不同樟子林分碳空間分布及其化學(xué)計(jì)量特征

馬駿 盧志朋 安宇寧 曹怡立

摘要以章古臺地區(qū)3種樟子松林分為研究對象，分別測定每種林型葉片、凋落物和土壤碳、氮、磷、鉀元素含量，計(jì)算C/N、C/P、C/K及不同土層碳密度，結(jié)果表明：樟子松+楊樹混交林全碳（TC）分布變化范圍，葉片為583.1～763.2g.kg-1，凋落物為660.5～722.9g.kg-1，表層土壤為3.4～3.8g.kg-1，中層土壤為3.42～3.69g.kg-1，下層土壤為2.81～3.02g.kg-1；樟子松純林全碳（TC）分布變化范圍，葉片為540.66～779.8g.kg-1，凋落物為681.3～719.8g.kg-1，表層土壤為4.75～5.02g.kg-1，中層土壤為2.54～2.72g.kg-1，下層土壤為2.39～2.45g.kg-1；樟子松+赤松混交林全碳（TC）分布變化范圍，葉片為550.9～789.5g.kg-1，凋落物為683.7～705.8g.kg-1，表層土壤為2.11～2.38g.kg-1，中層土壤為2.32～2.52g.kg-1，下層土壤為2.57-3.48g.kg-1；土壤碳密度為表層土壤（0～20cm）＞中層土壤（>20～40cm）＞下層土壤（>40～60cm）。

關(guān)鍵詞樟子松林；化學(xué)計(jì)量；C∶N；土壤碳密度

中圖分類號：S791.253文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.02.012

SpatialDistributionandStoichiometricCharacteristicsofCarboninDifferentPinussylvestrisvar.mongolicaForests

MaJun，LuZhipeng，AnYuning，CaoYili

（LiaoningResearchInstituteofSandyLandControlandUtilization，F(xiàn)uxin123000，China）

AbstractTakingthreePinussylvestrisvar.mongolicaforestsinZhanggutaiareaastheresearchobjects，thestoichiometryofcarbon，nitrogen，phosphorusandpotassiuminleaves，litterandsoilofeachforesttypewasmeasured，andtheC/N，C/P，C/Kandcarbondensityindifferentsoillayerswerecalculated.Theresultsshowedasfollows：thetotalcarbon（TC）distributionofP.sylvestrisvar.mongolica-Populusmixedforestrangedfrom583.1-763.2g.kg-1inleaf，from660.5-722.9g.kg-1inlitter，from3.4-3.8g.kg-1intopsoil，from3.42-3.69g.kg-1inmiddlesoil，andfrom2.81-3.02g.kg-1insubsoil;therangeoftotalcarbon（TC）distributioninP.sylvestrisvar.mongolicapureforestwas540.66-779.8g.kg-1inleaves，681.3-719.8g.kg-1inlitter，4.75-5.02g.kg-1insurfacesoil，2.54-2.72g.kg-1inmiddlesoil，2.39-2.45g.kg-1inlowersoil;thedistributionoftotalcarbon（TC）intheP.sylvestrisvar.mongolica-Pinusdensifloramixedforestrangedfrom550.9-789.5g.kg-1inleaf，683.7-705.8g.kg-1inlitter，2.11-2.38g.kg-1insurfacesoil，2.32-2.52g.kg-1inmiddlesoiland2.57-3.48g.kg-1inlowersoil.Soilcarbondensitywassurfacesoil（0-20cm）>middlesoil（>20-40cm）>lowersoil（>40-60cm）.

KeywordsPinussylvestrisvar.mongolicaforests;stoichiometry;C：N;soilcarbondensity

生態(tài)化學(xué)計(jì)量指植物的常量元素（碳、氮、磷、鉀）的組成與相互影響[1]，揭示常量元素間相互作用、制約的變化規(guī)律，影響生態(tài)交互作用的一種方法[2]，也是研究林間常量元素空間分布及元素分配的一種手段[3]。

陸地碳匯在中國“雙碳”政策中占有重要位置，能夠?yàn)椤疤贾泻汀睉?zhàn)略目標(biāo)中的工業(yè)減排贏得窗口時(shí)間[4，5]。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是陸地最大的碳儲庫[6]。

