海南岛桉树林土壤碳库研究

王文蕾 ，陈宇翔 ，王 旭 ，2，3，王 帅 ，李佳灵 ，张晓琳 ，朱美玲 ，林 灯 ，梁卿雅，邹耀进，李 超

（1.海南大学 环境与植物保护学院，海南 海口 570228；2.农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站，海南 儋州 571737；3.海南低碳经济政策与产业技术研究院，海南 海口 570228；4.海南五指山国家级自然保护区管理局，海南 五指山 572215；5.海南神州新能源建设开发有限公司，海南 海口 571152）

海南岛桉树林土壤碳库研究

王文蕾1，陈宇翔1，王 旭1，2，3，王 帅1，李佳灵4，张晓琳5，朱美玲1，林 灯1，梁卿雅1，邹耀进1，李 超1

（1.海南大学 环境与植物保护学院，海南 海口 570228；2.农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站，海南 儋州 571737；3.海南低碳经济政策与产业技术研究院，海南 海口 570228；4.海南五指山国家级自然保护区管理局，海南 五指山 572215；5.海南神州新能源建设开发有限公司，海南 海口 571152）

以海南儋州、屯昌、琼海三个市县的9个桉树林样地为试验对象，通过分析土壤碳含量、碳密度以及土壤碳储量，对海南省桉树林土壤固碳情况进行研究。主要结果如下：（1） 海南岛桉树林不同林分类型土壤碳含量存在着较大的差异，介于3.15±0.81～47.99±3.73 g/kg之间，平均碳含量为12.74±10.74 g/kg；（2）平均碳储量为133.80 t/hm2，低于我国森林土壤平均碳储量但高于热带林土壤碳平均储量；（3）海南省桉树林土壤碳含量、碳密度、碳储量，均以表层土含量最大，并随土壤深度的增加而降低；（4）土壤碳储量随土层的分配率显示海南岛桉树林目前受到的人为干扰较严重，但除4年龄的桉树林对外界干扰较敏感外，其余都有较强的缓冲能力。（5）海南岛桉树林土壤碳储量随着林龄变化没有完全一致的规律，但2年龄＜6年龄＜4年龄比较普遍。

桉树林；土壤；碳含量；碳密度；碳储量；碳分配；树龄

森林是陆地生态系统的主体，其物种丰富，抗稳定性强，是全球碳循环最重要的组成部分。森林生态系统拥有陆地生态系统地上碳库的80%以及地下碳库的40%[1]。随着温室效应的加剧，越来越多的人开始关注森林生态系统在全球气候变化中的作用、森林生态系统的固碳机理以及森林生态系统结构和功能与全球气候变化之间的关系[2-6]。

森林生态系统碳储量由土壤层、枯落物层、灌草层和乔木层的碳储量构成[7]，其中，土壤碳储量尤为重要。森林土壤碳作为全球碳循环的重要组成部分，在全球碳收支中占主导地位。Sedjor RA[8]指出，森林土壤碳储量约占全球土壤碳储量的73%，是陆地生态系统中最大的碳库，也是全球碳循环中重要的碳库。

桉树Eucalyptusspp.自然分布于澳大利亚、印度尼西亚群岛和菲律宾的部分岛屿。因耐贫瘠、抗干旱、适应性强和速生丰产而在世界范围内大规模种植。至2010年，我国桉树种植面积达368万hm2[9]。海南自1917年开始引种桉树[10]，到2010年海南桉树人工林面积约 2×105hm2，成为海南人工林的第一大树种[11]。对海南省桉树林土壤碳库进行研究可为计算海南桉树林生态系统碳库做准备，同时也能为本地区森林资源经营管理提供依据。

表1 样地信息Table 1 A Brief Description of Sample Plots

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

海南岛位于中国南部，处于E108°37′～E111°03′和 N18°10′～ N20°10′，是我国仅次于台湾岛的第二大岛，面积为3.39×104km2[12]。地势中间高、四周低，五指山为最高山脉，海拔1 867.1 m，向外围逐渐降低，由山地、丘陵、台地、平原组成环形地貌[13-14]。土壤垂直带分布明显，从山地到沿海依次是山地黄壤、山地赤红壤、砖红壤、燥红土、水稻土、潮沙土、滨海沙土、海涂沼泽土、海滨盐土等类型[15]。

