張中瑞 趙志明 鄧智文 謝鎮(zhèn)東 鄧澤偉 朱航勇

（廣東省林業(yè)科學(xué)研究院/廣東省森林培育與保護(hù)利用重點實驗室，廣東 廣州510520）

2021 年，中國政府作出“力爭2030 年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060 年前實現(xiàn)碳中和2060 年實現(xiàn)碳中和”的重大決策。陸地碳匯在中國“雙碳”政策中占有舉足輕重的作用，能夠為“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)中的工業(yè)減排贏得時間窗口[1]。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是陸地上最大的碳儲庫和碳吸收匯[2]，在陸地碳匯中占據(jù)主導(dǎo)作用。土壤有機碳是土壤碳儲量的重要組成部分，也反映了土壤肥力狀況，能作為衡量森林土壤質(zhì)量和土壤碳儲量的重要指標(biāo)[3-4]。我國各類型森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳含量存在高度的空間異質(zhì)性[5-6]，對于森林土壤碳儲量估算難度較大。區(qū)域尺度森林土壤碳儲量研究為廣東省乃至全國森林土壤碳儲量研究提供了重要參考依據(jù)。

梅州市地處五嶺山脈以南，主要由武夷山脈、蓮花山脈、鳳凰山脈等三列山脈組成，土壤類型復(fù)雜多樣，林地面積達(dá)122.38 萬hm2，森林資源豐富。然而，目前關(guān)于梅州市森林土壤有機碳及其空間分布情況尚未可知。因此，本文通過對梅州市各區(qū)（縣）林地土壤進(jìn)行研究，旨在分析土壤有機碳含量狀況及空間分布特征，評估其土壤有機碳儲量，以期為梅州市森林土壤肥力狀況和森林碳匯的研究奠定基礎(chǔ)，也為制定合理的森林經(jīng)營規(guī)劃、水土保持措施和森林碳匯調(diào)查與監(jiān)測策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

梅州市位于廣東省東北部，坐標(biāo)介于東經(jīng)115°18′至116°56′，北緯23°23′至24°56′之間，全市行政面積15 868.33 km2。梅州屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，是南亞熱帶和中亞熱帶氣候區(qū)的過渡地帶。梅州市各縣（區(qū)、市）年平均氣溫為20.7～21.5 ℃，氣溫年變化為1 月最低，7 月最高。梅州市地處低緯度地區(qū)，雨水豐富，年平均降雨量最高的豐順縣為1 877 mm，其他縣（區(qū)、市）均在1 534～1 684 mm 之間，雨水豐盈且集中。梅州地處五嶺山脈以南，地勢北高南低，主要由武夷山脈、蓮花山脈、鳳凰山脈等三列山脈組成。梅州地處赤紅壤地帶，土壤類型復(fù)雜多樣，成土母巖多為花崗巖，小部分為玄武巖，山地丘陵為母巖風(fēng)化形成的赤紅壤，土壤普遍呈酸性；平原為河流沖積土、坑廊為谷底沖積土、臺崗階地為洪積土。全市山地面積占24.3%，丘陵及臺地、階地面積占56.6%，平原面積占13.7%，河流和水庫等水面積占5.4%。

2 研究方法

2.1 土壤樣點調(diào)查與樣品采集

采用專題布點和空間隨機布點相結(jié)合的方式，依據(jù)土壤屬性空間分布預(yù)測模型質(zhì)量要求，在梅州市林地土壤調(diào)查區(qū)域內(nèi)生成抽樣網(wǎng)格，并進(jìn)行無人機踏查及各調(diào)查專題點的高分辨率DEM 衍生數(shù)據(jù)提取，確定土壤樣點布設(shè)位置及調(diào)查線路[7]，共計1 092 個樣點。

將布設(shè)樣點的地理坐標(biāo)定位到林相圖上的地籍小班，借助GPS 找到樣點區(qū)域。根據(jù)樣點布設(shè)要求信息，如地籍號、植被類型、坡位、坡向、坡度、坐標(biāo)點等，在誤差允許范圍內(nèi)（所在小班距離樣點坐標(biāo)半徑100 m 內(nèi)）選擇土壤發(fā)育條件穩(wěn)定，沒有經(jīng)過挖溝、整修等人為擾動的地方，確定剖面點位置，進(jìn)行調(diào)查。

