沙特西南高地森林土壤有机碳储量与树种特性及环境因子的关联研究

《Frontiers in Plant Science》：Tree growth characteristics, soil parameters, and soil organic carbon of highland Juniper and Acacia forests in Southwestern Saudi Arabia

本研究首次系统评估沙特阿拉伯西南部高地森林（优势树种为非洲圆柏Juniperus procera和阿拉伯金合欢Acacia gerrardii）的土壤有机碳（SOC）储量差异。通过分析树木生长特性（DBH、基面积等）与土壤参数（容重SBD、黏粒含量等），揭示高海拔非洲圆柏林具有显著更高的SOC含量（69.2 g C kg?1）和密度（107.4 kg C m?3），其碳汇功能受树种特性、海拔气候及黏粒含量的共同调控，为干旱区森林碳管理提供关键数据。

　　

引言

土壤有机碳（SOC）动态对全球碳循环和气候变化具有重要影响，同时直接决定土壤肥力及植物群落组成。尽管全球已开展大量SOC研究，但数据分布极不均衡，主要集中在少数温带国家，而阿拉伯半岛等干旱半干旱区的SOC研究严重缺乏。沙特阿拉伯西南部高地森林作为生物多样性热点区域，其非洲圆柏（Juniperus procera）和高海拔金合欢（Acacia gerrardii）群落对碳固存具有潜在重要价值，但相关SOC研究尚属空白。本研究通过对比两种优势树种林地的SOC储量、树木生长特性及土壤参数，揭示干旱区森林碳汇机制。

材料与方法

研究在阿斯尔省设立两个典型样地：非洲圆柏样地（海拔2775.5 m）和阿拉伯金合欢样地（海拔2235.7 m）。每个样地设置6个采样点，测量树木胸径（DBH）、树高、冠幅体积等8项生长指标，并分层（0-40 cm深度）采集土壤样品分析SOC含量、SOC密度、SOC储量、土壤容重（SBD）及6项土壤理化参数（pH、电导率EC、总溶解固体TDS、砂粒、粉粒、黏粒含量）。采用非线性回归和典范对应分析（CCA）解析SOC与环境因子的关系。

结果

树木生长特性显示，非洲圆柏的DBH（6.745; P = 0.0001）、树干半径和基面积显著高于阿拉伯金合欢，而后者在冠层深度、冠幅直径和树高方面占优。土壤参数中，非洲圆柏样地的黏粒含量（19%）显著高于阿拉伯金合欢样地（13%），其余参数无显著差异。非洲圆柏样地的SOC含量（69.2 ± 2.2 g C kg^?1）和SOC密度（107.4 ± 4.5 kg C m^?3）均显著更高，但SOC储量无统计学差异。土壤容重（SBD）与SOC含量呈显著负相关（非洲圆柏样地r = -0.453），且随土壤深度增加而升高。CCA分析表明，非洲圆柏样地的SOC参数与黏粒含量和砂粒含量显著相关（P = 0.01）。

讨论

本研究首次证实沙特西南高地森林中，高海拔非洲圆柏林具有更强的碳固存能力。其较高SOC水平受多重因素驱动：海拔差异（2775.5 m vs. 2235.7 m）导致的气候条件（降水、温度）分异；树种特性差异——非洲圆柏更大的木质生物量（DBH和基面积）促进有机质输入；较低SBD（1.62 g cm^?3）和较高黏粒含量（19%）通过改善土壤结构提升碳保护能力。值得注意的是，冠层体积参数未显著影响SOC，可能与常绿树种叶片周转率较低有关。未来需进一步量化凋落物输入、林下植被及微生物群落对SOC的贡献。

结论

非洲圆柏林在沙特西南高地生态系统中扮演关键碳汇角色，其SOC储量显著高于低海拔阿拉伯金合欢林。保护与恢复这两种树种及其群落，对维持区域碳平衡、生物多样性及生态系统功能至关重要。建议限制过度采伐活动，并将SOC动态监测纳入干旱区森林管理策略。