海南岛的年平均气温为22.4～25.5℃，每年有9个月月平均气温高于20℃，全年有效积温达8 500～9 300℃[16]。全岛年降雨量为1 600 mm，西南部为1 000～1 500 mm，东南部可达2 000～2 400 mm，降雨主要集中在5～11月，台风降雨有可观比例[17]。

结合海南气候、自然地理和桉树林的面积、蓄积及其地域分布，确定西部的儋州市、中部屯昌县和东部琼海市为取样点，每个样点分别选取一个2、4、6年龄桉树林样地，每个样地设置3个样方，确保每个样方的面积为800 m2。

1.2 试验设计

1.2.1 试验设计

确定9个样地的位置，记录样地坐标、地形、坡度、海拔、土壤类型、干扰强度等因素。土壤调查按照土钻法+剖面法进行，其中土钻法主要用于土壤总有机碳的测定，剖面法主要用于土壤容重的确定。剖面法和土钻法均按0～10 cm、10～ 20 cm、20～ 30 cm、30～ 50 cm、50～ 100 cm进行分层取样。

1.2.2 指标测定方法

采用环刀法测定土壤容重，采用重铬酸钾-硫酸氧化法测定土壤总有机碳含量。

1.2.3 数据处理和分析

利用Excel 2007进行数据整理和作图，利用SAS 9.1进行相关统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤有机碳含量特征

不同林分类型各层土壤有机碳含量介于 3.15±0.81～ 47.99±3.73 g/kg， 平 均 值 为12.74±10.74 g/kg。各样点土壤碳含量不仅不同样地不同林龄差别较大，同一样点，不同林龄间的差异和同一林龄不同样点间的差异也较大，这表示海南省桉树林土壤有机碳含量时空差异较大。不同林分类型土壤层碳含量都以表土层（0～10 cm）最大，并随着土层深度的增加逐渐减小，越往下土层间的变化趋势减缓。土壤碳含量随深度的变化关系符合y= -5.387ln(x) + 29.107（R2=0.961 2）。表层土(0～10 cm)的有机碳含量是亚表层土（10～20 cm）的1.06～1.73倍，平均为1.45倍；是底层土（50～100 cm）的1.31～8.52倍，平均为3.15倍。

2.2 土壤碳密度垂直分布特征

海南岛桉树林不同样点，不同林龄，不同土层土壤碳密度大小不一。儋州2年、4年、6年桉树林0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～50 cm、和50～100 cm五层土壤碳密度介于 0.79±0.20～ 3.1±0.67 kg/m2、0.60±0.17～3.4±0.90 g/kg、0.62±0.09～2.19±0.85 g/kg之间；屯昌3个林龄，五个土层的土壤碳密度分别介于1.80±0.36 ～ 5.76±1.00 g/kg、3.62±2.09 ～ 6.41±0.77 g/kg、1.71±0.20～3.53±0.54 g/kg 之间，琼海的数据介于1.46±0.42～3.61±1.49 g/kg、1.88±1.29～7.37±2.75 g/kg、1.70±1.12 ～ 4.35±2.22 g/kg 之间。20～30 cm土层碳密度最低，后面两层由于所包含的土壤厚度增加碳密度增加。但屯昌4年龄的50～100 cm土层虽然土壤厚度为50 cm但碳密度比上面四层均较低是因为该样地土层浅薄，最下层受成土母质作用比较强。

以10 cm土壤厚度为单位的土壤碳密度分析显示，碳密度随着土层深度的增加而降低。上层下降较快，越到下层，其下降趋势趋于平缓。

表2 各样地土壤有机碳含量（g/kg）Table 2 The soil carbon content of the plots (g/kg)

表3 各样地土壤有机碳密度（kg/m2）Table 3 Soil carbon density of plots (kg/m2)

图1 各样地土壤碳储量(t/hm2)Fig.1 Soil carbon storage of plots (t/hm2)

2.3 土壤碳储量与碳储量分配

儋州2、4、6年龄桉树林碳储量分别为71.5 t/hm2、160.5 t/hm2、115.5 t/hm2，平均为 115.85 t/hm2；屯昌为 68.6 t/hm2、241.4 t/hm2、179.2 t/hm2，平均为 163.05 t/hm2；琼海为 48.93 t/hm2、130.7 t/hm2、187.8 t/hm2，平均为122.49 t/hm2。其中儋州2年龄的碳储量最低，屯昌4年龄碳储量最高。