在每個樣點挖掘3 個土壤剖面（長1.2～1.5 m，寬0.8～1.0 m，高1.0～1.2 m），分5 層 取 樣，由上至下依次為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm，用環(huán)刀在各土層中部采集環(huán)刀土，用于測定土壤容重；另在每層均勻采集土壤（不少于500 g），裝入密封袋帶回實驗室，用于測定土壤有機碳含量。

2.2 樣品測定方法

土壤容重采用環(huán)刀法測定[8]，土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化法測定[9]。

2.3 土壤碳密度及碳儲量計算

土壤碳密度及碳儲量計算公式為[3,10]：

式中：Si為第i層土壤碳密度，kg/m2；Ci為第i層土壤碳含量，g/kg；ρi為第i 層土壤容重，g/cm3；di為第i層土層厚度，cm；A為林分面積，hm2；SC為0～100 cm 土壤總碳密度，kg/m2；TC為土壤總碳儲量，t。

2.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和匯總，應(yīng)用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。采用單因素方差分析不同區(qū)（縣）土壤有機碳含量、碳密度的差異，用LSD 法進(jìn)行顯著性多重比較。把梅州市林地土壤有機碳含量換算成有機質(zhì)含量，然后根據(jù)全國第二次土壤普查規(guī)定的土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[11]進(jìn)行評價。利用ArcGis 10.7 進(jìn)行克里金空間插值[12-14]計算得到土壤有機碳含量空間分布特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 梅州市林地土壤有機碳描述性統(tǒng)計

梅州市森林土壤有機碳含量狀況如表1。由表可知，全市森林土壤有機碳含量的平均值為8.41 g·kg-1，對應(yīng)的土壤肥力等級為Ⅳ級，土壤肥力為中等。各區(qū)（縣）森林土壤有機碳含量的平均值由大到小依次為平遠(yuǎn)縣、蕉嶺縣、興寧縣、梅江區(qū)、大埔縣、梅縣區(qū)、豐順縣和五華縣，分別 為10.48 、10.2、9.46、9.19、8.43、8.14、8.11和6.48 g·kg-1，其中平遠(yuǎn)、蕉嶺、興寧、梅江和大埔高于全市的平均水平，梅縣、豐順和五華低于全市的平均水平。各區(qū)（縣）森林土壤有機碳含量的平均值對應(yīng)的土壤肥力等級均為Ⅳ級，土壤肥力均為中等。各區(qū)縣土壤養(yǎng)分等級跨幅較大，從高（Ⅰ級）到低（Ⅵ級）都有分布。梅州市各區(qū)（縣）土壤有機碳含量變異系數(shù)均屬于中等變異程度，其中大埔縣、五華縣的土壤有機碳含量變化幅度較大，變異系數(shù)分別為77.62%、62.8%，蕉嶺縣的變化幅度較小，變異系數(shù)為29.24%，其它地區(qū)的變異系數(shù)在45%～60%之間。

表1 梅州市林地土壤有機碳狀況Tab.1 The state of soil organic carbon on forest land in Meizhou city

3.2 梅州市林地土壤碳密度及碳儲量

由表2 可知，梅州市土壤碳密度平均值為120.44 kg·m-2，梅江區(qū)、平遠(yuǎn)縣、蕉嶺縣、興寧縣的土壤碳密度高于全市平均水平，梅縣區(qū)、豐順縣、五華縣的土壤碳密度低于全市平均水平。不同區(qū)（縣）間土壤碳密度差異顯著，平遠(yuǎn)縣、蕉嶺縣的土壤碳密度相對較高，分別為150.13 kg·m-2、147.28 kg·m-2，五華縣的土壤碳密度顯著低于其它區(qū)（縣）。梅州市各區(qū)（縣）林地土壤碳密度依次為平遠(yuǎn)縣＞蕉嶺縣＞興寧縣＞梅江區(qū)＞大埔縣＞梅縣區(qū)＞豐順縣＞五華縣。

表2 梅州市林地土壤碳密度與碳儲量分布Tab.2 The distribution of soil carbon density and carbon stock on forest land in Meizhou City

梅州市林地土壤總碳儲量為14 316.62 萬t，五華縣、豐順縣、大埔縣和梅縣區(qū)土壤碳儲量相對較高，占全市碳儲量的64.58%，蕉嶺縣和梅江區(qū)的碳儲量相對較低，碳儲量貢獻(xiàn)比分別為7.56%、3.75%。梅州市各區(qū)（縣）林地土壤碳儲量依次為豐順縣＞大埔縣＞五華縣＞梅縣區(qū)＞興寧縣＞平遠(yuǎn)縣＞蕉嶺縣＞梅江區(qū)。

