不同生長發育階段木麻黃人工林的土壤碳貯量

[摘要] 為探索不同林齡木麻黃純林的土壤碳貯量，在福建惠安選擇不同發育階段（幼林、中林和成熟林）的沙地木麻黃防護林作為研究對象，用LICOR-8100 Automated Soil CO₂ Flux System法測定了土壤剖面的含碳率，并計算其碳貯量。結果表明：土壤含碳率與林齡沒有顯著相關性，5個林分的含碳率都在5g/kg左右的較低水平；土壤含碳率和碳貯量隨土壤深度的增加而降低，在10cm土層中最大。

[關鍵詞] 木麻黃 含碳率 碳貯量

土壤碳是陸地碳的重要組成部分，全球約有1500Gt碳以有機質形態儲存于地球土壤中[1-2]，是陸地植被碳庫(500- 600Gt)的2-3倍，是全球大氣碳庫(750Gt)的2倍多，土壤貢獻于大氣CO₂的年通量是燃燒化石燃料的10倍[3]，因此，儲量巨大的土壤有機碳庫的小幅度變化就可能影響到碳向大氣的排放，并以溫室效應影響全球氣候變化，因而土壤有機碳蓄積量的統計，成為聯合國氣候變化框架協議(UN—FCCC)各簽約國確定國家尺度的溫室氣體凈排放通量工作中的一部分[4，5]。森林是全球碳循環的重要組成部分，表現在吸儲CO₂等溫室氣體及維持大氣中CO₂平衡方面。森林土壤碳庫是陸地碳庫的重要組成部分，包括土壤有機碳和土壤無機碳。這些碳庫的變化被認為是導致大氣碳庫和全球氣候變化的主要原因。碳在不同土壤剖面層次的含量是不同的。研究不同土壤剖面的碳含量，有助于深刻認識“碳”在林下土壤內的垂直分布規律，為進一步研究其成因機理方面，同時為林帶的碳貯量的估測提供科學參考依據。

木麻黃作為東南沿海防護林的主要造林樹種，在防風固沙，改造生態環境方面發揮著難以替代的巨大作用。相信隨著國家沿海防護林體系的不斷完善，木麻黃林在沿海的規模、地位和作用會越來越突出[9，10]。有鑒于此，本文選擇我國亞熱帶濱海沙地木麻黃沿海防護林作為研究對象，測定了不同木麻黃純林樣地土壤剖面含碳率和易變碳，并計算其碳貯量，為分析評價木麻黃人工林生態系統的碳源碳匯能力提供基礎數據。

1 試驗地概況

試驗地設在福建省沿海中部惠安縣崇武鎮赤湖防護林場(118°55′ E，24°55′ N)，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫19.8℃；年均降水量1 029mm，年均蒸發量2 000 mm；夏季(7-9月)多臺風和暴雨天氣，秋冬東北風強盛，8級以上的大風天達105 d，年平均風速7.0 m#8226;s-1，干濕季明顯。土壤為均一性風積沙土，沙土層厚度80-100 cm。

2 材料與方法

試驗地設置在6年、17年、19年、19年和31年生的5個木麻黃人工純林內，幼林一個，中齡林三個，成熟林一個，分別記為幼林、中林1、中林2、中林3和成林。株行距2.0m×2.0m，樣地面積為20m×20m。

本實驗中對土壤層碳貯量的估算限定在土層100cm的深度范圍內，不包括地表凋落物。每個樣地挖100 cm深的土壤剖面3個，按照0 cm -10 cm、10 cm -25cm、25 cm -40cm、40 cm -70cm、70 cm -100cm分為5個層次。每個層次取一個土樣，土樣在室內自然風干后過0.149mm篩，再采用重鉻酸鉀－外加熱法來測定土壤含碳率，同時用環刀法測定每個層次的土壤容重。

計算公式為：，其中Sd表示土壤表層d深度內單位面積土壤碳貯量（t#8226;hm^-2）；Di表示第i土層的容重（t#8226;m-3）；Ci表示第i土層的含碳率（％）；Hi表示第i土層的厚度（m）。

3 結果與分析

3.1木麻黃人工林林地土壤的含碳率分析

由表1及圖1可知，木麻黃人工林土壤含碳率在垂直分布上基本表現為隨土壤深度的增加而降低，且相鄰土層以0～10cm土層含碳率與10～25cm的差異最為顯著，這主要表現在幼林、中林2以及中林3的土壤剖面中。這與尉海東[6]對中亞熱帶（福建）三種人工林杉木、馬尾松、楠木的土壤含碳率的研究是一致的。而隨著土層加深，相鄰土層含碳率之間的差異就越發不明顯。而成熟林各土層的含碳率變化不是很劇烈，從上到下呈均勻遞減的趨勢，這主要是因為成熟林有著31年的栽培歷史，碳在各個層次之間發生著交換流動。在幼林中，10～25cm、25～40cm、40～70cm、70～100cm土層的含碳率分別只占到0～10cm土層土壤含碳率的22.4％、13.4％、5.6％和5.1％。這可能是因為幼林只有6年的歷史，凋落物層不是很厚，大部分凋落物還沒有分解，因而有機碳主要集中在表層。

