三亞地區芒果園生態系統碳儲量及其分布特征

趙牧秋　史云峰

摘要[目的]研究三亞地區芒果園生態系統各組分的生物量、碳含量、碳儲量及其分布特征。[方法]分別應用平均木法、樣方收獲法和分層取樣法采樣，并測定芒果園生態系統喬木層、草本及凋落物層和土壤層生物量及碳含量，計算其碳儲量。[結果]三亞地區芒果園生態系統總碳儲量為91.72 t/hm2，其中喬木層、草本及凋落物層和土壤層碳儲量分別為16.17、0.95和74.60 t/hm2，分別占總碳儲量的17.63%、1.04%和81.33%；喬木層各器官碳儲量大小為樹葉>樹枝>樹根>樹干>果實；隨土壤層深度的增加，碳儲量逐漸降低。[結論]三亞地區芒果園生態系統固碳潛力較大；系統碳儲量主要位于土壤層，喬木層碳儲量以樹葉和樹枝較多，草本及凋落物層碳儲量較低。

關鍵詞芒果園；碳儲量；生物量；三亞地區

中圖分類號S718文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）04-01088-03

基金項目海南省自然科學基金項目（312101）；海南省基金配套項目（2013PT24）；國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201211100087）。

作者簡介趙牧秋（1983- ），女，滿族，遼寧沈陽人，副教授，博士，從事農業生態學研究。*通訊作者，副教授，博士，從事土壤肥力與養分循環研究。

芒果（Mangifera indica L.）屬于漆樹科芒果屬，為常綠大喬木，其果實肉質細膩，風味獨特，營養豐富，深受人們喜愛，素有“熱帶果王”之譽稱[1]。目前全世界約有87個國家和地區栽培芒果，橫跨南、北緯30°以內地區均有栽培[2]。我國芒果種植區域主要分布于臺灣、海南、廣西、廣東、云南、四川、福建以及貴州等省（區）的熱帶、亞熱帶地區。據農業部統計，2013年全國芒果種植面積不低于13萬hm2（不含臺灣），其中種植面積最大的是海南省[3]。三亞是“中國芒果之鄉”，芒果是該市第一大熱帶水果產業，三亞市芒果種植面積近2萬hm2，產量超過25萬t。國內外對芒果園生態系統研究的報道很多，但大多集中于對果園土壤、植株養分系統變化和需求進行分析并提出相應的養分平衡施肥模式，對果園水分、溫度等氣候因素控制以提高果品和產量的研究亦有零星報道[4]。

在日益增加的溫室氣體排放引起全球氣候變化的大背景下，固碳增匯已成為國民經濟和社會發展關注的焦點。《京都議定書》中將造林、再造林和森林管理等活動作為清潔發展機制項目，人工林的碳匯作用被認為是減緩全球氣候變化的一種可能機制和最有希望的選擇而成為核心內容[5]。果園生態系統作為一種特殊的經濟林類型，在碳匯中起到了一定的作用[6]。但目前關于固碳的研究主要集中在森林生態系統的植物固碳和農業生態系統的土壤固碳2個方面。由于果園碳循環及其過程受地理、氣候條件，特別是周期性經營活動的影響而十分復雜，因此關于果園生態系統碳儲量的有關報道較少。該研究以三亞芒果園生態系統為例，探討其碳儲量及分布特征，以期為海南省森林生態系統固碳研究乃至我國經濟林碳匯研究提供基礎數據。

1研究地區與研究方法

1.1研究地概況試驗地位于海南省三亞市荔枝溝（18°09′～18°37′ N、108°56′～109°48′ E），屬熱帶海洋性季風氣候區，全年無霜雪，年平均氣溫25.7 ℃，相對濕度70%～80%；氣溫最高月為6月，平均28.7 ℃；氣溫最低月為1月，平均21.4 ℃；全年日照時間2 534 h，年平均降水量1 347.5 mm[7]。土壤由不同母質發育而成的磚紅壤為主，土層平均厚度在100 cm以上。試驗園區為樹齡8 a的芒果園，品種為臺農一號芒，果樹種植密度為625株/hm2（株間距離4 m×4 m），產量平均為33.4 kg/株。調查時（2013年3月）平均株高2.83 m，平均基徑13.68 cm，平均冠幅3.09 m×3.13 m，單株生物量為56.92 kg。果園雜草主要有千金子（Leptochloa chinensis）、牛筋草（Elensine indica）、馬唐草（Digitaria sanguinalis）、狗牙根（Cynodon dactylon L.）等。

