吉林省森林土壤碳匯功能研究

張立民，陳 廣，呂夢(mèng)燕，毛 赫，王曉娜, 任 軍

(1.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130033；2.洮南市國(guó)有林總場(chǎng)永茂保護(hù)站，吉林 白城 137100)

近年來，全球氣候變化及其對(duì)人類生存環(huán)境的影響，倍受國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注，已成為舉世矚目的重大科學(xué)、生態(tài)和環(huán)境保護(hù)問題。全球氣候變化的主要因素是溫室氣體的增加，而CO2作為主要的溫室氣體,其含量的變化對(duì)全球氣候變化起到重要作用[1，2]。

陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體是森林，陸地上最大的儲(chǔ)碳庫(kù)是森林，森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的56 %[3]。對(duì)于維持全球碳循環(huán)、減緩CO2濃度升高速率等方面，森林具有重要作用[4]。評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量，主要包括森林植被、土壤和枯落物三部分的碳儲(chǔ)量，其中對(duì)森林土壤碳儲(chǔ)量的評(píng)估對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量評(píng)價(jià)至關(guān)重要。為掌握吉林省森林土壤的碳匯狀況，本文對(duì)吉林省森林土壤的碳儲(chǔ)量和固碳能力進(jìn)行了研究。

1 材料和方法

1.1研究區(qū)概況

吉林省位于中國(guó)東北的中部，地理位置40°52′～46°18′N、121°38′～131°19′ E，面積1 874 hm2。年平均氣溫2～6 ℃，年降水量400～900 mm，自東向西呈明顯的濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)和半干旱氣候。森林分布多集中于東部山區(qū)和中東部低山丘陵區(qū)。森林起源多為天然林[5]。地理位置獨(dú)特，森林資源豐富，是全國(guó)重點(diǎn)林業(yè)省份之一。

1.2研究方法

1.2.1樣地選擇

根據(jù)吉林省林地特征劃分為31個(gè)類型(包括各類型喬木林分、灌木林、未成林地、宜林地、沼澤濕地等)，在全省范圍內(nèi)選擇23個(gè)具有代表性的縣(市)、森工局(或森林經(jīng)營(yíng)局)進(jìn)行采樣。在各采樣單位內(nèi)選擇所屬范圍內(nèi)分布的總面積在5 hm2以上的各林分類型為對(duì)象，在其典型林分內(nèi)設(shè)置樣地，按照典型選樣的方法，在幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林中各設(shè)置2塊樣地。

1.2.2土樣采集

在每個(gè)樣地中設(shè)置2個(gè)5 m×5 m樣方，在每個(gè)樣方內(nèi)，選取有代表性的位置挖掘土壤剖面，剖面規(guī)格為寬度 0.5～0.8 m，深度為60 cm或到達(dá)母質(zhì)層止。

先移除剖面的枯枝落葉層部分，然后分別在每個(gè)剖面的0～30 cm、30～60 cm位置，避開巖石和粗根，用環(huán)刀取土后移至土壤鋁盒內(nèi)和密封袋內(nèi)，采集的土壤樣本帶回實(shí)驗(yàn)室分析、測(cè)定土壤容重和有機(jī)碳含量。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.3.1土壤容重

將用于測(cè)定土壤容重的樣本置入烘箱內(nèi)，在105 ℃恒溫條件下連續(xù)烘干24 h，取出樣品，稱總重量(Mt)，用2 mm土壤篩分離直徑2 mm以上石礫以及粗大有機(jī)物(如根等)，分別記錄石礫重(Mp)和根重(Mo)。參照公式(1)計(jì)算土壤容重。

(1)

式中：Dm為土壤容重/t·m-3；Mt為土壤總質(zhì)量/g；Mp為石礫質(zhì)量/g；Mo為有機(jī)質(zhì)質(zhì)量/g；Vt為總體積/cm3。

1.3.2土壤有機(jī)碳

采用重鉻酸鉀—硫酸氧化法測(cè)定土壤有機(jī)碳，參照公式(2)計(jì)算土壤有機(jī)碳濃度。

(2)

式中：SOC為土壤有機(jī)碳濃度/%；V0為滴定空白試驗(yàn)時(shí)所用去FeSO4毫升數(shù)/mL；V為滴定樣品時(shí)所用去的FeSO4的毫升數(shù)/mL； 0.8000為1/6 K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度/mol·L-1； 5.0 為1/6 K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積/mL； 0.003為1個(gè)毫克當(dāng)量碳的克數(shù)/g；M為烘干土重量/g； 1.1為氧化校正系數(shù)。

