趙牧秋　史云峰

摘要[目的]研究三亞地區(qū)芒果園生態(tài)系統(tǒng)各組分的生物量、碳含量、碳儲(chǔ)量及其分布特征。[方法]分別應(yīng)用平均木法、樣方收獲法和分層取樣法采樣，并測(cè)定芒果園生態(tài)系統(tǒng)喬木層、草本及凋落物層和土壤層生物量及碳含量，計(jì)算其碳儲(chǔ)量。[結(jié)果]三亞地區(qū)芒果園生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量為91.72 t/hm2，其中喬木層、草本及凋落物層和土壤層碳儲(chǔ)量分別為16.17、0.95和74.60 t/hm2，分別占總碳儲(chǔ)量的17.63%、1.04%和81.33%；喬木層各器官碳儲(chǔ)量大小為樹(shù)葉>樹(shù)枝>樹(shù)根>樹(shù)干>果實(shí)；隨土壤層深度的增加，碳儲(chǔ)量逐漸降低。[結(jié)論]三亞地區(qū)芒果園生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力較大；系統(tǒng)碳儲(chǔ)量主要位于土壤層，喬木層碳儲(chǔ)量以樹(shù)葉和樹(shù)枝較多，草本及凋落物層碳儲(chǔ)量較低。

關(guān)鍵詞芒果園；碳儲(chǔ)量；生物量；三亞地區(qū)

中圖分類號(hào)S718文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）04-01088-03

基金項(xiàng)目海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（312101）；海南省基金配套項(xiàng)目（2013PT24）；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201211100087）。

作者簡(jiǎn)介趙牧秋（1983- ），女，滿族，遼寧沈陽(yáng)人，副教授，博士，從事農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究。*通訊作者，副教授，博士，從事土壤肥力與養(yǎng)分循環(huán)研究。

芒果（Mangifera indica L.）屬于漆樹(shù)科芒果屬，為常綠大喬木，其果實(shí)肉質(zhì)細(xì)膩，風(fēng)味獨(dú)特，營(yíng)養(yǎng)豐富，深受人們喜愛(ài)，素有“熱帶果王”之譽(yù)稱[1]。目前全世界約有87個(gè)國(guó)家和地區(qū)栽培芒果，橫跨南、北緯30°以內(nèi)地區(qū)均有栽培[2]。我國(guó)芒果種植區(qū)域主要分布于臺(tái)灣、海南、廣西、廣東、云南、四川、福建以及貴州等?。▍^(qū)）的熱帶、亞熱帶地區(qū)。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，2013年全國(guó)芒果種植面積不低于13萬(wàn)hm2（不含臺(tái)灣），其中種植面積最大的是海南省[3]。三亞是“中國(guó)芒果之鄉(xiāng)”，芒果是該市第一大熱帶水果產(chǎn)業(yè)，三亞市芒果種植面積近2萬(wàn)hm2，產(chǎn)量超過(guò)25萬(wàn)t。國(guó)內(nèi)外對(duì)芒果園生態(tài)系統(tǒng)研究的報(bào)道很多，但大多集中于對(duì)果園土壤、植株養(yǎng)分系統(tǒng)變化和需求進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的養(yǎng)分平衡施肥模式，對(duì)果園水分、溫度等氣候因素控制以提高果品和產(chǎn)量的研究亦有零星報(bào)道[4]。

在日益增加的溫室氣體排放引起全球氣候變化的大背景下，固碳增匯已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展關(guān)注的焦點(diǎn)。《京都議定書》中將造林、再造林和森林管理等活動(dòng)作為清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目，人工林的碳匯作用被認(rèn)為是減緩全球氣候變化的一種可能機(jī)制和最有希望的選擇而成為核心內(nèi)容[5]。果園生態(tài)系統(tǒng)作為一種特殊的經(jīng)濟(jì)林類型，在碳匯中起到了一定的作用[6]。但目前關(guān)于固碳的研究主要集中在森林生態(tài)系統(tǒng)的植物固碳和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的土壤固碳2個(gè)方面。由于果園碳循環(huán)及其過(guò)程受地理、氣候條件，特別是周期性經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的影響而十分復(fù)雜，因此關(guān)于果園生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的有關(guān)報(bào)道較少。該研究以三亞芒果園生態(tài)系統(tǒng)為例，探討其碳儲(chǔ)量及分布特征，以期為海南省森林生態(tài)系統(tǒng)固碳研究乃至我國(guó)經(jīng)濟(jì)林碳匯研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1研究地區(qū)與研究方法

