福建東山地區(qū)沿海沙地不同林地土壤碳氮儲(chǔ)量

蔡昕航,榮俊冬,陳禮光,何天友,陳凌艷,施成坤， 鄭郁善*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院,福建福州 350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建福州 350002；3.福建省東山赤山國(guó)有防護(hù)林場(chǎng)，福建福州 350002)

福建東山地區(qū)沿海沙地不同林地土壤碳氮儲(chǔ)量

蔡昕航1,榮俊冬1,陳禮光1,何天友2,陳凌艷2,施成坤3， 鄭郁善1*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院,福建福州 350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建福州 350002；3.福建省東山赤山國(guó)有防護(hù)林場(chǎng)，福建福州 350002)

摘要[目的]研究沿海沙地不同林地土壤碳氮儲(chǔ)量。[方法]以福建東山沿海地區(qū)林地為研究對(duì)象，對(duì)各林地不同土層采用剖面法調(diào)查和測(cè)量各土層全碳、全氮含量，并進(jìn)行分布格局研究。[結(jié)果]同一樹種全氮、全碳儲(chǔ)量隨土層深度增加逐漸減少，不同林地土壤碳儲(chǔ)量均集中在0～30 cm厚土層中；4種林地土壤碳氮儲(chǔ)量從大到小依次為木麻黃、桉樹、濕地松、竹子。[結(jié)論]木麻黃相比其他3個(gè)樹種在沿海沙地具有更好的碳氮儲(chǔ)存能力。

關(guān)鍵詞林地；土壤；碳氮儲(chǔ)量

近年來(lái)，大氣中CO2等溫室氣體含量不斷上升，給人類生存帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅，溫室氣體減排成為每個(gè)國(guó)家發(fā)展必須要面對(duì)的問題之一。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者已對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳氮儲(chǔ)量進(jìn)行了大量的研究。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳儲(chǔ)存地[1-2]，土壤碳儲(chǔ)量約是大氣碳儲(chǔ)量的2倍，是植被碳儲(chǔ)量的3倍[3]。20世紀(jì)70年代末以前，我國(guó)森林植被起著CO2源的作用；在近20多年的研究中，森林碳庫(kù)明顯增加，森林植被開始成為大氣CO2的匯，碳庫(kù)從70年代末期到1998年，增加了0.37 PgC[4-5]。森林土壤通過呼吸釋放的CO2量約占森林生態(tài)系統(tǒng)呼吸總量的69%[6]。我國(guó)森林土壤總氮庫(kù)為2.233 0 PgN，其中表層土壤氮庫(kù)為1.359 1 PgN，約占總氮儲(chǔ)量的60.86%，由此可見在土壤表層積累了大量的氮，而土壤氮儲(chǔ)量占整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)氮儲(chǔ)量的90%～95%[7-8]。森林土壤中氮含量是整個(gè)森林氮素生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵，在人工林生態(tài)系統(tǒng)的氮儲(chǔ)量分配格局中，氮儲(chǔ)量一般集中在土壤層[9]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)福建沿海沙地地區(qū)碳氮儲(chǔ)量的研究較少，筆者以福建省漳州市東山赤山防護(hù)林場(chǎng)的桉樹(EucalyptusrobustaSmith)、木麻黃(CasuarinaequisetifoliaForst.)、濕地松(Pinuselliottii)、竹子(Bambusoideae)林地為研究對(duì)象，分析不同林地土壤的碳氮儲(chǔ)量，為沿海防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)研究、沿海地區(qū)氣候變化研究提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

1研究地概況及研究方法

1.1研究地概況東山縣位于福建省南部沿海、臺(tái)灣海峽西岸，地理坐標(biāo)為117°17′～117°35′E，23°33′～23°47′N，是全國(guó)第六、全省第二大海島縣，總面積248.34 km2。具有明顯的南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候特征，年平均氣溫為20.8 ℃，年極端最低氣溫一般出現(xiàn)在12月和1月，平均極端最低氣溫為4.6 ℃；極端最高氣溫一般出現(xiàn)在7、8月份，平均極端最高氣溫為35.0 ℃。據(jù)多年氣象資料表明，東山縣每年平均出現(xiàn)5.2次臺(tái)風(fēng)，受梅雨鋒系和臺(tái)風(fēng)影響，6、8月份是東山縣暴雨出現(xiàn)較多時(shí)期。土壤為沙土,肥力較低，林下植被稀少，竹林地與木麻黃林地內(nèi)有少數(shù)草本植物，桉樹林與濕地松林地基本無(wú)其他植物。

