当前世界环境

介绍

树木在减轻环境碳退化和增加大气中二氧化碳浓度的各种影响方面发挥着至关重要的作用。树木促进碳在土壤和植物生物量中的固存。因此，基于树木的土地利用实践可能是储存大气二氧化碳的可行替代方案，因为它们具有成本效益、高碳吸收潜力以及相关的环境和社会效益(Dhruw等, 2009)。在过去的几十年里，大气中二氧化碳含量的增加引起了科学界对碳储存和土壤有机碳储存过程的关注。大气中二氧化碳的浓度可以通过减少排放或使二氧化碳能够储存在陆地生态系统中来降低。土壤以土壤有机碳的形式储存碳，在碳循环中起着重要作用。大部分碳通过叶片的光合作用进入生态系统。凋落物落落后，碎屑经微生物作用分解形成土壤有机碳(Post and Kwon, 2000)。研究发现，树冠下的土壤有机物质和其他营养物质含量更高。据报告，全球森林生态系统约占每年大气和土壤碳之间碳通量的90%。上层剖面中的碳通常是最易化学分解的，并直接受到自然和人为干扰(IPCC, 2003)。由于有机质的输入主要来自地上凋落物，森林土壤有机质倾向于集中在上层土壤层，矿质土壤最上层100 cm的土壤有机碳大约有一半集中在上层30 cm的土壤层。 Therefore estimation of soil organic carbon (SOC) up to the depth of 30 cm is attached with enormous importance. Soil storesmore carbon than is contained in plants and theatmosphere combined. As a matter of fact the world’ssoil contains 4.5 times the amount of carbon held inthe vegetation (Lal, 2004). Gupta and Rao (1994)made first estimate of the organic carbon stock inIndian soils was 24.3 Pg (1 Pg = 1015 g) based on 48soil samples. Worldwide the top soil layer of first 30cm holds 1500 Pg carbon whereas for India it is 9Pg (Bhattacharyaet al .,2000)。森林凋落物层中碳含量显著。森林中较低的分解速率可以增加表层土壤有机碳(SOC)储量。土壤有机碳的储量受植物生产和分解输出碳的平衡控制。土壤总有机含量随降水而增加，而粘土含量随温度而降低(Jobbagyand Jakson, 2000)。气候影响浅层土壤有机碳储量，而粘土含量影响深层土壤有机碳储量。植被类型对碳分布的影响大于降水。低海拔南坡土壤的总有机碳含量明显低于高海拔北坡土壤(Schmidt等, 1993)。

土壤有机质是全球碳循环中最大的陆地碳库。土壤所储存的碳是植物所储存碳的2.5至3.0倍，是大气中二氧化碳的2至3倍₂(戴维森等, 2000)。同样，它在控制大气中的二氧化碳含量方面也起着重要作用(福莱特)等, 2007)。土壤有机质处于有机碳输入与输出的动态平衡状态。投入在很大程度上取决于森林生产力、凋落物的分解及其与矿质土壤的结合，而有机质的衰变速度和通过呼吸作用向大气中返回碳的速度则控制产出(Pregitzer, 2003年)。土壤有机碳的其他损失是通过侵蚀造成的。森林砍伐可以通过减少地上生物量的储存量或增加土壤有机碳的氧化，向大气贡献大量的碳。

图1:雪松不同成分的含碳量 点击这里查看图

森林是最大的碳汇之一，有助于控制大气中的CO₂浓度(周et al .,2006)。森林土壤含有全球显著数量的碳——地球陆地碳的大约一半在森林中(1146×1015 g)，其中约三分之二保留在土壤库中(Dixon)等, 1994)。温度森林生态系统在全球和区域都含有大量的土壤有机碳(Rasmussen)等, 2006)。据估计，目前世界森林的碳储量为861±66 Pg C，其中383±30 Pg(44%)存在于1米深的土壤中。温带森林对世界森林碳储量的贡献为14%(119±6 Pg)等, 2011)。根据在印度森林土壤中估计的全球或区域平均土壤碳密度，计算出我们的土壤有机碳库在5.4到6.7 Pg之间(Ravindemath)等.， 1997)等.， 2003估计印度森林50 cm土层和1 m土层的土壤有机库总量分别为4.13和6.81 Pg。土壤有机碳通常估计深度为0-30厘米，因为大部分有机碳存在于表层，根系活动也集中在这一层(Ravindranath和Ostwald, 2008)。