1.1研究地概況試驗(yàn)地位于海南省三亞市荔枝溝（18°09′～18°37′ N、108°56′～109°48′ E），屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，全年無(wú)霜雪，年平均氣溫25.7 ℃，相對(duì)濕度70%～80%；氣溫最高月為6月，平均28.7 ℃；氣溫最低月為1月，平均21.4 ℃；全年日照時(shí)間2 534 h，年平均降水量1 347.5 mm[7]。土壤由不同母質(zhì)發(fā)育而成的磚紅壤為主，土層平均厚度在100 cm以上。試驗(yàn)園區(qū)為樹(shù)齡8 a的芒果園，品種為臺(tái)農(nóng)一號(hào)芒，果樹(shù)種植密度為625株/hm2（株間距離4 m×4 m），產(chǎn)量平均為33.4 kg/株。調(diào)查時(shí)（2013年3月）平均株高2.83 m，平均基徑13.68 cm，平均冠幅3.09 m×3.13 m，單株生物量為56.92 kg。果園雜草主要有千金子（Leptochloa chinensis）、牛筋草（Elensine indica）、馬唐草（Digitaria sanguinalis）、狗牙根（Cynodon dactylon L.）等。

1.2研究方法

1.2.1植物樣品采集及碳含量測(cè)定。按照典型選樣原則，在芒果園中選擇立地條件相近，面積為20 m×20 m的3塊標(biāo)準(zhǔn)地，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，測(cè)得樹(shù)高、冠幅、基徑，對(duì)各因子統(tǒng)計(jì)分析后求得平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。以平均值為基礎(chǔ)選擇平均木3株調(diào)查生物量，地上部分分樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、果實(shí)測(cè)其鮮重，地下部分采用全根挖掘法測(cè)定其鮮重，之后取樣烘干測(cè)定含水率，計(jì)算干重生物量，并磨粉測(cè)定植物樣品碳元素含量。對(duì)于林下草本及凋落層，采用對(duì)角線法在每個(gè)樣地選擇3個(gè)1 m×1 m樣框，地面部分收集凋落物，并采用齊地刈割法收集地被雜草，地下部分采用全根挖掘法收集根系，并分別測(cè)定其鮮重、含水率和碳元素含量。

植物樣品采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定其有機(jī)碳含量[8]。

1.2.2土壤樣品采集及碳含量測(cè)定。在標(biāo)準(zhǔn)樣地中設(shè)置3個(gè)代表性采樣點(diǎn)，分別按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm分層采集土壤樣品，并把同一層次土壤按重量比例混合，帶回實(shí)驗(yàn)室于室內(nèi)自然風(fēng)干和粉碎，測(cè)定其有機(jī)碳含量。同時(shí)用環(huán)刀（100 cm3）采集各層土壤的原狀土，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤容重。

土壤樣品采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定其有機(jī)碳含量[8]。

1.2.3數(shù)據(jù)計(jì)算與處理。

植被層碳儲(chǔ)量=∑（植被層各組分生物量×各組分碳含量）；

土壤層碳儲(chǔ)量=土壤容重×面積×采樣深度×土壤有機(jī)碳含量；

數(shù)據(jù)的處理及分析應(yīng)用Excel 2007和SPSS 17.0等統(tǒng)計(jì)分析軟件完成。

2結(jié)果與分析

2.1喬木層碳儲(chǔ)量及其分布特征從圖1可以看出，芒果樹(shù)各器官碳含量在441.7～471.3 g/kg，同一器官組分變異系數(shù)在1.80%～4.11%，碳含量基本符合45%～50%這個(gè)轉(zhuǎn)換率[9]。和其他器官比較，樹(shù)干的碳含量最高，這與其他果園生態(tài)系統(tǒng)的研究結(jié)果基本一致[10]，也與用材林的研究結(jié)果相近[11-12]。除樹(shù)葉的碳含量較低以外，其他各器官碳含量均在450 g/kg以上。總體而言，芒果園生態(tài)系統(tǒng)喬木層各器官碳含量大小順序?yàn)椋簶?shù)干>樹(shù)枝>樹(shù)根>果實(shí)>樹(shù)葉。