儋州3个不同年龄段桉树林土壤碳储量差异不显著；屯昌2年龄桉树林碳储量显著偏低于4年龄和6年龄，但后两者差异不显著；琼海2年龄与4年龄桉树林土壤碳储量差异不显著但与6年龄差异显著，4年龄与6年龄桉树林差异不显著。不同样地间，2年龄和6年龄桉树的土壤碳储量差异均不显著。4年龄的桉树林，儋州和屯昌、琼海差异均不显著，但屯昌和琼海差异显著。

各样地0～10 cm土层碳储量占土壤总碳储量比率最低的为琼海2年龄为13.1%，最高的为琼海4年龄23.9%；0～20 cm层屯昌2年龄占比最低为23.2%，屯昌4年龄最高为41.6%；0～30 cm层屯昌2年龄最低为31.9%，屯昌4年龄最高为58.4%；0～50 cm层屯昌2年龄最低为50.6%，屯昌4年龄最高为85.0%。各层对整个样地土壤碳储量贡献率最低的均是屯昌的2年龄林，除0～10 cm层琼海的4年龄样对整个样地土壤碳储量贡献率最高外，其余各层均为屯昌的6年龄样地。

表4 样地各层有机碳储量对样地总有机碳储量的贡献率Table 4 The contribution rate of every layer carbon stock to total carbon stock

2.4 土壤碳储量与树龄分布关系

儋州和屯昌两个样点土壤碳储量与树龄的关系类似，均为2年龄＜6年龄＜4年龄，琼海样点土壤碳含量随树龄增加而增加。

3 讨论与结论

3.1 海南省桉树林土壤有机碳储量整体偏低

海南省不同林分类型各层土壤有机碳含量介于 3.15±0.81～ 47.99±3.73 g/kg，平均值为12.74±10.74 g/kg，平均碳储量为133.80 t/hm2，低于我国森林土壤平均碳储量193.55 t/hm2[4]，但高于热带林的土壤平均碳储量116.49 t/hm2[7]。儋州桉树林土壤平均碳储量低于热带林土壤平均碳储量，屯昌和琼海土壤碳储量高于热带林平均水平，但低于全国平均水平。三个样点共9个样地只有屯昌4年龄桉树林碳储量高于全国平均水平，儋州、屯昌、琼海3个2年龄样地和儋州6年龄样地土壤碳储量低于热带林平均值，其余林介于热带平均值和全国平均值之间。

其原因主要是：海南高温高湿环境下土壤微生物活性较高，凋落物的分解速率较快，有机质的积累速率随之降低，土壤有机碳分解较快，减少了土壤有机碳的积累；土壤呼吸产生的CO2排放量变大；加上植被光合作用强，对土壤营养元素的大量吸收，造成土壤有机碳储量相对较低，不利于土壤有机碳的固定；由于海南降水丰富，台风降水较多，土壤有机碳较易被冲刷进入河道或湖泊之中，也不利于有机碳积累；同时这也与土地利用方式有关，由于和橡胶和果树等其它经济作物相，桉树林经济效益较差，桉树一般被种植于立地条件较差不适宜种植其他作物的地区。因此海南省桉树林土壤有机碳密度和有机碳储量均较小。

3.2 海南桉树林土壤碳储量垂直分布特征

Baties等[18]的研究认为在世界水平上0～100 cm的土壤碳储量中，0～30 cm土层的贡献率37%～59%，平均为49%；0～50 cm土层的贡献率为62%～81%，平均为67%。

与之相比海南岛3个地方2年龄的桉树林这两层的贡献率都很低，屯昌和琼海6年龄桉树林这两层的高于世界平均水平，其余样地相差不大。上层土壤对整个土层碳储量的贡献率反映了该样地本身的脆弱性和在受到外界干扰后维持自身稳定的能力。海南岛桉树林的整体情况较佳，但是4年龄的桉树林较脆弱，受环境影响大。这主要是因为4年龄的桉树林分基本完全分解了上一代更新时产生的大量枯落物和本代的大量枯落物，此时若外界干扰太强将会摧毁该林龄段桉树林未来生长的基础。从整体情况来看，海南岛桉树林的碳储量分配复杂而混乱，表明海南岛桉树林受到的人为干扰强烈。

