广东省阳江市国有花滩林场四种典型人工林土壤碳储量特征.pdf

World Journal of Forestry 林业世界林业世界,2023,12(4),203-209 Published Online October 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/wjf https:/doi.org/10.12677/wjf.2023.124026 文章引用文章引用:黎燕莲,莫其锋,刘悦,陈远富,吴妙兰,顾晓娟,梁顿.广东省阳江市国有花滩林场四种典型人工林土壤碳储量特征J.林业世界,2023,12(4):203-209.DOI:10.12677/wjf.2023.124026 广东省阳江市国有花滩林场广东省阳江市国有花滩林场四种典型人工林土四种典型人工林土壤碳储量特征壤碳储量特征 黎燕莲黎燕莲1，莫其锋，莫其锋2*，刘刘 悦悦2，陈远富陈远富1，吴妙兰，吴妙兰2，顾晓娟，顾晓娟2，梁梁 顿顿1 1广东省阳江市国有花滩林场，广东 阳春 2华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 收稿日期：2023年7月14日；录用日期：2023年9月20日；发布日期：2023年10月8日 摘摘 要要 人工林在森林碳汇中发挥着巨大的作用和潜力。为比较和评估不同树种人工林对土壤碳储量及其稳定性的人工林在森林碳汇中发挥着巨大的作用和潜力。为比较和评估不同树种人工林对土壤碳储量及其稳定性的影响，本文以广东省阳江市国有花滩林场四种典型人工林为研究对象，采集影响，本文以广东省阳江市国有花滩林场四种典型人工林为研究对象，采集1米深度土层的土壤测定其总有米深度土层的土壤测定其总有机碳机碳(TOC)和易氧化有机碳和易氧化有机碳(ROC)含量及其储量，并通过土壤易氧化有机碳占总有机碳的比例评估四种林分含量及其储量，并通过土壤易氧化有机碳占总有机碳的比例评估四种林分的土壤碳稳定性。结果发现，四种林分土壤的土壤碳稳定性。结果发现，四种林分土壤TOC储量表现为加勒比松储量表现为加勒比松 马占相思马占相思 尾叶桉尾叶桉 灰木莲，土灰木莲，土壤壤ROC储量表现为灰木莲储量表现为灰木莲 加勒比松加勒比松 马占相思马占相思 尾叶桉，土壤尾叶桉，土壤ROC/TOC比值则表现为灰木莲比值则表现为灰木莲 加勒加勒比松比松 马占相思马占相思 尾叶桉，这表明四种林分尾叶桉，这表明四种林分中，中，尾叶桉人工林土壤碳稳定性最高，灰木莲尾叶桉人工林土壤碳稳定性最高，灰木莲土壤碳土壤碳稳定性稳定性最低。本研究结果可为评估粤西地区不同树种人工林土壤固碳最低。本研究结果可为评估粤西地区不同树种人工林土壤固碳潜力潜力及其稳定性提供科学数据参考。及其稳定性提供科学数据参考。关键词关键词 碳储量，碳稳定性，易氧化有机碳，人工林，粤西碳储量，碳稳定性，易氧化有机碳，人工林，粤西 The Characteristic of Soil Carbon Storage of Four Typical Plantations in Huatan National Forestry Farm in Yangjiang City,Guangdong Province,China Yanlian Li1,Qifeng Mo2*,Yue Liu2,Yuanfu Chen1,Miaolan Wu2,Xiaojuan Gu2,Dun Liang1 1Guangdong Yangjiang National Huatan Forestry Farm,Yangchun Guangdong 2College of Forestry and Landscape Architecture,South China Agricultural University,Guangzhou Guangdong Received:Jul.14th,2023;accepted:Sep.20th,2023;published:Oct.8th,2023 *通讯作者。黎燕莲 等 DOI:10.12677/wjf.2023.124026 204 林业世界 Abstract Plantation plays a great role and potential in forest carbon(C)sink.In order to compare and eva-luate the effects of different tree species on soil C storage and its stability,this paper took four typical plantations in the Huatan National Forestry Farm in Yangjiang City,Guangdong Province as research objects,and collected soil at a depth of 1 m to determine the total