全 文 ：
研究论文 HAI XIA KE XUE
2008 年第 10 期（总第 22 期） 21
海峡科学

木麻黄与厚荚相思混交林的土壤碳贮量动态*

1.福建省林业科学研究院 2.福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室
3.南方森林资源与环境工程研究中心 4.福建农林大学林学院 5.厦门大学海洋与环境学院
6.中国科学院地理科学与资源研究所 7.福建省东山赤山国有防护林场
叶功富 1,2,3 郭瑞红 4 卢昌义 5 肖胜生 6 陈胜 7

[摘要] 以不同发育阶段的木麻黄－厚荚相思混交林和同年生木麻黄纯林为研究对象，测定土壤含碳率和碳贮量。
结果表明：不同土壤层含碳率和碳贮量在不同林分之间均存在显著差异，木麻黄－厚荚相思混交林>木麻黄纯林；含碳率
随土层深度的增加而降低，且随土层加深差异逐渐减小，到 100cm 时差异基本消除。
[关键词] 木麻黄 厚荚相思 混交林 含碳率 碳贮量

森林生态系统作为吸收二氧化碳释放氧气的一个大碳
汇，在碳循环中起着非常重要的作用。准确估算碳蓄积已成
为全球碳循环研究的重要课题[1]。全球碳计划(GCP)的科学主
题就是研究碳储量和通量的时空分布。碳储量是碳蓄积的现
存量，是比较森林生态系统结构和功能特征、评价林地经济
产量和立地质量的重要指标[2,3]。近年来，随着天然林资源的
减少，人工林面积不断增加，人工林在森林生态系统中占有
越来越重要的地位。研究人工林在碳循环中的作用具有重要
意义[4]。森林土壤是森林生态系统中最大的碳库。不同的森
林其土壤含碳量具有很大的差别[5]。木麻黄是沿海防护林的
优良造林树种，具有耐干旱、耐瘠薄、不怕盐碱沙埋、生长
迅速等特点。20 世纪 50 年代以来，我国东南沿海地区营造
了大面积的木麻黄防护林，改变了该地区的生态环境。但是
由于树种单一，木麻黄纯林的弊端日益显现，长期的单一树
种造林，造成木麻黄生长减弱、结构退化，林分质量和防护
功能下降，林地生产力降低。上世纪 70 年代起，林业工作者
筛选湿地松、厚荚相思等优良树种，与木麻黄进行混交试验，
改善了沿海沙质地区造林树种单一的局面，取得了显著效果
[6-9]。
本文以木麻黄—厚荚相思混交林、木麻黄纯林土壤为研
究对象，分析不同剖面层次土壤碳贮量，以期为精确测算沿
海防护林林下土壤碳贮量提供参考依据，同时还可以比较纯
林与混交林固碳能力的高低，为今后的林带更新提供参考。
1 试验地概况
试验地设在福建省东山县赤山国有防护林场，东经
117°18′，北纬 23°40′，属南亚热带海洋性季风气候，年平均
气温 20.8℃，绝对最高气温 36.6℃，绝对最低气温 3.8℃，全
年无积雪，无霜冻，年均降水 1164mm，年均蒸发 2028mm，
全年干湿季节明显，每年的 11 月至翌年的 2 月为旱季，大部
分的降水集中于台风多发的月份 5~9 月，年均台风 5.1 次。
土壤以滨海沙土为主，有均一性风积沙土，潮积沙土，红壤
性风积，泥炭性风积沙土等。
2 研究方法
2.1 试验设计
在东山赤山林场选择 10a 生的木麻黄－厚荚相思混交林
和同年生木麻黄纯林，每种林分中分别建立 3 个 20m×20m
标准地。
2.2 调查及测量计算方法
在设置的样地内按“S”形随机设定取样点 5 个，按 0～
20cm、20～40cm、40～60cm、60～100cm 分层取土壤样；
土样在室内风干后过 0.149mm 筛，采用重铬酸钾加热法测定
土壤含碳率；同时用环刀取原状土，带回室内测定不同层次
土壤的容重。
由于本次调查人工林分布的土层厚度在100cm左右，因
此本文对土壤碳贮量的估算限定在土层100cm的深度范围
内，不包括地表枯落物。具体采用下面的公式：
Sd=∑t iii HCD
1
其 中 Sd 表 示 土 壤 表 层 i 深 度 内 单 位 面 积 土 壤 碳 贮 量
(t/hm2)，Di表示第i土层的容重(t/m3)，Ci表示第i土层的含碳率
(％)，Hi表示第i土层的厚度(m)。
3 结果与分析