1.2研究方法

1.2.1土壤采集。土壤碳氮儲(chǔ)量主要集中在0～50 cm[10]，由于沿海地區(qū)環(huán)境惡劣，土壤環(huán)境特殊，50 cm以下基本為白沙，故該研究只分析0～50 cm厚土壤的碳氮儲(chǔ)量。在赤山防護(hù)林場(chǎng)所管理地區(qū)，選取相鄰的竹子、濕地松、桉樹、木麻黃人工林，分別隨機(jī)設(shè)置3個(gè)10 m ×10 m 的樣地。在各林分的每個(gè)樣地內(nèi)，按不同方位隨機(jī)設(shè)置 3 個(gè)土壤采樣點(diǎn)，沿土壤剖面按0～10、10～30、30～50 cm分層采集土壤樣品，把樣地內(nèi)同一層次土壤樣品按質(zhì)量比例混合，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后，用于測(cè)定土壤全氮、全碳含量。在采集土壤剖面樣品時(shí)用 100 cm3環(huán)刀取樣，測(cè)定土壤容重及含水率。1.2.2全碳、全氮測(cè)定。將風(fēng)干后的土壤樣品粉碎過篩，利用元素分析儀測(cè)定全碳、全氮，土層碳或氮儲(chǔ)量S的計(jì)算公式為:

S(t/hm2)=BD×M×10×T

式中，BD為容重(g/cm2),M為碳或氮含量(g/kg)，T為土層厚度(cm)。

2結(jié)果與分析

2.1土壤全碳含量由表1可知，同一林地不同土壤深度的全碳含量差異顯著，全碳含量隨土層加深逐漸降低；在0～10 cm厚土層中，4種林地土壤的全碳含量從大到小依次為桉樹、木麻黃、竹子、濕地松，竹林林地與濕地松林地的全碳含量差異不顯著，桉樹林地全碳含量最高(8.76 g/kg)，濕地松最低(2.29 g/kg)；10～30 cm厚土層中，4種林地土壤的全碳含量從大到小依次為木麻黃、竹子、濕地松、桉樹，木麻黃最高(3.91 g/kg),桉樹最低(1.25 g/kg)[11]；在30～50 cm厚土層中4種林地土壤全碳含量差異顯著，4種林地土壤的全碳含量從大到小依次為木麻黃、竹子、桉樹、濕地松，木麻黃最高(2.58 g/kg)，濕地松最低(0.78 g/kg)，桉樹林地與濕地松林地全碳含量差異不顯著。研究表明，土壤碳轉(zhuǎn)化最活躍土層在0～30 cm，該土層對(duì)碳轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存能力最強(qiáng)。

表1　土壤全碳含量

注：不同大寫字母表示同一土層不同林地間差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示同一林地不同土層間差異顯著(P<0.05),下同。

Note:Different capital letters indicated significant differences in the same soil layer between different forest lands (P<0.05); different lowercases indicated significant differences in the same forest land between different soil layers (P<0.05),the same as follows.

2.2土壤全氮含量由表2可知，同一林地不同土層土壤全氮含量不同，不同林地同一土層深度土壤全氮不同，同一林地全氮隨土層深度增加逐漸減少，可能由于微生物活動(dòng)及根系生長(zhǎng)在0～10 cm厚土層最為活躍，并且隨土層深度增加逐漸減弱。木麻黃林地不同土層全氮含量差異顯著，濕地松0～10 cm與10～30 cm厚土層全氮含量差異不顯著，竹子與桉樹林地在10～30 cm厚土層全氮含量差異顯著，在其他土層差異不顯著。在0～10 cm厚土層中，4種林地土壤的全氮含量從大到小依次為木麻黃、桉樹、竹子、濕地松，木麻黃最高(0.86 g/kg)，濕地松最低(0.37 g/kg)，除濕地松外，其他林地0～10 cm厚土層土壤全氮含量遠(yuǎn)高于其他土層。研究表明，0～10 cm厚土層中，4種林地土壤對(duì)氮的固定能力從大到小依次為木麻黃、桉樹、竹子、濕地松；10～30 cm厚土層中，其固氮能力從大到小依次為木麻黃、濕地松、竹子、桉樹，木麻黃最高(0.55 g/kg)，桉樹最低(0.30 g/kg)，濕地松的全氮含量大于竹子，可能因?yàn)橹褡痈递^淺，微生物活動(dòng)與植物生長(zhǎng)主要集中在0～10 cm厚土層中，竹林地10～30 cm厚土層全氮含量不如濕地松；30～50 cm厚土層中，其固氮能力從大到小依次為木麻黃、竹子、桉樹、濕地松，木麻黃最高(0.51 g/kg)，濕地松最低(0.29 g/kg)。竹子根系較淺，微生物活動(dòng)與植物生長(zhǎng)主要集中在0～10 cm厚土層中，使得0～10 cm厚土層全氮含量與其他土層相比具有顯著差異，10～30 cm與30～50 cm厚土層中全氮含量差異不顯著；桉樹林地0～10 cm厚土層全氮含量較高，與其他土層相比差異顯著，10～30 cm與30～50 cm厚土層中全氮含量差異不顯著，造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于桉樹生長(zhǎng)需要大量的氮[11]，土壤中的氮被桉樹所吸收，使桉樹林地10～30、30～50 cm厚土壤全氮含量急劇減少，桉樹林地中全氮含量小于其他樹種林地。

