杉木和桉樹人工林土壤碳儲量的比較

隆衛(wèi)革 ，曹書閣 ，陶玉華

（1.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州 545004；2.欽州學(xué)院廣西北部灣海洋災(zāi)害研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西欽州 535011；3.廣西北部灣海岸科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西欽州 535011）

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫，儲存著大約全球陸地碳庫3/4 的碳［1］，在全球碳收支中占主導(dǎo)地位，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著極其重要的作用，其較小的變化可能導(dǎo)致大氣中CO2濃度的較大波動(dòng)［2］。森林土壤有機(jī)碳主要來自凋落物和根系，其固碳速率受森林類型、氣候、生境、樹齡和人為干擾等因素的影響［3］，不同類型的森林土壤碳儲量的計(jì)量可以豐富區(qū)域水平碳匯數(shù)據(jù)資源，為碳循環(huán)研究提供數(shù)據(jù)支撐。為評價(jià)其碳匯貢獻(xiàn)率和生態(tài)效益提供理論依據(jù)。

杉木（Cunninghamia lanceolata）和桉樹（Eucalyptus sp.）是我國南方的速生豐產(chǎn)用材樹種，均具有易繁殖、生長快和好管理等特點(diǎn)，二者均可多代連載，其土壤地力衰退、生產(chǎn)力下降和生物多樣性減少問題也備受關(guān)注，尤其桉樹對生態(tài)環(huán)境的影響一直以來飽受爭議。對杉木和桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的研究較多［4-6］，但對于二者土壤碳儲量的比較研究尚不多見，對杉木和桉樹人工林土壤碳儲量的計(jì)量和比較研究一方面有助于我們正確評價(jià)其碳匯貢獻(xiàn)率，同時(shí)為后續(xù)研究杉木和桉樹人工林多代連載土壤碳儲量的變化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為森林的碳匯管理、可持續(xù)發(fā)展和制定森林管理政策提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概貌

研究地點(diǎn)于廣西羅城仫佬族自治縣北部的青明山林場，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 108°48′00″～108°55′27″，北緯24°59′00″～25°9′36″，林場位于九萬大山南麓，最高海拔1425 m。林場氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，無霜期300 天左右，多云霧，濕度大，相對濕度78%，年平均氣溫18.8 ℃，年日照時(shí)數(shù)1509.4 h；年平均降雨量為1630.6 mm；土壤種類有紅壤、黃壤和黃紅壤3 種，成土母巖以砂頁巖為主；植被主要以人工杉木林和天然闊葉林為主。研究選擇的調(diào)查對象均為第一代林，各林分屬性見表1。

表1 廣西羅城杉木和桉樹人工林樣地概況

2 研究方法

2.1 設(shè)立樣地和含碳率的測定

選擇生境相似的杉木和桉樹不同發(fā)育階段人工林，在每種林分內(nèi)依上、中和下坡分別設(shè)立20 m×30 m的樣地，在每個(gè)樣地內(nèi)分別設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，在每個(gè)樣點(diǎn)挖取深約60 cm 的土壤剖面，每個(gè)剖面按0～20 cm、2O～40 cm、40～60 cm 用環(huán)刀取樣，用環(huán)刀法測定其容重，去除雜質(zhì)和細(xì)根，土樣經(jīng)自然風(fēng)干和過篩后用重鉻酸鉀外加熱法測定其含碳率。

2.2 碳儲量的計(jì)算方法

土樣碳儲量通過土壤容重和其含碳率計(jì)算見式：

式中：C 為一定深度內(nèi)土壤有機(jī)碳儲量（t.hm-2），Di 為第 i 層土壤容重（g.cm-3），Mi 為第 i 層土壤有機(jī)碳含量（g.kg-1），Hi為第i層土壤厚度（cm），n為土層數(shù)。

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

用EXCEL2016 和SPSS17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，不同組分含碳率和碳儲量間的差異采用單因素方差分析（ANOVA）進(jìn)行分析，多重比較采用Duncan’s multiple range test。

3 結(jié)果與分析

3.1 杉木和桉樹人工林土壤容重和含碳率

從表2可見，杉木人工林土壤容重在1.27～1.52 g.cm-3范圍，桉樹人工林土壤容重1.15～1.52 g.cm-3。杉木和桉樹人工林0～20 cm 深度的土壤含碳率分別為1.36～2.17%、0.98～0.89%，20～40 cm 的土壤含碳率分別為0.63～0.98%、0.62～0.89%，40～60 cm 分別為0.54～0.91%、0.45～0.62%范圍，各林分土壤含碳率均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而減小，杉木和桉樹林各林齡間土壤含碳率沒有顯著差異（P＜0.05），各深度土層的平均含碳率均表現(xiàn)為杉木林大于桉樹林。

