處理 通過(guò)計(jì)算公式將凋落物碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單位面積凋落物碳密度。公式如下（森林凋落物氮密度計(jì)算公式相同）：

式（1）和式（2）中：a表示部分帶入實(shí)驗(yàn)室的凋落物干質(zhì)量百分比；x（kg）表示3個(gè)100 cm×100 cm小樣方內(nèi)凋落物鮮質(zhì)量；y（kg·hm-2）表示單位面積凋落物干質(zhì)量；z（kg·hm-2）表示單位面積凋落物碳密度；b表示元素分析儀測(cè)定的凋落物碳元素百分比。采用SPSS 18.0對(duì)浙江省森林資源清查樣地信息數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)性分析，其中單樣本Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)可用于檢驗(yàn)變量是否為正態(tài)分布。若P＞0.05，表示數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布；P＜0.05，表示數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布[11]。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 浙江省森林凋落物碳密度描述性統(tǒng)計(jì)分析

2.1.1 全省森林凋落物碳密度分布情況 森林凋落物碳密度表示單位面積的凋落物碳儲(chǔ)量，反映了某一區(qū)域的平均凋落物碳儲(chǔ)量水平。對(duì)森林凋落物碳密度進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，可以定量了解森林凋落物碳密度的區(qū)域變化，描述項(xiàng)目包括極小值、極大值、均值、變異系數(shù)。極小值、極大值能反映森林凋落物碳密度的變化范圍。變異系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)差和均值的比值，能夠反映數(shù)據(jù)的離散程度，表示森林凋落物碳密度變異性的大小，變異系數(shù)≤0.1時(shí)為弱變異性，0.1＜變異系數(shù)＜1.0時(shí)為中等變異性，變異系數(shù)≥1.0時(shí)為強(qiáng)變異性[13]。表1為浙江省森林凋落物碳密度統(tǒng)計(jì)表。從表1中可知：浙江省森林凋落物碳密度均值為 1785.10 kg·hm-2， 明顯低于方精云等[14]全國(guó)森林凋落物碳密度的 6470.00 kg·hm-2， 李海奎等[15]的6170.00 kg·hm-2。浙江省森林凋落物碳密度的極小值和極大值分別為10.18 kg·hm-2和8841.26 kg·hm-2，兩者相差極大，變異系數(shù)值為0.67，屬于中等變異。結(jié)果表明：浙江省森林凋落物碳密度低于全國(guó)平均水平，主要是浙江地處長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，經(jīng)濟(jì)區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯以及浙江省森林植被林齡主要以中幼年林[16]為主有關(guān)。森林凋落物碳密度空間分布在全省范圍內(nèi)具有中等的空間自相關(guān)性，不同區(qū)域森林凋落物碳密度差異明顯，這可能和浙江省不同的地貌類型有關(guān)。浙江省自西南向東北傾斜，東北部為沖積平原，中部為丘陵，西南部為山區(qū)。各個(gè)地區(qū)植被分布不一樣導(dǎo)致森林凋落物碳密度空間分布存在差異性?；赟PSS軟件對(duì)浙江省森林凋落物碳密度進(jìn)行正態(tài)分析，P=0.032（＜0.05），不服從正態(tài)分布，并輸出全省森林凋落物碳密度直方圖和Q—Q圖（圖1）。從圖1中可以直觀地看出：浙江省森林凋落物碳密度集中為2000.00 kg·hm-2，在6000.00～8000.00 kg·hm-2出現(xiàn)零星值。直方圖中可以看出：浙江省森林凋落物碳密度為正偏態(tài)分布，高值區(qū)明顯；Q—Q圖中可以看出：浙江省森林凋落物碳密度中間部分沿期望正態(tài)線分布，而在期望正態(tài)線的兩端，觀測(cè)值或高或低，分布在直線左右。結(jié)果顯示和描述性統(tǒng)計(jì)分析一致。

表1 浙江省森林凋落物碳密度Table1 Statistical characteristic value of forest litter carbon densities in Zhejiang

圖1 浙江省森林凋落物碳密度直方圖（左）和Q—Q圖（右）Figure1 Histogram and Q—Q plot in forest carbon densities of Zhejiang Province

