木麻黃與厚莢相思混交林的土壤碳貯量動態

[摘要] 以不同發育階段的木麻黃－厚莢相思混交林和同年生木麻黃純林為研究對象，測定土壤含碳率和碳貯量。結果表明：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時差異基本消除。

[關鍵詞] 木麻黃 厚莢相思 混交林 含碳率 碳貯量

森林生態系統作為吸收二氧化碳釋放氧氣的一個大碳匯，在碳循環中起著非常重要的作用。準確估算碳蓄積已成為全球碳循環研究的重要課題[1]。全球碳計劃(GCP)的科學主題就是研究碳儲量和通量的時空分布。碳儲量是碳蓄積的現存量，是比較森林生態系統結構和功能特征、評價林地經濟產量和立地質量的重要指標[2，3]。近年來，隨著天然林資源的減少，人工林面積不斷增加，人工林在森林生態系統中占有越來越重要的地位。研究人工林在碳循環中的作用具有重要意義[4]。森林土壤是森林生態系統中最大的碳庫。不同的森林其土壤含碳量具有很大的差別[5]。木麻黃是沿海防護林的優良造林樹種，具有耐干旱、耐瘠薄、不怕鹽堿沙埋、生長迅速等特點。20世紀50年代以來，我國東南沿海地區營造了大面積的木麻黃防護林，改變了該地區的生態環境。但是由于樹種單一，木麻黃純林的弊端日益顯現，長期的單一樹種造林，造成木麻黃生長減弱、結構退化，林分質量和防護功能下降，林地生產力降低。上世紀70年代起，林業工作者篩選濕地松、厚莢相思等優良樹種，與木麻黃進行混交試驗，改善了沿海沙質地區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象，分析不同剖面層次土壤碳貯量，以期為精確測算沿海防護林林下土壤碳貯量提供參考依據，同時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 試驗地概況

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

2 研究方法

2.1 試驗設計

在東山赤山林場選擇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20m×20m標準地。

2.2 調查及測量計算方法

在設置的樣地內按“S”形隨機設定取樣點5個，按0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～100cm分層取土壤樣；土樣在室內風干后過0.149mm篩，采用重鉻酸鉀加熱法測定土壤含碳率；同時用環刀取原狀土，帶回室內測定不同層次土壤的容重。

由于本次調查人工林分布的土層厚度在100cm左右，因此本文對土壤碳貯量的估算限定在土層100cm的深度范圍內，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，相鄰土層尤以0～20cm、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，有機碳較多積累在上部土層的緣故。這與方運霆[10]對鼎湖山自然保護區土壤含碳率的研究結論是一致的，與田大倫[5]對湖南會同杉木人工林土壤含碳率研究結論亦是一致的。木麻黃－厚莢相思混交林20～40cm、40～60cm和60～100cm³個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，混交林生態系統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

根據土壤C含量和土壤容重可以計算出林地土壤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較大，因此任何引起水土流失的活動均容易導致土壤碳損失，同時也反映了南亞熱帶地區森林土壤的脆弱性。

4 結論

通過對東山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定，發現不同土壤層（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為隨土層深度的增加而降低，不同土層含碳率差異達顯著水平（p<0.05），且相鄰土層以0～20cm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時差異基本消除。

參考文獻

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[2] 周玉榮，于振良，趙士洞，等.我國主要森林生態系統碳貯量和碳平衡[J].植物生態學報，2000，24(5):518-522.

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

[4] 周玉榮，于振良，趙士洞．我國主要森林生態系統碳貯量和碳平衡[J]．植物生態學報，2000，24(5)：5l8-522.

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