1.2研究方法

1.2.1植物樣品采集及碳含量測定。按照典型選樣原則，在芒果園中選擇立地條件相近，面積為20 m×20 m的3塊標準地，對標準樣地內進行每木檢尺，測得樹高、冠幅、基徑，對各因子統計分析后求得平均值及標準差。以平均值為基礎選擇平均木3株調查生物量，地上部分分樹干、樹枝、樹葉、果實測其鮮重，地下部分采用全根挖掘法測定其鮮重，之后取樣烘干測定含水率，計算干重生物量，并磨粉測定植物樣品碳元素含量。對于林下草本及凋落層，采用對角線法在每個樣地選擇3個1 m×1 m樣框，地面部分收集凋落物，并采用齊地刈割法收集地被雜草，地下部分采用全根挖掘法收集根系，并分別測定其鮮重、含水率和碳元素含量。

植物樣品采用重鉻酸鉀外加熱法測定其有機碳含量[8]。

1.2.2土壤樣品采集及碳含量測定。在標準樣地中設置3個代表性采樣點，分別按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm分層采集土壤樣品，并把同一層次土壤按重量比例混合，帶回實驗室于室內自然風干和粉碎，測定其有機碳含量。同時用環刀（100 cm3）采集各層土壤的原狀土，帶回實驗室測定土壤容重。

土壤樣品采用重鉻酸鉀外加熱法測定其有機碳含量[8]。

1.2.3數據計算與處理。

植被層碳儲量=∑（植被層各組分生物量×各組分碳含量）；

土壤層碳儲量=土壤容重×面積×采樣深度×土壤有機碳含量；

數據的處理及分析應用Excel 2007和SPSS 17.0等統計分析軟件完成。

2結果與分析

2.1喬木層碳儲量及其分布特征從圖1可以看出，芒果樹各器官碳含量在441.7～471.3 g/kg，同一器官組分變異系數在1.80%～4.11%，碳含量基本符合45%～50%這個轉換率[9]。和其他器官比較，樹干的碳含量最高，這與其他果園生態系統的研究結果基本一致[10]，也與用材林的研究結果相近[11-12]。除樹葉的碳含量較低以外，其他各器官碳含量均在450 g/kg以上。總體而言，芒果園生態系統喬木層各器官碳含量大小順序為：樹干>樹枝>樹根>果實>樹葉。

圖1芒果園生態系統喬木層碳含量根據喬木層各器官碳元素含量及生物量計算出喬木層各部分碳儲量及其所占比例列于表1。從表1可以看出，芒果園生態系統喬木層生物量總量為35.52 t/hm2，碳儲量總量為16.17 t/hm2。從生物量和碳儲量在芒果樹各器官中的分配來看，樹葉所占比例最大，分別占生物量和碳儲量的30.46%和29.56%；其次為樹枝，分別占生物量和碳儲量的26.32%和26.78%；果實最低，僅分別占生物量和碳儲量的10.45%和10.38%。總體來講，芒果園生態系統生物量和碳儲量在芒果樹各器官中大小均為樹葉>樹枝>樹根>樹干>果實。

2.2草本層及凋落物層碳儲量及其分布特征由于調查芒果園草本及凋落物數量不多，因此在測定和統計過程中未進行詳細區分，僅分為地上、地下草本層和凋落物層3部分，各部分生物量、碳含量及碳儲量參見表2。由表2可知，草本層地上部分、地下部分和凋落物層的生物量范圍在0.58～0.82 t/hm2之間，總量為2.16 t/hm2，其中草本層地上部分與凋落物層生物量接近，略高于草本層地下部分。凋落物層由于含有部分木本植物成分，碳含量接近喬木層；草本層地下部分碳含量略高于地上部分。芒果園生態系統草本及凋落物層碳儲量總量為0.95 t/hm2，各部分碳儲量大小分別為草本層地上部分>凋落物層>草本層地下部分。

2.3土壤層碳儲量及其分布特征森林土壤碳儲量在整個森林生態系統中占有十分重要的地位，其碳儲量通常為植被層的2倍[13]。從圖2可以看出，芒果園生態系統土壤碳含量在0～20 cm最高，為8.29 g/kg，并隨土層深度的增加逐漸降低。40～60 cm土層碳含量為4.76 g/kg，僅為0～20 cm土層碳含量的57.4%；60～80 cm土層碳含量僅為4.14 g/kg，碳含量不到表層土壤的1/2。

