不同樟子林分碳空間分布及其化學計量特征

馬駿 盧志朋 安宇寧 曹怡立

摘要以章古臺地區3種樟子松林分為研究對象，分別測定每種林型葉片、凋落物和土壤碳、氮、磷、鉀元素含量，計算C/N、C/P、C/K及不同土層碳密度，結果表明：樟子松+楊樹混交林全碳（TC）分布變化范圍，葉片為583.1～763.2g.kg-1，凋落物為660.5～722.9g.kg-1，表層土壤為3.4～3.8g.kg-1，中層土壤為3.42～3.69g.kg-1，下層土壤為2.81～3.02g.kg-1；樟子松純林全碳（TC）分布變化范圍，葉片為540.66～779.8g.kg-1，凋落物為681.3～719.8g.kg-1，表層土壤為4.75～5.02g.kg-1，中層土壤為2.54～2.72g.kg-1，下層土壤為2.39～2.45g.kg-1；樟子松+赤松混交林全碳（TC）分布變化范圍，葉片為550.9～789.5g.kg-1，凋落物為683.7～705.8g.kg-1，表層土壤為2.11～2.38g.kg-1，中層土壤為2.32～2.52g.kg-1，下層土壤為2.57-3.48g.kg-1；土壤碳密度為表層土壤（0～20cm）＞中層土壤（>20～40cm）＞下層土壤（>40～60cm）。

關鍵詞樟子松林；化學計量；C∶N；土壤碳密度

中圖分類號：S791.253文獻標識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.02.012

SpatialDistributionandStoichiometricCharacteristicsofCarboninDifferentPinussylvestrisvar.mongolicaForests

MaJun，LuZhipeng，AnYuning，CaoYili

（LiaoningResearchInstituteofSandyLandControlandUtilization，Fuxin123000，China）

AbstractTakingthreePinussylvestrisvar.mongolicaforestsinZhanggutaiareaastheresearchobjects，thestoichiometryofcarbon，nitrogen，phosphorusandpotassiuminleaves，litterandsoilofeachforesttypewasmeasured，andtheC/N，C/P，C/Kandcarbondensityindifferentsoillayerswerecalculated.Theresultsshowedasfollows：thetotalcarbon（TC）distributionofP.sylvestrisvar.mongolica-Populusmixedforestrangedfrom583.1-763.2g.kg-1inleaf，from660.5-722.9g.kg-1inlitter，from3.4-3.8g.kg-1intopsoil，from3.42-3.69g.kg-1inmiddlesoil，andfrom2.81-3.02g.kg-1insubsoil;therangeoftotalcarbon（TC）distributioninP.sylvestrisvar.mongolicapureforestwas540.66-779.8g.kg-1inleaves，681.3-719.8g.kg-1inlitter，4.75-5.02g.kg-1insurfacesoil，2.54-2.72g.kg-1inmiddlesoil，2.39-2.45g.kg-1inlowersoil;thedistributionoftotalcarbon（TC）intheP.sylvestrisvar.mongolica-Pinusdensifloramixedforestrangedfrom550.9-789.5g.kg-1inleaf，683.7-705.8g.kg-1inlitter，2.11-2.38g.kg-1insurfacesoil，2.32-2.52g.kg-1inmiddlesoiland2.57-3.48g.kg-1inlowersoil.Soilcarbondensitywassurfacesoil（0-20cm）>middlesoil（>20-40cm）>lowersoil（>40-60cm）.

KeywordsPinussylvestrisvar.mongolicaforests;stoichiometry;C：N;soilcarbondensity

生態化學計量指植物的常量元素（碳、氮、磷、鉀）的組成與相互影響[1]，揭示常量元素間相互作用、制約的變化規律，影響生態交互作用的一種方法[2]，也是研究林間常量元素空間分布及元素分配的一種手段[3]。

陸地碳匯在中國“雙碳”政策中占有重要位置，能夠為“碳中和”戰略目標中的工業減排贏得窗口時間[4，5]。森林是陸地生態系統的主體，是陸地最大的碳儲庫[6]。

樟子松（Pinussylvestrisvar.mongolica）為常綠喬木，具有耐寒、抗旱、耐瘠薄及抗風等特性，是三北地區造林的首選樹種[7]，遼寧省14個地級市均有栽培。根據二類調查資料，至2003年已營建樟子松人工林3.5萬hm2，主要分布在遼西北地區[8]。

1研究區域概況

本研究以遼寧省阜新市彰武縣章古臺地區3種樟子松人工林類型為對象，設立樣地樣方并開展相關研究。章古臺鎮屬于亞濕潤干旱區，平均海拔227m，年降水量450～550mm，年蒸發量1200～1450mm。

2試驗方法

2.1樣地設置與樣品采集

2022年5—9月在研究區域內選取當地樟子松楊樹混交林、樟子松純林、樟子松赤松混交林3種主要林型為研究對象，在每種林型內設置樣地調查樣地內的所有喬木，并根據喬木的各項生長指標的平均值，選取5株中等大小、長勢及冠幅較一致的健康標準木，利用高枝剪分別從每棵樹的東、南、西、北4個方向，在樹冠上、中、下3個層次采集樣樹的葉片，混勻后作該樣樹的樣品；收集該樹的東、南、西、北4個方向直徑3m內林下凋落物層樣品；同時，利用土鉆在每株樹的四周分別進行土壤樣品的采集，采集深度分別為0～20cm（表層）、>20～40cm（中層）、>40～60cm（下層），揀出其中的根系和石礫，混勻后帶回室內分析。

