亚热带马尾松人工林,碳含量测定,与生态系统碳库的估算

1、南昌地区马尾松人工林碳含量测定与生态系统碳库的估算杨光焱学号：5601114030(南昌大学生命科学学院生物科学141班，南昌330031)【摘要】人工林是目前陆地碳汇增长最主要的媒介之一，且人工林经营对增大森 林土壤碳汇功能具有积极的作用。基于森林土壤碳清查方法对南昌大学马尾松人 工林土壤有机碳密度进行了研究。通过对南昌大学文法楼旁的马尾松人工林进行 不同深度的采样，用重铭酸钾容量法一一外加热法进行土壤有机质的测定，进行 马尾松人工林碳含量测定与生态系统碳库的估算。结果表明：马尾松人工林土壤 有机碳含量和碳密度均随土壤深度的增加而降低。【关键词】马尾松人工林；土壤有机碳；碳含量；固碳能力；重

2、铭酸钾 容量法一一外加热法 引言土壤碳固定是当前有关陆地生态系统碳循环与全球变化的地球表层过程研 究的重要优先领域。国际社会对全球农业温室气体减排的需求，驱动着土壤学对 土壤固碳容量与潜力、固碳与减排的过程与机理的前沿探索；并越来越呈现为一 个独特的土壤学新兴分支学科一一固碳土壤学。通过造林、再造林和森林管理提高陆地生态系统的碳固持已被国际社会广泛 地接受。造林对提高陆地生态系统碳汇的最直接影响是增加了植被的生物固碳 量。而土壤中的碳储量非常大，即使是造林再造林对土壤碳产生较小的改变，也会 对整个森林生态系统的净碳积累产生较大的影响。国内外人工林均存在树种单一， 特别是人工针叶纯林所占比例较大

3、，出现了生态稳定性较差和生态服务功能低等 亟待解决的问题。基于以上考虑和实验要求，本文选取南昌大学文法楼旁的马尾松人工林进行 碳含量测定与生态系统碳库的估算，为研究人工林碳含量和土壤固碳能力测定， 人工生态建设和森林管理提供依据和参考。1、材料与方法1.1、实验地点南昌大学校园马尾松纯林生态系统；南昌大学校园针阔混交林生态系统。1.2、实验所需的仪器和设备铲子、锄头、筛子、直尺、铝盒、电子天平、研钵、烘箱、滴定管、锥形瓶、 试管、烧杯、玻璃棒等主要器械1.3、实验所需的试剂及药品0.008mol L-1(1/6K2Cr2O7)标准溶液。称取经 130烘干的重铭酸钾（K2Cr2O7, GB642

4、-77,分析纯）39.2245g溶于水中，定容于1000ml容量瓶中。（2）H2SO4。浓硫酸（H2SO4，GB625-77，分析纯）。（3）0.2mol - L-1Fe SO4 溶液。称取硫酸亚铁（Fe SO4 - 7H2O, GB664-77，分 析纯）56.0g溶于水中，加浓硫酸5mL，稀释至1mL。（4）指示剂：邻啡罗啉指示剂：称取邻啡罗啉（GB1293-77，分析纯）1.485g） 与 Fe SO4 7H2O0.695g，溶于 100mL 水中。1.4、实验原理1.4.1、有机质含量的计算土壤中有机质含量可以用土壤中一般的有机碳比例（即换算因数）乘以有机 碳百分数而求得。其换算因数随

5、土壤有机质的含碳率而定。各地土壤有机质组成 不同，含碳量亦不一致，因此根据含碳量计算有机质含量时，如果都用同一换算 因数，势必造成一些误差。1.4.2、土壤有机质的测定重铭酸钾容量法一一外加热法方法原理：在外加热的条件下（油浴的温度为180，沸腾5分钟），用一定浓 度的重铭酸钾一一硫酸溶液氧化土壤有机质（碳），剩余的重铭酸钾用硫酸亚铁来 滴定，从所消耗的重铭酸钾量，计算有机碳的含量。本方法测得的结果，与干烧 法对比，只能氧化90%的有机碳，因此将得的有机碳乘以校正系数，以计算有 机碳量。在氧化滴定过程中化学反应如下：2K2Cr2O7 + 8H2SO4+3Cf 2K2SO4+2Cr2 （SO4）

6、 3+3CO2+8H2OK2Cr2O7+6FeSO4-K2SO4+Cr2 （SO4） 3+3Fe2 （SO4） 3+7H20在1mol - L-1H2SO4溶液中用Fe2+滴定Cr2O72 一时，其滴定曲线的突跃范 围为 1.22 0.85V。1.5、实验步骤（1）称取通过0.149mm（100目）筛孔的风干土样0.11g（精确到0.0001g）， 放入一干燥的硬质试管中，用移液管准确加入0.8000molL-1（1/6K2Cr2O7）标 准溶液5mL （如果土壤中含有氯化物需先加入Ag2SO40.1g），用注射器加入浓 H2SO45mL充分摇匀，管口盖上弯颈小漏斗，以冷凝蒸出之水汽。（2）将