樟子松（Pinussylvestrisvar.mongolica）為常綠喬木，具有耐寒、抗旱、耐瘠薄及抗風(fēng)等特性，是三北地區(qū)造林的首選樹種[7]，遼寧省14個(gè)地級市均有栽培。根據(jù)二類調(diào)查資料，至2003年已營建樟子松人工林3.5萬hm2，主要分布在遼西北地區(qū)[8]。

1研究區(qū)域概況

本研究以遼寧省阜新市彰武縣章古臺地區(qū)3種樟子松人工林類型為對象，設(shè)立樣地樣方并開展相關(guān)研究。章古臺鎮(zhèn)屬于亞濕潤干旱區(qū)，平均海拔227m，年降水量450～550mm，年蒸發(fā)量1200～1450mm。

2試驗(yàn)方法

2.1樣地設(shè)置與樣品采集

2022年5—9月在研究區(qū)域內(nèi)選取當(dāng)?shù)卣磷铀蓷顦浠旖涣帧⒄磷铀杉兞?、樟子松赤松混交?種主要林型為研究對象，在每種林型內(nèi)設(shè)置樣地調(diào)查樣地內(nèi)的所有喬木，并根據(jù)喬木的各項(xiàng)生長指標(biāo)的平均值，選取5株中等大小、長勢及冠幅較一致的健康標(biāo)準(zhǔn)木，利用高枝剪分別從每棵樹的東、南、西、北4個(gè)方向，在樹冠上、中、下3個(gè)層次采集樣樹的葉片，混勻后作該樣樹的樣品；收集該樹的東、南、西、北4個(gè)方向直徑3m內(nèi)林下凋落物層樣品；同時(shí)，利用土鉆在每株樹的四周分別進(jìn)行土壤樣品的采集，采集深度分別為0～20cm（表層）、>20～40cm（中層）、>40～60cm（下層），揀出其中的根系和石礫，混勻后帶回室內(nèi)分析。

將采集的葉片和林下凋落物于105℃下殺青30min，然后65℃下烘干至恒質(zhì)量，并經(jīng)粉碎機(jī)打磨后過100目篩備用。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、粉碎后過100目篩備用。樣品全碳采用TOC儀器測固體樣品法測定，全氮的測定采用凱氏定氮法，全磷的測定采用硫酸高氯酸消煮-鉬藍(lán)比色法、分光光度計(jì)測定。全鉀采用火焰光度計(jì)測定。樣地基本情況見表1。

2.2數(shù)據(jù)處理

采用MicrosoftExcel2013軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖。采用SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，比較不同土層C、N、P和K含量特征，分析各元素間及與其化學(xué)計(jì)量特征間的相關(guān)關(guān)系。土壤碳密度計(jì)算公式為[9，10]：

Si=Ci×pi×di/10

式中：Si為第i層土壤碳密度（kg.m-2）；Ci為第i層土壤碳含量（g.kg-1）；pi為第i層土壤容重（g.cm-3）；di為第i層土層厚度（cm）。

3結(jié)果與分析

3.13種樟子松林葉片、凋落物及土壤中全碳、全氮、全磷和全鉀元素含量

如表2所示，樟子松楊樹混交林全碳（TC）分布變化范圍：葉片為583.1～763.2g.kg-1，凋落物為660.5～722.9g.kg-1，表層土壤為3.4～3.8g.kg-1，中層土壤為3.42～3.69g.kg-1，下層土壤為2.81～3.02g.kg-1。其中葉片與凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量遠(yuǎn)大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而葉片與凋落物全鉀（K）遠(yuǎn)小于土壤中全鉀（K）含量。

如表3所示，樟子松純林全碳（TC）分布變化范圍：葉片為540.66～779.8g.kg-1，凋落物為681.3～719.8g.kg-1，表層土壤為4.75～5.02g.kg-1，中層土壤為2.54～2.72g.kg-1，下層土壤為2.39～2.45g.kg-1。其中葉片與凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而葉片與凋落物全鉀（K）含量遠(yuǎn)小于土壤中全鉀（K）含量。

如表4所示，樟子松赤松混交林全碳（TC）分布變化范圍：葉片為550.9～789.5g.kg-1，凋落物為683.7～705.8g.kg-1，表層土壤為2.11～2.38g.kg-1，中層土壤為2.32～2.52g.kg-1，下層土壤為2.57～3.48g.kg-1。其中葉片與凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量遠(yuǎn)大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而葉片與凋落物全鉀（K）含量遠(yuǎn)小于土壤中全鉀（K）含量。

