海南乐东5种森林土壤有机碳储量的比较

邢维奋+石珊奇+薛杨+王小燕+林之盼

摘 要 对海南乐东的次生林、大叶相思（Acacia auriculiformis）、木麻黄（Casuarina equisetifolia）、桉树（Eucalyptus robusta）、椰树（Cocosnucifera）等5种典型森林土壤有机碳含量、密度及储量进行了比较分析。结果表明，5种森林0～100 cm土壤有机碳平均含量介于1.55～8.52 g/kg，以次生林最高，大叶相思和木麻黄最低；5种森林0～100 cm土壤有机碳密度介于1.51～9.49 kg/m2，以次生林最高，木麻黄最低；5种森林0～100 cm土壤有机碳储量分别为次生林94.86 mg/hm2、椰树73.72 mg/hm2、桉树44.93 mg/hm2、大叶相思30.80 mg/hm2、木麻黄15.10 mg/hm2，4种人工林土壤碳储量要低于天然次生林。

关键词 海南 ；次生林 ；人工林 ；土壤有机碳

中图分类号 S714.9 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.05.004

Comparison of Soil Organic Carbon Storage in 5 Different Forest

Plantations in Ledong County of Hainan Province

XING Weifen1） SHI Shanqi2） XUE Yang3） WANG Xiaoyan3） LIN Zhipan3）

（1 Huangliu Township Agricultural Service Center， Ledong， Hainan 572500；

2 Forestry Bureau of Ledong County， Ledong， Hainan 572500，

3 Hainan Forestry Institute， Haikou， Hainan 571100）

Abstract Soil samples were collected from the soil 0～100 cm deep from 5 different forest plantations （Secondary forest， Acacia auriculiformis， Casuarina equisetifolia， Eucalyptus robusta， Cocos nucifera） in Ledong county of Hainan province to determine the content， density and storage of organic carbon in the soils under the forest plantations. The results showed that the organic carbon content in the soil 0～100 cm deep ranged from 1.55 to 8.52 g/kg from the soil samples of the 5 plantations， the highest in the secondary forest and the lowest in the plantations of both A. auriculiformis and C. equisetifolia. The soil organic carbon density ranged from 1.51 to 9.49 kg/m2， the highest in the secondary forest and the lowest in C. equisetifolia. The soil organic carbon storage was 94.86 mg/ha in the secondary forest， 73.72 mg/ha in A. auriculiformis， 44.93 mg/ha in C. equisetifolia， 30.80 mg/ha in E. robusta and 15.10 mg/ha in Cocos nucifera. The secondary forest had the highest organic carbon storage in the soil.

Keywords Hainan Province ； secondary forest ； plantation ； soil organic carbon

森林在全球碳循環中扮演重要角色。研究表明，全球森林碳储量约为861 Pg，热带森林碳储量约471 Pg，约占全球森林碳储量的55%。在热带森林中，大约有32%的碳储存在土壤中[1]。准确的评估当前及未来森林碳储量、碳排放及收支平衡，对于减少温室气体排放、减缓全球气候变化具有重要意义[1-2]。

我国人工林面积位于世界首位。研究表明[1，3]，大规模的退耕还林、建造人工林，对于增加森林面积和碳储量、提高生态服务价值以及减缓气候变化具有非常重要的作用。多年以来，海南坚持绿色发展，大力推进生态文明建设，全面提升森林面积和质量。“十二五”期间海南省累计完成造林159万亩，森林覆盖率达62%。如何继续开展森林资源保护和建设工作对于涵养水源、保护生物物种多样性、促进全省生态环境建设都具有极其重要的作用。自2001年起，海南省乐东县就开始实施了国家公益林规划、保护和建设的系列工作，在人工林的建设、保护和发展方面取得了可喜成绩。本研究以乐东县次生林为参照，并选取大叶相思、木麻黄、桉树、椰树等4种典型人工林，比较分析了5种森林类型土壤有机碳含量、密度及有机碳储量，为了解该区森林土壤碳储量、指导人工林的可持续经营和改造提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

乐东县位于海南岛西南部。地理坐标为北纬度18°24′～18°58′，东经108°39′～109°24′。全境东西长72 km，南北宽58 km。总面积2 747 km2。该区域属热带海洋性季风气候，光照充足，热量丰富，雨量充沛，轻风无霜，为湿润气候区。年平均温度24℃，年降水量1 600 mm。

1.2 方法

1.2.1 样品采集与分析

在乐东县选择具有代表性的5种典型森林类型：次生林（Secondary forest），E109°62′40″，N 18°56′12″、大叶相思（Acacia auriculiformis），E109°9′22″，N18°45′38″、木麻黄（Casuarinaequisetifolia），E109°13′30″，N18°30′1″、桉树（Eucalyptus robusta），E109°13′30″，N19°47′12″、椰子树（Cocosnucifera），E109°9′22″，N19°45′04″为调查对象进行研究，并建立样地。在典型地段分别设置 20 m×20 m的标准地各3块，采用PVC管对每个样地做标记。调查记录各标准地的经纬度、郁闭度并对乔木层进行每木检尺。林地基本概况表1。