表2　土壤全氮含量

2.3土壤碳儲(chǔ)量由圖1可知，不同林地同一土層土壤碳儲(chǔ)量不同，同一林地不同土層碳儲(chǔ)量差異顯著(P<0.05)，4種林地土壤碳儲(chǔ)量從大到小依次為木麻黃、桉樹、濕地松、竹子，木麻黃的固碳能力最好。

4種林地中，木麻黃林地30～50 cm厚土層碳氮儲(chǔ)量相對(duì)較高，這說明木麻黃林地土壤在沿海沙地具有更高的碳氮儲(chǔ)存能力，對(duì)沙地有更好的改良作用，其他3個(gè)樹種在沿海沙地中的碳氮儲(chǔ)量雖不如木麻黃，但對(duì)沙地也有一定的改良作用。 2.4土壤氮儲(chǔ)量由圖2可知，不同林地土壤氮儲(chǔ)量不同，4種林地土壤氮儲(chǔ)量從大到小依次為木麻黃、桉樹、濕地松、竹子；對(duì)不同林地同一土層氮儲(chǔ)量進(jìn)行分析，0～10 cm厚土層竹子、濕地松土壤氮儲(chǔ)量差異不顯著，其他林地土壤氮儲(chǔ)量差異顯著；4種林地10～30 cm及30～50 cm厚土層氮儲(chǔ)量差異顯著，4種林地各土層氮儲(chǔ)量總和除竹子、濕地松無(wú)顯著差異外，其他差異顯著。這表明竹子與濕地松的固氮能力相似，木麻黃林的固氮能力最好。

2.5土壤碳氮儲(chǔ)量分布格局由表3可知，從各林地土壤碳分配格局來(lái)看，各林地土壤碳儲(chǔ)量主要分布在0～30 cm厚土層，不同林地之間0～30 cm厚土層碳分配格局也有所差異。從各林地土壤氮分配格局來(lái)看，0～10 cm厚土層的氮儲(chǔ)量較高，說明0～10 cm厚是氮固定能力較好的土層，其他土層氮儲(chǔ)量相似。

圖1　土壤碳儲(chǔ)量Fig.1　Soil carbon storage

圖2　土壤氮儲(chǔ)量Fig.2　Soil nitrogen storage

土層深度Soildepthcm竹子Bambusoideae氮∥%碳∥%濕地松Pinuselliottii氮∥%碳∥%桉樹EucalyptusrobustaSmith氮∥%碳∥%木麻黃CasuarinaequisetifoliaForst.氮∥%碳∥%0～1023.62±0.45724.22±0.23922.31±0.05626.89±0.18534.15±0.42665.89±0.36126.72±0.41032.85±0.18810～3037.54±0.87154.14±0.87143.55±0.48355.43±0.80035.84±1.26420.10±0.11537.97±0.27940.52±0.17830～5038.83±0.36021.64±1.07634.15±0.53717.68±0.61833.01±0.95314.01±0.24935.31±0.15826.52±0.009

