杉木和桉树人工林土壤碳储量的比较

隆卫革 ，曹书阁 ，陶玉华

（1.广西生态工程职业技术学院，广西柳州 545004；2.钦州学院广西北部湾海洋灾害研究重点实验室，广西钦州 535011；3.广西北部湾海岸科学与工程重点实验室，广西钦州 535011）

土壤作为陆地生态系统的最大碳库，储存着大约全球陆地碳库3/4 的碳［1］，在全球碳收支中占主导地位，在全球碳循环中发挥着极其重要的作用，其较小的变化可能导致大气中CO2浓度的较大波动［2］。森林土壤有机碳主要来自凋落物和根系，其固碳速率受森林类型、气候、生境、树龄和人为干扰等因素的影响［3］，不同类型的森林土壤碳储量的计量可以丰富区域水平碳汇数据资源，为碳循环研究提供数据支撑。为评价其碳汇贡献率和生态效益提供理论依据。

杉木（Cunninghamia lanceolata）和桉树（Eucalyptus sp.）是我国南方的速生丰产用材树种，均具有易繁殖、生长快和好管理等特点，二者均可多代连载，其土壤地力衰退、生产力下降和生物多样性减少问题也备受关注，尤其桉树对生态环境的影响一直以来饱受争议。对杉木和桉树人工林生态系统碳储量的研究较多［4-6］，但对于二者土壤碳储量的比较研究尚不多见，对杉木和桉树人工林土壤碳储量的计量和比较研究一方面有助于我们正确评价其碳汇贡献率，同时为后续研究杉木和桉树人工林多代连载土壤碳储量的变化提供基础数据，为森林的碳汇管理、可持续发展和制定森林管理政策提供理论依据。

1 试验地概貌

研究地点于广西罗城仫佬族自治县北部的青明山林场，地理坐标为东经 108°48′00″～108°55′27″，北纬24°59′00″～25°9′36″，林场位于九万大山南麓，最高海拔1425 m。林场气候属中亚热带季风气候，无霜期300 天左右，多云雾，湿度大，相对湿度78%，年平均气温18.8 ℃，年日照时数1509.4 h；年平均降雨量为1630.6 mm；土壤种类有红壤、黄壤和黄红壤3 种，成土母岩以砂页岩为主；植被主要以人工杉木林和天然阔叶林为主。研究选择的调查对象均为第一代林，各林分属性见表1。

表1 广西罗城杉木和桉树人工林样地概况

2 研究方法

2.1 设立样地和含碳率的测定

选择生境相似的杉木和桉树不同发育阶段人工林，在每种林分内依上、中和下坡分别设立20 m×30 m的样地，在每个样地内分别设置3个采样点，在每个样点挖取深约60 cm 的土壤剖面，每个剖面按0～20 cm、2O～40 cm、40～60 cm 用环刀取样，用环刀法测定其容重，去除杂质和细根，土样经自然风干和过筛后用重铬酸钾外加热法测定其含碳率。

2.2 碳储量的计算方法

土样碳储量通过土壤容重和其含碳率计算见式：

式中：C 为一定深度内土壤有机碳储量（t.hm-2），Di 为第 i 层土壤容重（g.cm-3），Mi 为第 i 层土壤有机碳含量（g.kg-1），Hi为第i层土壤厚度（cm），n为土层数。

2.3 统计学方法

用EXCEL2016 和SPSS17.0 统计软件进行数据整理和分析，不同组分含碳率和碳储量间的差异采用单因素方差分析（ANOVA）进行分析，多重比较采用Duncan’s multiple range test。

3 结果与分析

3.1 杉木和桉树人工林土壤容重和含碳率

从表2可见，杉木人工林土壤容重在1.27～1.52 g.cm-3范围，桉树人工林土壤容重1.15～1.52 g.cm-3。杉木和桉树人工林0～20 cm 深度的土壤含碳率分别为1.36～2.17%、0.98～0.89%，20～40 cm 的土壤含碳率分别为0.63～0.98%、0.62～0.89%，40～60 cm 分别为0.54～0.91%、0.45～0.62%范围，各林分土壤含碳率均表现为随着土层深度的增加而减小，杉木和桉树林各林龄间土壤含碳率没有显著差异（P＜0.05），各深度土层的平均含碳率均表现为杉木林大于桉树林。