* 基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目（2006BAD03A14-01），福建省重大科技专项（2006NZ0001-2）。

木麻黄与厚荚相思混交林的土壤碳贮量动态
22 2008 年第 10 期（总第 22 期）
3.1 土壤容重及碳素含量
木麻黄－厚荚相思混交林和纯林土壤容重基本都随土壤
深度增加而增加，0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～100cm
四层次的平均值依次为1.297g·cm3(以下单位同)、1.371、
1.419，1.476和1.361、1.371、1.489、1.502，总平均为1.391
和1.431。同一土层，纯林和混交林间土壤容重没有明显差异
(如表1所示)。
表1 东山木麻黄－厚荚相思混交林及纯林土壤容重和碳素含量
土层/cm 0-20 20-40 40-60 60-100 平均
容重
/g﹒cm-3
1.297 1.371 1.419 1.476 1.391木－相
混交林
含碳率/% 0.66 0.3 0.21 0.18 0.338
容重
/g﹒cm-3
1.361 1.371 1.489 1.502 1.431木麻黄
纯林 含碳率/% 0.46 0.2 0.13 0.1 0.223
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0～20 20～40 40～60 60～100
土层（cm)
土
壤
含
碳
率
（
％
）
木－相混交林 木麻黄纯林

图1 东山木麻黄－厚荚相思混交林及纯林土壤碳素垂直分布
从表1及图1可知，土壤各层次碳含量随着土层加深而降
低，差异较明显，相邻土层尤以0～20cm、20～40cm的差异
最为显著。其原因在于上部土层较下部土层的生物归还量大，
有机碳较多积累在上部土层的缘故。这与方运霆[10]对鼎湖山
自然保护区土壤含碳率的研究结论是一致的，与田大伦[5]对
湖南会同杉木人工林土壤含碳率研究结论亦是一致的。木麻
黄－厚荚相思混交林20～40cm、40～60cm和60～100cm3个
土层的土壤含碳率分别是0～20cm土层的45.45％、31.28％、
27.27％；10a生木麻黄纯林20～40cm、40～60cm和60～100cm
3个土层的土壤含碳率分别是0～20cm土层的43.48％、28.26
％、21.74％。
同一土层混交林和纯林之间碳含量仍然存在明显差异，
混交林大于纯林。木麻黄－厚荚相思混交林0～100cm土层平
均含碳率分别是0.31％，分别是相应纯林的1.55倍。木麻黄－
厚荚相思混交林0～20cm、20～40cm、40～60cm和60～100cm
的含碳率分别为0.66％、0.3％、0.21％、0.18％，是10a 生纯
林的1.43倍、1.5倍，1.62倍、1.8倍。
总的来看，混交林生态系统土壤的碳素含量高于同年生
纯林明显低于植被层的碳素。
3.2 土壤碳贮量
根据土壤C含量和土壤容重可以计算出林地土壤C贮量
(如图2)，10a生木麻黄－厚荚相思混交林土壤C贮量要高于同
年生木麻黄纯林。其中，10a生木麻黄－厚荚相思混交林0～
100cm土壤的C贮量为41.93t·hm-2，折合成CO2的量则为153.74
t·hm-2，比同年生木麻黄纯林增加50.69％，混交林和纯林土
壤有机碳贮量均随深度的增加而减少。0～40cm土层混交林
土壤碳贮量明显大于纯林。其中木麻黄－厚荚相思混交林0～
20cm土壤碳贮量占总碳贮量的40.83％，20～40cm土层碳贮
量占总贮量的19.62％，0～40cm土层碳贮量占0～100cm土层
碳贮量的60.45％。而10a生木麻黄纯林0～20cm土壤碳贮量占总
碳贮量的44.90％，20～40cm土层碳贮量占总贮量的19.67％，
0～40cm土层碳贮量占0～100cm土层碳贮量的64.57％。
可见，土壤表层的碳贮量贡献较大，因此任何引起水土
流失的活动均容易导致土壤碳损失，同时也反映了南亚热带
地区森林土壤的脆弱性。
0
2
4
6
8
10
12
14
0～20 20～40 40～60 60～100
土层（cm)
土
壤
有
机
碳
贮
量
（
t/
hm
2 )
木－湿混交林 木麻黄纯林

