全 文 ：自 20 世纪 50 年代以来，大气 CO2 浓度增加导
致的全球气候变暖现象受到了普遍的关注。各国
政府和科学家们都在积极寻求可以有效控制温室
气体增加的措施。土壤是陆地生态系统中最大的
碳库，也是最活跃的部分。在人类耕种、施肥、灌溉
等活动的影响下，农业土壤中碳库的质和量都在不
断变化。这种变化不仅改变了土壤肥力，而且对区
域乃至全球环境造成重要影响[1]。在农业应对气候
变化的背景下，准确评价现有传统经营方式下农业
土壤有机碳的饱和水平及其固碳潜力，可为制定相
热带亚热带植物学报　2015， 23(4)： 428 ~ 434
Journal of Tropical and Subtropical Botany
收稿日期： 2014–07–28　　　　接受日期： 2014–10–16
基金项目： 福建省科技厅公益项目(2014R1017-3)； 国家科技支撑课题(2012BAD14B15, 2012BAD14B03)资助
作者简介： 王义祥(1978~ )，男，副研究员，主要从事恢复生态与红壤保育研究。E-mail: sd_wolong@163.com。
* 通信作者 Corresponding author. E-mail: wengboqi@163.com, ecohyb@163.com
亚热带果园土壤固碳潜力估算——以永春县为例
王义祥, 田娜, 王成己, 翁伯琦*, 黄毅斌*
(福建省农业科学院农业生态研究所，福建省红壤山地农业生态过程重点实验室，福州 350013)
摘要： 为了解亚热带果园土壤的固碳潜力，比较分析了永春县果园土壤有机碳含量在 1982 年到 2010 年的变化，并估算了现有
经营条件下亚热带果园土壤的固碳潜力。结果表明，近 28 年来，永春县果园表层土壤有机碳含量总体呈上升的趋势；不同气候
区域的土壤有机碳年均变幅为南亚热带气候区 > 过渡带 > 中亚热带气候区。有机碳年均变幅与初始有机碳含量的相关分析
表明，永春县果园土壤有机碳潜在储存能力估计值为 13.74~21.05 g kg–1。按照 2010 年的土地利用方式、耕作措施、施肥水平和
气候条件，永春县果园土壤的固碳潜力为 64108.77 t。这些有助于认识和评价我国果园土壤碳汇能力和固碳潜力。
关键词： 亚热带； 永春县； 果园； 土壤； 固碳潜力
doi: 10.11926/j.issn.1005–3395.2015.04.010
Estimation of Soil Carbon Sequestration Potential of Orchard in
Subtropical China: A Case of Yongchun Xian
WANG Yi-xiang, TIAN Na, WANG Cheng-ji, WENG Bo-qi*, HUANG Yi-bin*
(Institute of Agricultural Ecology, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fujian Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Red Soil Hilly
Region, Fuzhou 350013, China)
Abstract: In order to understand the soil carbon sequestration potential in subtropical orchards, the changes in
soil carbon storage in Yongchun Xian, Fujian, China were studied, and soil carbon sequestration potential was
estimated under existing management condition. The results showed that soil organic carbon content in orchard
of Yongchun generally rose from 1982 to 2010. The annual variation in soil organic carbon was in the order of
south subtropical zone > transition zone > middle subtropical zone. Based on the correlation analysis between
average relative annual increment and the initial value of soil organic carbon, the orchard soil organic carbon
storage capacities of Yongchun Xian was estimated from 13.74 g kg–1 to 21.05 g kg–1. Under the conditions of land
management and climate in 2010, the soil carbon sequestration potential in Yongchun orchards would be 64108.77 t.
These could contribute to evaluation the potential of soil carbon sequestration in orchards of China.
