福建东山地区沿海沙地不同林地土壤碳氮储量

蔡昕航,荣俊冬,陈礼光,何天友,陈凌艳,施成坤， 郑郁善*

(1.福建农林大学林学院,福建福州 350002；2.福建农林大学园林学院，福建福州 350002；3.福建省东山赤山国有防护林场，福建福州 350002)

福建东山地区沿海沙地不同林地土壤碳氮储量

蔡昕航1,荣俊冬1,陈礼光1,何天友2,陈凌艳2,施成坤3， 郑郁善1*

(1.福建农林大学林学院,福建福州 350002；2.福建农林大学园林学院，福建福州 350002；3.福建省东山赤山国有防护林场，福建福州 350002)

摘要[目的]研究沿海沙地不同林地土壤碳氮储量。[方法]以福建东山沿海地区林地为研究对象，对各林地不同土层采用剖面法调查和测量各土层全碳、全氮含量，并进行分布格局研究。[结果]同一树种全氮、全碳储量随土层深度增加逐渐减少，不同林地土壤碳储量均集中在0～30 cm厚土层中；4种林地土壤碳氮储量从大到小依次为木麻黄、桉树、湿地松、竹子。[结论]木麻黄相比其他3个树种在沿海沙地具有更好的碳氮储存能力。

关键词林地；土壤；碳氮储量

近年来，大气中CO2等温室气体含量不断上升，给人类生存带来了严重的威胁，温室气体减排成为每个国家发展必须要面对的问题之一。国内外很多学者已对生态系统碳氮储量进行了大量的研究。土壤是陆地生态系统最大的碳储存地[1-2]，土壤碳储量约是大气碳储量的2倍，是植被碳储量的3倍[3]。20世纪70年代末以前，我国森林植被起着CO2源的作用；在近20多年的研究中，森林碳库明显增加，森林植被开始成为大气CO2的汇，碳库从70年代末期到1998年，增加了0.37 PgC[4-5]。森林土壤通过呼吸释放的CO2量约占森林生态系统呼吸总量的69%[6]。我国森林土壤总氮库为2.233 0 PgN，其中表层土壤氮库为1.359 1 PgN，约占总氮储量的60.86%，由此可见在土壤表层积累了大量的氮，而土壤氮储量占整个森林生态系统氮储量的90%～95%[7-8]。森林土壤中氮含量是整个森林氮素生态循环系统的关键，在人工林生态系统的氮储量分配格局中，氮储量一般集中在土壤层[9]。

目前，国内对福建沿海沙地地区碳氮储量的研究较少，笔者以福建省漳州市东山赤山防护林场的桉树(EucalyptusrobustaSmith)、木麻黄(CasuarinaequisetifoliaForst.)、湿地松(Pinuselliottii)、竹子(Bambusoideae)林地为研究对象，分析不同林地土壤的碳氮储量，为沿海防护林生态系统研究、沿海地区气候变化研究提供相应的数据。

1研究地概况及研究方法

1.1研究地概况东山县位于福建省南部沿海、台湾海峡西岸，地理坐标为117°17′～117°35′E，23°33′～23°47′N，是全国第六、全省第二大海岛县，总面积248.34 km2。具有明显的南亚热带海洋性季风气候特征，年平均气温为20.8 ℃，年极端最低气温一般出现在12月和1月，平均极端最低气温为4.6 ℃；极端最高气温一般出现在7、8月份，平均极端最高气温为35.0 ℃。据多年气象资料表明，东山县每年平均出现5.2次台风，受梅雨锋系和台风影响，6、8月份是东山县暴雨出现较多时期。土壤为沙土,肥力较低，林下植被稀少，竹林地与木麻黄林地内有少数草本植物，桉树林与湿地松林地基本无其他植物。

1.2研究方法

1.2.1土壤采集。土壤碳氮储量主要集中在0～50 cm[10]，由于沿海地区环境恶劣，土壤环境特殊，50 cm以下基本为白沙，故该研究只分析0～50 cm厚土壤的碳氮储量。在赤山防护林场所管理地区，选取相邻的竹子、湿地松、桉树、木麻黄人工林，分别随机设置3个10 m ×10 m 的样地。在各林分的每个样地内，按不同方位随机设置 3 个土壤采样点，沿土壤剖面按0～10、10～30、30～50 cm分层采集土壤样品，把样地内同一层次土壤样品按质量比例混合，带回实验室风干后，用于测定土壤全氮、全碳含量。在采集土壤剖面样品时用 100 cm3环刀取样，测定土壤容重及含水率。1.2.2全碳、全氮测定。将风干后的土壤样品粉碎过筛，利用元素分析仪测定全碳、全氮，土层碳或氮储量S的计算公式为:

S(t/hm2)=BD×M×10×T

式中，BD为容重(g/cm2),M为碳或氮含量(g/kg)，T为土层厚度(cm)。

2结果与分析

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异显著，全碳含量随土层加深逐渐降低；在0～10 cm厚土层中，4种林地土壤的全碳含量从大到小依次为桉树、木麻黄、竹子、湿地松，竹林林地与湿地松林地的全碳含量差异不显著，桉树林地全碳含量最高(8.76 g/kg)，湿地松最低(2.29 g/kg)；10～30 cm厚土层中，4种林地土壤的全碳含量从大到小依次为木麻黄、竹子、湿地松、桉树，木麻黄最高(3.91 g/kg),桉树最低(1.25 g/kg)[11]；在30～50 cm厚土层中4种林地土壤全碳含量差异显著，4种林地土壤的全碳含量从大到小依次为木麻黄、竹子、桉树、湿地松，木麻黄最高(2.58 g/kg)，湿地松最低(0.78 g/kg)，桉树林地与湿地松林地全碳含量差异不显著。研究表明，土壤碳转化最活跃土层在0～30 cm，该土层对碳转化储存能力最强。

