2.5代杉木種子園土壤有機碳垂直分布研究

林成

摘 要：以沙縣官莊林場2.5代杉木種子園為研究對象，對土壤容重、有機碳含量及儲量進行了研究。結果表明：0～100cm土層，2.5代杉木種子園高中低生產(chǎn)區(qū)平均容重為：1.29g·cm-3、1.44g·cm-3、1.58g·cm-3；3個生產(chǎn)區(qū)有機碳含量大小為：高生產(chǎn)區(qū)>中生產(chǎn)區(qū)>低生產(chǎn)區(qū)；3個生產(chǎn)區(qū)有機碳儲量為：184.29t·hm-2、145.80t·hm-2、164.11t·hm-2，高生產(chǎn)區(qū)的有機碳含量遠大于其他2個生產(chǎn)區(qū)，但中生產(chǎn)區(qū)的有機碳儲量小于低生產(chǎn)區(qū)。綜合分析表明，高生產(chǎn)區(qū)土壤狀況優(yōu)于中低生產(chǎn)區(qū)，合理種植杉木，增加杉木的產(chǎn)量，有利于土壤容重的減少及有機碳含量的增加，從而提高土壤肥力，達到增產(chǎn)的效果。

關鍵詞：2.5代杉木種子園；有機碳；土壤

中圖分類號 S79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）15-103-03

Abstract：This paper studies the soil bulk density，organic carbon content and organic carbon storage of the 2.5 generation of Chinese fir seed orchard in Guanzhuang state-owned forest farm in Shaxian county. The results show that，the average soil bulk density in the 0～100 cm soil layer of high、secondary、low production area in the 2.5 generation seed orchard of Cunninghamia lanceolata are 1.29g·cm-3，1.44g·cm-3，1.58g·cm-3 respectively；Soil organic carbon content in three production area are positioned as follow： high production area>secondary production area>low production area；Organic carbon storage of three production area are 184.29t·hm-2，145.80t·hm-2，164.11t·hm-2 respectively，among which organic carbon content in high production area is much greater than the other two production area，while organic carbon storage in secondary production area is less than the low production area. Comprehensive analysis shows the soil condition of the high production area is better than the other two production area. Plant Cunninghamia lanceolata reasonably to increase the production. It is conducive to decrease of the soil bulk density and increase of organic carbon content so that soil fertility and the production can be improved.

Key words：2.5 generation seed orchard；Organic carbon；Soil

森林土壤碳庫占全球土壤有機碳庫的70%，其細微變化都將顯著影響大氣中CO2的濃度[1]。森林碳庫的變化循環(huán)是全球最主要的碳循環(huán)，對于維護全球生態(tài)平衡，進而維護人類社會的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的作用。杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國南方重要的造林樹種之一，也是我國重要的商品材樹種之一，自然分布和人工栽培都很廣泛[2]。杉木生長迅速，對碳的吸收也快，對減少大氣的CO2有明顯的效果，因而其對于緩解全球氣候變化有很大的作用[3]。福建是杉木中心產(chǎn)區(qū)，福建省沙縣官莊國有林場始建于1975年，經(jīng)營面積8 317.2hm2，森林覆蓋率85.7%，蓄積量131萬m3，是國家重點杉木、馬尾松良種基地[4]。官莊林場通過選擇優(yōu)良杉木個體建立了2.5代種子園，2.5代杉木種子園建設面積為7.4hm2。對杉木種子園的研究中，前人的研究集中在養(yǎng)分周轉、N沉降等方面[6-7]，對土壤有機碳研究甚少。本文對2.5代杉木種子園土壤容重、有機碳、有機碳儲量垂直分布特征展開研究，旨在為本地區(qū)碳循環(huán)的深入研究提供科學依據(jù)。

1 研究地概況

試驗地設立于福建省沙縣官莊林場池村工區(qū)2林班14大班3小班，位于東經(jīng)117°43′39″，北緯26°32′15″，海拔200m。該區(qū)屬中亞熱帶季風氣候，四季溫暖適中，日照充足，年平均氣溫18.8～19.6℃，年平均降水量1 606～1 650mm，無霜期271d。該試驗地1997年2月定砧，1999年3月嫁接。該區(qū)土壤為山地紅壤。根據(jù)杉木生長結實的情況，在官莊林場杉木2.5代種子園設置高、中、低3種生產(chǎn)小區(qū)，每種生產(chǎn)小區(qū)設置20×20m的標準地。各個生產(chǎn)小區(qū)的情況見表1。

2 研究方法

2.1 土壤樣品采集 在各標準地按“S”形選擇3個土壤剖面，每個土壤剖面取0～10cm、10～20cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm6個土層挖取鮮土，帶回實驗室后去除石礫和根系，自然風干后粉碎、研磨，過100目篩用于有機碳的測定。同時用鋁盒取土，每層重復3個，用環(huán)刀法測定土壤的容重。

2.2 測定方法 有機碳（soil organic carbon，SOC）采用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法測定。土壤有機碳儲量的計算公式為：Ci=di×Oi×ρi×0.1。式中，i為土壤不同層次，C為土壤有機碳儲量（t·hm-2），d為土層厚度（cm），O為土壤有機碳含量（g·kg-1），ρ為土壤容重（g·cm-3）。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析 所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析均基于SPSS 17.0軟件完成，采用單因素方差分析（ANOVA）檢驗容重、有機碳深度垂直變化的顯著性，數(shù)據(jù)匯總和作圖由Excel軟件完成。

