張立民，陳 廣，呂夢燕，毛 赫，王曉娜, 任 軍

(1.吉林省林業(yè)科學研究院，吉林 長春 130033；2.洮南市國有林總場永茂保護站，吉林 白城 137100)

近年來，全球氣候變化及其對人類生存環(huán)境的影響，倍受國際社會的普遍關注，已成為舉世矚目的重大科學、生態(tài)和環(huán)境保護問題。全球氣候變化的主要因素是溫室氣體的增加，而CO2作為主要的溫室氣體,其含量的變化對全球氣候變化起到重要作用[1，2]。

陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體是森林，陸地上最大的儲碳庫是森林，森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的56 %[3]。對于維持全球碳循環(huán)、減緩CO2濃度升高速率等方面，森林具有重要作用[4]。評估森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量，主要包括森林植被、土壤和枯落物三部分的碳儲量，其中對森林土壤碳儲量的評估對于森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量評價至關重要。為掌握吉林省森林土壤的碳匯狀況，本文對吉林省森林土壤的碳儲量和固碳能力進行了研究。

1 材料和方法

1.1研究區(qū)概況

吉林省位于中國東北的中部，地理位置40°52′～46°18′N、121°38′～131°19′ E，面積1 874 hm2。年平均氣溫2～6 ℃，年降水量400～900 mm，自東向西呈明顯的濕潤、半濕潤和半干旱氣候。森林分布多集中于東部山區(qū)和中東部低山丘陵區(qū)。森林起源多為天然林[5]。地理位置獨特，森林資源豐富，是全國重點林業(yè)省份之一。

1.2研究方法

1.2.1樣地選擇

根據(jù)吉林省林地特征劃分為31個類型(包括各類型喬木林分、灌木林、未成林地、宜林地、沼澤濕地等)，在全省范圍內(nèi)選擇23個具有代表性的縣(市)、森工局(或森林經(jīng)營局)進行采樣。在各采樣單位內(nèi)選擇所屬范圍內(nèi)分布的總面積在5 hm2以上的各林分類型為對象，在其典型林分內(nèi)設置樣地，按照典型選樣的方法，在幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林中各設置2塊樣地。

1.2.2土樣采集

在每個樣地中設置2個5 m×5 m樣方，在每個樣方內(nèi)，選取有代表性的位置挖掘土壤剖面，剖面規(guī)格為寬度 0.5～0.8 m，深度為60 cm或到達母質(zhì)層止。

先移除剖面的枯枝落葉層部分，然后分別在每個剖面的0～30 cm、30～60 cm位置，避開巖石和粗根，用環(huán)刀取土后移至土壤鋁盒內(nèi)和密封袋內(nèi)，采集的土壤樣本帶回實驗室分析、測定土壤容重和有機碳含量。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.3.1土壤容重

將用于測定土壤容重的樣本置入烘箱內(nèi)，在105 ℃恒溫條件下連續(xù)烘干24 h，取出樣品，稱總重量(Mt)，用2 mm土壤篩分離直徑2 mm以上石礫以及粗大有機物(如根等)，分別記錄石礫重(Mp)和根重(Mo)。參照公式(1)計算土壤容重。

(1)

式中：Dm為土壤容重/t·m-3；Mt為土壤總質(zhì)量/g；Mp為石礫質(zhì)量/g；Mo為有機質(zhì)質(zhì)量/g；Vt為總體積/cm3。

1.3.2土壤有機碳

采用重鉻酸鉀—硫酸氧化法測定土壤有機碳，參照公式(2)計算土壤有機碳濃度。

(2)

式中：SOC為土壤有機碳濃度/%；V0為滴定空白試驗時所用去FeSO4毫升數(shù)/mL；V為滴定樣品時所用去的FeSO4的毫升數(shù)/mL； 0.8000為1/6 K2Cr2O7標準溶液的濃度/mol·L-1； 5.0 為1/6 K2Cr2O7標準溶液的體積/mL； 0.003為1個毫克當量碳的克數(shù)/g；M為烘干土重量/g； 1.1為氧化校正系數(shù)。

