吉林省森林土壤碳汇功能研究

张立民，陈 广，吕梦燕，毛 赫，王晓娜, 任 军

(1.吉林省林业科学研究院，吉林 长春 130033；2.洮南市国有林总场永茂保护站，吉林 白城 137100)

近年来，全球气候变化及其对人类生存环境的影响，倍受国际社会的普遍关注，已成为举世瞩目的重大科学、生态和环境保护问题。全球气候变化的主要因素是温室气体的增加，而CO2作为主要的温室气体,其含量的变化对全球气候变化起到重要作用[1，2]。

陆地生态系统的主体是森林，陆地上最大的储碳库是森林，森林生态系统碳储量约占陆地生态系统碳储量的56 %[3]。对于维持全球碳循环、减缓CO2浓度升高速率等方面，森林具有重要作用[4]。评估森林生态系统碳储量，主要包括森林植被、土壤和枯落物三部分的碳储量，其中对森林土壤碳储量的评估对于森林生态系统碳储量评价至关重要。为掌握吉林省森林土壤的碳汇状况，本文对吉林省森林土壤的碳储量和固碳能力进行了研究。

1 材料和方法

1.1研究区概况

吉林省位于中国东北的中部，地理位置40°52′～46°18′N、121°38′～131°19′ E，面积1 874 hm2。年平均气温2～6 ℃，年降水量400～900 mm，自东向西呈明显的湿润、半湿润和半干旱气候。森林分布多集中于东部山区和中东部低山丘陵区。森林起源多为天然林[5]。地理位置独特，森林资源丰富，是全国重点林业省份之一。

1.2研究方法

1.2.1样地选择

根据吉林省林地特征划分为31个类型(包括各类型乔木林分、灌木林、未成林地、宜林地、沼泽湿地等)，在全省范围内选择23个具有代表性的县(市)、森工局(或森林经营局)进行采样。在各采样单位内选择所属范围内分布的总面积在5 hm2以上的各林分类型为对象，在其典型林分内设置样地，按照典型选样的方法，在幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林中各设置2块样地。

1.2.2土样采集

在每个样地中设置2个5 m×5 m样方，在每个样方内，选取有代表性的位置挖掘土壤剖面，剖面规格为宽度 0.5～0.8 m，深度为60 cm或到达母质层止。

先移除剖面的枯枝落叶层部分，然后分别在每个剖面的0～30 cm、30～60 cm位置，避开岩石和粗根，用环刀取土后移至土壤铝盒内和密封袋内，采集的土壤样本带回实验室分析、测定土壤容重和有机碳含量。

1.3数据统计

1.3.1土壤容重

将用于测定土壤容重的样本置入烘箱内，在105 ℃恒温条件下连续烘干24 h，取出样品，称总重量(Mt)，用2 mm土壤筛分离直径2 mm以上石砾以及粗大有机物(如根等)，分别记录石砾重(Mp)和根重(Mo)。参照公式(1)计算土壤容重。

(1)

式中：Dm为土壤容重/t·m-3；Mt为土壤总质量/g；Mp为石砾质量/g；Mo为有机质质量/g；Vt为总体积/cm3。

1.3.2土壤有机碳

采用重铬酸钾—硫酸氧化法测定土壤有机碳，参照公式(2)计算土壤有机碳浓度。

(2)

式中：SOC为土壤有机碳浓度/%；V0为滴定空白试验时所用去FeSO4毫升数/mL；V为滴定样品时所用去的FeSO4的毫升数/mL； 0.8000为1/6 K2Cr2O7标准溶液的浓度/mol·L-1； 5.0 为1/6 K2Cr2O7标准溶液的体积/mL； 0.003为1个毫克当量碳的克数/g；M为烘干土重量/g； 1.1为氧化校正系数。

2结果和分析

2.1吉林省森林土壤总碳储量

通过对采集的土壤样本的测试化验及数据的分析、计算，吉林省森林土壤总碳储量为10.21亿t。其中，有林地土壤碳储量为9.63亿t，占全省森林土壤总碳储量的94.29 %；疏林地、灌木林地(含未成林地)、宜林地、沼泽地土壤碳储量及占全省森林土壤总碳储量比例详见表1。

表1 吉林省森林土壤碳储量

2.2吉林省各地区森林土壤碳储量分布格局

2.2.1各地区森林土壤碳储量

吉林省森林土壤总碳储量中，东部山区吉林、通化、白山和延边4个地区之和占全省森林土壤总碳储量的88.42 %。其中，延边、吉林、白山、通化、白城、松原、四平、长春、辽源和长白山地区土壤碳储量和所占全省比例详见图1、表2。

图1 吉林省各地区森林土壤碳储量占全省百分比

表2 吉林省各地区森林土壤碳储量分配表

注：表中“林地总面积”包括有林地面积、灌木林面积、疏林地面积、未成林地面积、宜林地面积和沼泽地面积。

2.2.2 各地区森林土壤碳密度

各地区中，森林土壤碳密度的排序依次为白山>吉林>长白山>延边>通化>辽源>长春>四平>松原>白城。其中，白山、吉林、长白山、延边和通化5个地区高于全省森林土壤碳平均密度，而通化地区的森林土壤碳密度与全省森林土壤碳平均水平非常接近；辽源、长春、四平、松原和白城5个地区低于全省森林土壤碳平均密度，详见表2、图2。

图2吉林省各地区森林土壤碳密度比较

Fig.2 Comparison of forest soil carbon density in the regions of jilin Province

2.3吉林省森林土壤固碳能力

吉林省森林土壤年固碳量为409.95万t，各林分类型土壤年固碳量排序为阔叶混>针阔混>蒙古栎林>落叶松林>杨柳林>其他林地>针叶混>樟子松林>红松林>桦树林>云冷杉林>硬阔林，详见表3。

表3 吉林省森林土壤年固碳

3 讨论和建议

3.1 讨论

3.1.1 评估的不确定性

吉林省在森林土壤有机质循环方面的研究基础比较薄弱，特别是由于吉林省气候、森林类型、土壤类型复杂多样以及基础数据积累不足且系统性较差，因此在区域尺度上的研究仍存在较大的不确定性。森林分布广泛，各剖面点的数据对当地具有多大的代表性也需要考虑。这样依据较少的数据得出的全省森林土壤有机碳储量分布和影响因子等结果不可避免地带有很大的不确定性。

3.1.2 吉林省森林土壤碳储量在全国的地位

我国森林土壤碳储量为112.6亿t，吉林省森林土壤碳储量为10.21亿t，占全国土壤碳储量的9.07 %。全国第七次森林资源清查数据显示，吉林省森林面积仅占全国森林面积的4.2 %，以此可以看出，同样森林面积，吉林省的森林土壤碳密度更大，森林在全国范围内具有较强的碳储功能，在全国森林碳储量中扮演着重要的角色。

3.2 建议

吉林省东部长白山区，由于人口密度较低，对森林的干扰强度相对较小，加之水分条件较好，森林具有较高的碳密度。吉林省西部松花江平原地区是吉林省主要农业区域，人口密度大，长期受人为活动的干扰，许多原生植被破坏严重，加之西部地区的降水量明显少于东部地区，导致西部地区的碳储量和碳密度较低。因此，结合目前正在实施的天然林资源保护工程、退耕还林工程进行森林植被保护、退化森林生态系统恢复重建，能促进吉林省森林土壤碳汇功能显著增加。