海南島桉樹林土壤碳庫研究

王文蕾 ，陳宇翔 ，王 旭 ，2，3，王 帥 ，李佳靈 ，張曉琳 ，朱美玲 ，林 燈 ，梁卿雅，鄒耀進(jìn)，李 超

（1.海南大學(xué) 環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院，海南 海口 570228；2.農(nóng)業(yè)部儋州熱帶農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站，海南 儋州 571737；3.海南低碳經(jīng)濟(jì)政策與產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，海南 ?？?570228；4.海南五指山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，海南 五指山 572215；5.海南神州新能源建設(shè)開發(fā)有限公司，海南 ?？?571152）

海南島桉樹林土壤碳庫研究

王文蕾1，陳宇翔1，王 旭1，2，3，王 帥1，李佳靈4，張曉琳5，朱美玲1，林 燈1，梁卿雅1，鄒耀進(jìn)1，李 超1

（1.海南大學(xué) 環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院，海南 ?？?570228；2.農(nóng)業(yè)部儋州熱帶農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站，海南 儋州 571737；3.海南低碳經(jīng)濟(jì)政策與產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，海南 ?？?570228；4.海南五指山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，海南 五指山 572215；5.海南神州新能源建設(shè)開發(fā)有限公司，海南 海口 571152）

以海南儋州、屯昌、瓊海三個市縣的9個桉樹林樣地為試驗(yàn)對象，通過分析土壤碳含量、碳密度以及土壤碳儲量，對海南省桉樹林土壤固碳情況進(jìn)行研究。主要結(jié)果如下：（1） 海南島桉樹林不同林分類型土壤碳含量存在著較大的差異，介于3.15±0.81～47.99±3.73 g/kg之間，平均碳含量為12.74±10.74 g/kg；（2）平均碳儲量為133.80 t/hm2，低于我國森林土壤平均碳儲量但高于熱帶林土壤碳平均儲量；（3）海南省桉樹林土壤碳含量、碳密度、碳儲量，均以表層土含量最大，并隨土壤深度的增加而降低；（4）土壤碳儲量隨土層的分配率顯示海南島桉樹林目前受到的人為干擾較嚴(yán)重，但除4年齡的桉樹林對外界干擾較敏感外，其余都有較強(qiáng)的緩沖能力。（5）海南島桉樹林土壤碳儲量隨著林齡變化沒有完全一致的規(guī)律，但2年齡＜6年齡＜4年齡比較普遍。

桉樹林；土壤；碳含量；碳密度；碳儲量；碳分配；樹齡

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其物種豐富，抗穩(wěn)定性強(qiáng)，是全球碳循環(huán)最重要的組成部分。森林生態(tài)系統(tǒng)擁有陸地生態(tài)系統(tǒng)地上碳庫的80%以及地下碳庫的40%[1]。隨著溫室效應(yīng)的加劇，越來越多的人開始關(guān)注森林生態(tài)系統(tǒng)在全球氣候變化中的作用、森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳機(jī)理以及森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能與全球氣候變化之間的關(guān)系[2-6]。

森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量由土壤層、枯落物層、灌草層和喬木層的碳儲量構(gòu)成[7]，其中，土壤碳儲量尤為重要。森林土壤碳作為全球碳循環(huán)的重要組成部分，在全球碳收支中占主導(dǎo)地位。Sedjor RA[8]指出，森林土壤碳儲量約占全球土壤碳儲量的73%，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，也是全球碳循環(huán)中重要的碳庫。

桉樹Eucalyptusspp.自然分布于澳大利亞、印度尼西亞群島和菲律賓的部分島嶼。因耐貧瘠、抗干旱、適應(yīng)性強(qiáng)和速生豐產(chǎn)而在世界范圍內(nèi)大規(guī)模種植。至2010年，我國桉樹種植面積達(dá)368萬hm2[9]。海南自1917年開始引種桉樹[10]，到2010年海南桉樹人工林面積約 2×105hm2，成為海南人工林的第一大樹種[11]。對海南省桉樹林土壤碳庫進(jìn)行研究可為計算海南桉樹林生態(tài)系統(tǒng)碳庫做準(zhǔn)備，同時也能為本地區(qū)森林資源經(jīng)營管理提供依據(jù)。

表1 樣地信息Table 1 A Brief Description of Sample Plots

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

海南島位于中國南部，處于E108°37′～E111°03′和 N18°10′～ N20°10′，是我國僅次于臺灣島的第二大島，面積為3.39×104km2[12]。地勢中間高、四周低，五指山為最高山脈，海拔1 867.1 m，向外圍逐漸降低，由山地、丘陵、臺地、平原組成環(huán)形地貌[13-14]。土壤垂直帶分布明顯，從山地到沿海依次是山地黃壤、山地赤紅壤、磚紅壤、燥紅土、水稻土、潮沙土、濱海沙土、海涂沼澤土、海濱鹽土等類型[15]。