organic C(TOC)and easily oxidized organic C(ROC)contents and storage,to evaluate the soil C stability of the four stands by the ratios of ROC to TOC.The results showed that the TOC storage of the four stands were Pinus caribaea Acacia mangium Eucalyptus urophylla Magnolia sumatrana,the soil ROC storage were Magnolia sumatrana Pinus caribaea Acacia mangium Eucalyptus urophylla,and the ROC/TOC ratios were Magnolia sumatrana Pinus caribaea Acacia mangium Eucalyptus urophylla.This indicated that the soil C stability of the four stands was the highest in Eucalyptus urophylla plantation and the lowest in Magnolia sumatrana plantation.The results of this study can provide scientific data reference for evaluating soil C sequestration and its stability in differ-ent plantations in western Guangdong.Keywords Carbon Storage,Carbon Stability,Readily Oxidizable Organic Carbon,Plantation,Western Guangdong Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 随着我国人工林面积的不断扩大，人工林生态系统碳汇功能的提升显得十分重要1。人工林碳储量往往受到多种因素的影响，主要包括树种、林龄、土壤、地形、气候和人为管理等因素2 3。其中，人工林固定的碳绝大部分存储在土壤中，因而，土壤碳库是人工林生态系统碳库的重要组成部分。已有对甘肃省 5 种典型人工林生态系统固碳现状的研究发现，约有 80%的碳储存于土壤中，且土壤有机碳储量是生物量碳的 3.23 倍4。对海南省儋州橡胶林和桉树林土壤碳储量的研究发现，随林龄的变化，土壤碳储量占人工林生态系统碳储量的比例变化范围分别为 51.58%85.98%和 55.04%99.46%，说明土壤碳储量对人工林碳汇功能具有决定性作用5。土壤易氧化有机碳(ROC)是土壤总有机碳(TOC)的重要组分之一，是土壤活性有机碳的重要组成，对环境变化十分敏感，一般用来表征和判断土壤碳库的稳定性和消长动态。土壤 ROC 被定义为能被 333 mmolL1的 KMnO4氧化的有机质，其参与土壤中各种化学反应6。其中，ROC/TOC 的比值可以表征土壤碳稳定性，比值越大，土壤碳稳定性越低7。土壤 ROC 含量的高低主要受到树种差异的影响，尤其是凋落物输入的碳在分解过程中对易氧化有机碳变化的影响十分显著8。阳江市国有花滩林场地处我国热带北缘，是粤西地区重要的人工林分布区域。为探讨不同树种人工林对土壤固碳及其稳定性的影响，本文选择了花滩林场 4 种典型林分，包括马占相思、加勒比松、灰木莲和尾叶桉人工林，测定土壤有机碳和易氧化有机碳储量及其比值，分析不同林分土壤有机碳稳定性的差异，为人工林土壤固碳提供科学数据支撑。Open AccessOpen Access黎燕莲 等 DOI:10.12677/wjf.2023.124026 205 林业世界 2.材料与方法材料与方法 2.1.研究区域概况研究区域概况 试验样地位于广东省阳江市国有花滩林场，位于广东省西南部，阳春市境内，属亚热带季风气候区，海陆性气候明显，气候温和。光照时间长，热量丰富。年平均气温 22，年平均降雨量 2380 mm，年平均日照达 2000 小时。土壤类型为酸性砖红壤和山地黄壤。本研究选择了花滩林场 4 种典型林分，包括马占相思(Acacia mangium)、加勒比松(Pinus caribaea)、灰木莲(Magnolia sumatrana)和尾叶桉(Eucalyptus urophylla)人工林，林分具体情况见表 1。四种林分的土壤类型基本相同，且坡向、坡度基本一致。造林后采取相同的管理措施。四种林分土壤为酸性土壤，pH 变化范围为 4.014.30。Table 1.The basic information of four typical stands in Huatan Forestry Farm 表表 1.