表2 杉木和桉樹人工林土壤含碳率和土壤容重

3.2 杉木和桉樹人工林土壤碳儲量的分配

杉木和桉樹人工林0～60 cm 土壤碳儲量均隨著土層深度的增加而減小，杉木各林齡0～20 cm 土層的土壤碳儲量占了其總土壤碳儲量的46.27%～62.54%范圍，桉樹林則為41.24%～43.5%范圍（表3 和圖1）。杉木幼齡林、中齡林、成熟林、過熟林土壤碳儲量隨著樹齡的增加而增長，幼齡林、中齡林和近熟林的土壤碳儲量間無顯著差異，成熟林和過熟林土壤碳儲量分別與幼齡林存在顯著差異，而4 年的桉樹林土壤碳儲量分別與2～3 年生的存在顯著差異。杉木中齡林、近熟林土壤碳儲量在不同土層深度均沒有表現(xiàn)出顯著差異，成熟林和過熟林0～20 cm、20～40 cm 與0～20 cm、40～60 cm 土壤碳儲量均達(dá)到顯著性差異。2、3年桉樹林不同土層土壤碳儲量無顯著性差異，4 年桉樹林40～60 cm 土壤碳儲量分別與0～20 cm、20～40 cm 表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。

表3 杉木和桉樹人工林的土壤碳儲量

圖1 杉木和桉樹人工林土壤碳儲量的比較

4 結(jié)論與討論

杉木和桉樹人工林0～60 cm 土壤碳儲量隨著土層深度的增加而減小。杉木各種林分0～20 cm 土壤碳儲量占土壤總碳儲量的46.27%～62.54%，桉樹各林分為41.24%～43.5%，可見，2 種人工林樹種0～20 cm的碳儲量是土壤碳儲量的主要碳庫。

本研究不同發(fā)育階段的杉木人工林碳儲量均低于廣西環(huán)江的杉木人工林［7］，對方取樣深度為100 cm，本研究為60 cm，土壤采樣方式的不同是導(dǎo)致土壤碳儲量計(jì)算不確定性的重要因素之一［8］，另外土壤類型、立地條件以及計(jì)算方法都會對土壤碳儲量的估算結(jié)果產(chǎn)生重要影響。

杉木人工林各林分土壤碳儲量為67.96～102.14 t.hm-2，桉樹人工林土壤碳儲量為51.86～74.11 t.hm-2，杉木人工林平均土壤碳儲量是桉樹的1.37 倍，桉樹作為速生豐產(chǎn)林，其輪伐期短，采用的施肥、除草、機(jī)耕、煉山和整地等管理方式容易造成土壤有機(jī)碳的流失。

杉木近熟林土壤碳儲量（77.51 t.hm-2）低于中齡林（92.05 t.hm-2），近熟林的林分密度為 1122 株.ha-2，在5 種林齡中密度最低，表明間伐強(qiáng)度最大，有學(xué)者研究指出適宜的間伐強(qiáng)度下的土壤碳儲量高于強(qiáng)度間伐，因高強(qiáng)度的間伐使林地內(nèi)土溫升高，林下凋落物數(shù)量減少，影響了土壤呼吸［9］。

本研究的杉木和桉樹人工林土壤碳儲量低于我國森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳儲量（193.55 t.hm-2）［10］，土壤碳庫的變化主要取決于林分凋落物分解和土壤呼吸兩個(gè)方面［11］，由于中、南亞熱帶氣候區(qū)氣溫高和降雨量大，土壤呼吸速率高，枯落物易分解，分解后的產(chǎn)物以大量CO2形式釋放到大氣中，使得土壤有機(jī)碳積累少，同時(shí)再采用的造林手段如機(jī)耕、整地和煉山也會加快土壤碳的流失。

輪伐期、施肥、樹種選擇、采伐和造林方式等生產(chǎn)措施會對土壤碳儲量產(chǎn)生影響［12］，土壤碳儲量與入土的植物凋落物和地上生物量表現(xiàn)出線性正相關(guān)性［13-14］。在林地經(jīng)營管理過程中，應(yīng)采取合理的經(jīng)營管理方法，如采伐時(shí)只取走干材部分，留下采伐剩余物，避免對土壤增匯的干擾，從而提高森林的固碳能力。