图2 东山木麻黄－厚荚相思混交林及纯林土壤碳贮量垂直分布
4 结论
通过对东山10年生木麻黄－厚荚相思混交林和同年生木
麻黄纯林各组分的含碳率的分析测定，发现不同土壤层（0～
100cm）含碳率在不同林之间均存在差异；土壤层含碳率在
垂直方向上表现为随土层深度的增加而降低，不同土层含碳
率差异达显著水平（p<0.05），且相邻土层以0～20cm和20～
40cm的差异最为显著，木麻黄－厚荚相思混交林>10a生木麻
黄纯林，且随土层加深差异逐渐减小，到100cm时差异基本
消除。

参考文献
[1] Dixon R.K., Brown S，Houghton R .A .，et a1．Carbon pools and flux of global
forest ecosystems[J]. Science，l994，263：185-l90.
[2] 周玉荣,于振良,赵士洞,等.我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J].植物
生态学报,2000,24(5):518-522.
[3] 王效科，冯宗炜，中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力[J]，生态
学杂志, 2000，19(4)：72-74.
[4] 周玉荣，于振良，赵士洞．我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J]．植
物生态学报，2000，24(5)：5l8-522.
[5] 尉海东，马祥庆，刘爱琴,等.森林生态系统碳循环研究进展[J].中国农业生

研究论文 HAI XIA KE XUE
2008 年第 10 期（总第 22 期） 23
海峡科学
态学报，2007,15(2):188-192.
[6] 谭芳林. 木麻黄防护林生态系统凋落物及养分释放研究[J]．林业科学，
2003(专): 21～26.
[7] 叶功富,林银森,吴寿德等.木麻黄林生产力动态变化的研究[J].防护林科
技,1996(专刊): 17～20.
[8] 张清海,叶功富,林益明.福建东山县赤山滨海沙地厚荚相思林与湿地松林
生物量和能量的研究[J].厦门大学学报(自然科学版)，2005，44(1)：123～
l27.
[9] 叶功富,张水松,黄传英,等.木麻黄人工林地持续利用问题的探讨[J].林业科
技开发,1994,8(4):18-19.
[10] 方运霆，莫江明，黄忠良.等.鼎湖山马尾松、荷木混交林生态系统碳素
积累荷分配特征[J].热带亚热带植物学报 2003, 11(1): 47～52.


（上接第 15 页）除了低效林成熟小枝热值高于正常林，二者
之间的幼嫩小枝和衰老小枝之间没有显著差异，这与前人的
研究结果不同[5]，这可能是由于时间（不同采样季节）和空
间（采样地点的不同纬度）原因造成的。另外，Huges 在研
究英国落叶林植物热值的季节变化时也注意到这一现象，并
称之为“叶脱落时的热值增值（leaf caloric value increment at
abscission）”，但未对这种现象加以解释。
·¢Óý½×¶Î
Ó×ÄÛС֦ ³ÉÊìС֦ Ë¥ÀÏС֦
ÈÈ
Ö
µ
(k
J/
g)
0
5
10
15
20
25
µÍЧÁÖ
Õý³£ÁÖ
aab b ab abc