3.23種樟子松林葉片、凋落物及土壤中全碳、全氮、全磷和全鉀元素化學(xué)計(jì)量學(xué)特征

如表5、表6、表7所示，3種林型C/N均為凋落物層>葉片層>土壤層；3種林型C/P葉片層與凋落物層遠(yuǎn)大于土壤層，這主要是由于章古臺地區(qū)沙土含碳量極少導(dǎo)致。而3種林型C/K相差巨大，這主要是由于章古臺地區(qū)植物葉片組織中含鉀量極低，而土壤中鉀元素富集所導(dǎo)致。

3.33種樟子松林地土壤碳密度

如圖1所示，樟楊混交林不同土層土壤碳密度為表層土壤（11.03kg.m-3）＞中層土壤（10.91kg.m-3）＞下層土壤（8.98kg.m-3）；如圖2所示，樟子松純林不同土層土壤碳密度為表層土壤（15.6kg.m-3）＞中層土壤（8.26kg.m-3）＞下層土壤（7.59kg.m-3）；如圖3所示，樟赤混交林不同土層土壤碳密度為表層土壤（8.6kg.m-3）＞下層土壤（7.72kg.m-3）＞中層土壤（7.59kg.m-3）。3種林型樟子松林均是表層土壤含碳密度最高。

4結(jié)論與討論

3種林型樟子松全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）元素含量葉片層和凋落物層均大于土壤層，這是因章古臺地區(qū)土壤為沙土，有機(jī)質(zhì)含量低而致，而全鉀（K）元素含量土壤層大于葉片層和凋落物層，這主要與沙土持水性差，植物組織中的鉀元素由雨水沖刷后在土中富集而造成的。樟楊混交林土壤C/N均值（19.38）>中國森林土壤C/N值（13.7）>樟子松純林C/N均值（10.26）和樟子松赤松混交林C/N均值（10.26），說明樟楊混交林在章古臺地區(qū)具有相較于樟子松純林和樟子松赤松混交林有更好的固碳、固氮效果。3種林型樟子松林葉片C/P均值在330以上，高于全球（233.2），同時(shí)高于我國東部南北樣帶森林生態(tài)系統(tǒng)植物的水平（313.9），這也說明當(dāng)?shù)赜行Я缀客瑫r(shí)低于國際與國內(nèi)森林值。3種林型土壤C/K為0.1～0.21，這主要與土壤鉀元素含量略高有關(guān)。3種樟子松林地土壤碳密度主要變化趨勢為表層土壤＞中層土壤＞下層土壤，這表明章古臺地區(qū)樟子松林地土壤碳儲量以0～20cm土層中最高。

參考文獻(xiàn)：

[1]ELSEJJ，DOBBERDR，MACKAYNA，etal.Organismsize，lifehistory，andN：Pstoichiometry[J].Bioscience，1996，46：674-684

[2]王紹強(qiáng)，于貴瑞.生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷元素的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28（8）：3937-3947

[3]賀金生，韓興國.生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)：探索從個(gè)體到生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一化理論[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，34（1）：2-6

[4]樸世龍，岳超，丁金枝，等.試論陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯在“碳中和”目標(biāo)中的作用[J].中國科學(xué)：地球科學(xué)，2022，52（7）：1419-1426

[5]孫毅兵.森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳影響因素研究[J].林業(yè)勘查設(shè)計(jì)，2021，50（3）：73-75

[6]劉世榮，王暉，欒軍偉.中國森林土壤碳儲量與土壤碳過程研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（19）：5437-5448

[7]安宇寧，曹怡立，尤國春，等.遼西北沙地樟子松人工林立地指數(shù)表及建筑材出材量表編制[J].遼寧林業(yè)科技，2019（5）：8-12

[8]尤國春，楊樹軍，安宇寧，等.遼寧省樟子松發(fā)展的對策與建議[J].防護(hù)林科技，2012（5）：69-71

[9]王艷麗，字洪標(biāo)，程瑞希，等.青海省森林土壤有機(jī)碳氮儲量及其垂直分布特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（11）：4096-4105

[10]柳葉，任悅，高廣磊，等.沙地樟子松人工林土壤碳氮磷儲量分布特征[J].中國水土保持科學(xué)，2021，19（6）：27-34

收稿日期：2022-10-17

作者簡介：馬駿（1990-），男，遼寧沈陽人，碩士，助理工程師，現(xiàn)從事森林培育及森林保護(hù)研究.