2結(jié)果和分析

2.1吉林省森林土壤總碳儲(chǔ)量

通過對(duì)采集的土壤樣本的測(cè)試化驗(yàn)及數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算，吉林省森林土壤總碳儲(chǔ)量為10.21億t。其中，有林地土壤碳儲(chǔ)量為9.63億t，占全省森林土壤總碳儲(chǔ)量的94.29 %；疏林地、灌木林地(含未成林地)、宜林地、沼澤地土壤碳儲(chǔ)量及占全省森林土壤總碳儲(chǔ)量比例詳見表1。

表1 吉林省森林土壤碳儲(chǔ)量

2.2吉林省各地區(qū)森林土壤碳儲(chǔ)量分布格局

2.2.1各地區(qū)森林土壤碳儲(chǔ)量

吉林省森林土壤總碳儲(chǔ)量中，東部山區(qū)吉林、通化、白山和延邊4個(gè)地區(qū)之和占全省森林土壤總碳儲(chǔ)量的88.42 %。其中，延邊、吉林、白山、通化、白城、松原、四平、長(zhǎng)春、遼源和長(zhǎng)白山地區(qū)土壤碳儲(chǔ)量和所占全省比例詳見圖1、表2。

圖1 吉林省各地區(qū)森林土壤碳儲(chǔ)量占全省百分比

表2 吉林省各地區(qū)森林土壤碳儲(chǔ)量分配表

注：表中“林地總面積”包括有林地面積、灌木林面積、疏林地面積、未成林地面積、宜林地面積和沼澤地面積。

2.2.2 各地區(qū)森林土壤碳密度

各地區(qū)中，森林土壤碳密度的排序依次為白山>吉林>長(zhǎng)白山>延邊>通化>遼源>長(zhǎng)春>四平>松原>白城。其中，白山、吉林、長(zhǎng)白山、延邊和通化5個(gè)地區(qū)高于全省森林土壤碳平均密度，而通化地區(qū)的森林土壤碳密度與全省森林土壤碳平均水平非常接近；遼源、長(zhǎng)春、四平、松原和白城5個(gè)地區(qū)低于全省森林土壤碳平均密度，詳見表2、圖2。

圖2吉林省各地區(qū)森林土壤碳密度比較

Fig.2 Comparison of forest soil carbon density in the regions of jilin Province

2.3吉林省森林土壤固碳能力

吉林省森林土壤年固碳量為409.95萬t，各林分類型土壤年固碳量排序?yàn)殚熑~混>針闊混>蒙古櫟林>落葉松林>楊柳林>其他林地>針葉混>樟子松林>紅松林>樺樹林>云冷杉林>硬闊林，詳見表3。

表3 吉林省森林土壤年固碳

3 討論和建議

3.1 討論

3.1.1 評(píng)估的不確定性

吉林省在森林土壤有機(jī)質(zhì)循環(huán)方面的研究基礎(chǔ)比較薄弱，特別是由于吉林省氣候、森林類型、土壤類型復(fù)雜多樣以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累不足且系統(tǒng)性較差，因此在區(qū)域尺度上的研究仍存在較大的不確定性。森林分布廣泛，各剖面點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)鼐哂卸啻蟮拇硇砸残枰紤]。這樣依據(jù)較少的數(shù)據(jù)得出的全省森林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分布和影響因子等結(jié)果不可避免地帶有很大的不確定性。

3.1.2 吉林省森林土壤碳儲(chǔ)量在全國(guó)的地位

我國(guó)森林土壤碳儲(chǔ)量為112.6億t，吉林省森林土壤碳儲(chǔ)量為10.21億t，占全國(guó)土壤碳儲(chǔ)量的9.07 %。全國(guó)第七次森林資源清查數(shù)據(jù)顯示，吉林省森林面積僅占全國(guó)森林面積的4.2 %，以此可以看出，同樣森林面積，吉林省的森林土壤碳密度更大，森林在全國(guó)范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的碳儲(chǔ)功能，在全國(guó)森林碳儲(chǔ)量中扮演著重要的角色。

3.2 建議

吉林省東部長(zhǎng)白山區(qū)，由于人口密度較低，對(duì)森林的干擾強(qiáng)度相對(duì)較小，加之水分條件較好，森林具有較高的碳密度。吉林省西部松花江平原地區(qū)是吉林省主要農(nóng)業(yè)區(qū)域，人口密度大，長(zhǎng)期受人為活動(dòng)的干擾，許多原生植被破壞嚴(yán)重，加之西部地區(qū)的降水量明顯少于東部地區(qū)，導(dǎo)致西部地區(qū)的碳儲(chǔ)量和碳密度較低。因此，結(jié)合目前正在實(shí)施的天然林資源保護(hù)工程、退耕還林工程進(jìn)行森林植被保護(hù)、退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建，能促進(jìn)吉林省森林土壤碳匯功能顯著增加。