Key words: Subtropical; Yongchun Xian; Orchard; Soil; Carbon sequestration potential
第4期 429
应的 CO2 减排措施提供依据。
近年来，我国对土壤固碳潜力的研究备受关
注，并在不同尺度上开展了较多的工作，为区域或
全国尺度的土壤固碳潜力的合理评估提供了重要
依据。韩冰等在搜集和整理全国典型农业长期定
位实验站数据的基础上，通过自建经验公式估算
了不同管理措施下我国农田土壤的固碳能力和潜
力[2]。程琨等通过对 299 个国家级耕地土壤监测点
20 余年的数据评价了我国农田表土有机碳含量变
化情况和固碳潜力[3]。覃章才等利用模型估算了河
南省农田土壤固碳潜力[4]。最近还报道了松嫩平原
玉米带农田[5]、下辽河平原耕地土壤[6]、广东省翁源
县表层土壤[7]以及中国农田耕层土壤[8–9]等不同尺
度的有机碳水平的调查和统计，且多数结果表明我
国农田有机碳呈总体增加态势。但这些研究主要
是针对农用耕地，而果园的农作方式与耕地存在一
定差异，目前我国关于果园土壤固碳潜力的研究还
很薄弱。另外，当前预测陆地生态系统固碳潜力的
方法有很多，但缺乏统一和标准的方法，不同研究
的结果存在很大的变异性，这限制了在区域尺度上
对陆地生态系统固碳潜力的比较[10]。本研究通过
对永春县果园土壤有机碳现状的调查，并结合历史
资料，分析 20 多年来永春县果园土壤有机碳的变
化情况以及固碳潜力，为果园生态系统的固碳减排
技术研究提供科学依据，为我国陆地生态系统的固
碳潜力研究提供参考。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
永春县位于福建省东南部，北纬 25°13′15′′~
25°33′45′′，东经 117°40′55′′~118°31′09′′，地处南亚
热带和中亚热带过渡带，境内兼有 3 种气候类型：
内半县属中亚热带区，俗称凉区，外半县属南亚热
带区，俗称暖区，以及位于中亚热带和南亚热带间
的过渡带。全年无霜期为 320 d，年均气温 20.4℃，
1 月平均气温 12℃，7 月平均气温 28.2℃，极端最
高温 39.3℃，年均降雨量 1708 mm，降水主要集中
图 1 永春行政区划图。1: 一都镇； 2: 横口乡； 3: 下洋镇； 4: 坑仔口镇； 5: 桂洋镇； 6: 锦斗镇； 7: 玉斗镇； 8: 呈祥乡； 9: 苏坑镇； 10: 蓬壶镇； 11:
达埔镇； 12: 仙夹镇； 13: 岵山镇； 14: 石鼓镇； 15: 吾峰镇； 16: 五里街镇； 17: 介福乡； 18: 桃城镇； 19: 东平镇； 20: 湖洋镇； 21: 东关镇； 22: 外
山乡。
Fig. 1 Maps of Yongchun Xian, Fujian Province, China. 1: Yidu; 2: Hengkou; 3: Xiayang; 4: Kengzikou; 5: Guiyang; 6: Jindou; 7: Yudou; 8:
Chengxiang; 9: Sukeng; 10: Penghu; 11: Dapu; 12: Xianjia; 13: Hushan; 14: Shigu; 15: Wufeng; 16: Wulijie; 17: Jiefu; 18: Taocheng; 19: Dongping;
20: Huyang; 21: Dongguan; 22: Waishan.
王义祥等：亚热带果园土壤固碳潜力估算——以永春县为例
430 第23卷热带亚热带植物学报
图 2 1982 和 2010 年研究区样点分布图
Fig. 2 Spatial distribution of sample soil profiles in 1982 and 2010
在 3–9 月，占全年雨量的 86%[11]。
根据 2005 年土地利用变更调查数据，永春县
土地总面积为 1.45×105 hm2，农用地 1.28×105 hm2，
占 全 县 土 地 总 面 积 的 87.95%；其 中 园 地 面 积 为
2.07×104 hm2，占农用地面积的 16.22%。园地中以
果园为主，占园地面积的 68.56%。集中分布在湖
洋镇、达埔镇、桃城镇、东关镇、玉斗镇等缓坡低丘
(图 1)。
1.2 方法
土壤取样与测定　　参照全国测土配方施肥
项目中土壤采样单元的确定方法。采样前收集永
春县土壤图、土地利用现状图、行政区划图等资料，
根据土壤类型、土地利用等因素，将永春县划分为
1147 个采样单元，每个采样单元的土壤性状尽可能
均匀一致。采样点集中在每个采样单元相应中心
位置的典型地块，采样深度为 0~20 cm。全县果园
土壤采样点 443 个(图 2)。野外样品采集时，利用