花滩林场 4 种典型林分的基本情况 林分类型 Stand types 林龄 Stand ages(a)胸径 DBH(cm)树高 Height(m)林分密度 Stand density (individual/hm2)郁闭度 Canopy density(%)马占相思 Acacia mangium 11 19.15 0.87 15.28 0.30 800 23 3040 加勒比松 Pinus caribaea 12 17.09 0.46 15.18 0.21 1275 36 6070 灰木莲 Magnolia sumatrana 12 17.08 0.74 16.56 0.55 1475 32 6080 尾叶桉 Eucalyptus urophylla 8 14.54 0.32 16.81 0.27 1525 41 3040 2.2.样品采集与测定样品采集与测定 在选定的每种林分设置 3 块 20 m 20 m 的样地进行调查和土壤采样，样地之间的距离大于 50 m，在每块样地的对角线上选择 3 处挖掘土壤剖面，每个剖面划分为 5 个土壤层次(010 cm、10-20 cm、2040 cm、4060 cm、60100 cm)进行采样，每份土壤样品采集约 500 g，带回实验室进行风干过筛处理，备用。土壤 pH 值用 pH 计测定，水土比为 2.5:1，总有机碳(TOC)采用 H2SO4-K2Cr2O7外加热法测定；易氧化有机碳(ROC)用 333 mmolL1 KMnO4氧化，在 565 nm 波长下进行比色测定6。2.3.数据分析数据分析 不同林分间的显著性差异采用单因素方差分析(One-way ANOVA，LSD 法进行多重比较)，用 SPSS 19.0 统计软件分析；绘图用 Origin 2021 软件完成。显著性设为 p0.05。3.结果与分析结果与分析 3.1.四种林分土壤易氧化有机碳和总有机碳含量四种林分土壤易氧化有机碳和总有机碳含量 在 4 种林分中，土壤易氧化有机碳含量(ROC)随着土层的加深而下降。在 010 cm，马占相思的土壤易氧化有机碳显著高于灰木莲和尾叶桉，也高于加勒比松，但没有达到统计上的显著差异。在 4060 cm，灰木莲的土壤易氧化有机碳显著高于尾叶桉(图 1)。土壤总有机碳含量(TOC)随着土层的加深也呈现出下降的趋势。在 010 cm 土层，马占相思土壤总有黎燕莲 等 DOI:10.12677/wjf.2023.124026 206 林业世界 机碳含量高于其它 3 种林分，但仅显著高于灰木莲林分；在 1020 cm 土层，加勒比松土壤总有机碳显著高于灰木莲，与其它 2 种林分无显著差异(图 1)。土壤易氧化有机碳占总有机碳的比例(ROC/TOC)可以反映出土壤碳的稳定性情况。在 010 cm 土层，4 种林分土壤 ROC/TOC 值差异不显著，在 1020 cm 土层，灰木莲土壤 ROC/TOC 值显著高于其它 3 种林分；在 60100 cm，灰木莲土壤 ROC/TOC 值高于其它 3 种林分，但仅与加勒比松林分之间存在显著差异(图 1)。Figure 1.Soil ROC,TOC,and ROC/TOC in four typical stands in Huatan Forestry Farm.Note:Different capital letters in-dicate significant differences among different stands within the same layers,while different lowercase letters indicate sig-nificant differences among different layers within the same stand,p 0.05 图图 1.花滩林场 4 种林分土壤易氧化有机碳、总有机碳含量及其比例。注：图中不同大写字母表示相同土层不同林分类型之间差异显著，不同小写字母表示相同林分不同土层之间差异显著(p 0.05)。黎燕莲 等 DOI:10.12677/wjf.2023.124026 207 林业世界 3.2.四种林分土壤易氧化有机碳和总有机碳储量四种林分土壤易氧化有机碳和总有机碳储量 土壤易氧化有机碳(ROC)储量随土层的加深而呈现出下降趋势。马占相思人工林 010 cm 土层的 ROC储量显著高于 4060 cm，而加勒比松人工林 010 cm 土层的 ROC 储量则显著高于 60100 cm 土层，灰木莲和尾叶桉两种人工林土壤 ROC 储量在各土层间差异不显著。土壤总有机碳(TOC)储量随着土层的加深也呈现出下降趋势。马占相思和加勒比松人工林 010 cm 土壤 TOC 储量均显著高于 2040 cm、4060 cm 和60100 cm 土层；灰木莲人工林 010 cm 土层 TOC 储量显著高于 4060 cm 和 60100 cm 土层；而尾叶桉人工林土壤 TOC 储量在 010 cm、1020 cm、2040 cm 和 4060 cm 4 个土层之间差异显著(表 2)。