將采集的葉片和林下凋落物于105℃下殺青30min，然后65℃下烘干至恒質量，并經粉碎機打磨后過100目篩備用。土壤樣品經風干、粉碎后過100目篩備用。樣品全碳采用TOC儀器測固體樣品法測定，全氮的測定采用凱氏定氮法，全磷的測定采用硫酸高氯酸消煮-鉬藍比色法、分光光度計測定。全鉀采用火焰光度計測定。樣地基本情況見表1。

2.2數據處理

采用MicrosoftExcel2013軟件對數據進行處理和繪圖。采用SPSS19.0軟件對數據進行統計分析，比較不同土層C、N、P和K含量特征，分析各元素間及與其化學計量特征間的相關關系。土壤碳密度計算公式為[9，10]：

Si=Ci×pi×di/10

式中：Si為第i層土壤碳密度（kg.m-2）；Ci為第i層土壤碳含量（g.kg-1）；pi為第i層土壤容重（g.cm-3）；di為第i層土層厚度（cm）。

3結果與分析

3.13種樟子松林葉片、凋落物及土壤中全碳、全氮、全磷和全鉀元素含量

如表2所示，樟子松楊樹混交林全碳（TC）分布變化范圍：葉片為583.1～763.2g.kg-1，凋落物為660.5～722.9g.kg-1，表層土壤為3.4～3.8g.kg-1，中層土壤為3.42～3.69g.kg-1，下層土壤為2.81～3.02g.kg-1。其中葉片與凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量遠大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而葉片與凋落物全鉀（K）遠小于土壤中全鉀（K）含量。

如表3所示，樟子松純林全碳（TC）分布變化范圍：葉片為540.66～779.8g.kg-1，凋落物為681.3～719.8g.kg-1，表層土壤為4.75～5.02g.kg-1，中層土壤為2.54～2.72g.kg-1，下層土壤為2.39～2.45g.kg-1。其中葉片與凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而葉片與凋落物全鉀（K）含量遠小于土壤中全鉀（K）含量。

如表4所示，樟子松赤松混交林全碳（TC）分布變化范圍：葉片為550.9～789.5g.kg-1，凋落物為683.7～705.8g.kg-1，表層土壤為2.11～2.38g.kg-1，中層土壤為2.32～2.52g.kg-1，下層土壤為2.57～3.48g.kg-1。其中葉片與凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量遠大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而葉片與凋落物全鉀（K）含量遠小于土壤中全鉀（K）含量。

3.23種樟子松林葉片、凋落物及土壤中全碳、全氮、全磷和全鉀元素化學計量學特征

如表5、表6、表7所示，3種林型C/N均為凋落物層>葉片層>土壤層；3種林型C/P葉片層與凋落物層遠大于土壤層，這主要是由于章古臺地區沙土含碳量極少導致。而3種林型C/K相差巨大，這主要是由于章古臺地區植物葉片組織中含鉀量極低，而土壤中鉀元素富集所導致。

3.33種樟子松林地土壤碳密度

如圖1所示，樟楊混交林不同土層土壤碳密度為表層土壤（11.03kg.m-3）＞中層土壤（10.91kg.m-3）＞下層土壤（8.98kg.m-3）；如圖2所示，樟子松純林不同土層土壤碳密度為表層土壤（15.6kg.m-3）＞中層土壤（8.26kg.m-3）＞下層土壤（7.59kg.m-3）；如圖3所示，樟赤混交林不同土層土壤碳密度為表層土壤（8.6kg.m-3）＞下層土壤（7.72kg.m-3）＞中層土壤（7.59kg.m-3）。3種林型樟子松林均是表層土壤含碳密度最高。

4結論與討論

3種林型樟子松全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）元素含量葉片層和凋落物層均大于土壤層，這是因章古臺地區土壤為沙土，有機質含量低而致，而全鉀（K）元素含量土壤層大于葉片層和凋落物層，這主要與沙土持水性差，植物組織中的鉀元素由雨水沖刷后在土中富集而造成的。樟楊混交林土壤C/N均值（19.38）>中國森林土壤C/N值（13.7）>樟子松純林C/N均值（10.26）和樟子松赤松混交林C/N均值（10.26），說明樟楊混交林在章古臺地區具有相較于樟子松純林和樟子松赤松混交林有更好的固碳、固氮效果。3種林型樟子松林葉片C/P均值在330以上，高于全球（233.2），同時高于我國東部南北樣帶森林生態系統植物的水平（313.9），這也說明當地有效磷含量同時低于國際與國內森林值。3種林型土壤C/K為0.1～0.21，這主要與土壤鉀元素含量略高有關。3種樟子松林地土壤碳密度主要變化趨勢為表層土壤＞中層土壤＞下層土壤，這表明章古臺地區樟子松林地土壤碳儲量以0～20cm土層中最高。

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收稿日期：2022-10-17

作者簡介：馬駿（1990-），男，遼寧沈陽人，碩士，助理工程師，現從事森林培育及森林保護研究.