江西吉安井岡蜜柚林土壤碳儲量研究

范美莉，李曉躍，金元寶，彭衛(wèi)福

（吉安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 吉安 343000）

碳是構(gòu)成地球的基本元素，又與全球氣候變化息息相關(guān)。地球上有大氣碳庫、海洋碳庫、巖石圈碳庫以及陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫四大碳庫。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其植被和土壤中儲存的碳量在陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡中占據(jù)了重要地位。研究表明，土壤碳庫是大氣碳庫的2 倍[1]，陸地植被的2～3 倍[2-4]。作為陸地循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，土壤有機(jī)碳儲量在調(diào)節(jié)全球碳平衡中發(fā)揮著不可替代的作用[5]，是削減碳排放、實現(xiàn)碳中和、緩解全球氣候變化的重要路徑。

井岡蜜柚是以“井岡山”作為品牌的吉安地方良種甜柚的統(tǒng)稱。吉安市井岡蜜柚種植面積穩(wěn)定在2.56×104hm2。針對種植面積如此龐大的經(jīng)濟(jì)林，眾多學(xué)者從井岡蜜柚酸甜風(fēng)味變化、栽培技術(shù)[6]、土壤性狀[7]、柚皮苷提取分離[8]等方面進(jìn)行了大量研究，但是目前還未找到關(guān)于井岡蜜柚林固碳方面的研究。本文以吉安市井岡蜜柚林土壤固碳能力為研究對象，為蜜柚林土壤固碳速率和固碳能力提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗樣地概況

吉安市位于江西省中部，贛江中游。位于北緯25°58′32″～27°57′50″，東經(jīng)113°46′～115°56′，吉安市地形以山地、丘陵為主，東、南、西三面環(huán)山，境內(nèi)河流眾多，以贛江為中軸，有30 條大小支流匯入，各河上游植被茂密，山高水陡，水量充盈，水力資源充沛。屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，受熱帶海洋氣團(tuán)和極地大陸氣團(tuán)影響，冬夏干濕差別不大。試驗采樣點(diǎn)樣地概況見表1。

1.2 土樣采集

每個地區(qū)選取3 個典型的樣地，將每個樣地按網(wǎng)格法分成若干個10 m×10 m的樣方，隨機(jī)選擇2個樣方（R1、R2），然后以樣方為單元進(jìn)行土壤調(diào)查。土壤調(diào)查采用剖面法（環(huán)刀法）和土鉆法。

剖面法取樣過程：在調(diào)查樣地內(nèi)選擇1 塊未受人為干擾、植被結(jié)構(gòu)和土壤都具代表性的地段，挖掘1 個土壤剖面，深至30 cm。對土壤剖面進(jìn)行拍照并將照片號現(xiàn)場記錄下來。拍照時將米尺（或卷尺）立于向陽剖面，調(diào)好位置和焦距，保證包含剖面30 cm 內(nèi)所有土層。沿剖面按0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm分層，用環(huán)刀采集各層土壤，帶回實驗室測定土壤密度。

土鉆法取樣過程：在每一個采土點(diǎn)上，按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 三個層次采集樣品，在灌木樣方內(nèi)使用內(nèi)徑＞5 cm 的土鉆，每層隨機(jī)鉆取3 鉆土，混合成一個混合樣。同一樣地3個灌木樣方的同層次土樣組成該層次混合樣品，一般采集約1 kg 左右，放入布袋內(nèi)，并附上標(biāo)簽（包括樣地編號、采樣深度等帶回實驗室。需注意的是，取樣時盡量保持每個小土體的完整性，盡早進(jìn)行風(fēng)干處理。

1.3 樣品處理

將剖面法取得的樣品放入烘箱內(nèi)烘干、稱質(zhì)量并記錄，用于測定土壤密度。將土鉆法采回的土壤樣品放在牛皮紙上，首先剔除土壤以外的侵入體（如植物殘根、昆蟲尸體和石塊等）和新生體（如鐵錳結(jié)核和石灰結(jié)核等），自然風(fēng)干。風(fēng)干土樣用木棍壓碎后先過10 目篩孔，以四分法取適量樣品磨細(xì)過60 目篩孔或100 目篩孔，供有機(jī)碳分析測定使用。

1.4 分析測定方法

土壤剖面主要用于測量土壤密度，土鉆法主要用于測定土壤有機(jī)碳含量。采用C-重鉻酸鉀容量法測定土壤有機(jī)碳含量，根據(jù)有機(jī)碳含量換算出土壤碳儲量。

1.5 土壤碳儲量計算方法

估計土壤碳庫的計算公式如下。

式中：TN為土壤碳貯量，t/hm2；Ci為第i層土壤的有機(jī)碳含量，g/kg；Ri為第i層土壤密度，t/m3；Di為第i層土層厚度，m；Si為面積，m2；Gi為第i層土體中的礫石含量系數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)分析與處理