土壤样品于2015年11月间进行采集。分别在每块标准样地内挖掘剖面2个，剖面采集深度均为100 cm，按照0～10、10～20、20～40、40～60和60～100 cm 分5层采集土壤样品。每层采集环刀样品3个，测定并计算土壤容重。把同一土层样品混合后，过2 mm筛，室内风干研磨后过0.149 mm筛，重铬酸钾-外热源法测定土壤有机碳含量[4]。土壤全氮，半微量开氏法；土壤全磷，酸溶-钼锑抗比色法；土壤有效磷，BrayⅠ提取-钼锑抗吸光光度法；土壤速效钾，乙酸铵浸提-火焰光度法；土壤硝态氮，1 mol/L KCl浸提-連续流动分析仪；土壤铵态氮，1 mol/L KCl浸提-连续流动分析仪。

1.2.2 计算方法

以固定深度法对5种森林土壤有机碳储量进行估算，即通过土壤有机碳含量、土层厚度以及土壤容重等计算一定深度的土壤有机碳储量，计算公式[5]如下：

SOCFD=Ci×ρi×Di×0.1（1）

式中，SOCFD（SOCFixed Depth，mg/hm2）为某一固定深度的土壤有机碳储量，i为土层代号，n为固定深度土壤剖面中土层数，Ci为第i层土壤有机碳含量（g/kg），ρi为土壤容重（g/cm3），Di为土层厚度（cm），0.1为转换系数。5种森林土壤高度风化，石砾含量很少，忽略不计。

某一土层的有机碳密度（SOCdensity，kg/m2）计算公式[6]为：

SOCdensity=Ci×ρi×Di/100（2）

式中，i为土层代号，Ci为第i层土壤有机碳含量（g/kg），ρi为容重（g/cm3），Di为土层厚度（cm）。

1.2.3 统计分析

采用Microsoft Excel 2003处理数据。方差和相关性分析用SAS 8.1 （SAS Institute Inc，Cary，NC，USA）进行。各处理平均值比较采用最小显著差异法（LSD）。用Excel 2003软件作图。

2 结果与分析

2.1 土壤有机碳含量的比较

对乐东5种森林土壤进行取样分析，测定了土壤剖面中有机碳含量（见表2）。

海南5种森林土壤有机碳含量介于0.37～20.8 g/kg，属于低有机碳含量土壤，且变异较大。5种森林土壤有机碳含量在土壤剖面中具有一定的垂直分布性，大致随着土壤深度的增加呈降低趋势。对不同森林不同土层有机碳含量进行统计分析，结果表明，5种森林0～10、20～40、40～60和60～100 cm土层中土壤有机碳含量在统计上差异显著（p<0.05）。0～10 cm土层中，次生林土壤有机碳含量显著高于大叶相思、木麻黄以及桉树，而与椰树没有差异；20～40 cm土层中，木麻黄土壤有机碳含量显著低于其他森林；40～60 cm土层中，次生林土壤有机碳含量显著高于其他森林；60～100 cm土层中，次生林土壤有机碳含量显著高于木麻黄，而与其他3种森林差异不显著；从整个土壤剖面平均来看，5种森林0～100 cm土壤有机碳平均含量介于1.55～8.52 g/kg，以次生林最高，桉树和椰树居中，而大叶相思和木麻黄最低。

2.2 土壤有机碳密度的比较

对乐东5种森林土壤有机碳密度进行了比较，结果见表3。

从剖面土壤碳密度来看，5种森林表层（0～10 cm）土壤有机碳密度介于0.85～2.55 kg/m2，以次生林最高，木麻黄林最低；10～20 cm土层碳密度介于0.13～1.32 kg/m2，不同森林之间无显著差异；20～40 cm土壤有机碳密度介于0.20～1.50 kg/m2，大叶相思和木麻黄显著低于次生林、椰树和桉树；40～60 cm土壤有机碳密度介于0.10～1.92 kg/m2，次生林显著高于其他森林；60～100 cm土壤有机碳密度介于0.23～2.41 kg/m2，以次生林和椰树最高，而木麻黄最低。从0～100 cm土层土壤有机碳密度综合来看，5种森林土壤有机碳密度介于1.51～9.49 kg/m2，以次生林最高，木麻黄最低。

