木麻黃與厚莢相思混交林的土壤碳貯量動(dòng)態(tài)

[摘要] 以不同發(fā)育階段的木麻黃－厚莢相思混交林和同年生木麻黃純林為研究對(duì)象，測(cè)定土壤含碳率和碳貯量。結(jié)果表明：不同土壤層含碳率和碳貯量在不同林分之間均存在顯著差異，木麻黃－厚莢相思混交林>木麻黃純林；含碳率隨土層深度的增加而降低，且隨土層加深差異逐漸減小，到100cm時(shí)差異基本消除。

[關(guān)鍵詞] 木麻黃 厚莢相思 混交林 含碳率 碳貯量

森林生態(tài)系統(tǒng)作為吸收二氧化碳釋放氧氣的一個(gè)大碳匯，在碳循環(huán)中起著非常重要的作用。準(zhǔn)確估算碳蓄積已成為全球碳循環(huán)研究的重要課題[1]。全球碳計(jì)劃(GCP)的科學(xué)主題就是研究碳儲(chǔ)量和通量的時(shí)空分布。碳儲(chǔ)量是碳蓄積的現(xiàn)存量，是比較森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征、評(píng)價(jià)林地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和立地質(zhì)量的重要指標(biāo)[2，3]。近年來，隨著天然林資源的減少，人工林面積不斷增加，人工林在森林生態(tài)系統(tǒng)中占有越來越重要的地位。研究人工林在碳循環(huán)中的作用具有重要意義[4]。森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫。不同的森林其土壤含碳量具有很大的差別[5]。木麻黃是沿海防護(hù)林的優(yōu)良造林樹種，具有耐干旱、耐瘠薄、不怕鹽堿沙埋、生長迅速等特點(diǎn)。20世紀(jì)50年代以來，我國東南沿海地區(qū)營造了大面積的木麻黃防護(hù)林，改變了該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。但是由于樹種單一，木麻黃純林的弊端日益顯現(xiàn)，長期的單一樹種造林，造成木麻黃生長減弱、結(jié)構(gòu)退化，林分質(zhì)量和防護(hù)功能下降，林地生產(chǎn)力降低。上世紀(jì)70年代起，林業(yè)工作者篩選濕地松、厚莢相思等優(yōu)良樹種，與木麻黃進(jìn)行混交試驗(yàn)，改善了沿海沙質(zhì)地區(qū)造林樹種單一的局面，取得了顯著效果[6-9]。

本文以木麻黃—厚莢相思混交林、木麻黃純林土壤為研究對(duì)象，分析不同剖面層次土壤碳貯量，以期為精確測(cè)算沿海防護(hù)林林下土壤碳貯量提供參考依據(jù)，同時(shí)還可以比較純林與混交林固碳能力的高低，為今后的林帶更新提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在福建省東山縣赤山國有防護(hù)林場(chǎng)，東經(jīng)117°18′，北緯23°40′，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫20.8℃，絕對(duì)最高氣溫36.6℃，絕對(duì)最低氣溫3.8℃，全年無積雪，無霜凍，年均降水1164mm，年均蒸發(fā)2028mm，全年干濕季節(jié)明顯，每年的11月至翌年的2月為旱季，大部分的降水集中于臺(tái)風(fēng)多發(fā)的月份5~9月，年均臺(tái)風(fēng)5.1次。土壤以濱海沙土為主，有均一性風(fēng)積沙土，潮積沙土，紅壤性風(fēng)積，泥炭性風(fēng)積沙土等。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在東山赤山林場(chǎng)選擇10a生的木麻黃－厚莢相思混交林和同年生木麻黃純林，每種林分中分別建立3個(gè)20m×20m標(biāo)準(zhǔn)地。

2.2 調(diào)查及測(cè)量計(jì)算方法

在設(shè)置的樣地內(nèi)按“S”形隨機(jī)設(shè)定取樣點(diǎn)5個(gè)，按0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～100cm分層取土壤樣；土樣在室內(nèi)風(fēng)干后過0.149mm篩，采用重鉻酸鉀加熱法測(cè)定土壤含碳率；同時(shí)用環(huán)刀取原狀土，帶回室內(nèi)測(cè)定不同層次土壤的容重。

由于本次調(diào)查人工林分布的土層厚度在100cm左右，因此本文對(duì)土壤碳貯量的估算限定在土層100cm的深度范圍內(nèi)，不包括地表枯落物。具體采用下面的公式：

其中Sd表示土壤表層i深度內(nèi)單位面積土壤碳貯量(t/hm²)，Di表示第i土層的容重(t/m³)，Ci表示第i土層的含碳率(％)，Hi表示第i土層的厚度(m)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤容重及碳素含量

木麻黃－厚莢相思混交林和純林土壤容重基本都隨土壤深度增加而增加，0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～100cm四層次的平均值依次為1.297g#8226;cm³(以下單位同)、1.371、1.419，1.476和1.361、1.371、1.489、1.502，總平均為1.391和1.431。同一土層，純林和混交林間土壤容重沒有明顯差異(如表1所示)。

