2.5代杉木种子园土壤有机碳垂直分布研究

林成

摘 要：以沙县官庄林场2.5代杉木种子园为研究对象，对土壤容重、有机碳含量及储量进行了研究。结果表明：0～100cm土层，2.5代杉木种子园高中低生产区平均容重为：1.29g·cm-3、1.44g·cm-3、1.58g·cm-3；3个生产区有机碳含量大小为：高生产区>中生产区>低生产区；3个生产区有机碳储量为：184.29t·hm-2、145.80t·hm-2、164.11t·hm-2，高生产区的有机碳含量远大于其他2个生产区，但中生产区的有机碳储量小于低生产区。综合分析表明，高生产区土壤状况优于中低生产区，合理种植杉木，增加杉木的产量，有利于土壤容重的减少及有机碳含量的增加，从而提高土壤肥力，达到增产的效果。

关键词：2.5代杉木种子园；有机碳；土壤

中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）15-103-03

Abstract：This paper studies the soil bulk density，organic carbon content and organic carbon storage of the 2.5 generation of Chinese fir seed orchard in Guanzhuang state-owned forest farm in Shaxian county. The results show that，the average soil bulk density in the 0～100 cm soil layer of high、secondary、low production area in the 2.5 generation seed orchard of Cunninghamia lanceolata are 1.29g·cm-3，1.44g·cm-3，1.58g·cm-3 respectively；Soil organic carbon content in three production area are positioned as follow： high production area>secondary production area>low production area；Organic carbon storage of three production area are 184.29t·hm-2，145.80t·hm-2，164.11t·hm-2 respectively，among which organic carbon content in high production area is much greater than the other two production area，while organic carbon storage in secondary production area is less than the low production area. Comprehensive analysis shows the soil condition of the high production area is better than the other two production area. Plant Cunninghamia lanceolata reasonably to increase the production. It is conducive to decrease of the soil bulk density and increase of organic carbon content so that soil fertility and the production can be improved.

Key words：2.5 generation seed orchard；Organic carbon；Soil

森林土壤碳库占全球土壤有机碳库的70%，其细微变化都将显著影响大气中CO2的浓度[1]。森林碳库的变化循环是全球最主要的碳循环，对于维护全球生态平衡，进而维护人类社会的可持续发展具有十分重要的作用。杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方重要的造林树种之一，也是我国重要的商品材树种之一，自然分布和人工栽培都很广泛[2]。杉木生长迅速，对碳的吸收也快，对减少大气的CO2有明显的效果，因而其对于缓解全球气候变化有很大的作用[3]。福建是杉木中心产区，福建省沙县官庄国有林场始建于1975年，经营面积8 317.2hm2，森林覆盖率85.7%，蓄积量131万m3，是国家重点杉木、马尾松良种基地[4]。官庄林场通过选择优良杉木个体建立了2.5代种子园，2.5代杉木种子园建设面积为7.4hm2。对杉木种子园的研究中，前人的研究集中在养分周转、N沉降等方面[6-7]，对土壤有机碳研究甚少。本文对2.5代杉木种子园土壤容重、有机碳、有机碳储量垂直分布特征展开研究，旨在为本地区碳循环的深入研究提供科学依据。

1 研究地概况

试验地设立于福建省沙县官庄林场池村工区2林班14大班3小班，位于东经117°43′39″，北纬26°32′15″，海拔200m。该区属中亚热带季风气候，四季温暖适中，日照充足，年平均气温18.8～19.6℃，年平均降水量1 606～1 650mm，无霜期271d。该试验地1997年2月定砧，1999年3月嫁接。该区土壤为山地红壤。根据杉木生长结实的情况，在官庄林场杉木2.5代种子园设置高、中、低3种生产小区，每种生产小区设置20×20m的标准地。各个生产小区的情况见表1。

2 研究方法

2.1 土壤样品采集 在各标准地按“S”形选择3个土壤剖面，每个土壤剖面取0～10cm、10～20cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm6个土层挖取鲜土，带回实验室后去除石砾和根系，自然风干后粉碎、研磨，过100目筛用于有机碳的测定。同时用铝盒取土，每层重复3个，用环刀法测定土壤的容重。

2.2 测定方法 有机碳（soil organic carbon，SOC）采用浓硫酸-重铬酸钾外加热法测定。土壤有机碳储量的计算公式为：Ci=di×Oi×ρi×0.1。式中，i为土壤不同层次，C为土壤有机碳储量（t·hm-2），d为土层厚度（cm），O为土壤有机碳含量（g·kg-1），ρ为土壤容重（g·cm-3）。

2.3 数据处理与分析 所有数据统计分析均基于SPSS 17.0软件完成，采用单因素方差分析（ANOVA）检验容重、有机碳深度垂直变化的显著性，数据汇总和作图由Excel软件完成。