2.4芒果園生態系統碳儲量及其分布特征芒果園生態系統及各植被層的碳儲量和所占比例如圖3所示。由圖3可知，8a生芒果園生態系統的總碳儲量為91.72 t/hm2，其中土壤層碳儲量為74.60 t/hm2，所占比例為81.33%；喬木層碳儲量為（1）果園生態系統主要包括土壤碳庫、生物量碳庫、凋落物碳庫和動物體碳庫。土壤是果園生態系統中最大的碳庫，碳儲量占總量的70%以上，而動物碳庫最小，一般在估算系統碳儲量時忽略[15]。生物量碳庫包括根、干、枝、葉和果實。在果樹生命周期中，枝、干等器官生物量穩定增加，是重要的長期碳庫；果實是一種流動性碳庫，隨著果實采摘，碳從果園中流失；葉片落到地面分解后，碳回歸土壤，如將修剪材料移除果園，則碳會流失，如留在果園中自然分解，就是一種長效碳庫[16]。

（2）芒果園生態系統和森林生態系統的碳儲量及分配比例存在明顯的差異。該研究表明芒果園生態系統碳儲量在喬木層的分配比例僅為17.63%，顯著低于熱帶地區森林生態系統碳儲量在植被層的分配[17]，這種差異主要來源于果園植被與森林植被生物量的差別。近年來，國內外學者對果園生態系統碳儲量和分配做了部分研究，Sofo等[16]觀測了橄欖樹和桃樹的碳分配情況，發現幼樹果園中碳儲量主要在枝和根系等器官中，而成齡果園主要分配在葉片、修剪的枝條和果實中。郭雪艷等[18]研究了上海主要果園生態系統桃園（7 a）和桔園（9 a）的碳儲量分配，結果發現碳儲量主要集中于樹枝和根系中。吳志丹等[10]對福州地區7a生柑橘果樹各器官固碳量及分配的研究結果為根系>樹枝>果實>樹葉>樹干。可見，隨樹種、樹齡、果園耕作制度、整形修剪技術以及苗木種植密度等經營管理方式的不同，果園生態系統碳儲量及其分布均會產生較大差異。

（3）芒果園作為一種典型的農用型植被類型，其碳循環過程也會受到人類經營管理措施的影響。該研究雜草及地表凋落物碳儲量僅為0.95 t/hm2，所占比例為1.04%。在實際生產過程中，隨著人們對芒果園的管理，包括除草、翻耕和對果實的收獲，地被雜草和果實迅速歸還土壤或被帶走，這二者構成了芒果園生態系統中暫時性或流動性的碳庫。與傳統耕作方式相比，如果合理采用增施有機肥、生草、覆蓋以及少耕、免耕等保護性耕作方式，不但可以增加系統碳匯，減少碳排放，還可以改良土壤結構、提高土壤肥力、增加土壤生物多樣性，從而實現農業增效與固碳效益的雙贏[19-20]。因此，建議三亞地區芒果園合理套種牧草，增加果園植被覆蓋度，以有效提升該類型果園生態系統草本層的固碳潛力。

（4）土壤有機碳含量是土壤肥力最重要的性狀之一，被認為是土壤質量和功能的核心。農業土壤固碳對于提高和穩定作物生產力具有舉足輕重的意義[21]。當前土壤碳循環研究針對森林、農田和草地生態系統的研究居多，而關于果園生態系統的研究較少。該研究結果顯示，芒果園土壤層碳儲量所占比例均較大，達到81.33%，這與吳志丹等[10]于福建所得研究結果類似，但遠低于我國森林生態系統平均土壤碳儲量[9]。三亞地區芒果園生態系統土壤碳儲量僅為74.6 t/hm2，與鄭良永等[6，22]的研究結果接近，屬于土壤有機碳密度水平低下土壤。原因主要有2點，①海南氣候濕潤，且年均氣溫高，促使有機碳分解更快，難以貯存；②海南島整體呈穹窿型地貌，不利于地表有機物質的積累，易被近地面水力、風力等搬遷。如果通過改善種植技術和合理管理等措施，使其達到海南島園地土壤0～100 cm土層碳儲量的平均水平（109 t/hm2）[14]，土壤層的固碳潛力可達34 t/hm2之多。

參考文獻

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