2.3 土壤有机碳储量的比较

对乐东5种森林土壤有机碳储量进行了比较，见表4。

从剖面土壤碳储量来看，5种森林表层（0～10 cm）土壤有机碳储量介于8.48～25.53 mg/hm2，以次生林最高，椰树、大叶相思和桉树林居中，而木麻黄林最低（p<0.05）。10～20 cm土层有机碳储量介于1.33～13.24 mg/hm2，不同森林之间差异不显著；20～40 cm土壤有机碳储量介于1.97～14.98 mg/hm2，次生林、椰树和桉树林有机碳储量显著高于大叶相思和木麻黄林；40～60 cm土壤有机碳储量介于1.01～19.21 mg/hm2，次生林土壤有机碳储量显著高于其他森林；60～100 cm土壤有机碳储量介于2.32～24.08 mg/hm2，木麻黄林土壤有机碳储量显著低于次生林和椰树林。从0～100 cm土层土壤有机碳储量综合来看，5种森林土壤有机碳储量介于15.10～94.86 mg/hm2，以次生林最高，木麻黄最低。

2.4 土壤有机碳与土壤因子的关系

对5种森林土壤有机碳含量和对应的土壤全氮含量进行相关性分析，发现二者呈极显著正相关（r=0.850**，p<0.01），说明乐东5种森林土壤有机碳和土壤全氮有很好的正相关关系，提高土壤全氮水平有利于土壤的固碳；对5种森林土壤有机碳含量和对应的土壤全磷含量进行相关性分析，发现二者也呈极显著正相关（r=0.574**，p<0.01）；对5种森林土壤有机碳含量和对应的土壤有效磷含量进行相关性分析，发现二者呈极显著正相关（r=0.567**，p<0.01）；对5种森林土壤有机碳含量和对应的土壤速效钾含量进行相关性分析，发现二者呈极显著正相关（r=0.671**，p<0.01）；对5种森林土壤有机碳含量和对应的土壤硝态氮含量进行相关性分析，发现二者呈极显著正相关（r=0.880**，p<0.01）；对5种森林土壤有机碳含量和对应的土壤铵态氮含量进行相关性分析，发现二者呈极显著正相关（r=0.619**，p<0.01）。上述结果说明，土壤速效养分与土壤有机碳含量关系密切，5种森林土壤管理中提高土壤速效养分对于增加土壤有机碳含量、提高土壤固碳水平有着重要作用。见图1。

3 讨论与结论

枯枝落叶和植物根系是森林及人工林土壤有机碳的主要输入来源。这种碳的输入方式决定了土壤有机碳含量在土壤剖面中的分布既具有表聚性，又具有垂直分布性。这种分布特征虽然受到如植被、土壤质地以及容重等众多因素的影响，总体而言森林及人工林土壤有机碳含量、密度及储量在土壤剖面中仍然具有明显的垂直分布性，即随着土壤深度的增加，有机碳含量、密度及储量逐渐降低[7-9]。本研究结果表明，乐东5种典型森林土壤有机碳含量、密度及储量在土壤剖面中也具有较为明显的垂直分布性，随着土壤深度的增加基本呈现减少的趋势，这与前人结果基本一致。

大量相关研究结果表明，海南尖峰岭[10]0～60 cm土壤有机碳储量约为79 mg/hm2。海南吊罗山[11]原始森林0～50 cm土壤有机碳储量为99 mg/hm2。海南吊罗山、霸王岭、尖峰林、鹦哥岭和五指山等[12]5个热带原始森林0～100 cm土壤有机碳储量大约为147～169 mg/hm2。另有综合研究表明，我国热带季雨林[13]0～60 cm土壤有机碳储量为101 mg/hm2。本研究的结果表明，乐东5种森林0～100 cm土壤有机碳储量介于15.10～94.86 mg/hm2，这种结果远低于海南不同地区原始森林土壤有机碳储量值。其中，5种森林中次生林0～100 cm土壤有机碳储量最高为94.86 mg/hm2。与林龄为50年的次生林相比，其他4人工林土壤有机碳储量要低于次生林，其中大叶相思和木麻黄分别仅为30.80和15.10 mg/hm2。海南人工林的建立大多是由原始森林、热带灌丛、海岸荒坡和次生雨林砍伐开垦而来，4种人工林土壤有机碳储量低于次生林以及远低于同气候带原始森林的结果反映了人工林在建立和培育过程中系统碳输入和碳输出的失衡。本研究表明，乐东5种森林土壤有机碳含量与土壤全氮等6种土壤养分指标均具有很好的相关性（图1）。除次生林外，其他4种森林土壤低有机碳含量土壤的结果（表2）也意味着乐东森林土壤肥力的全面下降。鉴于乐东5种森林类型土壤全氮、全磷及其他土壤速效养分与土壤有机碳含量关系密切，在5种森林土壤管理中能否在幼林期通过施肥或其他森林经营措施提高土壤全氮及其他速效养分对于增加土壤有机碳含量、提高土壤固碳水平有着重要作用。后续研究中围绕培育人工林土壤有机碳氮库，全面提升土壤肥力对于提高乐东及海南人工林质量、森林蓄积量和森林碳汇可能具有重要指导意义和实用价值。值得指出的是，由于森林土壤有机碳具有高度的时空变异性，海南森林土壤有机碳的相关工作迫切的需要开展多点、长期和原位监测研究。

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