從表1及圖1可知，土壤各層次碳含量隨著土層加深而降低，差異較明顯，相鄰?fù)翆佑纫?～20cm、20～40cm的差異最為顯著。其原因在于上部土層較下部土層的生物歸還量大，有機(jī)碳較多積累在上部土層的緣故。這與方運(yùn)霆[10]對(duì)鼎湖山自然保護(hù)區(qū)土壤含碳率的研究結(jié)論是一致的，與田大倫[5]對(duì)湖南會(huì)同杉木人工林土壤含碳率研究結(jié)論亦是一致的。木麻黃－厚莢相思混交林20～40cm、40～60cm和60～100cm³個(gè)土層的土壤含碳率分別是0～20cm土層的45.45％、31.28％、27.27％；10a生木麻黃純林20～40cm、40～60cm和60～100cm 3個(gè)土層的土壤含碳率分別是0～20cm土層的43.48％、28.26％、21.74％。

同一土層混交林和純林之間碳含量仍然存在明顯差異，混交林大于純林。木麻黃－厚莢相思混交林0～100cm土層平均含碳率分別是0.31％，分別是相應(yīng)純林的1.55倍。木麻黃－厚莢相思混交林0～20cm、20～40cm、40～60cm和60～100cm的含碳率分別為0.66％、0.3％、0.21％、0.18％，是10a 生純林的1.43倍、1.5倍，1.62倍、1.8倍。

總的來看，混交林生態(tài)系統(tǒng)土壤的碳素含量高于同年生純林明顯低于植被層的碳素。

3.2 土壤碳貯量

根據(jù)土壤C含量和土壤容重可以計(jì)算出林地土壤C貯量(如圖2)，10a生木麻黃－厚莢相思混交林土壤C貯量要高于同年生木麻黃純林。其中，10a生木麻黃－厚莢相思混交林0～100cm土壤的C貯量為41.93t#8226;hm-2，折合成CO2的量則為153.74 t#8226;hm-2，比同年生木麻黃純林增加50.69％，混交林和純林土壤有機(jī)碳貯量均隨深度的增加而減少。0～40cm土層混交林土壤碳貯量明顯大于純林。其中木麻黃－厚莢相思混交林0～20cm土壤碳貯量占總碳貯量的40.83％，20～40cm土層碳貯量占總貯量的19.62％，0～40cm土層碳貯量占0～100cm土層碳貯量的60.45％。而10a生木麻黃純林0～20cm土壤碳貯量占總碳貯量的44.90％，20～40cm土層碳貯量占總貯量的19.67％，0～40cm土層碳貯量占0～100cm土層碳貯量的64.57％。

可見，土壤表層的碳貯量貢獻(xiàn)較大，因此任何引起水土流失的活動(dòng)均容易導(dǎo)致土壤碳損失，同時(shí)也反映了南亞熱帶地區(qū)森林土壤的脆弱性。

4 結(jié)論

通過對(duì)東山10年生木麻黃－厚莢相思混交林和同年生木麻黃純林各組分的含碳率的分析測(cè)定，發(fā)現(xiàn)不同土壤層（0～100cm）含碳率在不同林之間均存在差異；土壤層含碳率在垂直方向上表現(xiàn)為隨土層深度的增加而降低，不同土層含碳率差異達(dá)顯著水平（p<0.05），且相鄰?fù)翆右?～20cm和20～40cm的差異最為顯著，木麻黃－厚莢相思混交林>10a生木麻黃純林，且隨土層加深差異逐漸減小，到100cm時(shí)差異基本消除。

參考文獻(xiàn)

[1] Dixon R.K.， Brown S，Houghton R .A .，et a1．Carbon pools and flux of global forest ecosystems[J]. Science，l994，263：185-l90.

[2] 周玉榮，于振良，趙士洞，等.我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和碳平衡[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，24(5):518-522.

[3] 王效科，馮宗煒，中國森林生態(tài)系統(tǒng)中植物固定大氣碳的潛力[J]，生態(tài)學(xué)雜志， 2000，19(4)：72-74.

[4] 周玉榮，于振良，趙士洞．我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和碳平衡[J]．植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，24(5)：5l8-522.

[5] 尉海東，馬祥慶，劉愛琴，等.森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，15(2):188-192.

[6] 譚芳林. 木麻黃防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)凋落物及養(yǎng)分釋放研究[J]．林業(yè)科學(xué)，2003(專): 21～26.

[7] 葉功富，林銀森，吳壽德等.木麻黃林生產(chǎn)力動(dòng)態(tài)變化的研究[J].防護(hù)林科技，1996(專刊): 17～20.

[8] 張清海，葉功富，林益明.福建東山縣赤山濱海沙地厚莢相思林與濕地松林生物量和能量的研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，44(1)：123～l27.

[9] 葉功富，張水松，黃傳英，等.木麻黃人工林地持續(xù)利用問題的探討[J].林業(yè)科技開發(fā)，1994，8(4):18-19.

[10] 方運(yùn)霆，莫江明，黃忠良.等.鼎湖山馬尾松、荷木混交林生態(tài)系統(tǒng)碳素積累荷分配特征[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào) 2003， 11(1): 47～52.