2.1.2 不同地級(jí)市森林凋落物碳密度統(tǒng)計(jì)分析 表2為浙江省不同地級(jí)市的森林凋落物碳密度統(tǒng)計(jì)。從表2中可以看出：11個(gè)地級(jí)市的森林凋落物碳密度變異系數(shù)為0.46～0.78，具有中等空間自相關(guān)性；森林凋落物碳密度極小值和極大值也相差明顯，和全省森林凋落物碳密度相似。表2數(shù)據(jù)顯示：浙江省11個(gè)地級(jí)市的森林凋落物碳密度均值大小為舟山＞麗水＞衢州＞寧波＞杭州＞臺(tái)州＞紹興＞金華＞溫州＞湖州＞嘉興。結(jié)果表明：浙江省森林凋落物碳密度在地級(jí)市縣域小尺度范圍的森林凋落物碳密度空間分布也存在差異性，浙江西部和北部地區(qū)（麗水、衢州、杭州）大于浙江東部和中部地區(qū)（金華、溫州），而浙北沿海地區(qū)分布最少（嘉興）。其中，舟山地區(qū)凋落物碳密度均值2079.02 kg·hm-2，高于全省平均值。原因可能是采樣點(diǎn)設(shè)置較少，該地級(jí)市只在定海區(qū)和普陀區(qū)共設(shè)置7個(gè)固定樣地，局部地區(qū)的森林凋落物碳密度不能反映整個(gè)區(qū)域的水平，只能說(shuō)明舟山小尺度范圍內(nèi)森林資源豐富，凋落物量比較多。而同樣采樣比較少的嘉興地區(qū)，由于其位于杭嘉湖平原，森林覆蓋率較低，故固定樣地設(shè)置只在秀城區(qū)、秀洲區(qū)和桐鄉(xiāng)市共設(shè)置7個(gè)點(diǎn)。位于杭嘉湖平原的杭州地區(qū)，森林凋落物碳密度為1807.40 kg·hm-2，主要是該地級(jí)市行政區(qū)范圍橫跨浙東、浙西地區(qū)，雖然位于浙東的錢塘江流域范圍森林資源較少，但是位于浙西的臨安市、淳安縣等地區(qū)森林資源極其豐富，森林凋落物量累積較多，從而杭州市的森林凋落物碳密度較高。

表2 不同地級(jí)市森林凋落物碳密度統(tǒng)計(jì)分析Table2 Statistical characteristic value of forest litter carbon densities in 11 cities

2.2 浙江省森林凋落物碳密度空間分布影響因素

2.2.1 海拔和森林凋落物碳密度的關(guān)系 浙江省地勢(shì)呈自西南向東北傾斜趨勢(shì)。西南部為平均海拔800 m的地區(qū)，1500 m以上的山峰大多集中在此；中部為丘陵、盆地相間，海拔多在100～500 m；東北部為海拔10 m以下的太湖、杭州灣水網(wǎng)平原[11]。據(jù)此將浙江省森林資源分布的海拔分為5個(gè)分組， 分別為 0～10 m， 11～100 m， 101～500 m，501～800 m，801～1503 m。從表3中可以看出：浙江省森林資源固定樣地集中分布在101～500 m的海拔上，森林凋落物碳密度均值隨著海拔升高而增加，最高值在801～1503 m的海拔上。可是，森林凋落物碳密度均值在海拔11～100 m之間出現(xiàn)異常。結(jié)果表明：浙江省森林凋落物碳密度隨著海拔的升高而增大，局部地勢(shì)較低地區(qū)森林凋落物碳密度很高?？赡苁呛０屋^低的局部地區(qū)森林資源相對(duì)豐富，凋落物量積累多，從而使整體的平均水平提高。相關(guān)研究顯示中國(guó)凋落物量隨海拔的升高而降低[2]，與本研究相反。原因主要是浙江省位于長(zhǎng)江三角洲平原地區(qū)，地勢(shì)低于全國(guó)平均水平。浙江省高海拔地區(qū)相對(duì)全國(guó)而言剛好適合植被生長(zhǎng)，導(dǎo)致森林凋落物碳密度在浙江省高海拔地區(qū)出現(xiàn)高值。

2.2.2 腐殖質(zhì)層厚度、生物量覆蓋度和森林凋落物碳密度的關(guān)系 生物量覆蓋度包括灌木覆蓋度、草本覆蓋度和植被覆蓋度。從表4中可知：生物量覆蓋度和腐殖質(zhì)層厚度與森林凋落物碳密度無(wú)相關(guān)關(guān)系。原因可能是2010年浙江省森林資源連續(xù)清查不涉及年凋落物量或月凋落物量，凋落物碳密度和生物量覆蓋度、腐殖質(zhì)層厚度之間沒(méi)有動(dòng)態(tài)的關(guān)系，短期的凋落物收集和兩者之間的相關(guān)度很小。

表3 浙江省森林凋落物不同海拔的碳密度均值Table3 Mean value of forest litter carbon density at different altitudes

表4 浙江省森林凋落物碳密度與影響因素的相關(guān)系數(shù)Table4 Correlation coefficients between forest litter carbon density and controlling factors