海南島的年平均氣溫為22.4～25.5℃，每年有9個月月平均氣溫高于20℃，全年有效積溫達(dá)8 500～9 300℃[16]。全島年降雨量為1 600 mm，西南部為1 000～1 500 mm，東南部可達(dá)2 000～2 400 mm，降雨主要集中在5～11月，臺風(fēng)降雨有可觀比例[17]。

結(jié)合海南氣候、自然地理和桉樹林的面積、蓄積及其地域分布，確定西部的儋州市、中部屯昌縣和東部瓊海市為取樣點(diǎn)，每個樣點(diǎn)分別選取一個2、4、6年齡桉樹林樣地，每個樣地設(shè)置3個樣方，確保每個樣方的面積為800 m2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計

確定9個樣地的位置，記錄樣地坐標(biāo)、地形、坡度、海拔、土壤類型、干擾強(qiáng)度等因素。土壤調(diào)查按照土鉆法+剖面法進(jìn)行，其中土鉆法主要用于土壤總有機(jī)碳的測定，剖面法主要用于土壤容重的確定。剖面法和土鉆法均按0～10 cm、10～ 20 cm、20～ 30 cm、30～ 50 cm、50～ 100 cm進(jìn)行分層取樣。

1.2.2 指標(biāo)測定方法

采用環(huán)刀法測定土壤容重，采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定土壤總有機(jī)碳含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理和分析

利用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，利用SAS 9.1進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)碳含量特征

不同林分類型各層土壤有機(jī)碳含量介于 3.15±0.81～ 47.99±3.73 g/kg， 平 均 值 為12.74±10.74 g/kg。各樣點(diǎn)土壤碳含量不僅不同樣地不同林齡差別較大，同一樣點(diǎn)，不同林齡間的差異和同一林齡不同樣點(diǎn)間的差異也較大，這表示海南省桉樹林土壤有機(jī)碳含量時空差異較大。不同林分類型土壤層碳含量都以表土層（0～10 cm）最大，并隨著土層深度的增加逐漸減小，越往下土層間的變化趨勢減緩。土壤碳含量隨深度的變化關(guān)系符合y= -5.387ln(x) + 29.107（R2=0.961 2）。表層土(0～10 cm)的有機(jī)碳含量是亞表層土（10～20 cm）的1.06～1.73倍，平均為1.45倍；是底層土（50～100 cm）的1.31～8.52倍，平均為3.15倍。

2.2 土壤碳密度垂直分布特征

海南島桉樹林不同樣點(diǎn)，不同林齡，不同土層土壤碳密度大小不一。儋州2年、4年、6年桉樹林0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～50 cm、和50～100 cm五層土壤碳密度介于 0.79±0.20～ 3.1±0.67 kg/m2、0.60±0.17～3.4±0.90 g/kg、0.62±0.09～2.19±0.85 g/kg之間；屯昌3個林齡，五個土層的土壤碳密度分別介于1.80±0.36 ～ 5.76±1.00 g/kg、3.62±2.09 ～ 6.41±0.77 g/kg、1.71±0.20～3.53±0.54 g/kg 之間，瓊海的數(shù)據(jù)介于1.46±0.42～3.61±1.49 g/kg、1.88±1.29～7.37±2.75 g/kg、1.70±1.12 ～ 4.35±2.22 g/kg 之間。20～30 cm土層碳密度最低，后面兩層由于所包含的土壤厚度增加碳密度增加。但屯昌4年齡的50～100 cm土層雖然土壤厚度為50 cm但碳密度比上面四層均較低是因?yàn)樵摌拥赝翆訙\薄，最下層受成土母質(zhì)作用比較強(qiáng)。

以10 cm土壤厚度為單位的土壤碳密度分析顯示，碳密度隨著土層深度的增加而降低。上層下降較快，越到下層，其下降趨勢趨于平緩。

表2 各樣地土壤有機(jī)碳含量（g/kg）Table 2 The soil carbon content of the plots (g/kg)

表3 各樣地土壤有機(jī)碳密度（kg/m2）Table 3 Soil carbon density of plots (kg/m2)

圖1 各樣地土壤碳儲量(t/hm2)Fig.1 Soil carbon storage of plots (t/hm2)

2.3 土壤碳儲量與碳儲量分配

儋州2、4、6年齡桉樹林碳儲量分別為71.5 t/hm2、160.5 t/hm2、115.5 t/hm2，平均為 115.85 t/hm2；屯昌為 68.6 t/hm2、241.4 t/hm2、179.2 t/hm2，平均為 163.05 t/hm2；瓊海為 48.93 t/hm2、130.7 t/hm2、187.8 t/hm2，平均為122.49 t/hm2。其中儋州2年齡的碳儲量最低，屯昌4年齡碳儲量最高。