表2 杉木和桉树人工林土壤含碳率和土壤容重

3.2 杉木和桉树人工林土壤碳储量的分配

杉木和桉树人工林0～60 cm 土壤碳储量均随着土层深度的增加而减小，杉木各林龄0～20 cm 土层的土壤碳储量占了其总土壤碳储量的46.27%～62.54%范围，桉树林则为41.24%～43.5%范围（表3 和图1）。杉木幼龄林、中龄林、成熟林、过熟林土壤碳储量随着树龄的增加而增长，幼龄林、中龄林和近熟林的土壤碳储量间无显著差异，成熟林和过熟林土壤碳储量分别与幼龄林存在显著差异，而4 年的桉树林土壤碳储量分别与2～3 年生的存在显著差异。杉木中龄林、近熟林土壤碳储量在不同土层深度均没有表现出显著差异，成熟林和过熟林0～20 cm、20～40 cm 与0～20 cm、40～60 cm 土壤碳储量均达到显著性差异。2、3年桉树林不同土层土壤碳储量无显著性差异，4 年桉树林40～60 cm 土壤碳储量分别与0～20 cm、20～40 cm 表现出显著差异（P＜0.05）。

表3 杉木和桉树人工林的土壤碳储量

图1 杉木和桉树人工林土壤碳储量的比较

4 结论与讨论

杉木和桉树人工林0～60 cm 土壤碳储量随着土层深度的增加而减小。杉木各种林分0～20 cm 土壤碳储量占土壤总碳储量的46.27%～62.54%，桉树各林分为41.24%～43.5%，可见，2 种人工林树种0～20 cm的碳储量是土壤碳储量的主要碳库。

本研究不同发育阶段的杉木人工林碳储量均低于广西环江的杉木人工林［7］，对方取样深度为100 cm，本研究为60 cm，土壤采样方式的不同是导致土壤碳储量计算不确定性的重要因素之一［8］，另外土壤类型、立地条件以及计算方法都会对土壤碳储量的估算结果产生重要影响。

杉木人工林各林分土壤碳储量为67.96～102.14 t.hm-2，桉树人工林土壤碳储量为51.86～74.11 t.hm-2，杉木人工林平均土壤碳储量是桉树的1.37 倍，桉树作为速生丰产林，其轮伐期短，采用的施肥、除草、机耕、炼山和整地等管理方式容易造成土壤有机碳的流失。

杉木近熟林土壤碳储量（77.51 t.hm-2）低于中龄林（92.05 t.hm-2），近熟林的林分密度为 1122 株.ha-2，在5 种林龄中密度最低，表明间伐强度最大，有学者研究指出适宜的间伐强度下的土壤碳储量高于强度间伐，因高强度的间伐使林地内土温升高，林下凋落物数量减少，影响了土壤呼吸［9］。

本研究的杉木和桉树人工林土壤碳储量低于我国森林生态系统的土壤碳储量（193.55 t.hm-2）［10］，土壤碳库的变化主要取决于林分凋落物分解和土壤呼吸两个方面［11］，由于中、南亚热带气候区气温高和降雨量大，土壤呼吸速率高，枯落物易分解，分解后的产物以大量CO2形式释放到大气中，使得土壤有机碳积累少，同时再采用的造林手段如机耕、整地和炼山也会加快土壤碳的流失。

轮伐期、施肥、树种选择、采伐和造林方式等生产措施会对土壤碳储量产生影响［12］，土壤碳储量与入土的植物凋落物和地上生物量表现出线性正相关性［13-14］。在林地经营管理过程中，应采取合理的经营管理方法，如采伐时只取走干材部分，留下采伐剩余物，避免对土壤增汇的干扰，从而提高森林的固碳能力。