不同樟子林分碳空间分布及其化学计量特征

马骏 卢志朋 安宇宁 曹怡立

摘要以章古台地区3种樟子松林分为研究对象，分别测定每种林型叶片、凋落物和土壤碳、氮、磷、钾元素含量，计算C/N、C/P、C/K及不同土层碳密度，结果表明：樟子松+杨树混交林全碳（TC）分布变化范围，叶片为583.1～763.2g.kg-1，凋落物为660.5～722.9g.kg-1，表层土壤为3.4～3.8g.kg-1，中层土壤为3.42～3.69g.kg-1，下层土壤为2.81～3.02g.kg-1；樟子松纯林全碳（TC）分布变化范围，叶片为540.66～779.8g.kg-1，凋落物为681.3～719.8g.kg-1，表层土壤为4.75～5.02g.kg-1，中层土壤为2.54～2.72g.kg-1，下层土壤为2.39～2.45g.kg-1；樟子松+赤松混交林全碳（TC）分布变化范围，叶片为550.9～789.5g.kg-1，凋落物为683.7～705.8g.kg-1，表层土壤为2.11～2.38g.kg-1，中层土壤为2.32～2.52g.kg-1，下层土壤为2.57-3.48g.kg-1；土壤碳密度为表层土壤（0～20cm）＞中层土壤（>20～40cm）＞下层土壤（>40～60cm）。

关键词樟子松林；化学计量；C∶N；土壤碳密度

中图分类号：S791.253文献标识码：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.02.012

SpatialDistributionandStoichiometricCharacteristicsofCarboninDifferentPinussylvestrisvar.mongolicaForests

MaJun，LuZhipeng，AnYuning，CaoYili

（LiaoningResearchInstituteofSandyLandControlandUtilization，Fuxin123000，China）

AbstractTakingthreePinussylvestrisvar.mongolicaforestsinZhanggutaiareaastheresearchobjects，thestoichiometryofcarbon，nitrogen，phosphorusandpotassiuminleaves，litterandsoilofeachforesttypewasmeasured，andtheC/N，C/P，C/Kandcarbondensityindifferentsoillayerswerecalculated.Theresultsshowedasfollows：thetotalcarbon（TC）distributionofP.sylvestrisvar.mongolica-Populusmixedforestrangedfrom583.1-763.2g.kg-1inleaf，from660.5-722.9g.kg-1inlitter，from3.4-3.8g.kg-1intopsoil，from3.42-3.69g.kg-1inmiddlesoil，andfrom2.81-3.02g.kg-1insubsoil;therangeoftotalcarbon（TC）distributioninP.sylvestrisvar.mongolicapureforestwas540.66-779.8g.kg-1inleaves，681.3-719.8g.kg-1inlitter，4.75-5.02g.kg-1insurfacesoil，2.54-2.72g.kg-1inmiddlesoil，2.39-2.45g.kg-1inlowersoil;thedistributionoftotalcarbon（TC）intheP.sylvestrisvar.mongolica-Pinusdensifloramixedforestrangedfrom550.9-789.5g.kg-1inleaf，683.7-705.8g.kg-1inlitter，2.11-2.38g.kg-1insurfacesoil，2.32-2.52g.kg-1inmiddlesoiland2.57-3.48g.kg-1inlowersoil.Soilcarbondensitywassurfacesoil（0-20cm）>middlesoil（>20-40cm）>lowersoil（>40-60cm）.

KeywordsPinussylvestrisvar.mongolicaforests;stoichiometry;C：N;soilcarbondensity

生態化学计量指植物的常量元素（碳、氮、磷、钾）的组成与相互影响[1]，揭示常量元素间相互作用、制约的变化规律，影响生态交互作用的一种方法[2]，也是研究林间常量元素空间分布及元素分配的一种手段[3]。

陆地碳汇在中国“双碳”政策中占有重要位置，能够为“碳中和”战略目标中的工业减排赢得窗口时间[4，5]。森林是陆地生态系统的主体，是陆地最大的碳储库[6]。

樟子松（Pinussylvestrisvar.mongolica）为常绿乔木，具有耐寒、抗旱、耐瘠薄及抗风等特性，是三北地区造林的首选树种[7]，辽宁省14个地级市均有栽培。根据二类调查资料，至2003年已营建樟子松人工林3.5万hm2，主要分布在辽西北地区[8]。

1研究区域概况

本研究以辽宁省阜新市彰武县章古台地区3种樟子松人工林类型为对象，设立样地样方并开展相关研究。章古台镇属于亚湿润干旱区，平均海拔227m，年降水量450～550mm，年蒸发量1200～1450mm。

2试验方法

2.1样地设置与样品采集

2022年5—9月在研究区域内选取当地樟子松杨树混交林、樟子松纯林、樟子松赤松混交林3种主要林型为研究对象，在每种林型内设置样地调查样地内的所有乔木，并根据乔木的各项生长指标的平均值，选取5株中等大小、长势及冠幅较一致的健康标准木，利用高枝剪分别从每棵树的东、南、西、北4个方向，在树冠上、中、下3个层次采集样树的叶片，混匀后作该样树的样品；收集该树的东、南、西、北4个方向直径3m内林下凋落物层样品；同时，利用土钻在每株树的四周分别进行土壤样品的采集，采集深度分别为0～20cm（表层）、>20～40cm（中层）、>40～60cm（下层），拣出其中的根系和石砾，混匀后带回室内分析。

