江西吉安井冈蜜柚林土壤碳储量研究

范美莉，李晓跃，金元宝，彭卫福

（吉安职业技术学院，江西 吉安 343000）

碳是构成地球的基本元素，又与全球气候变化息息相关。地球上有大气碳库、海洋碳库、岩石圈碳库以及陆地生态系统碳库四大碳库。森林作为陆地生态系统的主体，其植被和土壤中储存的碳量在陆地生态系统的碳平衡中占据了重要地位。研究表明，土壤碳库是大气碳库的2 倍[1]，陆地植被的2～3 倍[2-4]。作为陆地循环生态系统中最大的碳库，土壤有机碳储量在调节全球碳平衡中发挥着不可替代的作用[5]，是削减碳排放、实现碳中和、缓解全球气候变化的重要路径。

井冈蜜柚是以“井冈山”作为品牌的吉安地方良种甜柚的统称。吉安市井冈蜜柚种植面积稳定在2.56×104hm2。针对种植面积如此庞大的经济林，众多学者从井冈蜜柚酸甜风味变化、栽培技术[6]、土壤性状[7]、柚皮苷提取分离[8]等方面进行了大量研究，但是目前还未找到关于井冈蜜柚林固碳方面的研究。本文以吉安市井冈蜜柚林土壤固碳能力为研究对象，为蜜柚林土壤固碳速率和固碳能力提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验样地概况

吉安市位于江西省中部，赣江中游。位于北纬25°58′32″～27°57′50″，东经113°46′～115°56′，吉安市地形以山地、丘陵为主，东、南、西三面环山，境内河流众多，以赣江为中轴，有30 条大小支流汇入，各河上游植被茂密，山高水陡，水量充盈，水力资源充沛。属于亚热带季风气候，受热带海洋气团和极地大陆气团影响，冬夏干湿差别不大。试验采样点样地概况见表1。

1.2 土样采集

每个地区选取3 个典型的样地，将每个样地按网格法分成若干个10 m×10 m的样方，随机选择2个样方（R1、R2），然后以样方为单元进行土壤调查。土壤调查采用剖面法（环刀法）和土钻法。

剖面法取样过程：在调查样地内选择1 块未受人为干扰、植被结构和土壤都具代表性的地段，挖掘1 个土壤剖面，深至30 cm。对土壤剖面进行拍照并将照片号现场记录下来。拍照时将米尺（或卷尺）立于向阳剖面，调好位置和焦距，保证包含剖面30 cm 内所有土层。沿剖面按0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm分层，用环刀采集各层土壤，带回实验室测定土壤密度。

土钻法取样过程：在每一个采土点上，按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 三个层次采集样品，在灌木样方内使用内径＞5 cm 的土钻，每层随机钻取3 钻土，混合成一个混合样。同一样地3个灌木样方的同层次土样组成该层次混合样品，一般采集约1 kg 左右，放入布袋内，并附上标签（包括样地编号、采样深度等带回实验室。需注意的是，取样时尽量保持每个小土体的完整性，尽早进行风干处理。

1.3 样品处理

将剖面法取得的样品放入烘箱内烘干、称质量并记录，用于测定土壤密度。将土钻法采回的土壤样品放在牛皮纸上，首先剔除土壤以外的侵入体（如植物残根、昆虫尸体和石块等）和新生体（如铁锰结核和石灰结核等），自然风干。风干土样用木棍压碎后先过10 目筛孔，以四分法取适量样品磨细过60 目筛孔或100 目筛孔，供有机碳分析测定使用。

1.4 分析测定方法

土壤剖面主要用于测量土壤密度，土钻法主要用于测定土壤有机碳含量。采用C-重铬酸钾容量法测定土壤有机碳含量，根据有机碳含量换算出土壤碳储量。

1.5 土壤碳储量计算方法

估计土壤碳库的计算公式如下。

式中：TN为土壤碳贮量，t/hm2；Ci为第i层土壤的有机碳含量，g/kg；Ri为第i层土壤密度，t/m3；Di为第i层土层厚度，m；Si为面积，m2；Gi为第i层土体中的砾石含量系数。

