江西吉安井岡蜜柚林土壤碳儲量研究

范美莉，李曉躍，金元寶，彭衛福

（吉安職業技術學院，江西 吉安 343000）

碳是構成地球的基本元素，又與全球氣候變化息息相關。地球上有大氣碳庫、海洋碳庫、巖石圈碳庫以及陸地生態系統碳庫四大碳庫。森林作為陸地生態系統的主體，其植被和土壤中儲存的碳量在陸地生態系統的碳平衡中占據了重要地位。研究表明，土壤碳庫是大氣碳庫的2 倍[1]，陸地植被的2～3 倍[2-4]。作為陸地循環生態系統中最大的碳庫，土壤有機碳儲量在調節全球碳平衡中發揮著不可替代的作用[5]，是削減碳排放、實現碳中和、緩解全球氣候變化的重要路徑。

井岡蜜柚是以“井岡山”作為品牌的吉安地方良種甜柚的統稱。吉安市井岡蜜柚種植面積穩定在2.56×104hm2。針對種植面積如此龐大的經濟林，眾多學者從井岡蜜柚酸甜風味變化、栽培技術[6]、土壤性狀[7]、柚皮苷提取分離[8]等方面進行了大量研究，但是目前還未找到關于井岡蜜柚林固碳方面的研究。本文以吉安市井岡蜜柚林土壤固碳能力為研究對象，為蜜柚林土壤固碳速率和固碳能力提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗樣地概況

吉安市位于江西省中部，贛江中游。位于北緯25°58′32″～27°57′50″，東經113°46′～115°56′，吉安市地形以山地、丘陵為主，東、南、西三面環山，境內河流眾多，以贛江為中軸，有30 條大小支流匯入，各河上游植被茂密，山高水陡，水量充盈，水力資源充沛。屬于亞熱帶季風氣候，受熱帶海洋氣團和極地大陸氣團影響，冬夏干濕差別不大。試驗采樣點樣地概況見表1。

1.2 土樣采集

每個地區選取3 個典型的樣地，將每個樣地按網格法分成若干個10 m×10 m的樣方，隨機選擇2個樣方（R1、R2），然后以樣方為單元進行土壤調查。土壤調查采用剖面法（環刀法）和土鉆法。

剖面法取樣過程：在調查樣地內選擇1 塊未受人為干擾、植被結構和土壤都具代表性的地段，挖掘1 個土壤剖面，深至30 cm。對土壤剖面進行拍照并將照片號現場記錄下來。拍照時將米尺（或卷尺）立于向陽剖面，調好位置和焦距，保證包含剖面30 cm 內所有土層。沿剖面按0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm分層，用環刀采集各層土壤，帶回實驗室測定土壤密度。

土鉆法取樣過程：在每一個采土點上，按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 三個層次采集樣品，在灌木樣方內使用內徑＞5 cm 的土鉆，每層隨機鉆取3 鉆土，混合成一個混合樣。同一樣地3個灌木樣方的同層次土樣組成該層次混合樣品，一般采集約1 kg 左右，放入布袋內，并附上標簽（包括樣地編號、采樣深度等帶回實驗室。需注意的是，取樣時盡量保持每個小土體的完整性，盡早進行風干處理。

1.3 樣品處理

將剖面法取得的樣品放入烘箱內烘干、稱質量并記錄，用于測定土壤密度。將土鉆法采回的土壤樣品放在牛皮紙上，首先剔除土壤以外的侵入體（如植物殘根、昆蟲尸體和石塊等）和新生體（如鐵錳結核和石灰結核等），自然風干。風干土樣用木棍壓碎后先過10 目篩孔，以四分法取適量樣品磨細過60 目篩孔或100 目篩孔，供有機碳分析測定使用。

1.4 分析測定方法

土壤剖面主要用于測量土壤密度，土鉆法主要用于測定土壤有機碳含量。采用C-重鉻酸鉀容量法測定土壤有機碳含量，根據有機碳含量換算出土壤碳儲量。

1.5 土壤碳儲量計算方法

估計土壤碳庫的計算公式如下。

式中：TN為土壤碳貯量，t/hm2；Ci為第i層土壤的有機碳含量，g/kg；Ri為第i層土壤密度，t/m3；Di為第i層土層厚度，m；Si為面積，m2；Gi為第i層土體中的礫石含量系數。