将采集的叶片和林下凋落物于105℃下杀青30min，然后65℃下烘干至恒质量，并经粉碎机打磨后过100目筛备用。土壤样品经风干、粉碎后过100目筛备用。样品全碳采用TOC仪器测固体样品法测定，全氮的测定采用凯氏定氮法，全磷的测定采用硫酸高氯酸消煮-钼蓝比色法、分光光度计测定。全钾采用火焰光度计测定。样地基本情况见表1。

2.2数据处理

采用MicrosoftExcel2013软件对数据进行处理和绘图。采用SPSS19.0软件对数据进行统计分析，比较不同土层C、N、P和K含量特征，分析各元素间及与其化学计量特征间的相关关系。土壤碳密度计算公式为[9，10]：

Si=Ci×pi×di/10

式中：Si为第i层土壤碳密度（kg.m-2）；Ci为第i层土壤碳含量（g.kg-1）；pi为第i层土壤容重（g.cm-3）；di为第i层土层厚度（cm）。

3结果与分析

3.13种樟子松林叶片、凋落物及土壤中全碳、全氮、全磷和全钾元素含量

如表2所示，樟子松杨树混交林全碳（TC）分布变化范围：叶片为583.1～763.2g.kg-1，凋落物为660.5～722.9g.kg-1，表层土壤为3.4～3.8g.kg-1，中层土壤为3.42～3.69g.kg-1，下层土壤为2.81～3.02g.kg-1。其中叶片与凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量远大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而叶片与凋落物全钾（K）远小于土壤中全钾（K）含量。

如表3所示，樟子松纯林全碳（TC）分布变化范围：叶片为540.66～779.8g.kg-1，凋落物为681.3～719.8g.kg-1，表层土壤为4.75～5.02g.kg-1，中层土壤为2.54～2.72g.kg-1，下层土壤为2.39～2.45g.kg-1。其中叶片与凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而叶片与凋落物全钾（K）含量远小于土壤中全钾（K）含量。

如表4所示，樟子松赤松混交林全碳（TC）分布变化范围：叶片为550.9～789.5g.kg-1，凋落物为683.7～705.8g.kg-1，表层土壤为2.11～2.38g.kg-1，中层土壤为2.32～2.52g.kg-1，下层土壤为2.57～3.48g.kg-1。其中叶片与凋落物全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量远大于土壤中全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）含量；而叶片与凋落物全钾（K）含量远小于土壤中全钾（K）含量。

3.23种樟子松林叶片、凋落物及土壤中全碳、全氮、全磷和全钾元素化学计量学特征

如表5、表6、表7所示，3种林型C/N均为凋落物层>叶片层>土壤层；3种林型C/P叶片层与凋落物层远大于土壤层，这主要是由于章古台地区沙土含碳量极少导致。而3种林型C/K相差巨大，这主要是由于章古台地区植物叶片组织中含钾量极低，而土壤中钾元素富集所导致。

3.33种樟子松林地土壤碳密度

如图1所示，樟杨混交林不同土层土壤碳密度为表层土壤（11.03kg.m-3）＞中层土壤（10.91kg.m-3）＞下层土壤（8.98kg.m-3）；如图2所示，樟子松纯林不同土层土壤碳密度为表层土壤（15.6kg.m-3）＞中层土壤（8.26kg.m-3）＞下层土壤（7.59kg.m-3）；如图3所示，樟赤混交林不同土层土壤碳密度为表层土壤（8.6kg.m-3）＞下层土壤（7.72kg.m-3）＞中层土壤（7.59kg.m-3）。3种林型樟子松林均是表层土壤含碳密度最高。

4结论与讨论

3种林型樟子松全碳（TC）、全氮（N）、全磷（P）元素含量叶片层和凋落物层均大于土壤层，这是因章古台地区土壤为沙土，有机质含量低而致，而全钾（K）元素含量土壤层大于叶片层和凋落物层，这主要与沙土持水性差，植物组织中的钾元素由雨水冲刷后在土中富集而造成的。樟杨混交林土壤C/N均值（19.38）>中国森林土壤C/N值（13.7）>樟子松纯林C/N均值（10.26）和樟子松赤松混交林C/N均值（10.26），说明樟杨混交林在章古台地区具有相较于樟子松纯林和樟子松赤松混交林有更好的固碳、固氮效果。3种林型樟子松林叶片C/P均值在330以上，高于全球（233.2），同时高于我国东部南北样带森林生态系统植物的水平（313.9），这也说明当地有效磷含量同时低于国际与国内森林值。3种林型土壤C/K为0.1～0.21，这主要与土壤钾元素含量略高有关。3种樟子松林地土壤碳密度主要变化趋势为表层土壤＞中层土壤＞下层土壤，这表明章古台地区樟子松林地土壤碳儲量以0～20cm土层中最高。

参考文献：

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收稿日期：2022-10-17

作者简介：马骏（1990-），男，辽宁沈阳人，硕士，助理工程师，现从事森林培育及森林保护研究.