GPS 进行样点定位，多点混合采集约 1 kg 的土壤，
将其装到自封袋中带回实验室，经风干过 0.25 mm
筛后备用，同时采用环刀法测定土壤容重。土壤有
机碳测定采用重铬酸钾外加热法[12]。
数据收集与处理　　搜集了 1982 年永春县
第二次土壤普查的果园土壤剖面数据，共 263 个果
园土壤剖面，主要包括成土母质、土壤类型、地理位
置、剖面描述、有机质含量、全氮含量、土壤容重等。
由于本研究所采取的样本深度是 0~20 cm，而第二
次土壤普查典型剖面数据的耕作层深度不一。为
了与本研究采样深度一致，本文参考文雅等[13]的方
法对第二次土壤普查典型剖面土壤表层厚度不是
20 cm 的，用厚度加权法求出本土种 20 cm 厚度的
平均有机质数据和平均容重。土壤有机碳质量分
数采用有机质质量分数乘以 0.58 得到。
果园土壤的固碳潜力估算　　目前确定土壤
固碳潜力一般可采用 2 种方法：一种是将碳循环模
型运行若干年后，用土壤碳趋于稳定时的值减去现
有状态的值；另一种是找到土壤碳变化量为 0 时的
土壤碳量减去现有状态的值[14–15]。本研究采用后
一种方法。从 1982 年和 2010 年果园土壤剖面数
据中筛选出相同位置的果园剖面数据，利用公式
(1)计算土壤有机碳年均相对变化幅度。建立有机
碳年均变幅与有机碳初始含量(1982 年)的拟合关
系曲线，找出有机碳年均变幅为 0 时所对应的土壤
有机碳含量，即为果园土壤有机碳的饱和量[5]。永
春县果园土壤的固碳潜力为土壤有机碳达到饱和
时的碳储量减去 2010 年的土壤碳储量，土壤总固
碳潜力为土壤固碳潜力乘以该土壤类型的面积：
VQ (%)=[Σ(SOCn+1–SOCn)/SOCn] × 100/(n–1) (1)
式中：VQ 为土壤有机碳年平均相对增长率，SOC
为土壤有机碳含量，n 为第 n 年。
2 结果和分析
2.1 有机碳含量的变化
永春县 1982 年和 2010 年的果园土壤有机碳
含量总体上呈正态分布 , 正态性检验达到显著水平
(图 3， 4)。由表 1 可见，2010 年果园土壤有机碳
含量为 11.99~33.58 g kg–1，平均为 19.36 g kg–1，变
异系数为 16.63%。1982 年果园土壤有机碳含量为
6.17~18.85 g kg–1，平均为 10.29 g kg–1，变异系数为
第4期 431
31.97%。相比 1982 年，2010 年的土壤有机碳含
量变幅较大。从不同土壤类型来看(表 2)，以红壤
的平均有机碳含量较高，为 19.55 g kg–1，其次是水
稻土、砖红壤性红壤，以紫色土的最低。从年均变
幅来看，红壤的有机碳含量较大，为 32.5%，分别比
水稻土、砖红壤性红壤和紫色土高出 1.25%、3.84%
和 24.52%。
2.2 不同气候区域的有机碳含量变化
永春县地处南亚热带和中亚热带的过渡带，境
内兼有 3 种不同气候类型。故此本研究将永春县
划分为中热带气候区(包括 8 个乡镇)、南亚热带气
候区(包括 11 个乡镇)和过渡带(包括 3 个乡镇)3 种
气候类型区。由表 3 可以看出，由于气候条件的
不同，永春县果园土壤有机碳的变化存在一定差
异。中亚热带气候区和过渡带果园的土壤有机碳
含量相差不大，分别比南亚热带气候区高 6.78% 和
16.63%。南亚热带气候区的果园土壤有机碳年均
变幅分别比中亚热带气候区和过渡带高 22.87% 和
14.03%。Ogle 等[16]分析了不同气候带土壤有机碳
含量的变化，指出有机碳含量变化受气候的影响较
大，认为湿热地区有利于有机碳的积累。由表 3 可
以看出，果园土壤有机碳的年均变幅为南亚热带气
候区 > 过渡带 > 中亚热带气候区。
表 1 1982 和 2010 年土壤的有机碳含量
Table 1 Soil organic carbon contents in different years
年份
Year
最小值
Min (g kg–1)
最大值
Max (g kg–1)
极差
Range (g kg–1)
平均值
Mean (g kg–1)
标准差
Standard deviation
变异系数 (%)
Coefficient of variation
1982 6.17 18.85 12.68 10.29 3.29 31.97
2010 11.99 33.58 21.59 19.36 3.22 16.63
图 3 1982 和 2010 年果园土壤有机碳含量频度分布
Fig. 3 Frequency distribution of SOC content in 1982 and 2010
表 2 不同土壤类型果园 0~20 cm 土壤有机碳含量(g kg–1)
Table 2 SOC (g kg–1) in different soil types at depth of 0–20 cm
