海南儋州橡胶林生态系统碳贮量及分布规律研究

1、 海南儋州橡胶林生态系统碳贮量及分布规律研究 郑中兵 王 旭 周兆德 杨 怀（1海南大学“211工程”建设办公室 海南海口 570228;2海南大学环境与植物保护学院 海南儋州 570228;3海南大学 海南海口 570228)Summary 橡胶林生态系统碳贮量主要由土壤层、枯枝落叶层、林下植被层和乔木层组成。对海南儋州6个龄级（5、10、15、20、25、30年生）橡胶林样地的土壤层(0 cm-20 cm，20 cm-40 cm，40 cm-60 cm，60 cm-80 cm，80cm-100 cm)、林下植被层、枯枝落叶层和乔木层样品进行了调查、采样，并对其有机碳含量进行室内测试分析，初

2、步探得海南儋州橡胶林生态系统总碳贮量为851.3 t/hm2,碳贮量土壤层(536.9 t/hm2)乔木层(306.8 t/hm2)枯枝落叶层(4.4 t/hm2)林下植被(3.2 t/hm2)。5、10、15、20、25、30年生橡胶林生态系统碳贮量在(75. 7-152.7)t/hm2之间变化，呈“双峰”趋势。Keys 橡胶林；生态系统；碳贮量；规律；研究中图分类号S794.1橡胶林是重要的热带人工林生态系统，在维持森林生态系统C平衡中具有重要作用，它的C库主要就是生物活的有机体及其收获的中间产品（如橡胶）。50a来中国橡胶林已累计固定C02达到11292万t，释放02达8 212万t，对

3、短期内缓解大气的温室效应发挥了巨大作用。Zhang等研究表明，在产胶盛期(26年林龄)橡胶林土壤总有机碳和活性有机碳量都处于割胶期最低水平而且停止割胶若干年后(40年林龄)土壤总有机碳含量仍处于较低水平。因此，通过对海南儋州橡胶林生态系统的土壤有机碳、林下植被有机碳、枯枝落叶有机碳、乔木层有机碳等的动态变化及分布规律研究，以期为橡胶林生态系统有机碳的动态分布和全面合理地评价橡胶林地生产力的持续发展提供科学依据，对客观评价橡胶林生态系统结构与功能，实现橡胶林生态系统可持续发展缓解全球气候变暖等方面具有重要理论和实践意义。1 材料与方法样地地形囊括了缓坡地、台地等各主要种植橡胶林的地形。因此，对这

4、些调查样地的全面调查采样及分析具有广泛、典型的代表性，能基本反映海南儋州橡胶林生态系统的碳贮量及分布规律。1.1 调查地概况海南省儋州市位于海南省西部，是海南橡胶的主要种植区域，属典型热带海岛季风气候区，一年分干湿两季5-10月是湿季，11月一翌年4月是干季。年均温(21. 5-28.5)，全年日平均气温10的积温为(8 5009 100)：太阳辐射116千卡c2，年日照2 100 h：历年平均降雨量为1607 mm，主要分布在7、8、9三个月，占全年降雨量的70%以上；年平均相对湿度83%。常风年均风速(2-2.5)m/s。调查样地区土壤为花岗岩砖红壤，土层厚度约lOOcm，多为砂粘壤土，p

5、H值4.5-5.5，有机质含量中等，富钾而缺磷。1.2调查样地设置调查样地包括了儋州两院沙田、儋州西庆农场l队、儋州西联农场赤卫队、儋州西联农场洛南分场八一站、儋州南辰农场六队、儋州西华农场13队等6个样地、6个林龄（5年、10年、15年、20年、25年和30年生）的橡胶林（详见表1）。地面积为30m40m=1200m2。在儋州6个不同地点分别选取6个不同龄级的代表性样地，分别记录样地坐标、坡度、坡位、海拔高度、土壤状况等，调查了林下植被生物量、凋落物生物量等，并进行了样品的采集。1.3 主要研究内容、方法1.3.1 调查样地设置方法及需记录的样地各项指标采用样方调查法，对橡胶林样地进行调查1

6、.3.2具体研究内容与方法 土壤样品采集调查采用分层抽样法。本次将土壤的采样分为5个层次：0 cnr20 cm，20 cnr40 cm，40 cnr60 cm，60 cnr80 cm，80 cm-100 cm同时采用环刀法测定壤容重。枯枝落叶收集在每个样地内布设5个0.50.5 m的小样方用塑料袋分别收集样方内凋落物，称重，然后取样。野外带回的凋落物要及时称湿重，打开袋口摊开尽快风干，以防霉烂在85烘箱中烘干至恒重，进行有机碳含量后的分析。林下植被层样品采集橡胶林内的植被比较简单，大多为草本植物，灌木极少。因此，6个林龄的样地均采用调查5个(22) rn2小样方的方法，记载植物种名、均高、株数