3 结果与分析

3.1 不同生产小区土壤容重比较 土壤容重大小可以反映出土壤的透水性、通气性及疏松程度，并影响其他土壤肥力因素和植物生长状况。容重大小与有机碳大小有直接的关系，并受到森林凋落物、树根以及依存于森林植被下特殊生物群的影响。有机质和腐殖质一般都集中在土壤表层，随着土层的加深，其含量逐渐减少，因此，随着土层深度的增加土壤容重逐渐增加[8]。从图1可以看出，3个生产小区，随着土层深度的增加容重均呈现出增加的规律，土壤状况均为上松下紧。0～100cm土层，2.5代杉木种子园高中低生产区平均容重为：1.29g·cm-3、1.44g·cm-3、1.58g·cm-3，高生产区到中生产区容重增加了11.88%，而到低生产区增加了22.86%，这是因为高生产区林分密度大于其他2个生产区，森林凋落物、树根等大大降低了容重，改善了土壤物理性质。0～10cm，高生产区土壤容重分别为中、低生产区容重的0.91、0.92倍，其他土层容重均表现为高生产区<中生产区<低生产区，土层越深，中生产区容重趋向于低生产区，这也反映出中低生产区土壤状况趋同。

3.2 不同生产小区土壤有机碳 土壤有机碳含量取决于2个因素：一是土壤有机碳的矿化消耗和腐殖化积累；二是以枯枝落叶和死亡根系等凋落物形式归还到土壤中的有机物质的数量，有机碳含量是进入土壤的植物残体量及在微生物作用下的平衡结果[9]。

从表2可以看出，不同生产小区土层有机碳含量是不同的：0～100cm土层，3个生产区有机碳含量为：100.98g·kg-1、77.94g·kg-1、74.10g·kg-1，高生产区的有机碳含量远大于其他2个生产区。从不同土层来看，高生产区有机碳含量均大于其他2个生产区，在0～10cm、10～20cm、60～80cm、80～100cm这4个土层，高生产区有机碳含量与其他2个生产区有显著差异（P<0.05），而中低生产区有机碳含量差异不显著，在10～20cm、60～80cm2个土层，中生产区的有机碳含量出现小于低生产区有机碳含量的现象，这可能是由于根系作用的影响。

4 结论与讨论

（1）0～100cm土层，2.5代杉木种子园高中低生产区平均容重为：1.29g·cm-3、1.44g·cm-3、1.58g·cm-3，植物凋落物和根系可以大大减小土壤容重。

（2）从全土看，3个生产区有机碳含量大小为：高生产区>中生产区>低生产区。从不同土层来看，高生产区有机碳含量均大于其他2个生产区，而在10～20cm、60～80cm2个土层，中生产区的有机碳含量出现小于低生产区。

（3）从全土看，3个生产区有机碳含量为：184.29t·hm-2、145.80t·hm-2、164.11t·hm-2，高生产区的有机碳含量远大于其他2个生产区，但中生产区的有机碳储量小于低生产区。

（4）对于杉木种子园经营上，以高生产区的土壤状况最优，所以人工合理增加杉木的种植以促进形成高生产区，这不仅有利于植物生产，增加产量，也有利于土壤有机碳储存，能成为较好的碳汇，为全球碳吸存做出贡献。

参考文献

[1]Post W M，Peng T H，Emanuel W R，et al.The global carbon cycle[J].American Scientist，1990，78：310-326.

[2]王毅.杉木种质资源收集、保存与评价研究[D].福州：福建农林大学，2007.

[3]蔡祖凯.氮沉降对杉木人工林土壤有机质含量及纤维素酶活性的影响[D].福州：福建农林大学，2010.

[4]福建省沙县官庄国有林场杉木、马尾松种植基地简介[EB/OL]. [2013-03-18].http：//211.103.250.141/zm/subsite/6848/6861/56399. html.

[5]许鲁平.第3代杉木种子园产量与土壤微生物关系的研究[J].南昌工程学院学报，2013，32（4）：38-41.

[6]房焕英，刘文飞，袁颖红，等.杉木第3代种子园母树和土壤营养元素分析[J].福建林业科技，2013，40（1）：70-74.

[7]刘文飞，樊后保，杨跃霖，等.氮沉降对杉木人工林凋落物微量元素含量的影响[J].福建林学院学报，2007，27（4）：322-327.

[8]杨弘，李忠，裴铁瑶，等.长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质[J].应用生态学报，2007，18（2）：272-276.

[9]Jobbagy E G，Jackson R B.The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation[J]. Ecology Apply，2002，10（2）：423-436.

（责编：张宏民）