2結果和分析

2.1吉林省森林土壤總碳儲量

通過對采集的土壤樣本的測試化驗及數(shù)據(jù)的分析、計算，吉林省森林土壤總碳儲量為10.21億t。其中，有林地土壤碳儲量為9.63億t，占全省森林土壤總碳儲量的94.29 %；疏林地、灌木林地(含未成林地)、宜林地、沼澤地土壤碳儲量及占全省森林土壤總碳儲量比例詳見表1。

表1 吉林省森林土壤碳儲量

2.2吉林省各地區(qū)森林土壤碳儲量分布格局

2.2.1各地區(qū)森林土壤碳儲量

吉林省森林土壤總碳儲量中，東部山區(qū)吉林、通化、白山和延邊4個地區(qū)之和占全省森林土壤總碳儲量的88.42 %。其中，延邊、吉林、白山、通化、白城、松原、四平、長春、遼源和長白山地區(qū)土壤碳儲量和所占全省比例詳見圖1、表2。

圖1 吉林省各地區(qū)森林土壤碳儲量占全省百分比

表2 吉林省各地區(qū)森林土壤碳儲量分配表

注：表中“林地總面積”包括有林地面積、灌木林面積、疏林地面積、未成林地面積、宜林地面積和沼澤地面積。

2.2.2 各地區(qū)森林土壤碳密度

各地區(qū)中，森林土壤碳密度的排序依次為白山>吉林>長白山>延邊>通化>遼源>長春>四平>松原>白城。其中，白山、吉林、長白山、延邊和通化5個地區(qū)高于全省森林土壤碳平均密度，而通化地區(qū)的森林土壤碳密度與全省森林土壤碳平均水平非常接近；遼源、長春、四平、松原和白城5個地區(qū)低于全省森林土壤碳平均密度，詳見表2、圖2。

圖2吉林省各地區(qū)森林土壤碳密度比較

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為409.95萬t，各林分類型土壤年固碳量排序為闊葉混>針闊混>蒙古櫟林>落葉松林>楊柳林>其他林地>針葉混>樟子松林>紅松林>樺樹林>云冷杉林>硬闊林，詳見表3。

表3 吉林省森林土壤年固碳

3 討論和建議

3.1 討論

3.1.1 評估的不確定性

吉林省在森林土壤有機質(zhì)循環(huán)方面的研究基礎比較薄弱，特別是由于吉林省氣候、森林類型、土壤類型復雜多樣以及基礎數(shù)據(jù)積累不足且系統(tǒng)性較差，因此在區(qū)域尺度上的研究仍存在較大的不確定性。森林分布廣泛，各剖面點的數(shù)據(jù)對當?shù)鼐哂卸啻蟮拇硇砸残枰紤]。這樣依據(jù)較少的數(shù)據(jù)得出的全省森林土壤有機碳儲量分布和影響因子等結果不可避免地帶有很大的不確定性。

3.1.2 吉林省森林土壤碳儲量在全國的地位

我國森林土壤碳儲量為112.6億t，吉林省森林土壤碳儲量為10.21億t，占全國土壤碳儲量的9.07 %。全國第七次森林資源清查數(shù)據(jù)顯示，吉林省森林面積僅占全國森林面積的4.2 %，以此可以看出，同樣森林面積，吉林省的森林土壤碳密度更大，森林在全國范圍內(nèi)具有較強的碳儲功能，在全國森林碳儲量中扮演著重要的角色。

3.2 建議

吉林省東部長白山區(qū)，由于人口密度較低，對森林的干擾強度相對較小，加之水分條件較好，森林具有較高的碳密度。吉林省西部松花江平原地區(qū)是吉林省主要農(nóng)業(yè)區(qū)域，人口密度大，長期受人為活動的干擾，許多原生植被破壞嚴重，加之西部地區(qū)的降水量明顯少于東部地區(qū)，導致西部地區(qū)的碳儲量和碳密度較低。因此，結合目前正在實施的天然林資源保護工程、退耕還林工程進行森林植被保護、退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復重建，能促進吉林省森林土壤碳匯功能顯著增加。