3.3 梅州市林地土壤有機碳空間分布格局

梅州市不同土層土壤有機碳含量的空間分布如圖1 所示。L1 層（0～20 cm），梅州全境有機碳含量主要呈東高西低變化趨勢，且隨著土層的加深，有機碳含量逐漸減少。東部地區(qū)有機碳含量普遍大于27.2 g·kg-1，西部各地大部分地區(qū)有機碳含量低于22.8 g·kg-1，其他地區(qū)多在22.8～27.2 g·kg-1之間。L2 層（20～40 cm），梅州全境有機碳含量主要呈東高西低變化趨勢。東部地區(qū)有機碳含量普遍大于20.2 g·kg-1，西部各地大部分地區(qū)有機碳含量低于14.0 g·kg-1，其他地區(qū)多在14.0～20.2 g·kg-1之間。L3 層（40～60 cm），梅州全境有機碳含量主要呈東高西低變化趨勢。東部地區(qū)有機碳含量普遍大于17.1 g·kg-1，西部各地大部分地區(qū)有機碳含量低于10.4 g·kg-1，其他地區(qū)多在10.4～17.1 g·kg-1之間。L4 層（60～80 cm），梅州全境有機碳含量主要呈東高西低變化趨勢。東部地區(qū)有機碳含量普遍大于16.9 g·kg-1，西部各地大部分地區(qū)有機碳含量低于10.4 g·kg-1，其他地區(qū)多在10.4～16.9 g·kg-1之 間。L5 層（80～100 cm）， 梅州全境有機碳含量主要呈中部高南北低變化趨勢。中部地區(qū)有機碳含量普遍大于13.3 g·kg-1，南北部各地大部分地區(qū)有機碳含量低于8.6 g·kg-1，其他地區(qū)多在8.6～13.3 g·kg-1之間。

圖1 梅州市土壤有機碳空間分布Fig.1 Spatial distribution of soil organic carbon on forest land in Meizhou city

4 結(jié)論與討論

梅州市林地土壤有機碳含量在6.48～10.48 g·kg-1之間，平均值為8.41 g·kg-1，土壤養(yǎng)分等級為Ⅰ級～Ⅳ級。梅州市各區(qū)（縣）土壤有機碳含量變異系數(shù)為29%～78%，屬中等變異程度，存在較大的差異，表現(xiàn)為平遠(yuǎn)縣＞蕉嶺縣＞興寧縣＞梅江區(qū)＞大埔縣＞梅縣區(qū)＞豐順縣＞五華縣。本研究中梅州市土壤碳密度在92.78～150.13 kg·m-2之間，平均值為120.44 kg·m-2。遠(yuǎn)高于全國森林土壤有機碳密度[2]平均水平10.78 kg·m-2。本研究表明，梅州市林地土壤碳含量空間分布格局為東高西地，且隨著土層的加深，有機碳含量呈逐漸減少的變化趨勢。森林土壤有機碳主要來源于林分凋落物的分解轉(zhuǎn)化以及礦化分解[3,15]，梅州市東北部地區(qū)地勢較高，為生態(tài)保護(hù)區(qū)，相比較西南地區(qū)森林群落受人為活動影響小，森林凋落物的轉(zhuǎn)化積累較高，一定程度增加了土壤有機碳來源，形成了現(xiàn)有的分布格局。

本研究對土壤碳儲量的估算結(jié)果表明，梅州市林地土壤總碳儲量為14 316.62 萬t，各區(qū)（縣）碳儲量貢獻(xiàn)值依次為豐順縣＞大埔縣＞五華縣＞梅縣區(qū)＞興寧縣＞平遠(yuǎn)縣＞蕉嶺縣＞梅江區(qū)。森林撫育、造林等經(jīng)營措施可以直接影響森林碳庫，能夠通過改變掉落物數(shù)量、化學(xué)性質(zhì)及分解速率影響森林土壤碳庫[2]。因此，有必要采取合理的森林經(jīng)營模式，包括樹種選擇、森林撫育和森林采伐等措施以提高梅州市森林的固碳潛力，服務(wù)國家森林碳匯政策，實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。