儋州3個不同年齡段桉樹林土壤碳儲量差異不顯著；屯昌2年齡桉樹林碳儲量顯著偏低于4年齡和6年齡，但后兩者差異不顯著；瓊海2年齡與4年齡桉樹林土壤碳儲量差異不顯著但與6年齡差異顯著，4年齡與6年齡桉樹林差異不顯著。不同樣地間，2年齡和6年齡桉樹的土壤碳儲量差異均不顯著。4年齡的桉樹林，儋州和屯昌、瓊海差異均不顯著，但屯昌和瓊海差異顯著。

各樣地0～10 cm土層碳儲量占土壤總碳儲量比率最低的為瓊海2年齡為13.1%，最高的為瓊海4年齡23.9%；0～20 cm層屯昌2年齡占比最低為23.2%，屯昌4年齡最高為41.6%；0～30 cm層屯昌2年齡最低為31.9%，屯昌4年齡最高為58.4%；0～50 cm層屯昌2年齡最低為50.6%，屯昌4年齡最高為85.0%。各層對整個樣地土壤碳儲量貢獻(xiàn)率最低的均是屯昌的2年齡林，除0～10 cm層瓊海的4年齡樣對整個樣地土壤碳儲量貢獻(xiàn)率最高外，其余各層均為屯昌的6年齡樣地。

表4 樣地各層有機(jī)碳儲量對樣地總有機(jī)碳儲量的貢獻(xiàn)率Table 4 The contribution rate of every layer carbon stock to total carbon stock

2.4 土壤碳儲量與樹齡分布關(guān)系

儋州和屯昌兩個樣點(diǎn)土壤碳儲量與樹齡的關(guān)系類似，均為2年齡＜6年齡＜4年齡，瓊海樣點(diǎn)土壤碳含量隨樹齡增加而增加。

3 討論與結(jié)論

3.1 海南省桉樹林土壤有機(jī)碳儲量整體偏低

海南省不同林分類型各層土壤有機(jī)碳含量介于 3.15±0.81～ 47.99±3.73 g/kg，平均值為12.74±10.74 g/kg，平均碳儲量為133.80 t/hm2，低于我國森林土壤平均碳儲量193.55 t/hm2[4]，但高于熱帶林的土壤平均碳儲量116.49 t/hm2[7]。儋州桉樹林土壤平均碳儲量低于熱帶林土壤平均碳儲量，屯昌和瓊海土壤碳儲量高于熱帶林平均水平，但低于全國平均水平。三個樣點(diǎn)共9個樣地只有屯昌4年齡桉樹林碳儲量高于全國平均水平，儋州、屯昌、瓊海3個2年齡樣地和儋州6年齡樣地土壤碳儲量低于熱帶林平均值，其余林介于熱帶平均值和全國平均值之間。

其原因主要是：海南高溫高濕環(huán)境下土壤微生物活性較高，凋落物的分解速率較快，有機(jī)質(zhì)的積累速率隨之降低，土壤有機(jī)碳分解較快，減少了土壤有機(jī)碳的積累；土壤呼吸產(chǎn)生的CO2排放量變大；加上植被光合作用強(qiáng)，對土壤營養(yǎng)元素的大量吸收，造成土壤有機(jī)碳儲量相對較低，不利于土壤有機(jī)碳的固定；由于海南降水豐富，臺風(fēng)降水較多，土壤有機(jī)碳較易被沖刷進(jìn)入河道或湖泊之中，也不利于有機(jī)碳積累；同時這也與土地利用方式有關(guān)，由于和橡膠和果樹等其它經(jīng)濟(jì)作物相，桉樹林經(jīng)濟(jì)效益較差，桉樹一般被種植于立地條件較差不適宜種植其他作物的地區(qū)。因此海南省桉樹林土壤有機(jī)碳密度和有機(jī)碳儲量均較小。

3.2 海南桉樹林土壤碳儲量垂直分布特征

Baties等[18]的研究認(rèn)為在世界水平上0～100 cm的土壤碳儲量中，0～30 cm土層的貢獻(xiàn)率37%～59%，平均為49%；0～50 cm土層的貢獻(xiàn)率為62%～81%，平均為67%。

與之相比海南島3個地方2年齡的桉樹林這兩層的貢獻(xiàn)率都很低，屯昌和瓊海6年齡桉樹林這兩層的高于世界平均水平，其余樣地相差不大。上層土壤對整個土層碳儲量的貢獻(xiàn)率反映了該樣地本身的脆弱性和在受到外界干擾后維持自身穩(wěn)定的能力。海南島桉樹林的整體情況較佳，但是4年齡的桉樹林較脆弱，受環(huán)境影響大。這主要是因?yàn)?年齡的桉樹林分基本完全分解了上一代更新時產(chǎn)生的大量枯落物和本代的大量枯落物，此時若外界干擾太強(qiáng)將會摧毀該林齡段桉樹林未來生長的基礎(chǔ)。從整體情況來看，海南島桉樹林的碳儲量分配復(fù)雜而混亂，表明海南島桉樹林受到的人為干擾強(qiáng)烈。