7、、盖度等参数。林下植被生物量测定：包括高度在1.5m以下乔木的幼苗、幼树、灌木，以及草本植物层，采用皆伐和全挖的方法测定(11) m2的小样方3个，分别测定林下植被地上部分和地下部分的生物量，并取样进一步分析C等指标。橡胶树乔木层生物量调查6个林龄均进行生物量的调查：调查面积为1200 m2，测定的指标有胸径(D)、树高(H)、枝下高、树冠冠幅、生长状况等，同时记录地理坐标、采样时间、地点、采样人、天气情况等。有机碳分析测试方法土壤样品分析测试方法：将土壤样品带回实验室，采用烘干法测定土壤的含水量。土壤经风干处理后过0. 25 mm筛采用低温外热重铬酸钾氧化一比色法测定土壤有机碳含量(即GB7

8、857-87)。植物样品分析测试方法：植被及凋落物植物样品经过风干后，装进牛皮纸袋放到恒温干燥箱85下烘干至恒重，密封或稍后磨碎、过筛等制样处理，而后进行有机碳含量的分析。植被及凋落物的有机碳测定参照土壤有机碳测定方法。有机碳贮量计算土壤碳贮量SOC=CiRiDiSi(卜Gi) *lOOOO/Si计算。SOC为土壤有机碳贮量(thm2)；Ci为第i层土壤的有机碳含量(g/kg)；Ri为第i层土壤容重(tm3)；Di为第i层土层厚度(m)；Si为面积(mz)；Gi为第i层土体中的砾石含量系数。砾石含量用筛分法测定（只测定直径2 cm的砾石，当砾石含量小于10%时可以忽略不计）。用土壤剖面中的有机

9、碳储量为基数计算整个样地的土壤有机碳储量。林下植被、枯枝落叶层碳贮量采用测定生物量来估算其碳贮量的方法。根据周再知的研究结果，用其乔木层生物量的数学模型InW=2. 402 05 InG-4. 580 31估算乔木层的总生物量。以此来估算橡胶林乔木层的碳贮量。1.3.3数据处理原始数据的合成、统计计算以及图表制作使用Microsoft Office 2003软件处理；方差分析、主成份分析、多元回归分析采用统计分析系统软件SAS 8.0处理。2 结果与分析2.1 儋州橡胶林土壤有机碳贮量分布规律2.1.1 儋州橡胶林土壤的物理性质 土壤容重土壤容重是土壤物理性质的一个重要指标容重大小反映出土壤透

10、水性、通气性和根系伸展时的阻力状况。由土壤碳库的计算公式可知：在其他因素一致的情况下其土壤碳储量与土壤容重成正比。土壤容重随深度增加略有增加。用Duncan法进行多重比较。在a=0. 05水平下，同列中标有不同大写字母表示差异显著相同大写字母表示差异不显著：在a=0. 01同列中标有不同大写字母表示差异达极显著，相同大写字母表示差异不显著。以下均同。如表2：从不同调查样地看，儋州橡胶林土壤容重排列顺序为：西联农场赤卫队西联农场南辰农场西华农场13队两院西庆农场其变化范围：(1. 6-1.7)g/cm3。从来自www.Lw5U.com林龄看，儋州橡胶林土壤容重排列顺序为：15年25年30年5年2

11、0年10年。从分异程度来看，西联农场赤卫队橡胶林土壤容重分布变异最大，而两院橡胶林土壤容重分布变异最小。如表3所示，儋州不同土壤层次橡胶林土壤容重排列顺序为：(80-100 )cm(60-80) cm(40-60)cm (20-40) cm (0-20) cm其变化范围：(1.5-1.7)glcm3。从分异程度来看，(80-100) cm层土壤容重分布变异最大，而(0-20) cm,层土壤容重分布变异最小。 土壤含水率土壤水分是森林土壤的一个重要性状，它的供应情况在一定程度上控制了林木的生长及土壤中物质的转化和代谢过程，是森林土壤主要肥力因素之一。它受气象、植被、土壤理化性质及人为经营措施的影

12、响不论何种林分及土壤层次，其含水量的变化都与大气降水密切相关。如表4：从不同调查样地看，儋州橡胶林土壤容重排列顺序为：两院南辰农场西联农场西庆农场西联农场赤卫队西华农场13队，其变化范围：(13. 6-24.3)%。从林龄看，儋州橡胶林土壤容重排列顺序为：20年30年25年10年15年5年。从分异程度来看，西联农场橡胶林土壤容重分布变异最大，而南辰农场橡胶林土壤容重分布变异最小。如表5所示，儋州不同土壤层次橡胶林土壤容重排列顺序为：(60-80) cm (40-60)cm (80-100) cm(20-40)cm (0-20)cm，其变化范围：(15. 4-19.8)%。从分异程度来看，(0-