1.6 数据分析与处理

原始数据的合成、统计计算以及图表制作使用Microsoft Excel 2003软件处理。

2 结果与分析

2.1 土壤有机碳含量

江西吉安市5 个样地土壤剖面有机碳含量见表2，5 个样地土壤有机碳含量分布见图1。

图1 江西吉安市5个样地土壤剖面有机碳含量分布Fig.1 Distribution of organic carbon content in soil profiles of 5 plots in Ji'an City

表2 江西吉安市5个样地土壤剖面有机碳含量Tab.2 Organic carbon content in soil profiles of 5 plots in Ji'an City单位：g/kg

由表2可以看出，随着土层深度的增加，各个样地不同深度土层的有机碳含量基本呈现出减少的趋势；不同样地土壤的有机碳含量减少的程度也不同。表层土壤（0～10 cm）的有机碳含量是10～20 cm 土层土壤的1.3～1.9 倍，而10～20 cm 土层土壤的有机碳含量超出20～30 cm 土层土壤的有机碳含量不多，土壤越深递减速度越慢，间接说明表层土的固碳能力更强。导致该结果的原因可能有2 点：一是土壤有机质随深度的增加而递减，养分含量低导致有机碳含量降低；二是土层越深微生物活动越弱，减缓了土壤有机碳的分解。

从图1 中还可以看出，同一土层不同样地之间的土壤有机碳含量存在着比较大的差异，例如在0～10 cm土层中，青原区样地土壤有机碳含量最低，只有3.3 g/kg，而吉水样地土壤有机碳含量较高，达到13.3 g/kg。造成这种差异的原因可能是各样地种植的井冈蜜柚林年份不同，样地本身的土壤结构不同、植被结构不同、光合作用及产物的分配模式不同、蜜柚树返回土壤的腐殖物质量不同等，从而造成不同样地的同一土层土壤有机碳含量差异较大。

2.2 不同土层土壤碳储量分布规律

江西吉安市5个样地土壤剖面不同土层土壤碳储量见表3，不同土层土壤碳储量分布见图2。

图2 土壤碳储量分布Fig.2 Soil carbon storage distribution

表3 江西吉安市5个样地土壤剖面不同土层土壤碳储量Tab.3 Soil carbon storage in different soil layers of 5 sample plots in Ji'an City单位：t/hm2

从表3 中可以看出，0～10 cm 土层的有机碳储量最高，说明表层土对土壤碳储量的贡献率最大，10～20 cm 与20～30 cm的土壤碳储量差异不大。吉水0～10 cm土层的碳储量几乎是10～20 cm 土层碳储量的2 倍，主要原因可能是当地生产管理水平比较高，表层土有机质非常丰富，给土壤贡献了大量碳元素。有2个地区20～30 cm 土层碳储量比10～20 cm 的略高，主要是土壤密度引起的差异。

2.3 不同地区土壤碳储量分布规律

不同地区土壤碳储量见表4。从表4 来看，吉水和泰和两地区的土壤碳储量最高，但仍低于江西省森林土壤0～20 cm土层的平均有机碳密度38.9 t/hm2[9]。大量研究表明，影响碳储量的因素主要有自然因素（包括气候、地形、地势、氮沉降）和人为因素（土壤利用方式变化、森林经营管理、人口密度）[10]。

表4 不同地区土壤碳储量Tab.4 Soil carbon storage in different regions单位：t/hm2

3 结论

本次试验结果表明：第一，随着土层深度的增加，各个样地土层的有机碳含量基本呈现出减少的趋势，这与刘伟等人的研究结果一致[11]；第二，同一土层不同样地之间的土壤有机碳含量存在着比较大的差异；第三，虽然井冈蜜柚林土壤固碳能力偏弱，但仍具有一定的碳汇经济价值。由此，吉安市井冈蜜柚产业可根据本文研究结果，进一步提高土壤固碳能力，以实现经济和环保双丰收。