圖1芒果園生態(tài)系統(tǒng)喬木層碳含量根據(jù)喬木層各器官碳元素含量及生物量計(jì)算出喬木層各部分碳儲(chǔ)量及其所占比例列于表1。從表1可以看出，芒果園生態(tài)系統(tǒng)喬木層生物量總量為35.52 t/hm2，碳儲(chǔ)量總量為16.17 t/hm2。從生物量和碳儲(chǔ)量在芒果樹(shù)各器官中的分配來(lái)看，樹(shù)葉所占比例最大，分別占生物量和碳儲(chǔ)量的30.46%和29.56%；其次為樹(shù)枝，分別占生物量和碳儲(chǔ)量的26.32%和26.78%；果實(shí)最低，僅分別占生物量和碳儲(chǔ)量的10.45%和10.38%?？傮w來(lái)講，芒果園生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳儲(chǔ)量在芒果樹(shù)各器官中大小均為樹(shù)葉>樹(shù)枝>樹(shù)根>樹(shù)干>果實(shí)。

2.2草本層及凋落物層碳儲(chǔ)量及其分布特征由于調(diào)查芒果園草本及凋落物數(shù)量不多，因此在測(cè)定和統(tǒng)計(jì)過(guò)程中未進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分，僅分為地上、地下草本層和凋落物層3部分，各部分生物量、碳含量及碳儲(chǔ)量參見(jiàn)表2。由表2可知，草本層地上部分、地下部分和凋落物層的生物量范圍在0.58～0.82 t/hm2之間，總量為2.16 t/hm2，其中草本層地上部分與凋落物層生物量接近，略高于草本層地下部分。凋落物層由于含有部分木本植物成分，碳含量接近喬木層；草本層地下部分碳含量略高于地上部分。芒果園生態(tài)系統(tǒng)草本及凋落物層碳儲(chǔ)量總量為0.95 t/hm2，各部分碳儲(chǔ)量大小分別為草本層地上部分>凋落物層>草本層地下部分。

2.3土壤層碳儲(chǔ)量及其分布特征森林土壤碳儲(chǔ)量在整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)中占有十分重要的地位，其碳儲(chǔ)量通常為植被層的2倍[13]。從圖2可以看出，芒果園生態(tài)系統(tǒng)土壤碳含量在0～20 cm最高，為8.29 g/kg，并隨土層深度的增加逐漸降低。40～60 cm土層碳含量為4.76 g/kg，僅為0～20 cm土層碳含量的57.4%；60～80 cm土層碳含量?jī)H為4.14 g/kg，碳含量不到表層土壤的1/2。

2.4芒果園生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分布特征芒果園生態(tài)系統(tǒng)及各植被層的碳儲(chǔ)量和所占比例如圖3所示。由圖3可知，8a生芒果園生態(tài)系統(tǒng)的總碳儲(chǔ)量為91.72 t/hm2，其中土壤層碳儲(chǔ)量為74.60 t/hm2，所占比例為81.33%；喬木層碳儲(chǔ)量為（1）果園生態(tài)系統(tǒng)主要包括土壤碳庫(kù)、生物量碳庫(kù)、凋落物碳庫(kù)和動(dòng)物體碳庫(kù)。土壤是果園生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，碳儲(chǔ)量占總量的70%以上，而動(dòng)物碳庫(kù)最小，一般在估算系統(tǒng)碳儲(chǔ)量時(shí)忽略[15]。生物量碳庫(kù)包括根、干、枝、葉和果實(shí)。在果樹(shù)生命周期中，枝、干等器官生物量穩(wěn)定增加，是重要的長(zhǎng)期碳庫(kù)；果實(shí)是一種流動(dòng)性碳庫(kù)，隨著果實(shí)采摘，碳從果園中流失；葉片落到地面分解后，碳回歸土壤，如將修剪材料移除果園，則碳會(huì)流失，如留在果園中自然分解，就是一種長(zhǎng)效碳庫(kù)[16]。