3結(jié)論

該研究表明，同一樹種全氮、全碳含量隨土層深度增加逐漸減少；4種林地碳氮儲(chǔ)量分配格局相似，大部分存在0～30 cm土層中；4種林地土壤碳氮儲(chǔ)量從大到小依次為木麻黃、桉樹、濕地松、竹子，這些差異主要是由于樹種自身的特性不同而造成的，不同樹種對(duì)土壤改良作用不同，對(duì)碳氮儲(chǔ)存能力不同，碳氮儲(chǔ)量高的樹種對(duì)土壤肥力有更好的保持作用。4種林地土壤中，木麻黃林地0～50 cm厚土層碳氮儲(chǔ)量相對(duì)較高，這說明木麻黃在沿海沙地具有更高的土壤碳氮儲(chǔ)存能力，對(duì)沙地有更好的改良作用，其他3個(gè)樹種土壤碳氮儲(chǔ)能力相對(duì)較弱，但對(duì)沙地也有一定的改良作用。4種樹種的應(yīng)用對(duì)于沿海防護(hù)林的建造，豐富沿海沙地物種都有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張春華，王宗明，任春穎，等.松嫩平原玉米帶土壤碳氮儲(chǔ)量的空間特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010(3):631-639.

[2] 艾澤民，陳云明，曹揚(yáng).黃土丘陵區(qū)不同林齡刺槐人工林碳、氮儲(chǔ)量及分配格局[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014(2):333-341.

[3] 董云中，王永亮，張建杰，等.晉西北黃土高原丘陵區(qū)不同土地利用方式下土壤碳氮儲(chǔ)量[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014(4):955-960.

[4] 方精云，陳安平，趙淑清，等.中國(guó)森林生物量的估算:對(duì)Fang等Science一文(Science,2001,291:2320～2322)的若干說明[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2002(2):243-249.

[5] 萬(wàn)曉華，黃志群，何宗明，等.闊葉和杉木人工林對(duì)土壤碳氮庫(kù)的影響比較[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013(2):345-350.

[6] JANSSENS I A，LANKREIJER H，MATTEUCCI G,et al.Productivity overshadows temperature in determining soil and ecosystem respiration across European forests[J].Global change biology,2001,7(3):269-278.

[7] 張春娜，延曉冬，楊劍虹.中國(guó)森林土壤氮儲(chǔ)量估算[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004(5):572-575.

[8] 萬(wàn)曉華，黃志群，何宗明，等.闊葉和杉木人工林對(duì)土壤碳氮庫(kù)的影響比較[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013(2):345-350.

[9] 黃宇，馮宗煒，汪思龍，等.杉木、火力楠純林及其混交林生態(tài)系統(tǒng)C、N貯量[J].生態(tài)學(xué)報(bào)， 2005(12):3146-3154.

[10]王衛(wèi)霞.南亞熱帶不同樹種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮特征研究[D].北京:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,2013.

[11] 黃國(guó)勤，趙其國(guó).廣西桉樹種植的歷史、現(xiàn)狀、生態(tài)問題及應(yīng)對(duì)策略[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2014(18):5142-5152.

Soil Carbon and Nitrogen Storage of Different Forest Lands in Dongshan Area of Fujian Province

CAI Xin-hang,RONG Jun-dong,CHEN Li-guang,ZHENG Yu-shan*et al

(College of Forestry,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian350002)

Abstract[Objective] To research the soil carbon and nitrogen storage in different forest lands.[Method] With forest land in Dongshan Area of Fujian Province as the research object,cross-section method was used to investigate the different soil layers in different sample fields.Total carbon and total nitrogen were detected in each soil layer.And distribution pattern was researched.[Result] Total carbon and total nitrogen contents of the same tree species gradually reduced with the increase of soil depth.Soil carbon contents in different forest lands were concentrated in 0-30 cm soil layer.Soil carbon and nitrogen storages in four forest lands were in the order of Casuarina equisetifolia Forst.>Eucalyptus robusta Smith>Pinus elliottii>Bambusoideae.[Conclusion] Compared with other three tree species,C.equisetifolia Forst had better carbon and nitrogen storage capacity in coastal sandy land.

Key wordsForest land; Soil; Carbon and nitrogen storage

基金項(xiàng)目福建省農(nóng)業(yè)科技重大專項(xiàng)(2013NZ0001)；福建省農(nóng)業(yè)科技重大項(xiàng)目(2010N5002)；中央財(cái)政林業(yè)科技推廣項(xiàng)目[(2013)7號(hào)]。

作者簡(jiǎn)介蔡昕航(1991- )，女，福建通化人，碩士研究生，研究方向：沿海防護(hù)林。*通訊作者，教授，博士生導(dǎo)師，從事園林植物與觀賞園藝、森林培育研究。

收稿日期2016-03-03

中圖分類號(hào)S 714

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)12-180-03