三亚地区芒果园生态系统碳储量及其分布特征

赵牧秋　史云峰

摘要[目的]研究三亚地区芒果园生态系统各组分的生物量、碳含量、碳储量及其分布特征。[方法]分别应用平均木法、样方收获法和分层取样法采样，并测定芒果园生态系统乔木层、草本及凋落物层和土壤层生物量及碳含量，计算其碳储量。[结果]三亚地区芒果园生态系统总碳储量为91.72 t/hm2，其中乔木层、草本及凋落物层和土壤层碳储量分别为16.17、0.95和74.60 t/hm2，分别占总碳储量的17.63%、1.04%和81.33%；乔木层各器官碳储量大小为树叶>树枝>树根>树干>果实；随土壤层深度的增加，碳储量逐渐降低。[结论]三亚地区芒果园生态系统固碳潜力较大；系统碳储量主要位于土壤层，乔木层碳储量以树叶和树枝较多，草本及凋落物层碳储量较低。

关键词芒果园；碳储量；生物量；三亚地区

中图分类号S718文献标识码A文章编号0517-6611（2014）04-01088-03

基金项目海南省自然科学基金项目（312101）；海南省基金配套项目（2013PT24）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201211100087）。

作者简介赵牧秋（1983- ），女，满族，辽宁沈阳人，副教授，博士，从事农业生态学研究。*通讯作者，副教授，博士，从事土壤肥力与养分循环研究。

芒果（Mangifera indica L.）属于漆树科芒果属，为常绿大乔木，其果实肉质细腻，风味独特，营养丰富，深受人们喜爱，素有“热带果王”之誉称[1]。目前全世界约有87个国家和地区栽培芒果，横跨南、北纬30°以内地区均有栽培[2]。我国芒果种植区域主要分布于台湾、海南、广西、广东、云南、四川、福建以及贵州等省（区）的热带、亚热带地区。据农业部统计，2013年全国芒果种植面积不低于13万hm2（不含台湾），其中种植面积最大的是海南省[3]。三亚是“中国芒果之乡”，芒果是该市第一大热带水果产业，三亚市芒果种植面积近2万hm2，产量超过25万t。国内外对芒果园生态系统研究的报道很多，但大多集中于对果园土壤、植株养分系统变化和需求进行分析并提出相应的养分平衡施肥模式，对果园水分、温度等气候因素控制以提高果品和产量的研究亦有零星报道[4]。

在日益增加的温室气体排放引起全球气候变化的大背景下，固碳增汇已成为国民经济和社会发展关注的焦点。《京都议定书》中将造林、再造林和森林管理等活动作为清洁发展机制项目，人工林的碳汇作用被认为是减缓全球气候变化的一种可能机制和最有希望的选择而成为核心内容[5]。果园生态系统作为一种特殊的经济林类型，在碳汇中起到了一定的作用[6]。但目前关于固碳的研究主要集中在森林生态系统的植物固碳和农业生态系统的土壤固碳2个方面。由于果园碳循环及其过程受地理、气候条件，特别是周期性经营活动的影响而十分复杂，因此关于果园生态系统碳储量的有关报道较少。该研究以三亚芒果园生态系统为例，探讨其碳储量及分布特征，以期为海南省森林生态系统固碳研究乃至我国经济林碳汇研究提供基础数据。

1研究地区与研究方法

1.1研究地概况试验地位于海南省三亚市荔枝沟（18°09′～18°37′ N、108°56′～109°48′ E），属热带海洋性季风气候区，全年无霜雪，年平均气温25.7 ℃，相对湿度70%～80%；气温最高月为6月，平均28.7 ℃；气温最低月为1月，平均21.4 ℃；全年日照时间2 534 h，年平均降水量1 347.5 mm[7]。土壤由不同母质发育而成的砖紅壤为主，土层平均厚度在100 cm以上。试验园区为树龄8 a的芒果园，品种为台农一号芒，果树种植密度为625株/hm2（株间距离4 m×4 m），产量平均为33.4 kg/株。调查时（2013年3月）平均株高2.83 m，平均基径13.68 cm，平均冠幅3.09 m×3.13 m，单株生物量为56.92 kg。果园杂草主要有千金子（Leptochloa chinensis）、牛筋草（Elensine indica）、马唐草（Digitaria sanguinalis）、狗牙根（Cynodon dactylon L.）等。