（2）芒果園生態(tài)系統(tǒng)和森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量及分配比例存在明顯的差異。該研究表明芒果園生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量在喬木層的分配比例僅為17.63%，顯著低于熱帶地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量在植被層的分配[17]，這種差異主要來(lái)源于果園植被與森林植被生物量的差別。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)果園生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和分配做了部分研究，Sofo等[16]觀測(cè)了橄欖樹(shù)和桃樹(shù)的碳分配情況，發(fā)現(xiàn)幼樹(shù)果園中碳儲(chǔ)量主要在枝和根系等器官中，而成齡果園主要分配在葉片、修剪的枝條和果實(shí)中。郭雪艷等[18]研究了上海主要果園生態(tài)系統(tǒng)桃園（7 a）和桔園（9 a）的碳儲(chǔ)量分配，結(jié)果發(fā)現(xiàn)碳儲(chǔ)量主要集中于樹(shù)枝和根系中。吳志丹等[10]對(duì)福州地區(qū)7a生柑橘果樹(shù)各器官固碳量及分配的研究結(jié)果為根系>樹(shù)枝>果實(shí)>樹(shù)葉>樹(shù)干?？梢?jiàn)，隨樹(shù)種、樹(shù)齡、果園耕作制度、整形修剪技術(shù)以及苗木種植密度等經(jīng)營(yíng)管理方式的不同，果園生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分布均會(huì)產(chǎn)生較大差異。

（3）芒果園作為一種典型的農(nóng)用型植被類型，其碳循環(huán)過(guò)程也會(huì)受到人類經(jīng)營(yíng)管理措施的影響。該研究雜草及地表凋落物碳儲(chǔ)量?jī)H為0.95 t/hm2，所占比例為1.04%。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，隨著人們對(duì)芒果園的管理，包括除草、翻耕和對(duì)果實(shí)的收獲，地被雜草和果實(shí)迅速歸還土壤或被帶走，這二者構(gòu)成了芒果園生態(tài)系統(tǒng)中暫時(shí)性或流動(dòng)性的碳庫(kù)。與傳統(tǒng)耕作方式相比，如果合理采用增施有機(jī)肥、生草、覆蓋以及少耕、免耕等保護(hù)性耕作方式，不但可以增加系統(tǒng)碳匯，減少碳排放，還可以改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、增加土壤生物多樣性，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效與固碳效益的雙贏[19-20]。因此，建議三亞地區(qū)芒果園合理套種牧草，增加果園植被覆蓋度，以有效提升該類型果園生態(tài)系統(tǒng)草本層的固碳潛力。

（4）土壤有機(jī)碳含量是土壤肥力最重要的性狀之一，被認(rèn)為是土壤質(zhì)量和功能的核心。農(nóng)業(yè)土壤固碳對(duì)于提高和穩(wěn)定作物生產(chǎn)力具有舉足輕重的意義[21]。當(dāng)前土壤碳循環(huán)研究針對(duì)森林、農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)的研究居多，而關(guān)于果園生態(tài)系統(tǒng)的研究較少。該研究結(jié)果顯示，芒果園土壤層碳儲(chǔ)量所占比例均較大，達(dá)到81.33%，這與吳志丹等[10]于福建所得研究結(jié)果類似，但遠(yuǎn)低于我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)平均土壤碳儲(chǔ)量[9]。三亞地區(qū)芒果園生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲(chǔ)量?jī)H為74.6 t/hm2，與鄭良永等[6，22]的研究結(jié)果接近，屬于土壤有機(jī)碳密度水平低下土壤。原因主要有2點(diǎn)，①海南氣候濕潤(rùn)，且年均氣溫高，促使有機(jī)碳分解更快，難以貯存；②海南島整體呈穹窿型地貌，不利于地表有機(jī)物質(zhì)的積累，易被近地面水力、風(fēng)力等搬遷。如果通過(guò)改善種植技術(shù)和合理管理等措施，使其達(dá)到海南島園地土壤0～100 cm土層碳儲(chǔ)量的平均水平（109 t/hm2）[14]，土壤層的固碳潛力可達(dá)34 t/hm2之多。

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