在相同層次上的木麻黃人工林的土壤含碳率因為發育階段的不同也有所差異（見圖2）。在第一層，各個發育階段均相差不大；而在中間幾個層次，不同林齡的木麻黃林地土壤的含碳率之間差異比較明顯；但在最下一個層次，5種林齡的木麻黃土壤含碳率差異又不明顯。

3.2 木麻黃人工林林地土壤碳貯量分析

同土壤含碳率一樣，土壤剖面碳貯量之間也有著相似的變化規律（見表2），基本上土壤碳貯量也是隨著深度的增加而減少，這在幼林、中林中表現非常明顯。在不同的發育階段，隨著林齡的增加，有機碳在表層土壤中所占的比例也在相應的減少。幼林中土壤碳主要集中在表層土壤中，0～10cm土層碳貯量為7.35 t/hm²，占到整個剖面的53.99％，而上面25cm土層所含的碳占到整個剖面碳貯量的70.77％；在中林1中，上面兩層共25cm深度內所占的碳貯量為51.99％，下面三個層次之間變化很小；在中林2中，0～10cm土層碳貯量占到整個剖面的45.40％，而上面25cm共占到整個剖面碳貯量的64.56％；在中林3中，0～10cm土層碳貯量占到整個剖面的42.34％，而上面25cm共占到整個剖面碳貯量的57.44％；在成熟林中每個層次碳貯量在整個剖面中所占比例基本一樣，從上到下分別為16.62％、19.83％、17.34％、26.32％和19.88％，這可以通過土壤含碳率在成熟林剖面中的變化來解釋。

總之，木麻黃6年生幼齡林林地100cm深度范圍內的土壤碳貯量為13.61 t/hm²，中林1為36.41 t/hm² ，中林2為13.05 t/hm²，中林3為20.66 t/hm²，所以18年生木麻黃中齡林的土壤碳平均達到23.37 t/hm²，而31年生木麻黃純林土壤碳含量達到56.17 t/hm²。

4 結論

通過對不同發育階段木麻黃人工林樣地的土壤含碳率及土壤碳貯量分析，發現土壤含碳率都處于一個比較低的水平，基本上在5g/kg左右，在垂直分布上表現為隨土壤深度的增加而降低，都是10cm土層含碳率最大，且相鄰土層以0～10cm土層含碳率與10～25cm的差異最為顯著，這主要表現在幼林、中林2以及中林3的土壤剖面中。而隨著土層加深，相鄰土層含碳率之間的差異就越發不明顯。成熟林各土層的含碳率變化不是很劇烈，從上到下呈均勻遞減的趨勢。在相同層次上的木麻黃人工林的土壤含碳率因為發育階段的不同也有所差異，但是沒有明顯的規律。土壤碳貯量也是隨著深度的增加而減少，這在幼林、中林中表現非常明顯。在不同的發育階段，隨著林齡的增加，有機碳在表層土壤中所占的比例也在相應的減少。木麻黃6年生幼齡林林地100cm深度范圍內的土壤碳貯量為13.61 t/hm²，中林1為36.41 t/hm² ，中林2為13.05 t/hm²，中林3為20.66 t/hm²，18年生木麻黃中齡林的土壤碳平均達到23.37 t/hm²，而31年生木麻黃純林土壤碳含量達到56.17 t/hm²。

參考文獻

[1] 陳慶強，沈承德，易惟熙. 土壤碳循環研究進展[J].地球科學進展，1998，13(6)：555-563．

[2] 金峰，楊浩，趙其國.土壤有機碳貯量及影響因素研究進展[J].土壤，2000，(1)：ll-18.

[3] 蘇永中，趙哈林.土壤有機碳貯量、影響因素及其環境效應的研究進展[J].中國沙漠，2002，22(3)：220-228．

[4] 王紹強，劉紀遠，于貴瑞.中國陸地土壤有機碳蓄積量估算誤差分析[J]．應用生態學報，2003，14(5)：797-802．

[5] 潘根興， 曹建華， 周運超. 土壤碳及其在地球表層系統碳循環中的意義[J]．第四紀研究，2000，20(4)：325-334.

[6] 尉海東. 中亞熱帶三種人工林生態系統碳貯量及土壤呼吸研究[D].福州：福建農林大學碩士學位論文，2005.

[7] 于貴瑞. 全球變化與陸地生態系統碳循環和碳蓄積[M]. 北京:氣象出版社， 2003.

[8] 黃耀，劉世梁，沈其榮. 環境因子對農業土壤有機碳分解的影響[J].應用生態學報，2002，13(6): 709-714.

[9] 葉功富，隆學武，潘惠忠，等.1996b 木麻黃林的凋落物動態及其分解[J]. 防護林科技，(專刊): 30-34.

[10] 葉功富， 鄭仁華，馮澤幸.木麻黃專題文獻研究[J]．福建林業科技， 1994， 21(1): 57-61.