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摘要
【目的】研究华中地区3种典型天然混交林（常绿针叶混交林、落叶阔叶混交林与常绿阔叶混交林）土壤有机碳含量预测技术，比较模型表现，选择最优模型，明确影响该地区天然混交林土壤有机碳富集与空间分布的关键气候环境因子，最终为研究森林土壤有机碳分布格局提供技术参考。【方法】以华中地区3种典型天然混交林为研究对象，引入4种先进的机器学习算法（支持向量机、神经网络算法中多层感知器、随机森林与分位数回归森林），模拟0～60cm森林土壤有机碳含量，比较其模型解释量及表现稳定性，筛选最优模型算法。【结果】4种机器学习算法均能够成功模拟天然混交林0～60cm土壤有机碳含量，多层感知器、随机森林、分位数回归森林结果明显优于支持向量机，其中随机森林模型结果在3个土层上最稳定，模型决定系数最高可达0.620。母质、土壤密度与孔隙度、地理位置、海拔、植被与水分亏损情况等共同影响华中地区天然混交林0～60cm土壤有机碳含量，但显著影响表层（0～20 cm）、中层（20～40 cm）与深层（40～60 cm）土壤有机碳含量的因子并不一致且影响机制不同。在0～20 cm土层，显著影响因子最为复杂，除土壤密度以外，土壤孔隙度、地理地形、植被与气候均产生显著影响（P<0.05）；在20～40 cm土层，土壤密度与地理因子依然有显著影响（P<0.05），各因子影响呈现复杂性与过渡性；在40～60 cm土层，成土母质为最重要的影响因子，其次为土壤密度和水分亏损指数，而植被的影响下降（P<0.05）。从地理分布上，0～20 cm表层土壤有机碳含量东南高而西北低，而中层与深层土壤有机碳含量则表现为西部较高和东部稍低；海拔较高的南部山区天然林土壤有机碳含量更高。蒸发强烈或供给森林的水分不足会限制各层土壤有机碳的积聚。森林土壤有机碳含量随土层加深而显著下降，常绿针叶林土壤有机碳含量在各土层上均最高，落叶阔叶林居中，常绿阔叶林最低。【结论】华中地区天然林土壤有机碳含量分布呈现明显差异，常绿针叶林的土壤有机碳贡献最大，成土母质与土壤物理属性对土壤有机碳的富集与分布起决定性作用；适宜天然林生长的地理立地条件和气候环境，共同造就了该地区天然混交林下土壤有机碳的富集。在营林和管理时可加大本地树种的混交林比重，从而在森林经营管理与造林环节，提升森林土壤碳汇功能。
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