类型
Soil type
年份 Year 年均变幅 (%)
Annual mean variation1982 2010
红壤 Red soil 10.45±2.13 19.55±2.74 32.5
砖红壤性红壤 Lateritic red soil 9.33±1.30 18.10±1.20 31.3
紫色土 Purplish soil 9.22±0.24 16.51±0.18 26.1
水稻土 Paddy soil 9.98±2.37 18.98±2.73 32.1
王义祥等：亚热带果园土壤固碳潜力估算——以永春县为例
432 第23卷热带亚热带植物学报
2.3 土壤有机碳密度的变化
由表 4 可知，2010 年果园土壤有机碳密度以
红壤最高，为 42.00 t hm–2，而 1982 年以紫色土最高 ,
为 22.64 t hm–2。从不同土壤类型土壤有机碳密度
的年均变幅来看 , 砖红壤性红壤的有机碳密度最
高 , 为 9.11%, 紫色土的最低 , 为 7.04%。2010 年
果园土壤的有机碳密度比 1982 年高 88.18%。
2.4 果园土壤的固碳潜力
将不同土壤类型的有机碳年均变幅与土壤有
机碳初始含量进行回归分析，获得回归方程(表 5)。
当有机碳年均变幅为 0 时，即为土壤有机碳的饱和
量。由表 6 看出，以红壤的有机碳饱和量最高，为
21.05 g kg–1，其次是水稻土，紫色土的最低，分别比
红壤、砖红壤性红壤和水稻土低 34.73%、29.50%
表 3 不同地理区域果园土壤有机碳含量(g kg–1) 的变化
Table 3 Changes in SOC (g kg–1) of different geographical regions
区域
Geographical region
年份 Year 年均变幅 (%)
Annual mean variation1982 2010
中亚热带气候区 Middle subtropical climate zone 11.255±1.670 20.166±3.179 2.907±1.141
过渡带 Transition zone 11.260±1.670 20.165±3.183 3.132±1.262
南亚热带气候区 South subtropical climate zone 9.654±1.614 18.885±2.247 3.572±1.239
表 4 不同土壤类型果园 0~20 cm 土壤有机碳密度(t hm–2)的变化
Table 4 Changes in soil organic density (t hm–2) in different soil types at depth of 0–20 cm
土壤类型
Soil type
年份 Year 年均变幅 (%)
Annual mean variation1982 2010
红壤 Red soil 22.05±4.86 42.00±5.34 7.21
砖红壤性红壤 Lateritic red soil 18.12±1.35 39.38±2.72 9.11
紫色土 Purplish soil 22.64±5.62 37.54±9.43 7.04
水稻土 Paddy soil 21.87±4.56 41.07±4.53 7.08
平均 Mean 22.17±3.40 41.72±5.37 7.33
表 5 有机碳年均变幅(y)与初始含量(x)的回归方程
Table 5 Regression equation between annual average increment (y) and initial content (x) of soil organic carbon
类型 Type 拟合方程 Equation R2
红壤 Red soil y = –4.562ln(x)+13.900 0.535*
砖红壤性红壤 Lateritic red soil y = –4.265ln(x)+13.498 0.531*
紫色土 Purplish soil y = –7.087ln(x)+18.568 0.884*
水稻土 Paddy soil y = –4.540ln(x)+13.776 0.586*
表 6 永春县果园土壤固碳潜力(土深 0~20 cm)
Table 6 Soil carbon sequestration potentials at depth of 0–20 cm in Yongchun orchards
土壤类型
Soil type
面积
Area (hm2)
饱和量 Saturation
content (g kg–1)
固碳储量 Carbon
storage (t hm–2)
固碳潜力 Carbon
sequestration (t hm–2)
总固碳潜力 Total carbon