Table 2.The vertical distribution of soil ROC and TOC storage in four typical stands of Huatan Forestry Farm 表表 2.花滩林场 4 种典型林分土壤易氧化有机碳和总有机碳储量垂直分布特征 林分类型 Stand type 土层深度/cm Soil depth 土壤 ROC 储量/(thm2)Soil readily oxidized carbon stock 占比/%Percent 土壤 TOC 储量/(thm2)Soil total carbon stock 占比/%Percent 马占相思 Acacia mangium 010 12.79 2.49a 30.48 51.76 5.94a 32.54 1020 8.44 1.98ab 20.11 38.59 5.93ab 24.26 2040 6.99 2.79ab 16.65 31.42 9.64bc 19.75 4060 5.77 1.66b 13.74 20.32 5.43c 12.77 60100 7.98 3.19ab 19.02 16.99 2.99c 10.68 0100 34.13 1.12 100.00 140.76 0.69 100.00 加勒比松 Pinus caribaea 010 11.41 2.36a 28.33 49.27 4.59a 31.07 1020 8.12 1.06ab 20.16 39.38 5.32ab 24.83 2040 7.44 1.37ab 18.46 30.31 3.29bc 19.12 4060 7.22 2.12ab 17.92 23.88 6.79cb 15.06 60100 6.10 2.41b 15.13 15.72 3.52d 9.92 0100 40.29 4.20 100.00 158.57 9.29 100.00 灰木莲 Magnolia sumatrana 010 10.96 1.71a 22.75 35.07 9.36a 28.29 1020 9.85 1.15a 20.45 29.04 1.99ab 23.42 2040 6.87 1.27a 14.27 25.95 1.26ab 20.93 4060 10.54 2.72a 21.88 21.48 0.62bc 17.32 60100 9.95 3.03a 20.65 12.45 0.06c 10.04 0100 48.16 5.15 100.00 123.99 9.87 100.00 尾叶桉 Eucalyptus urophylla 010 9.33 2.64a 30.42 41.93 1.34a 33.76 1020 7.51 1.15a 24.50 34.72 0.20b 27.96 2040 4.83 2.42a 15.76 23.41 0.07c 18.85 4060 4.11 3.27a 13.39 12.79 0.36d 10.30 60100 4.88 1.49a 15.93 11.33 1.90d 9.13 0100 24.45 0.19 100.00 124.18 0.99 100.00 Note:The different lowercase letters indicate significant differences among different layers within the same stand,p 0.05.注：不同小写字母表示同一林分土壤易氧化有机碳和总有机碳在不同土层之间差异显著(p 加勒比松 马占相思 尾叶桉，而土壤总有机碳储量则为加勒比松 马占相思 尾叶桉 灰木莲。在 020 cm 土层，马占相思和尾叶桉土壤 ROC 储量占 1m 深土层 TOC 储量分别达到 50.59%和 54.92%，而在加勒比松和灰木莲两种人工林的比例分别为48.49%和 43.20%。在 020 cm 土层的 TOC 储量中，4 种林分的占比均超过 50%，分别为 56.80%、55.90%、51.71%和 61.72%(表 2)。4.讨论讨论 4.1.四种典型林分土壤总有机碳储量四种典型林分土壤总有机碳储量比较比较 人工林土壤碳储量受到树种特性的影响，不同人工林类型碳储量存在明显差异。对我国西北地区人工林的研究结果发现，云杉人工林生态系统碳储量为 328.35 thm2，落叶松人工林为 277.22 thm2，刺槐人工林为 70.38 thm2，其中土壤碳储量占比高达 76.36%4。对海南岛橡胶林和桉树林的研究结果表明，两种林分土壤碳储量的变化范围分别为 73.71%113.08 thm2和 57.2069.10 thm2，占生态系统总碳储量的比例分别为 50.59%85.98%和 55.4%94.46%，同时受到林龄的影响较大5。对海南乐东 5 种森林的研究结果发现，土壤有机碳储量表现出次生林(94.86 thm2)椰树林(73.72 thm2)桉树林(44.93 thm2)大叶相思 (30.80 thm2)木麻黄林(15.10 thm2)9。