泉州森林公園不同年齡段馬尾松凋落物含碳率分析

許淮江

(泉州森林公園服務中心，福建 泉州 362000)

1 引言

森林生態(tài)系統在陸地生態(tài)系統占有76%～98%的有機碳，因此許多科學家重點研究陸地生態(tài)系統中碳平衡以及碳存儲和分布。

在我國森林生態(tài)系統的組成中，馬尾松占了很大的比例，其面積位居全國針葉林樹種首位。馬尾松(Pinusmassoniana)在我國南方是荒山綠化的先鋒樹種，在維護生態(tài)平衡方面發(fā)揮了重要作用，具有經濟意義、重要的防護效能，同時還具備美學價值[2，4，5]。本實驗通過對不同年齡段馬尾松凋落物碳含量的研究，旨在了解不同年齡段馬尾松林碳貯量情況，為我國森林生態(tài)系統估算碳平衡、碳動態(tài)模擬提供思路，為促進森林資源可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。

2 研究區(qū)域概況

泉州森林公園位于泉州市豐澤區(qū)轄區(qū)內，地理坐標東經118°64′～118°68′，北緯24°88′～24°90′，西交大坪山，東至后渚港泉州灣，南接通港路，北達洛陽江入海口。東西長3.5 km，南北寬2.5 km，總面積183.69 hm2。森林公園屬中亞熱帶沿海季風氣候區(qū)，氣候濕潤，雨水充沛，全年無霜周期長。年均氣溫18.4 ℃，極端最高溫39 ℃，極端最低-5.5 ℃，無霜期310 d，年均降水量1500 mm，主要集中在春夏兩季，相對濕度80%，年日照時數1360 h[1，3，7～9]。

3 研究方法

3.1 標準地設置

選擇不同林齡(幼齡林、中齡林、成熟林)的馬尾松人工林，在園區(qū)內不同林分分別隨機布設30個0.5 m×0.5 m的尼龍網凋落物收集架，定期收集凋落物帶回實驗室進行測定。

3.2 凋落物含碳率測定

本次凋落物含碳率測定采用重鉻酸鉀外加熱法(即重鉻酸鉀、硫酸氧化法)。凋落物的樣品需提前采用烘干、粉碎、過篩等方法進行預處理，再測定其有機碳含量[6，11，15]。

3.2.1 方法原理

樣品中有機碳在一定溫度下被重絡酸鉀氧化下產生CO2，如下式：

用硫酸亞鐵標準溶液滴定剩余的Cr6+，然后計算出其與空白氧化劑滴定量的差即樣品的有機碳量。

3.2.2 試劑

試劑2:硫酸亞鐵溶液[c(H2SO4)=0.2 mol/L](56.0 g硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O，化學純度)，溶于水，加15 mL H2SO4，用水定容至1 L)。

試劑3：鄰啡羅啉指示劑(1.485 g鄰啡羅啉(C12H8N2·H2O)及0．695 g硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)溶于100 mL水，貯存棕瓶中)。

試劑4：硫酸(H2SO4，ρ=1.84 g/cm3，化學純度)。

3.2.3 操作步驟

(1)稱取樣品0.0080～0.0090 g左右，準確到0.1 mg，放入150 mL大試管中。

(2)樣品預處理：大試管中加粉末狀硫酸銀0.1 g，同時加入5.00 mL試劑1(重絡酸鉀溶液)、5mL試劑4(硫酸溶液)，搖勻；并在大試管瓶口安裝空氣冷凝管。

(3)加熱：石蠟浴預熱至180～190 ℃，將大試管置于石蠟浴中慢慢加熱至試管內溶液沸騰，注意觀察冷凝器端口的冷凝液。

(4)冷凝：溶液消煮5 min(從冷凝器下端落下第一滴冷凝液開始記時)，然后停止加熱，取下大試管進行冷卻。冷卻后用純凈水沖洗冷凝器內部以及端口外壁，沖洗液收集至原大試管內。沖洗液不宜過多或過少，大試管內溶液體積保持在60～80 mL為宜。

(5)滴定：大試管中加入3～5滴試劑3(鄰啡羅啉指示劑)，使用試劑2(硫酸亞鐵溶液)滴定大試管溶液中剩余的重絡酸鉀即Cr6+，試管溶液顏色由橙黃色到棕色為止，即為終點。

(6)空白樣實驗：每個樣品至少分析3個空白實驗。取0.5 g粉狀石英砂代替樣品，其它步驟同上(1)～(5)。取測量結果均值[2,10,13,14]。

公式如下：

Wc.o=

(1)

式(1)中：Wc.o為有機碳含量，單位：g/kg；0.8000為重鉻酸鉀標準液濃度，單位：mol/L；5.0為重鉻酸鉀標準液體積，單位：mL；V0為空白實驗滴定的硫酸亞鐵溶液體積，單位：mL；V為樣品滴定的硫酸亞鐵溶液體積，單位：mL；0.003為1/4碳原子的摩爾質量，單位：g/mmol；1.1為氧化校正系數；m1為風干后樣品重量，單位：g；k2為風干至烘干樣品的水分換算系數。

4 馬尾松林凋落物的含碳率

4.1 不同年齡馬尾松林凋落物的含碳率

不同年齡馬尾松林凋落層的平均含碳率由表1顯示:

中齡林最高a2=517.578 g/kg，近熟林次之a3=508.603 g/kg，幼齡林最低a1=483.592 g/kg，a2>a3>a1。

4.2 不同坡向馬尾松林凋落物的含碳率

馬尾松林陰坡相對于陽坡凋落物碳含量相對較大，這是由于馬尾松自身生物學特性所決定的，馬尾松是我國南方綠化的主要先鋒樹種和傳播造林的主要樹種，它是陽性樹種，喜光，陽坡陽光充足，水熱條件適合其生長，固定了大量的碳，以至于林下植被含碳量的減少，導致凋落物的含碳率低于陰坡。

表1 不同年齡馬尾松林凋落物含碳率

5 結論和建議

馬尾松林凋落物含碳率中齡林最高a2=517.578 g/kg，近熟林次之a3=508.603 g/kg，幼齡林最低a1=483.592 g/kg，a2>a3>a1,陰坡相對于陽坡凋落物碳含量相對較大馬尾松林陰坡相對于陽坡凋落物碳含量相對較大，這主要由于馬尾松自身生物學特性所決定的，馬尾松屬陽性樹種，喜光，陽坡陽光充足，水熱條件適合其生長，故陽坡凋落物碳含量較大。

森林面積廣闊、結構復雜，是陸地上最大的生態(tài)系統；森林光合作用效率高，是地球上生產力最高的生態(tài)系統和生物圈的能量基地，在維持地球大氣中CO2和O含量平衡中發(fā)揮極其重要的作用。若森林資源被過度采伐、破壞，將導致全球大氣中的CO2濃度上升，溫室效應亦將愈演愈烈，勢必導致極端氣候頻繁發(fā)生，加劇物種滅絕。因此保護森林資源，加大植樹造林的力度，利用森林光合作用對CO2吸收、貯存和緩沖功能，可增加森林對大氣的固碳效果，將大氣中的CO2轉化為生物界所需的物質和能量，促進生物多樣性[12～15]。應通過必要的林業(yè)管理措施，利用現有馬尾松林的自然演替規(guī)律，實現混交林演替，使其發(fā)揮最有效的碳吸存能力，為實現碳中和發(fā)揮重要作用。