1.2研究方法

1.2.1植物样品采集及碳含量测定。按照典型选样原则，在芒果园中选择立地条件相近，面积为20 m×20 m的3块标准地，对标准样地内进行每木检尺，测得树高、冠幅、基径，对各因子统计分析后求得平均值及标准差。以平均值为基础选择平均木3株调查生物量，地上部分分树干、树枝、树叶、果实测其鲜重，地下部分采用全根挖掘法测定其鲜重，之后取样烘干测定含水率，计算干重生物量，并磨粉测定植物样品碳元素含量。对于林下草本及凋落层，采用对角线法在每个样地选择3个1 m×1 m样框，地面部分收集凋落物，并采用齐地刈割法收集地被杂草，地下部分采用全根挖掘法收集根系，并分别测定其鲜重、含水率和碳元素含量。

植物样品采用重铬酸钾外加热法测定其有机碳含量[8]。

1.2.2土壤样品采集及碳含量测定。在标准样地中设置3个代表性采样点，分别按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm分层采集土壤样品，并把同一层次土壤按重量比例混合，带回实验室于室内自然风干和粉碎，测定其有机碳含量。同时用环刀（100 cm3）采集各层土壤的原状土，带回实验室测定土壤容重。

土壤样品采用重铬酸钾外加热法测定其有机碳含量[8]。

1.2.3数据计算与处理。

植被层碳储量=∑（植被层各组分生物量×各组分碳含量）；

土壤层碳储量=土壤容重×面积×采样深度×土壤有机碳含量；

数据的处理及分析应用Excel 2007和SPSS 17.0等统计分析软件完成。

2结果与分析

2.1乔木层碳储量及其分布特征从图1可以看出，芒果树各器官碳含量在441.7～471.3 g/kg，同一器官组分变异系数在1.80%～4.11%，碳含量基本符合45%～50%这个转换率[9]。和其他器官比较，树干的碳含量最高，这与其他果园生态系统的研究结果基本一致[10]，也与用材林的研究结果相近[11-12]。除树叶的碳含量较低以外，其他各器官碳含量均在450 g/kg以上。总体而言，芒果园生态系统乔木层各器官碳含量大小顺序为：树干>树枝>树根>果实>树叶。

图1芒果园生态系统乔木层碳含量根据乔木层各器官碳元素含量及生物量计算出乔木层各部分碳储量及其所占比例列于表1。从表1可以看出，芒果园生态系统乔木层生物量总量为35.52 t/hm2，碳储量总量为16.17 t/hm2。从生物量和碳储量在芒果树各器官中的分配来看，树叶所占比例最大，分别占生物量和碳储量的30.46%和29.56%；其次为树枝，分别占生物量和碳储量的26.32%和26.78%；果实最低，仅分别占生物量和碳储量的10.45%和10.38%。总体来讲，芒果园生态系统生物量和碳储量在芒果树各器官中大小均为树叶>树枝>树根>树干>果实。

2.2草本层及凋落物层碳储量及其分布特征由于调查芒果园草本及凋落物数量不多，因此在测定和统计过程中未进行详细区分，仅分为地上、地下草本层和凋落物层3部分，各部分生物量、碳含量及碳储量参见表2。由表2可知，草本层地上部分、地下部分和凋落物层的生物量范围在0.58～0.82 t/hm2之间，总量为2.16 t/hm2，其中草本层地上部分与凋落物层生物量接近，略高于草本层地下部分。凋落物层由于含有部分木本植物成分，碳含量接近乔木层；草本层地下部分碳含量略高于地上部分。芒果园生态系统草本及凋落物层碳储量总量为0.95 t/hm2，各部分碳储量大小分别为草本层地上部分>凋落物层>草本层地下部分。

2.3土壤层碳储量及其分布特征森林土壤碳储量在整个森林生态系统中占有十分重要的地位，其碳储量通常为植被层的2倍[13]。从图2可以看出，芒果园生态系统土壤碳含量在0～20 cm最高，为8.29 g/kg，并随土层深度的增加逐渐降低。40～60 cm土层碳含量为4.76 g/kg，仅为0～20 cm土层碳含量的57.4%；60～80 cm土层碳含量仅为4.14 g/kg，碳含量不到表层土壤的1/2。