图 2 木麻黄低效林和正常林小枝不同发育阶段热值动态
低效林通常是由于环境胁迫（干旱、盐碱、养分贫瘠等）
造成的，而水分胁迫、盐胁迫和低温刺激均会对植物热值产
生影响，当植物处于这种胁迫环境中时，植物的生长发育会
受到胁迫环境的抑制，表现为热值下降[7]。但是，也有报道
认为，在长期植物与环境共同进化过程中，植物往往会以高
热量表现出对极端环境的适应[15]。本研究与后者的研究报道
相一致，即木麻黄低效林小枝的热值比正常林高或差别不显
著，这可能表明了木麻黄低效林对环境波动的适应能力。
3 小结
木麻黄自上世纪 50 年代大规模引种到我国作为防护树
种以来，在华南沿海表现了很好的适应性，虽然木麻黄能够
适应沿海恶劣的气候条件，但由于环境条件和人为干扰的影
响，出现了大面积的低效林，由于低效林小枝中的养分浓度
显著低于正常林，且磷的内吸收效率又显著高于正常林，加
之木麻黄正常林和低效林小枝中的 N:P 比都显著高于 16，因
此营养元素，尤其是磷缺乏是限制木麻黄生长的主要因子之
一。建议在条件具备的情况下进行人工施肥，尤其是磷肥。
尽管环境胁迫会导致植物材料中热值下降，但木麻黄在对沿
海恶劣的气候条件长期适应的过程中以高热量表现出对极端
环境的适应。

参考文献
[1] 邢雪荣, 韩兴国, 陈灵芝. 植物养分利用效率研究综述[J]. 应用生态学报,
2000, 11(5): 785-790.
[2] Vitousek P M. Nutrient cycling and nutrient use efficiency [J]. American
Naturalist, 1982, 119: 553-572.
[3] Vitousek P M. Litterfall, nutrient cycling, and nutrient limitation in tropical
forests [J]. Ecology, 1984, 65: 285-298.
[4] 苏波, 韩兴国, 黄建辉, 渠春梅. 2000. 植物的养分利用效率(NUE)及植物
对养分胁迫环境的适应策略. 生态学报, 20(2): 335-343.
[5] 林益明, 向平, 林鹏. 深圳福田几种红树植物繁殖体与不同发育阶段叶片
热值研究[J]. 海洋科学, 2004, 28(2): 43-48.
[6] 官丽莉, 周小勇, 罗艳. 我国植物热值研究综述[J]. 生态学杂志, 2005,
24(4): 452-457.
[7] 鲍雅静，李政海，韩兴国, 等. 植物热值及其生物生态学属性[J]. 生态学
杂志, 2006, 25(9): 1095-1103.
[8] Jordan C F. Productivity of a tropical forest and its relation to a world pattern
of energy storage [J]. Journal of Ecology, 1971, 59: 127-142.
[9] 林益明, 杨志伟, 李振基. 武夷山常绿林研究[M]. 厦门：厦门大学出版社,
2001.
[10] 潘瑞炽. 植物生理学(第五版)[M]. 北京：高等教育出版社, 2004.
[11] Güsewell S, Koerselman W. Variation in nitrogen and phosphorus
concentrations of wetland plants [J]. Perspectives in Ecology, Evolution and
Systematics, 2002, 5: 37-61.
[12] Tessier J T, Raynal D Y. Use of nitrogen to phosphorus ratios in plant tissue
as an indicator of nutrient limitation and nitrogen saturation [J]. Journal of
Applied Ecology, 2003, 40: 523-534.
[13] Aerts R, Chapin F S III. The mineral nutrition of wild plants revisited: a
re-evaluation of processes and patterns [J]. Advances in Ecological Research,
2000, 30: 1-67.
[14] 林益明, 林鹏, 李振基, 等. 福建武夷山甜槠林群落能量的研究[J]. 植物
学报, 1996, 38(12): 989-994.
[15] Golley F B. Caloric of wet tropical forest vegetation [J]. Ecology, 1969, 50:
517-519.