原始數(shù)據(jù)的合成、統(tǒng)計計算以及圖表制作使用Microsoft Excel 2003軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)碳含量

江西吉安市5 個樣地土壤剖面有機(jī)碳含量見表2，5 個樣地土壤有機(jī)碳含量分布見圖1。

圖1 江西吉安市5個樣地土壤剖面有機(jī)碳含量分布Fig.1 Distribution of organic carbon content in soil profiles of 5 plots in Ji'an City

表2 江西吉安市5個樣地土壤剖面有機(jī)碳含量Tab.2 Organic carbon content in soil profiles of 5 plots in Ji'an City單位：g/kg

由表2可以看出，隨著土層深度的增加，各個樣地不同深度土層的有機(jī)碳含量基本呈現(xiàn)出減少的趨勢；不同樣地土壤的有機(jī)碳含量減少的程度也不同。表層土壤（0～10 cm）的有機(jī)碳含量是10～20 cm 土層土壤的1.3～1.9 倍，而10～20 cm 土層土壤的有機(jī)碳含量超出20～30 cm 土層土壤的有機(jī)碳含量不多，土壤越深遞減速度越慢，間接說明表層土的固碳能力更強(qiáng)。導(dǎo)致該結(jié)果的原因可能有2 點(diǎn)：一是土壤有機(jī)質(zhì)隨深度的增加而遞減，養(yǎng)分含量低導(dǎo)致有機(jī)碳含量降低；二是土層越深微生物活動越弱，減緩了土壤有機(jī)碳的分解。

從圖1 中還可以看出，同一土層不同樣地之間的土壤有機(jī)碳含量存在著比較大的差異，例如在0～10 cm土層中，青原區(qū)樣地土壤有機(jī)碳含量最低，只有3.3 g/kg，而吉水樣地土壤有機(jī)碳含量較高，達(dá)到13.3 g/kg。造成這種差異的原因可能是各樣地種植的井岡蜜柚林年份不同，樣地本身的土壤結(jié)構(gòu)不同、植被結(jié)構(gòu)不同、光合作用及產(chǎn)物的分配模式不同、蜜柚樹返回土壤的腐殖物質(zhì)量不同等，從而造成不同樣地的同一土層土壤有機(jī)碳含量差異較大。

2.2 不同土層土壤碳儲量分布規(guī)律

江西吉安市5個樣地土壤剖面不同土層土壤碳儲量見表3，不同土層土壤碳儲量分布見圖2。

圖2 土壤碳儲量分布Fig.2 Soil carbon storage distribution

表3 江西吉安市5個樣地土壤剖面不同土層土壤碳儲量Tab.3 Soil carbon storage in different soil layers of 5 sample plots in Ji'an City單位：t/hm2

從表3 中可以看出，0～10 cm 土層的有機(jī)碳儲量最高，說明表層土對土壤碳儲量的貢獻(xiàn)率最大，10～20 cm 與20～30 cm的土壤碳儲量差異不大。吉水0～10 cm土層的碳儲量幾乎是10～20 cm 土層碳儲量的2 倍，主要原因可能是當(dāng)?shù)厣a(chǎn)管理水平比較高，表層土有機(jī)質(zhì)非常豐富，給土壤貢獻(xiàn)了大量碳元素。有2個地區(qū)20～30 cm 土層碳儲量比10～20 cm 的略高，主要是土壤密度引起的差異。

2.3 不同地區(qū)土壤碳儲量分布規(guī)律

不同地區(qū)土壤碳儲量見表4。從表4 來看，吉水和泰和兩地區(qū)的土壤碳儲量最高，但仍低于江西省森林土壤0～20 cm土層的平均有機(jī)碳密度38.9 t/hm2[9]。大量研究表明，影響碳儲量的因素主要有自然因素（包括氣候、地形、地勢、氮沉降）和人為因素（土壤利用方式變化、森林經(jīng)營管理、人口密度）[10]。

表4 不同地區(qū)土壤碳儲量Tab.4 Soil carbon storage in different regions單位：t/hm2

3 結(jié)論

本次試驗結(jié)果表明：第一，隨著土層深度的增加，各個樣地土層的有機(jī)碳含量基本呈現(xiàn)出減少的趨勢，這與劉偉等人的研究結(jié)果一致[11]；第二，同一土層不同樣地之間的土壤有機(jī)碳含量存在著比較大的差異；第三，雖然井岡蜜柚林土壤固碳能力偏弱，但仍具有一定的碳匯經(jīng)濟(jì)價值。由此，吉安市井岡蜜柚產(chǎn)業(yè)可根據(jù)本文研究結(jié)果，進(jìn)一步提高土壤固碳能力，以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保雙豐收。