7、810个试管放入自动控温的铝块管座中（试管内的液温控制在约170C），或将810个试管盛于铁丝笼中（每笼中均有12个空白试管）， 放入温度为185190 C的石蜡油锅中，要求放入后油浴锅温度下降至170180C左右，以后必须控制电炉，使油浴锅内始终内维持在170180C，待试 管内液体沸腾发生气泡时开始计时，煮沸5min，取出试管（用油浴法，稍冷， 擦净试管外部油液）。（3）冷却后，将试管内容物倾入250mL三角瓶中，用水洗净试管内部及小漏 斗，这三角瓶内溶液总体积为6070mL,保持混合液中（1/2 H2SO4）浓度为2 3 molL-1,然后加入2-羧基代二苯胺指示剂1215滴，此时溶液呈

8、棕红色。 用标准的0.2 mol - L-1硫酸亚铁滴定，滴定过程中不断摇动内容物，直至溶液 的颜色由棕红色经紫色变为暗绿（灰蓝绿色），即为滴定终点。如用邻啡罗啉指 示剂，加指示剂23滴，溶液的变色过程中由橙黄一蓝绿一砖红色即为终点。记取Fe SO4滴定毫升数（V）。（4）每一批（即上述每铁丝笼或铝块中）样品测定的同时，进行23个空白 试验，即取0.500g粉状二氧化硅代替土样，其他手续与试样测定相同。记取Fe SO4滴定毫升数（V0），取其平均值。1.6、数据处理方法采用SPSS 19.0软件进行分析并进行多重比较。2、结果2.1、表1.不同层次的土壤固定的有机碳量林冠位置土壤层次样品质量（

9、g）消耗FeSO4的体积（ml）有机碳(g kg-1)林冠中部0-15cm0.30816.114.9915-30cm0.33016.711.2730-45cm0.31417.29.89林冠边缘0-15cm0.30417.013.8715-30cm0.30917.411.2130-45cm0.31817.69.59林隙0-15cm0.31217.212.6415-30cm0.32217.910.4830-45cm0.31818.79.56空白对照21.202.2、土壤固碳能力的计算i表土壤层次；Ci表不同土壤层次的有机碳含量；Di表不同土壤层次的容重；d表土壤层次的厚度；S为样方面积针叶林土壤有

10、机碳量二235.07g/m2.3、采用SPSS 19.0软件进行单因素变量分析并进行多重比较马尾松人工林土壤不同层次0-15cm,15-30cm,30-45cm固定的有机碳量差异均达到极其显著（P0.001）。其中，0-15cm的土壤固碳量15-30cm的土壤固碳 量30-45cm的土壤固碳量。结果表明：马尾松人工林土壤有机碳含量和碳密度均 随土壤深度的增加而降低。表2.不同层次的土壤固定的有机碳量描述分析N均值标准差标准误均值的信区间95%置极小值极大值分量间 方差下限上限0-15cm313.83331.17543.6786310.913416.753312.6414.9915-30cm31

11、0.9867.43981253929.894112.079210.4811.2730-45cm39.6800226710.13339.569.89总数模固定型效应随机效应911.50001.94544.73220.64848244071.2261310.004610.90286.224412.995412.097216.77569.5614.994.33167表3、不同层次的土壤固定的有机碳量平均值柱形图固碳量12340-15cm 土壤固定的有机碳量平均值15-30cm 土壤固定的有机碳量平均值30-45cm 土壤固定的有机碳量平均值4土壤固定的有机碳量总平均值3、讨

12、论与分析3.1、通过对人工马尾松林的研究，发现造林对提高陆地生态系统碳汇的最直接 影响是增加了植被的生物固碳量。而土壤中的碳储量非常大，即使是造林再造林 对土壤碳产生较小的改变，也会对整个森林生态系统的净碳积累产生较大的影 响。3.2、在实验所选取的样地中，不同层次土壤固定的有机碳量呈现一定的相关度。 土壤层中因为表面有落叶腐质层的缘故，土壤中0-15cm层中含有机碳量高于 15-30cm和30-45cm层中所含的有机碳量，且在一定深度内，越深含有机碳量越 低。4、结论根据以上分析，本实验认为在一定深度范围内，马尾松人工林土壤有机碳含 量和碳密度均随土壤深度的增加而降低。然而，目前有关研究结果表明，人工林 经营管理对土壤碳固持的影响仍有相当大的不确定性。不过，在一定可控范围内， 对人工林碳含量测定与生态系统碳库的估算