3 結果與分析

3.1 不同生產(chǎn)小區(qū)土壤容重比較 土壤容重大小可以反映出土壤的透水性、通氣性及疏松程度，并影響其他土壤肥力因素和植物生長狀況。容重大小與有機碳大小有直接的關系，并受到森林凋落物、樹根以及依存于森林植被下特殊生物群的影響。有機質和腐殖質一般都集中在土壤表層，隨著土層的加深，其含量逐漸減少，因此，隨著土層深度的增加土壤容重逐漸增加[8]。從圖1可以看出，3個生產(chǎn)小區(qū)，隨著土層深度的增加容重均呈現(xiàn)出增加的規(guī)律，土壤狀況均為上松下緊。0～100cm土層，2.5代杉木種子園高中低生產(chǎn)區(qū)平均容重為：1.29g·cm-3、1.44g·cm-3、1.58g·cm-3，高生產(chǎn)區(qū)到中生產(chǎn)區(qū)容重增加了11.88%，而到低生產(chǎn)區(qū)增加了22.86%，這是因為高生產(chǎn)區(qū)林分密度大于其他2個生產(chǎn)區(qū)，森林凋落物、樹根等大大降低了容重，改善了土壤物理性質。0～10cm，高生產(chǎn)區(qū)土壤容重分別為中、低生產(chǎn)區(qū)容重的0.91、0.92倍，其他土層容重均表現(xiàn)為高生產(chǎn)區(qū)<中生產(chǎn)區(qū)<低生產(chǎn)區(qū)，土層越深，中生產(chǎn)區(qū)容重趨向于低生產(chǎn)區(qū)，這也反映出中低生產(chǎn)區(qū)土壤狀況趨同。

3.2 不同生產(chǎn)小區(qū)土壤有機碳 土壤有機碳含量取決于2個因素：一是土壤有機碳的礦化消耗和腐殖化積累；二是以枯枝落葉和死亡根系等凋落物形式歸還到土壤中的有機物質的數(shù)量，有機碳含量是進入土壤的植物殘體量及在微生物作用下的平衡結果[9]。

從表2可以看出，不同生產(chǎn)小區(qū)土層有機碳含量是不同的：0～100cm土層，3個生產(chǎn)區(qū)有機碳含量為：100.98g·kg-1、77.94g·kg-1、74.10g·kg-1，高生產(chǎn)區(qū)的有機碳含量遠大于其他2個生產(chǎn)區(qū)。從不同土層來看，高生產(chǎn)區(qū)有機碳含量均大于其他2個生產(chǎn)區(qū)，在0～10cm、10～20cm、60～80cm、80～100cm這4個土層，高生產(chǎn)區(qū)有機碳含量與其他2個生產(chǎn)區(qū)有顯著差異（P<0.05），而中低生產(chǎn)區(qū)有機碳含量差異不顯著，在10～20cm、60～80cm2個土層，中生產(chǎn)區(qū)的有機碳含量出現(xiàn)小于低生產(chǎn)區(qū)有機碳含量的現(xiàn)象，這可能是由于根系作用的影響。

4 結論與討論

（1）0～100cm土層，2.5代杉木種子園高中低生產(chǎn)區(qū)平均容重為：1.29g·cm-3、1.44g·cm-3、1.58g·cm-3，植物凋落物和根系可以大大減小土壤容重。

（2）從全土看，3個生產(chǎn)區(qū)有機碳含量大小為：高生產(chǎn)區(qū)>中生產(chǎn)區(qū)>低生產(chǎn)區(qū)。從不同土層來看，高生產(chǎn)區(qū)有機碳含量均大于其他2個生產(chǎn)區(qū)，而在10～20cm、60～80cm2個土層，中生產(chǎn)區(qū)的有機碳含量出現(xiàn)小于低生產(chǎn)區(qū)。

（3）從全土看，3個生產(chǎn)區(qū)有機碳含量為：184.29t·hm-2、145.80t·hm-2、164.11t·hm-2，高生產(chǎn)區(qū)的有機碳含量遠大于其他2個生產(chǎn)區(qū)，但中生產(chǎn)區(qū)的有機碳儲量小于低生產(chǎn)區(qū)。

（4）對于杉木種子園經(jīng)營上，以高生產(chǎn)區(qū)的土壤狀況最優(yōu)，所以人工合理增加杉木的種植以促進形成高生產(chǎn)區(qū)，這不僅有利于植物生產(chǎn)，增加產(chǎn)量，也有利于土壤有機碳儲存，能成為較好的碳匯，為全球碳吸存做出貢獻。

參考文獻

[1]Post W M，Peng T H，Emanuel W R，et al.The global carbon cycle[J].American Scientist，1990，78：310-326.

[2]王毅.杉木種質資源收集、保存與評價研究[D].福州：福建農(nóng)林大學，2007.

[3]蔡祖凱.氮沉降對杉木人工林土壤有機質含量及纖維素酶活性的影響[D].福州：福建農(nóng)林大學，2010.

[4]福建省沙縣官莊國有林場杉木、馬尾松種植基地簡介[EB/OL]. [2013-03-18].http：//211.103.250.141/zm/subsite/6848/6861/56399. html.

[5]許魯平.第3代杉木種子園產(chǎn)量與土壤微生物關系的研究[J].南昌工程學院學報，2013，32（4）：38-41.

[6]房煥英，劉文飛，袁穎紅，等.杉木第3代種子園母樹和土壤營養(yǎng)元素分析[J].福建林業(yè)科技，2013，40（1）：70-74.

[7]劉文飛，樊后保，楊躍霖，等.氮沉降對杉木人工林凋落物微量元素含量的影響[J].福建林學院學報，2007，27（4）：322-327.

[8]楊弘，李忠，裴鐵瑤，等.長白山北坡闊葉紅松林和暗針葉林的土壤水分物理性質[J].應用生態(tài)學報，2007，18（2）：272-276.

[9]Jobbagy E G，Jackson R B.The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation[J]. Ecology Apply，2002，10（2）：423-436.

（責編：張宏民）