同时结合土壤碳储量和各层分配率也能反映该区域植被的生长潜力[19]。土壤碳储量越高，土壤表层分配率越大，则地上植被生长潜力越巨大，生长越迅速。2年龄的桉树由于上一代产生的凋落物还未大量分解而导致有机质产生不多，碳储量较低，同时由于植物生长导致上层有机质被大量吸收，上层碳储量的分配占比较低。4年龄的桉树林上一代的凋落物和本代的凋落物都有较大量被分解碳储量较大，同时主要分布在表层。6年龄的桉树林由于本代凋落物的持续分解而碳储量保持在较高水平，同时由于淋溶等作用导致有机质开始向下转移，土壤碳分配又逐渐降低。

在管理水平上，桉树人工林在幼林龄时需要施肥以促进其生长。在生长中后期，应减少人为干扰，让其自然生长。

3.3 海南省桉树林土壤碳有机储量与树龄分布关系

海南岛桉树林随林龄增加并没有完全一致的规律，儋州，屯昌表现为4年龄最高，其次为6年龄，2年龄最低，琼海表现为，土壤碳储量与林龄呈现正相关关系。这与向仰州等在海南的研究认为桉树林土壤碳储量随林龄增加而增加有一定的差异。桉树的凋落物量和分解速率决定了其碳储量先在增加后减少，而强烈的人为干扰可能会扰乱这个规律。

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Soil carbon pool of Eucalyptus forest in Hainan island

WANG Wen-lei1, CHEN Yu-xiang1, WANG Xu1,2,3, WANG Shuai1, LI Jia-ling4, ZHANG Xiao-lin5, ZHU Mei-ling1, LIN Deng1,LIANG Qin-ya1, ZOU Yao-jin1, LI Chao1
(1. College of Environment and Plant Protection, Hainan University, Haikou 570228, Hainan, China; 2. Danzhou Key Field Station of Observation and Research for Tropical Agricultural Resources and Environments, Ministry of Agriculture, Danzhou 571737, Hainan,China; 3. Hainan Policy and Industrial Research Institute of Low-Carbon Economy, Haikou 570228, Hainan, China; 4. Management Bureau of Hainan Wuzhishan Nature Reserve, Wuzhishan 572215, Hainan, China; 5. Hainan Shenzhou New Energy Construction &Development Co.,Ltd., Haikou 571152, Hainan, China)

Nine eucalyptus forest plots which distribute in Danzhou, Tunchang and Qionghai are discussed in this paper. The carbon sequestration of eucalyptus forest in Hainan island is discussed by study the soil carbon content, carbon density and soil carbon reserves.The main results are as follows: (1) There is a big difference between different types of forest soil carbon content. It’s from 3.15 ±0.81 to 47.99 ±3.73 g/kg, the average carbon content is 12.74 ± 10.74 g/kg; (2) Average carbon reserves is 133.80 t/hm2. Lower than the average of forest soil carbon stocks in China but higher than the average tropical forest soil carbon storage; (3) The fi rst layer of the Hainan eucalyptus forest soil carbon content, carbon density, carbon storage, are the largest and decreased with the depth decrease;(4) The anthropogenic interference of Hainan eucalyptus forest is strong ,but except 4 ages eucalyptus forest are sensitive to outside interference，the others have high buffering capacity. (5) Hainan eucalyptus forest soil carbon stock changes with forest age is not fully consistent with the law, but 2 ages ＜ 6 ages ＜ 4 ages are more common.

Eucalyptusforests; soil; carbon content; carbon density; carbon storage; carbon allocation; tree age

S792.39

A

1673-923X(2016)02-0091-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.02.017

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-09-02

中国科学院战略性先导科技专项（XDA05050000，XDA05050206）；农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站开放课题基金项目（DKFS0903）；中西部高校项目（MWECSP-RT08，ZXBJH-XK004，ZXBJH-XK005）

王文蕾，硕士

王旭，博士，副教授；E-mail：75194718@qq.com

王文蕾，陈宇翔，王 旭，等. 海南岛桉树林土壤碳库研究[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(2): 91-95.

[本文编校：吴 彬]