sequestration potential (t)
红壤 Red soil 11519 21.05 42.00 3.37 38842.07
砖红壤性红壤 Lateritic red soil 524 19.49 39.38 3.22 1689.38
紫色土 Purplish soil 4 13.74 37.54 –6.31 –25.22
水稻土 Paddy soil 5802 20.78 41.07 4.07 23602.54
永春 Yongchun 17849 / 41.26 3.59 64108.77
第4期 433
和 33.88%。不同土壤类型果园土壤的固碳潜力有
一定的差异，水稻土的固碳潜力最高，分别是红壤
和砖红壤性红壤的 1.24 倍和 1.30 倍。紫色土的固
碳潜力为 –6.31 t hm–2，意味着紫色土应释放出一
定的碳素才能达到相对稳定的平衡状态。从总固
碳潜力来看，以红壤的最高，其次是水稻土。通过
估算，在 2010 年的土地利用方式、耕作措施、施肥
水平和气候条件下，永春县果园土壤的固碳潜力为
64108.77 t。
3 讨论
土壤有机碳储量的提高是降低大气浓度、缓解
温室效应的重要途径。因此，探明土壤有机碳固存
的潜力及增加土壤有机碳库储量的途径，对于缓解
目前全球变暖问题具有重要的意义。本研究结果
表明，相比 1982 年，2010 年永春县果园的土壤有
机碳含量、土壤有机碳密度分别增加了 88.44% 和
88.18%。永春县果园土壤的有机碳密度虽然在增
加 , 但又存在极大的不确定性。这些不确定性主要
来自对土地利用变化的判别、果业管理的影响、深
层土壤有机碳变化的估算、模型的有效性、尺度转
换和输入参数的不确定性等。据统计，1982 年永
春县的果园面积为 2.16×104 hm2，2010 年增加到
1.78×105 hm2，28 年来永春县果园土壤面积增加了
7.2 倍，而且新增果园多数开垦于一些次生乔木或
灌丛或旱地，复杂的土地利用变化是引起估算结果
不确定性的重要因素，这也是今后需进一步深入研
究的方向。韩冰等利用 DNDC 模型预测我国农田
生态系统的土壤碳平衡值为 4.8~51.4 g kg–1，其中
福建省为 14.8 g kg–1 [2]。根据计算结果，永春县果
园土壤的有机碳饱和量约为 13.74~21.05 g kg–1，介
于韩冰等的预测值范围内。West 等研究表明美国
农田土壤的有机碳饱和量为 25 g kg–1 [14]，程琨等报
道我国旱地和水田的有机碳潜在储存能力估计值
分别为 17.2 和 27.7 g kg–1 [3]。永春县果园土壤较美
国农田和我国水田的固碳容量要低，但红壤、砖红
壤性红壤和水稻土类型的果园土壤的固碳容量高
于我国旱作农田。本研究估算出永春县果园土壤
总的固碳潜力为 64108.77 t，显示出具有较大碳汇
潜力。另外，本研究对永春县果园土壤固碳现状和
潜力的估算只是针对某一时段的土壤有机碳的变
化，没有考虑环境因素对土壤固碳潜力的影响，而
实际上气候和土壤因素会影响土壤的呼吸作用和
有机质分解作用，并影响土壤有机碳动态和固碳潜
力，从而导致潜力估算存在一定的不确定性。
已有的研究结果表明，土壤对碳的固持不是
无限度增加的，而是存在一个最大的保持容量，即
饱和量[17]。初始有机碳含量愈远离饱和量，碳的
累积速率则愈快。而随着有机碳含量增长，土壤
对碳的保持将变得愈加困难[18]。同时土壤固碳能
力还受经营、土壤特性和自然环境的共同影响[19]。
Purakayastha 等研究指出，不同类型的土壤都有其
自身特有的固碳能力，其对外源有机物质输入的响
应速率自然也存在差异[20]。本研究结果表明，红壤、
砖红壤性红壤和水稻土的有机碳含量、年均变幅以
及有机碳的饱和量均显著高于紫色土，这与土壤类
型的成土因素有密切的关系。程琨等的研究表明，
水稻土、红壤、黑土的初始和终了的有机碳含量均
显著高于潮土、褐土、紫色土[3]，这与本研究结果基
本一致。另外，气候因子通过植被而影响进入土壤
的有机物质数量，同时又强烈地影响着土壤有机质
的分解与形成。吴金水等[21]采用计算机模拟方法
对中国亚热带和黄土高原地区耕作土壤有机碳状
况进行研究，结果表明亚热带地区耕作土壤有机碳
积累量低于北温带地区，而黄土高原地区却略高于
北温带地区，揭示不同气候带的土壤有机碳对气候
变化的响应存在差异。王淑平等的研究表明，降水
量和温度对土壤有机碳的积累具有正交互作用，土
壤有机碳是降水量、温度及其它影响因子综合作用
的结果[22]。本研究结果表明，南亚热带气候区内土
壤有机碳平均碳含量低于过渡带和中亚热带气候
区，但南亚热带气候区果园土壤有机碳年均变幅大
于过渡带和中亚热带气候区。
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