2.2.3 土壤有機(jī)碳密度和森林凋落物碳密度的關(guān)系 土壤有機(jī)質(zhì)（soil organic matter，SOM）是指通過(guò)微生物作用所形成的腐殖質(zhì)、動(dòng)植物殘?bào)w和微生物體的合稱，其中的碳即為土壤有機(jī)碳（SOC）[17]。森林土壤有機(jī)碳主要集中在土壤表層，分布在深度1.0 m以內(nèi)的土壤層中，以土壤0～10 cm的有機(jī)碳含量最多[18]。凋落物層為森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤—植物系統(tǒng)碳循環(huán)的聯(lián)結(jié)庫(kù)，同時(shí)也是土壤有機(jī)碳的最重要來(lái)源，在土壤有機(jī)碳的積累過(guò)程中起著極為重要的作用[19]。從表4可知：土壤有機(jī)碳密度與森林凋落物碳密度相關(guān)系數(shù)為0.136，具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：土壤有機(jī)碳密度與凋落物碳密度有密切的聯(lián)系，土壤是森林資源生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，土壤有機(jī)碳高反映植被生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)明顯，有利于凋落物量累積。土壤有機(jī)碳密度在一定程度上反映了凋落物碳密度大小，因?yàn)橥寥烙袡C(jī)碳的積累主要由土壤有機(jī)質(zhì)的輸入與輸出間的凈平衡決定的[17]，凋落物的輸入在土壤恢復(fù)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。研究表明，凋落物的輸入對(duì)土壤影響最早、最顯著的是土壤的活性組分。隨著凋落物的輸入，土壤溶解有機(jī)碳（DOC）會(huì)明顯增加[20]。

2.2.4 凋落物氮密度和森林凋落物碳密度的關(guān)系 凋落物作為森林碳庫(kù)的重要組成部分，其分解快慢直接影響到地表凋落物積累。常見(jiàn)的凋落物分解指標(biāo)有碳氮（C/N）比、木質(zhì)素/氮比、氮及磷的初始濃度等。其中，凋落物中C/N比愈高、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈低、木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈高，凋落物分解速率越慢[21]。隨著分解的進(jìn)行，凋落物中氮濃度逐漸升高，C/N比降低[22]。從表4可知：森林凋落物氮密度和碳密度的相關(guān)系數(shù)為0.835，也具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系。這主要是碳、氮元素作為凋落物中主要的殘留元素，是微生物能量和酶活性的來(lái)源。碳氮比是凋落物中碳元素與氮元素的含量比率，森林凋落物氮和凋落物碳之間的關(guān)系主要反映在碳氮比上，碳氮比控制著凋落物分解過(guò)程中微生物的活性。土壤中碳氮比的大小決定了微生物分解有機(jī)質(zhì)的快慢[23-24]。

2.2.5 優(yōu)勢(shì)樹(shù)種和凋落物碳密度的關(guān)系 優(yōu)勢(shì)樹(shù)種就是林分中蓄積量最大的那個(gè)樹(shù)種，一般情況下是指這個(gè)樹(shù)種蓄積量占林分蓄積量的65%以上（含65%），即在樹(shù)種組成中占7成以上（含7成）[25]。根據(jù)《國(guó)家森林資源連續(xù)清查主要技術(shù)規(guī)定》，本研究將浙江省森林資源調(diào)查的樹(shù)種分為松屬、杉屬、櫟類、針葉混、針闊混、竹林、經(jīng)濟(jì)類和其他樹(shù)種等8類。圖2為浙江省森林資源不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的凋落物平均碳密度。從圖2中可以看出：櫟類凋落物平均碳密度最高，為4798.04 kg·hm-2。經(jīng)濟(jì)類和竹林凋落物碳密度較低，分別為1054.33 kg·hm-2和1469.78 kg·hm-2。其他樹(shù)種凋落物平均碳密度基本在1900.38 kg·hm-2左右。結(jié)果表明：樹(shù)種的選擇對(duì)于凋落物量的積累有很大的影響。浙江省在中國(guó)植被區(qū)劃系統(tǒng)上，屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域。由于海拔、坡度等不同的地貌特征和氣溫、降水、濕度、光照等氣候類型，使浙江省因地理位置不同而出現(xiàn)不同的植被類型。研究顯示，浙江省生態(tài)公益林的凋落物量為常綠闊葉林最高，其次為針闊混交林，針葉林最低[10]。此次調(diào)查的櫟類以落葉喬木為主，具有十分豐富的凋落物量，而經(jīng)濟(jì)林和竹林由于人為的經(jīng)營(yíng)管理，凋落物量積累較少，故凋落物碳密度最低。

圖2 浙江省森林不同優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的凋落物碳密度均值Figure2 Mean values of forest litter carbon density of various dominant trees

3 結(jié)論

浙江省森林凋落物碳密度在全省及不同地級(jí)市的縣域范圍出現(xiàn)不同的空間分布特征。森林凋落物碳密度隨著海拔的升高而增大，局部地勢(shì)較低地區(qū)森林凋落物碳密度很高。由于森林資源變化是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，生物量覆蓋度和腐殖質(zhì)層厚度與森林凋落物碳密度無(wú)相關(guān)關(guān)系，而土壤有機(jī)碳密度和凋落物氮密度兩者與森林凋落物碳密度具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系。浙江省原生森林植被大多被破壞，有些地區(qū)以經(jīng)濟(jì)林代替，而有些地區(qū)則形成針闊混交林或落葉闊葉混交林[10]。此次森林凋落物清查收集凋落物樣本，不同樹(shù)種對(duì)凋落物量的積累貢獻(xiàn)不同，櫟類為主的落葉喬木凋落物碳密度較高，而經(jīng)濟(jì)林則最低。

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