泉州森林公园不同年龄段马尾松凋落物含碳率分析

许淮江

(泉州森林公园服务中心，福建 泉州 362000)

1 引言

森林生态系统在陆地生态系统占有76%～98%的有机碳，因此许多科学家重点研究陆地生态系统中碳平衡以及碳存储和分布。

在我国森林生态系统的组成中，马尾松占了很大的比例，其面积位居全国针叶林树种首位。马尾松(Pinusmassoniana)在我国南方是荒山绿化的先锋树种，在维护生态平衡方面发挥了重要作用，具有经济意义、重要的防护效能，同时还具备美学价值[2，4，5]。本实验通过对不同年龄段马尾松凋落物碳含量的研究，旨在了解不同年龄段马尾松林碳贮量情况，为我国森林生态系统估算碳平衡、碳动态模拟提供思路，为促进森林资源可持续发展提供科学依据。

2 研究区域概况

泉州森林公园位于泉州市丰泽区辖区内，地理坐标东经118°64′～118°68′，北纬24°88′～24°90′，西交大坪山，东至后渚港泉州湾，南接通港路，北达洛阳江入海口。东西长3.5 km，南北宽2.5 km，总面积183.69 hm2。森林公园属中亚热带沿海季风气候区，气候湿润，雨水充沛，全年无霜周期长。年均气温18.4 ℃，极端最高温39 ℃，极端最低-5.5 ℃，无霜期310 d，年均降水量1500 mm，主要集中在春夏两季，相对湿度80%，年日照时数1360 h[1，3，7～9]。

3 研究方法

3.1 标准地设置

选择不同林龄(幼龄林、中龄林、成熟林)的马尾松人工林，在园区内不同林分分别随机布设30个0.5 m×0.5 m的尼龙网凋落物收集架，定期收集凋落物带回实验室进行测定。

3.2 凋落物含碳率测定

本次凋落物含碳率测定采用重铬酸钾外加热法(即重铬酸钾、硫酸氧化法)。凋落物的样品需提前采用烘干、粉碎、过筛等方法进行预处理，再测定其有机碳含量[6，11，15]。

3.2.1 方法原理

样品中有机碳在一定温度下被重络酸钾氧化下产生CO2，如下式：

用硫酸亚铁标准溶液滴定剩余的Cr6+，然后计算出其与空白氧化剂滴定量的差即样品的有机碳量。

3.2.2 试剂

试剂2:硫酸亚铁溶液[c(H2SO4)=0.2 mol/L](56.0 g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O，化学纯度)，溶于水，加15 mL H2SO4，用水定容至1 L)。

试剂3：邻啡罗啉指示剂(1.485 g邻啡罗啉(C12H8N2·H2O)及0．695 g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)溶于100 mL水，贮存棕瓶中)。

试剂4：硫酸(H2SO4，ρ=1.84 g/cm3，化学纯度)。

3.2.3 操作步骤

(1)称取样品0.0080～0.0090 g左右，准确到0.1 mg，放入150 mL大试管中。

(2)样品预处理：大试管中加粉末状硫酸银0.1 g，同时加入5.00 mL试剂1(重络酸钾溶液)、5mL试剂4(硫酸溶液)，摇匀；并在大试管瓶口安装空气冷凝管。

(3)加热：石蜡浴预热至180～190 ℃，将大试管置于石蜡浴中慢慢加热至试管内溶液沸腾，注意观察冷凝器端口的冷凝液。

(4)冷凝：溶液消煮5 min(从冷凝器下端落下第一滴冷凝液开始记时)，然后停止加热，取下大试管进行冷却。冷却后用纯净水冲洗冷凝器内部以及端口外壁，冲洗液收集至原大试管内。冲洗液不宜过多或过少，大试管内溶液体积保持在60～80 mL为宜。

(5)滴定：大试管中加入3～5滴试剂3(邻啡罗啉指示剂)，使用试剂2(硫酸亚铁溶液)滴定大试管溶液中剩余的重络酸钾即Cr6+，试管溶液颜色由橙黄色到棕色为止，即为终点。

(6)空白样实验：每个样品至少分析3个空白实验。取0.5 g粉状石英砂代替样品，其它步骤同上(1)～(5)。取测量结果均值[2,10,13,14]。

公式如下：

Wc.o=

(1)

式(1)中：Wc.o为有机碳含量，单位：g/kg；0.8000为重铬酸钾标准液浓度，单位：mol/L；5.0为重铬酸钾标准液体积，单位：mL；V0为空白实验滴定的硫酸亚铁溶液体积，单位：mL；V为样品滴定的硫酸亚铁溶液体积，单位：mL；0.003为1/4碳原子的摩尔质量，单位：g/mmol；1.1为氧化校正系数；m1为风干后样品重量，单位：g；k2为风干至烘干样品的水分换算系数。

4 马尾松林凋落物的含碳率

4.1 不同年龄马尾松林凋落物的含碳率

不同年龄马尾松林凋落层的平均含碳率由表1显示:

中龄林最高a2=517.578 g/kg，近熟林次之a3=508.603 g/kg，幼龄林最低a1=483.592 g/kg，a2>a3>a1。

4.2 不同坡向马尾松林凋落物的含碳率

马尾松林阴坡相对于阳坡凋落物碳含量相对较大，这是由于马尾松自身生物学特性所决定的，马尾松是我国南方绿化的主要先锋树种和传播造林的主要树种，它是阳性树种，喜光，阳坡阳光充足，水热条件适合其生长，固定了大量的碳，以至于林下植被含碳量的减少，导致凋落物的含碳率低于阴坡。

表1 不同年龄马尾松林凋落物含碳率

5 结论和建议

马尾松林凋落物含碳率中龄林最高a2=517.578 g/kg，近熟林次之a3=508.603 g/kg，幼龄林最低a1=483.592 g/kg，a2>a3>a1,阴坡相对于阳坡凋落物碳含量相对较大马尾松林阴坡相对于阳坡凋落物碳含量相对较大，这主要由于马尾松自身生物学特性所决定的，马尾松属阳性树种，喜光，阳坡阳光充足，水热条件适合其生长，故阳坡凋落物碳含量较大。

森林面积广阔、结构复杂，是陆地上最大的生态系统；森林光合作用效率高，是地球上生产力最高的生态系统和生物圈的能量基地，在维持地球大气中CO2和O含量平衡中发挥极其重要的作用。若森林资源被过度采伐、破坏，将导致全球大气中的CO2浓度上升，温室效应亦将愈演愈烈，势必导致极端气候频繁发生，加剧物种灭绝。因此保护森林资源，加大植树造林的力度，利用森林光合作用对CO2吸收、贮存和缓冲功能，可增加森林对大气的固碳效果，将大气中的CO2转化为生物界所需的物质和能量，促进生物多样性[12～15]。应通过必要的林业管理措施，利用现有马尾松林的自然演替规律，实现混交林演替，使其发挥最有效的碳吸存能力，为实现碳中和发挥重要作用。