13、20) cm层土壤容重分布变异最大而(20-40) cm层土壤容重分布变异最小。2.1.2儋州橡胶林土壤有机碳贮量如表6所示：从调查样地看，儋州橡胶林土壤有机碳贮量的大小排列顺序为：西联农场赤卫队西联农场南辰农场西庆农场两院西华农场13队其变化范围：（13. 0-24.6）thm2。从林龄看，儋州橡胶林土壤有机碳含量的大小排列顺序为：15年25年30年10年20年5年。从分异程度来看，西庆农场橡胶林土壤有机碳含量分布变异最大，而南辰农场橡胶林土壤有机碳含量分布变异最小。2.1.3不同层次的橡胶林土壤有机碳贮量如表7所示：不同土壤层次的有机碳贮量的大小排列顺序为：(0-20) cm(20-40)

14、 cm(40-60)cm(60-8 )cm(80-100)cm，其变化范围为：(12. 5-26.1) t/hm2。从分异程度来看(40-60) cm层土壤有机碳贮量变异系数最大，而(80-100) cm层土壤有机碳贮量分布变异最小。2.2儋州枯枝落叶层碳贮量如表8所示：儋州橡胶林枯枝落叶层碳贮量的大小排列顺序为：两院西联农场西华农场13队西庆农场西联农场赤卫队南辰农场其变化范围为：(0. 4-1.O)t/hm2。从林龄看，儋州橡胶林枯枝落叶层碳贮量的大小排列顺序为：20年25年5年10年15年30年。从分异程度来看，两院橡胶林枯枝落叶层碳贮量的变异系数最大，而西庆农场橡胶林枯枝落叶层碳贮量的

15、变异系数最小。2.3.2儋州橡胶林林下植被层碳贮量分布规律如表9所示：从调查样地看，儋州橡胶林林下植被总碳贮量按大小排列顺序为：西华农场13队西联农场赤卫队西庆农场西联农场两院南辰农场，其变化范围为：(0. 2-0.8)t/hm2。从林龄看，儋州橡胶林林下植被总碳贮量按大小排列顺序为：5年15年10年25年20年30年。从分异程度来看，南辰农场橡胶林林下植被总碳贮量分布变异最大，而西庆农场橡胶林林下植被总碳贮量分布变异最小。2.4海南岛儋州橡胶林乔木层碳贮量如表10所示：从调查样地看，儋州橡胶林乔木层碳贮量按大小顺序排列为：西联农场西联农场赤卫队南辰农场两院西庆农场西华农场13队，其变化范围为

16、：(9. 2-90.7)t/hm2。从林龄看，儋州橡胶林乔木层碳贮量按大小顺序排列为：25年15年30年20年10年5年。从分异程度来看，两院橡胶林乔木层的碳贮量分布变异最大，而西联农场橡胶林乔木层的碳贮量分布变异最小。2.5海南儋州橡胶林生态系统碳贮量及分布规律如表11所示，橡胶林生态系统碳贮量由土壤层、枯落落叶层、林下植被层和乔木层组成，平均为212.8 t/hm2,碳贮量依次为：土壤层乔木层枯落落叶层林下植被层，乔木层和土壤层的碳贮量占整个生态系统碳贮量的99.1%其中土壤层的碳贮量高于乔木层。由表11，图l、图2可知，海南儋州橡胶林生态系统总碳贮量为851.3 t/hm2其变化大致呈“

17、双峰”趋势从5年林龄到15年林龄呈现逐步上升的趋势在15年林龄形成第一个“峰”，而后在20年林龄时下降，在25年林龄时上升，形成第二个“峰”在30年林龄时下降的趋势。土壤总碳贮量为536.9 t/hm2,变化趋势大致呈“单峰”趋势，从5年林龄到15年林龄一直上升的趋势，到15林龄时达最大而后呈现下降的趋势；乔木层碳贮量为306.8 t/hm2的变化大致呈“双峰”趋势，从5年林龄到15年林龄呈现逐步上升的趋势，在15年林龄形成第一个“峰”而后在20年林龄时下降，在25年林龄时上升，形成第二个“峰”，在30年林龄时下降的趋势；枯枝落叶层总碳贮来自wwW.lW5u.coM量为4.4 t/hm2，其变

18、化趋势是枯枝落叶层碳贮量与林龄大致呈“反比”关系从5年林龄到15年林龄呈现下降趋势，而后在20林龄时急剧上升，在20林龄时达最大值，从20林龄到30林龄呈现下降趋势，在30林龄达最小值；林下植被总碳贮量为3.2 t/hm2，其变化趋势是林下植被层碳贮量与林龄大致“反比”关系，从5年林龄到10年林龄呈现下降趋势，而后在15林龄时缓慢上升，在20林龄时下降趋势，到25年林龄时缓慢上升，到30年林龄时下降，达最小值。Reference1.Zhang M. Fu XH, Feng WT, et al.Soil organic carbonin pure rubber and tea-rubber plantations in south-western C