本研究中，马占相思、加勒比松、灰木莲和尾叶桉 4 种人工林 1 m 深土层有机碳储量分别为 140.76、158.57、123.99 和 124.18 thm2，高于海南岛常见的人工林土壤碳储量8。研究表明，土壤有机碳储量高低取决于累积和分解，海南岛地区处于热带，其水热条件十分优越，土壤有机碳的积累量大，同时分解量也大，因而导致碳储量在一定程度上积累相对较低。本研究中，马占相思人工林具有固氮特性，其树木生长较快，对土壤有机碳的输入量较大，因而土壤有机碳储量高于灰木莲和尾叶桉。而加勒比松作为针叶树种，其林分郁闭度较高，凋落物产量大，导致有机质输入也较大，因而土壤有机碳储量最大。在表层土壤(020 cm)的 TOC 储量中，4 种林分的占比均超过 50%，分别为 56.80%、55.90%、51.71%和 61.72%，说明本研究的 4 种林分土壤有机碳主要分布在表层，受到凋落物和根系碳输入的影响较大。4.2.四种典型林分土壤碳稳定性特征四种典型林分土壤碳稳定性特征 根据在土壤中的稳定性的差异，土壤有机碳一般可以分为活性、缓效和惰性 3 个组分10 11。活性有机碳易被分解和转化，且能够对外界环境变化响应快速12。同时，土壤易氧化有机碳作为活性碳的重要组分，受到林分类型的显著影响13。研究发现，固氮树种厚荚相思人工林表层土壤 ROC 显著高于非固氮树种，说明人工林树种的生物学特性差异一定程度上决定了土壤 ROC 变化特征13。本研究发现，马占相思人工林 010 cm 土层易氧化有机碳含量高于其它 3 种林分，但各林分在土壤其它土壤层次间差异不显著，这说明土壤易氧化有机碳主要集聚在表层，同时受到林分差异的影响，这与前人研究结果相一致8 14。一般来说，土壤 ROC/TOC 比值可以判断出土壤有机碳的稳定性6 14。已有研究发现，固氮树种厚荚相思纯林表层土壤 ROC/TOC 值小于非固氮树种尾叶桉，说明厚荚相思纯林土壤碳稳定性更高14。本研究发现，在 010 cm 土层，各林分土壤 ROC/TOC 比值并不显著，而 1020 cm 土层灰木莲人工林土壤 ROC/TOC 比值显著高于其它 3 种林分。人工林表层(010 cm)土壤的易氧化有机碳可能受到凋落物输入的影响更大，而 1020 cm 受到根系碳输入的影响更大，由于不同树种的凋落物和根系碳输入的差异，从而导致 4 种人工林土壤 ROC/TOC 比值在不同土壤层次的差异显著。综上，本研究 4 种人工林林分中，土壤总有机碳储量呈现为加勒比松 马占相思 尾叶桉 灰木莲，而土壤易氧化有机碳储量则呈现为灰木莲 加勒比松 马占相思 尾叶桉，而 ROC 储量/TOC储量则表现为灰木莲 加勒比松 马占相思 尾叶桉，说明尾叶桉土壤碳稳定性最大，而灰木莲土壤黎燕莲 等 DOI:10.12677/wjf.2023.124026 209 林业世界 碳稳定性最小。本研究结果可为阳江市国有花滩林场及粤西地区发展高质量水源林的树种选择提供科学依据和参考。致致 谢谢 感谢华南农业大学林学与风景园林学院项目组成员及阳江市国有花滩林场项目组成员的通力协作，感谢阳江市国有花滩林场一线职工为本文野外试验采样提供协助。基金项目基金项目 本文得到广东省林业科技创新项目“粤西地区优质高产林分碳封存潜力提升的施肥技术体系构建(2022KJCX017)”的资助。参考文献参考文献 1 魏晓华,郑吉,刘国华,刘世荣,王伟峰,刘苑秋,Blanco,A.J.人工林碳汇潜力新概念及应用J.生态学报,2015,35(12):3881-3885.2 李敏.森林土壤碳储量研究综述J.林业调查规划,2018,43(4):21-24+50.3 曾伟生,蒲莹,杨学云,易善军.我国 5 种主要人工林乔木层碳储量生长模型及其气候驱动分析J.林业科学,2023,59(3):21-30.4 程然然,关晋宏,张建国,何秋月,邓磊,侯浩,李国庆,杜盛.甘肃省5种典型人工林生态系统固碳现状与潜力J.应用生态学报,2017,28(4):1112-1120.5 朱美玲,王旭,王帅,王文蕾,邹耀进,梁卿雅.海南儋州橡胶树、桉树人工林碳储量及其动态变化J.生态科学,2016,35(3):43-51.6 张仕吉,项文化,孙伟军,方晰.中亚热带土地利用方式对土壤易氧化有机碳及碳库管理指数的影响J.生态环境学报,2016,25(6):911-919 7 朱志建,姜培坤,徐秋芳.不同森林植被下土壤微生物量碳和易氧化态碳的比较J.林业科学研究,2006,19(4):523-526.8 王军广,赵志忠,王鹏,吴雯,吴慧.海南岛东南部热带雨林土壤易氧化有机碳特征及影响因素J.西部林业科学,2023,52(2):106-112+131.9 邢维奋,石珊奇,薛杨,王小燕,林之盼.海南乐东 5 种森林土壤有机碳储量的比较J.热带农业科学,2017,37(5):14-19.10 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