2.4芒果园生态系统碳储量及其分布特征芒果园生态系统及各植被层的碳储量和所占比例如图3所示。由图3可知，8a生芒果园生态系统的总碳储量为91.72 t/hm2，其中土壤层碳储量为74.60 t/hm2，所占比例为81.33%；乔木层碳储量为（1）果园生态系统主要包括土壤碳库、生物量碳库、凋落物碳库和动物体碳库。土壤是果园生态系统中最大的碳库，碳储量占总量的70%以上，而动物碳库最小，一般在估算系统碳储量时忽略[15]。生物量碳库包括根、干、枝、叶和果实。在果树生命周期中，枝、干等器官生物量稳定增加，是重要的长期碳库；果实是一种流动性碳库，随着果实采摘，碳从果园中流失；叶片落到地面分解后，碳回归土壤，如将修剪材料移除果园，则碳会流失，如留在果园中自然分解，就是一种长效碳库[16]。

（2）芒果园生态系统和森林生态系统的碳储量及分配比例存在明显的差异。该研究表明芒果园生态系统碳储量在乔木层的分配比例仅为17.63%，显著低于热带地区森林生态系统碳储量在植被层的分配[17]，这种差异主要来源于果园植被与森林植被生物量的差别。近年来，国内外学者对果园生态系统碳储量和分配做了部分研究，Sofo等[16]观测了橄榄树和桃树的碳分配情况，发现幼树果园中碳储量主要在枝和根系等器官中，而成龄果园主要分配在叶片、修剪的枝条和果实中。郭雪艳等[18]研究了上海主要果园生态系统桃园（7 a）和桔园（9 a）的碳储量分配，结果发现碳储量主要集中于树枝和根系中。吴志丹等[10]对福州地区7a生柑橘果树各器官固碳量及分配的研究结果为根系>树枝>果实>树叶>树干。可见，随树种、树龄、果园耕作制度、整形修剪技术以及苗木种植密度等经营管理方式的不同，果園生态系统碳储量及其分布均会产生较大差异。

（3）芒果园作为一种典型的农用型植被类型，其碳循环过程也会受到人类经营管理措施的影响。该研究杂草及地表凋落物碳储量仅为0.95 t/hm2，所占比例为1.04%。在实际生产过程中，随着人们对芒果园的管理，包括除草、翻耕和对果实的收获，地被杂草和果实迅速归还土壤或被带走，这二者构成了芒果园生态系统中暂时性或流动性的碳库。与传统耕作方式相比，如果合理采用增施有机肥、生草、覆盖以及少耕、免耕等保护性耕作方式，不但可以增加系统碳汇，减少碳排放，还可以改良土壤结构、提高土壤肥力、增加土壤生物多样性，从而实现农业增效与固碳效益的双赢[19-20]。因此，建议三亚地区芒果园合理套种牧草，增加果园植被覆盖度，以有效提升该类型果园生态系统草本层的固碳潜力。

（4）土壤有机碳含量是土壤肥力最重要的性状之一，被认为是土壤质量和功能的核心。农业土壤固碳对于提高和稳定作物生产力具有举足轻重的意义[21]。当前土壤碳循环研究针对森林、农田和草地生态系统的研究居多，而关于果园生态系统的研究较少。该研究结果显示，芒果园土壤层碳储量所占比例均较大，达到81.33%，这与吴志丹等[10]于福建所得研究结果类似，但远低于我国森林生态系统平均土壤碳储量[9]。三亚地区芒果园生态系统土壤碳储量仅为74.6 t/hm2，与郑良永等[6，22]的研究结果接近，属于土壤有机碳密度水平低下土壤。原因主要有2点，①海南气候湿润，且年均气温高，促使有机碳分解更快，难以贮存；②海南岛整体呈穹窿型地貌，不利于地表有机物质的积累，易被近地面水力、风力等搬迁。如果通过改善种植技术和合理管理等措施，使其达到海南岛园地土壤0～100 cm土层碳储量的平均水平（109 t/hm2）[14]，土壤层的固碳潜力可达34 t/hm2之多。

参考文献

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[5] 冯瑞芳，杨万勤，张健.人工林经营与全球变化减缓[J].生态学报，2006，26（11）：3870-3876.

[6] 郑良永，李国，庞观胜，等.海南芒果园土壤有机碳特征及影响因素研究[J].南方农业学报，2013，44（5）：784-787.