表1　土壤全碳含量

注：不同大写字母表示同一土层不同林地间差异显著(P<0.05)，不同小写字母表示同一林地不同土层间差异显著(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，同一林地不同土层土壤全氮含量不同，不同林地同一土层深度土壤全氮不同，同一林地全氮随土层深度增加逐渐减少，可能由于微生物活动及根系生长在0～10 cm厚土层最为活跃，并且随土层深度增加逐渐减弱。木麻黄林地不同土层全氮含量差异显著，湿地松0～10 cm与10～30 cm厚土层全氮含量差异不显著，竹子与桉树林地在10～30 cm厚土层全氮含量差异显著，在其他土层差异不显著。在0～10 cm厚土层中，4种林地土壤的全氮含量从大到小依次为木麻黄、桉树、竹子、湿地松，木麻黄最高(0.86 g/kg)，湿地松最低(0.37 g/kg)，除湿地松外，其他林地0～10 cm厚土层土壤全氮含量远高于其他土层。研究表明，0～10 cm厚土层中，4种林地土壤对氮的固定能力从大到小依次为木麻黄、桉树、竹子、湿地松；10～30 cm厚土层中，其固氮能力从大到小依次为木麻黄、湿地松、竹子、桉树，木麻黄最高(0.55 g/kg)，桉树最低(0.30 g/kg)，湿地松的全氮含量大于竹子，可能因为竹子根系较浅，微生物活动与植物生长主要集中在0～10 cm厚土层中，竹林地10～30 cm厚土层全氮含量不如湿地松；30～50 cm厚土层中，其固氮能力从大到小依次为木麻黄、竹子、桉树、湿地松，木麻黄最高(0.51 g/kg)，湿地松最低(0.29 g/kg)。竹子根系较浅，微生物活动与植物生长主要集中在0～10 cm厚土层中，使得0～10 cm厚土层全氮含量与其他土层相比具有显著差异，10～30 cm与30～50 cm厚土层中全氮含量差异不显著；桉树林地0～10 cm厚土层全氮含量较高，与其他土层相比差异显著，10～30 cm与30～50 cm厚土层中全氮含量差异不显著，造成这种现象的原因可能是由于桉树生长需要大量的氮[11]，土壤中的氮被桉树所吸收，使桉树林地10～30、30～50 cm厚土壤全氮含量急剧减少，桉树林地中全氮含量小于其他树种林地。

表2　土壤全氮含量

2.3土壤碳储量由图1可知，不同林地同一土层土壤碳储量不同，同一林地不同土层碳储量差异显著(P<0.05)，4种林地土壤碳储量从大到小依次为木麻黄、桉树、湿地松、竹子，木麻黄的固碳能力最好。

4种林地中，木麻黄林地30～50 cm厚土层碳氮储量相对较高，这说明木麻黄林地土壤在沿海沙地具有更高的碳氮储存能力，对沙地有更好的改良作用，其他3个树种在沿海沙地中的碳氮储量虽不如木麻黄，但对沙地也有一定的改良作用。 2.4土壤氮储量由图2可知，不同林地土壤氮储量不同，4种林地土壤氮储量从大到小依次为木麻黄、桉树、湿地松、竹子；对不同林地同一土层氮储量进行分析，0～10 cm厚土层竹子、湿地松土壤氮储量差异不显著，其他林地土壤氮储量差异显著；4种林地10～30 cm及30～50 cm厚土层氮储量差异显著，4种林地各土层氮储量总和除竹子、湿地松无显著差异外，其他差异显著。这表明竹子与湿地松的固氮能力相似，木麻黄林的固氮能力最好。

2.5土壤碳氮储量分布格局由表3可知，从各林地土壤碳分配格局来看，各林地土壤碳储量主要分布在0～30 cm厚土层，不同林地之间0～30 cm厚土层碳分配格局也有所差异。从各林地土壤氮分配格局来看，0～10 cm厚土层的氮储量较高，说明0～10 cm厚是氮固定能力较好的土层，其他土层氮储量相似。

图1　土壤碳储量Fig.1　Soil carbon storage

图2　土壤氮储量Fig.2　Soil nitrogen storage

土层深度Soildepthcm竹子Bambusoideae氮∥%碳∥%湿地松Pinuselliottii氮∥%碳∥%桉树EucalyptusrobustaSmith氮∥%碳∥%木麻黄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结论

该研究表明，同一树种全氮、全碳含量随土层深度增加逐渐减少；4种林地碳氮储量分配格局相似，大部分存在0～30 cm土层中；4种林地土壤碳氮储量从大到小依次为木麻黄、桉树、湿地松、竹子，这些差异主要是由于树种自身的特性不同而造成的，不同树种对土壤改良作用不同，对碳氮储存能力不同，碳氮储量高的树种对土壤肥力有更好的保持作用。4种林地土壤中，木麻黄林地0～50 cm厚土层碳氮储量相对较高，这说明木麻黄在沿海沙地具有更高的土壤碳氮储存能力，对沙地有更好的改良作用，其他3个树种土壤碳氮储能力相对较弱，但对沙地也有一定的改良作用。4种树种的应用对于沿海防护林的建造，丰富沿海沙地物种都有重要的意义。

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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

基金项目福建省农业科技重大专项(2013NZ0001)；福建省农业科技重大项目(2010N5002)；中央财政林业科技推广项目[(2013)7号]。

作者简介蔡昕航(1991- )，女，福建通化人，硕士研究生，研究方向：沿海防护林。*通讯作者，教授，博士生导师，从事园林植物与观赏园艺、森林培育研究。

收稿日期2016-03-03

中图分类号S 714

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)12-180-03