1.6 數據分析與處理

原始數據的合成、統計計算以及圖表制作使用Microsoft Excel 2003軟件處理。

2 結果與分析

2.1 土壤有機碳含量

江西吉安市5 個樣地土壤剖面有機碳含量見表2，5 個樣地土壤有機碳含量分布見圖1。

圖1 江西吉安市5個樣地土壤剖面有機碳含量分布Fig.1 Distribution of organic carbon content in soil profiles of 5 plots in Ji'an City

表2 江西吉安市5個樣地土壤剖面有機碳含量Tab.2 Organic carbon content in soil profiles of 5 plots in Ji'an City單位：g/kg

由表2可以看出，隨著土層深度的增加，各個樣地不同深度土層的有機碳含量基本呈現出減少的趨勢；不同樣地土壤的有機碳含量減少的程度也不同。表層土壤（0～10 cm）的有機碳含量是10～20 cm 土層土壤的1.3～1.9 倍，而10～20 cm 土層土壤的有機碳含量超出20～30 cm 土層土壤的有機碳含量不多，土壤越深遞減速度越慢，間接說明表層土的固碳能力更強。導致該結果的原因可能有2 點：一是土壤有機質隨深度的增加而遞減，養分含量低導致有機碳含量降低；二是土層越深微生物活動越弱，減緩了土壤有機碳的分解。

從圖1 中還可以看出，同一土層不同樣地之間的土壤有機碳含量存在著比較大的差異，例如在0～10 cm土層中，青原區樣地土壤有機碳含量最低，只有3.3 g/kg，而吉水樣地土壤有機碳含量較高，達到13.3 g/kg。造成這種差異的原因可能是各樣地種植的井岡蜜柚林年份不同，樣地本身的土壤結構不同、植被結構不同、光合作用及產物的分配模式不同、蜜柚樹返回土壤的腐殖物質量不同等，從而造成不同樣地的同一土層土壤有機碳含量差異較大。

2.2 不同土層土壤碳儲量分布規律

江西吉安市5個樣地土壤剖面不同土層土壤碳儲量見表3，不同土層土壤碳儲量分布見圖2。

圖2 土壤碳儲量分布Fig.2 Soil carbon storage distribution

表3 江西吉安市5個樣地土壤剖面不同土層土壤碳儲量Tab.3 Soil carbon storage in different soil layers of 5 sample plots in Ji'an City單位：t/hm2

從表3 中可以看出，0～10 cm 土層的有機碳儲量最高，說明表層土對土壤碳儲量的貢獻率最大，10～20 cm 與20～30 cm的土壤碳儲量差異不大。吉水0～10 cm土層的碳儲量幾乎是10～20 cm 土層碳儲量的2 倍，主要原因可能是當地生產管理水平比較高，表層土有機質非常豐富，給土壤貢獻了大量碳元素。有2個地區20～30 cm 土層碳儲量比10～20 cm 的略高，主要是土壤密度引起的差異。

2.3 不同地區土壤碳儲量分布規律

不同地區土壤碳儲量見表4。從表4 來看，吉水和泰和兩地區的土壤碳儲量最高，但仍低于江西省森林土壤0～20 cm土層的平均有機碳密度38.9 t/hm2[9]。大量研究表明，影響碳儲量的因素主要有自然因素（包括氣候、地形、地勢、氮沉降）和人為因素（土壤利用方式變化、森林經營管理、人口密度）[10]。

表4 不同地區土壤碳儲量Tab.4 Soil carbon storage in different regions單位：t/hm2

3 結論

本次試驗結果表明：第一，隨著土層深度的增加，各個樣地土層的有機碳含量基本呈現出減少的趨勢，這與劉偉等人的研究結果一致[11]；第二，同一土層不同樣地之間的土壤有機碳含量存在著比較大的差異；第三，雖然井岡蜜柚林土壤固碳能力偏弱，但仍具有一定的碳匯經濟價值。由此，吉安市井岡蜜柚產業可根據本文研究結果，進一步提高土壤固碳能力，以實現經濟和環保雙豐收。