同時結(jié)合土壤碳儲量和各層分配率也能反映該區(qū)域植被的生長潛力[19]。土壤碳儲量越高，土壤表層分配率越大，則地上植被生長潛力越巨大，生長越迅速。2年齡的桉樹由于上一代產(chǎn)生的凋落物還未大量分解而導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生不多，碳儲量較低，同時由于植物生長導(dǎo)致上層有機(jī)質(zhì)被大量吸收，上層碳儲量的分配占比較低。4年齡的桉樹林上一代的凋落物和本代的凋落物都有較大量被分解碳儲量較大，同時主要分布在表層。6年齡的桉樹林由于本代凋落物的持續(xù)分解而碳儲量保持在較高水平，同時由于淋溶等作用導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)開始向下轉(zhuǎn)移，土壤碳分配又逐漸降低。

在管理水平上，桉樹人工林在幼林齡時需要施肥以促進(jìn)其生長。在生長中后期，應(yīng)減少人為干擾，讓其自然生長。

3.3 海南省桉樹林土壤碳有機(jī)儲量與樹齡分布關(guān)系

海南島桉樹林隨林齡增加并沒有完全一致的規(guī)律，儋州，屯昌表現(xiàn)為4年齡最高，其次為6年齡，2年齡最低，瓊海表現(xiàn)為，土壤碳儲量與林齡呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。這與向仰州等在海南的研究認(rèn)為桉樹林土壤碳儲量隨林齡增加而增加有一定的差異。桉樹的凋落物量和分解速率決定了其碳儲量先在增加后減少，而強(qiáng)烈的人為干擾可能會擾亂這個規(guī)律。

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Soil carbon pool of Eucalyptus forest in Hainan island

WANG Wen-lei1, CHEN Yu-xiang1, WANG Xu1,2,3, WANG Shuai1, LI Jia-ling4, ZHANG Xiao-lin5, ZHU Mei-ling1, LIN Deng1,LIANG Qin-ya1, ZOU Yao-jin1, LI Chao1
(1. College of Environment and Plant Protection, Hainan University, Haikou 570228, Hainan, China; 2. Danzhou Key Field Station of Observation and Research for Tropical Agricultural Resources and Environments, Ministry of Agriculture, Danzhou 571737, Hainan,China; 3. Hainan Policy and Industrial Research Institute of Low-Carbon Economy, Haikou 570228, Hainan, China; 4. Management Bureau of Hainan Wuzhishan Nature Reserve, Wuzhishan 572215, Hainan, China; 5. Hainan Shenzhou New Energy Construction &Development Co.,Ltd., Haikou 571152, Hainan, China)

Nine eucalyptus forest plots which distribute in Danzhou, Tunchang and Qionghai are discussed in this paper. The carbon sequestration of eucalyptus forest in Hainan island is discussed by study the soil carbon content, carbon density and soil carbon reserves.The main results are as follows: (1) There is a big difference between different types of forest soil carbon content. It’s from 3.15 ±0.81 to 47.99 ±3.73 g/kg, the average carbon content is 12.74 ± 10.74 g/kg; (2) Average carbon reserves is 133.80 t/hm2. Lower than the average of forest soil carbon stocks in China but higher than the average tropical forest soil carbon storage; (3) The fi rst layer of the Hainan eucalyptus forest soil carbon content, carbon density, carbon storage, are the largest and decreased with the depth decrease;(4) The anthropogenic interference of Hainan eucalyptus forest is strong ,but except 4 ages eucalyptus forest are sensitive to outside interference，the others have high buffering capacity. (5) Hainan eucalyptus forest soil carbon stock changes with forest age is not fully consistent with the law, but 2 ages ＜ 6 ages ＜ 4 ages are more common.

Eucalyptusforests; soil; carbon content; carbon density; carbon storage; carbon allocation; tree age

S792.39

A

1673-923X(2016)02-0091-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.02.017

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-09-02

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA05050000，XDA05050206）；農(nóng)業(yè)部儋州熱帶農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站開放課題基金項(xiàng)目（DKFS0903）；中西部高校項(xiàng)目（MWECSP-RT08，ZXBJH-XK004，ZXBJH-XK005）

王文蕾，碩士

王旭，博士，副教授；E-mail：75194718@qq.com

王文蕾，陳宇翔，王 旭，等. 海南島桉樹林土壤碳庫研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2016, 36(2): 91-95.

[本文編校：吳 彬]