图2:黄曲霉不同成分的含碳量 点击这里查看图

因此，0-30cm层的有机碳含量大约是大气二氧化碳(CO)中碳含量的两倍₂)，是全球地上植被的三倍(Powlson等, 2011)。据估计，30厘米深的全球有机碳储量为684-724 Pg (Batjes, 1996)。土壤碳的微小变化会导致大气碳浓度的巨大变化(IPCC, 2000)。研究森林有机碳的变化机制对认识和减缓气候变化具有重要意义等, 1996)。由于气候和植被的变化，克什米尔等山地寒温带地区有机碳含量较高，但空间变异性较大等, 2010)。这种空间变异性使得森林土壤有机碳的空间分布难以预测(Fahey等, 2005)。各种研究报道了地形、气候条件、土壤组成、凋落物质量及其分解速率、物种组成或植被类型对土壤有机碳空间分布的影响等, 2008)。由于没有进行过科学系统的研究来估计不同树木成分的碳百分比雪松deodara，Fraxinus多花植物和榆属wallichiana是克什米尔河谷的重要树种，也是这些树种下的土壤有机碳库。因此，在克什米尔温带条件下，试图估算树木成分(叶、枝、木、树皮和根)的碳百分比以及土壤有机碳库。

材料与方法

研究区域

实验地点位于74.89之间^o东经34.08度^o北纬的海拔高度约为平均海平面以上1600米。它位于斯利那加市东南约15公里处，土壤为淤泥壤土，排水良好。气候一般温和，严冬从12月延续到3月。该地区的温度范围很广，最低可达-4度^o冬季气温最高可达摄氏33度^oC在夏天。该地区年降水量约为676毫米，大部分降水在冬季以雪的形式接收。本研究于2009年和2010年在Shalimar的Sher-e-Kashmir农业科技大学(SKUAST-K)林业学院种植园区进行，于1990年3月种植，树龄19岁。种植的树种是雪松，花蜡树和榆属wallichiana被选为研究对象。

图3:黄榆不同成分的含碳量 点击这里查看图

测量的标定和计数

经过对整个地区的调查，树木雪松，花蜡树和榆属wallichiana是根据斯库瓦斯-克什米尔地区胸围高度的直径来计算的。为了确定胸径(DBH)，共对72棵树进行了枚举。然后将这些树分为三个直径级:10-20厘米20-30厘米和30-40厘米除外Fraxinus多花植物由于其直径小，第一径级为0 ~ 10 cm。在面积为10 × 10 m、间距为2 × 2 m的样方中，三个直径类别的树木总数为24棵。SKUAST-Kashmir, Shalimar实验场地平面布置图如表1所示。

表1:SKUAST- Kashmir, Shalimar实验场地平面图 点击这里查看表格

估计 估算不同树木成分中碳的百分比

碳的百分比是用Negi描述的灰分含量法估计的et al。（2003）．在这种方法中，烘箱干燥的植物成分(树皮、叶子、茎材和根)在400℃的马弗炉中燃烧^oC的温度。称量燃烧后剩下的灰分，计算含碳量，公式为:碳% = 100 -灰分质量+ 0的分子量₂解析:选C₆H₁₂O₆

土壤分析

通过将每个主地块(10 x 10 m)划分为三个分区来收集土壤样本。通过挖3个宽30 cm、深30 cm、长50 cm的坑，收集每个分区具有代表性的土壤样品。从所有三个分区获得了复合样品。土壤样品在阴凉处风干，用木杵磨碎，通过2mm筛网，储存在布袋中供进一步分析。测定了土壤样品的以下理化性质:

表2:沙利玛尔斯科瓦斯特-克什米尔地区树种不同组成部分的碳含量 点击这里查看表格

体积密度(gcm³）

它是用核心法测定的(王尔德)et al。, 1964)。在这种方法中，一个圆柱形的金属取样器被压入土壤到所需的深度，并被小心地移出以保留已知体积的样品。样品在105℃下干燥^o摄氏至110度^oC并称重。堆积密度是用烘箱干燥后的质量除以样品的现场体积。

表3:沙利玛尔地区SKUAST-Kashmir人工林不同树种下的土壤有机碳库 点击这里查看表格

有机碳(%)

采用Walkley和Black(1934)快速滴定法测定有机碳。用重铬酸钾(10ml)和浓硫酸(20ml)混合消化1.0 g土壤。用标准硫酸亚铁铵溶液在正磷酸存在下，以二苯胺为指示剂，用滴定法测定了土壤中未被有机质还原的重铬酸钾过量。

土壤碳储量

土壤有机碳库存量以每公顷兆克(Mg ha)表示¹)是通过乘以土壤有机碳(g kg)来计算的¹)，容重(g cm)³)和深度(厘米)(若昂卡洛斯et al。, 2001)。

统计分析

采用方差分析技术(ANOVA)对数据进行统计学分析。

结果

不同树种的碳含量

表2(图1-3)描述了SKUAST-Kashmir人工林不同树种组成部分的碳百分比数据。数据表明，碳的百分比明显高于雪松deodara(45.41%)Fraxinus多花植物(41.36%)和榆属wallichiana(40.78%)。此外，最高的碳百分比记录在木的茎材雪松deodara(46.39%)，其次是榆属wallichiana(43.66%)和Fraxinus多花植物分别为(43.21%)。然而，观察到的最低碳百分比是在叶片榆属wallichiana(36.41%),Fraxinus多花植物(36.7%)和雪松deodara(42.81%)。此外，碳在叶和树皮的百分比Fraxinus多花植物相对高于榆属wallichiana。

不同树种土壤有机碳库

仔细阅读(表3)中的数据可以发现，在情况下，有机碳含量的记录明显更多榆属wallichiana(2.08%)雪松deodara和Fraxinus多花植物分别为1.86%和1.53%。2009 - 2010年有机碳含量呈上升趋势。同样，在的情况下观察到最大容重Fraxinus多花植物(1.26克厘米³)与其他物种相比。此外，从2009年到2010年，堆积密度呈下降趋势。结果表明:土壤有机碳库显著高于榆属wallichiana我不知道¹)，然后是雪松deodara[69.37 .37]我不知道¹),Fraxinus多花植物[57.82 .82]我不知道¹),分别。从2009年到研究后期，土壤有机碳库呈现增加趋势。

讨论

不同树种的碳含量

关于树种不同组成部分的碳百分比的数据(表2)表明，碳百分比在雪松deodara(45.41%)Fraxinus多花植物(41.36%)和榆属wallichiana(40.78%)。Negiet al。(2003)报道了不同树种不同部位的碳含量取决于灰分含量，而灰分含量又取决于结构组分的数量。结构组织越多，灰分含量越高，碳含量越低。自雪松deodara含有较少的灰分含量相比Fraxinus多花植物和榆属wallichiana因此，与其他树种相比，它的碳含量更高。其他几位研究人员也支持我们的发现(shepherd and montagini, 2001;Dhruwet al。2009年和Janaet al。, 2009)。此外，在所有树种中，茎材的碳含量较高，其次分别是根、枝、皮和叶。Kraenzelet al。(2003)报道树干、根、枝和细枝等木质组织的碳浓度高于叶、花和细根等软组织。这一结果也与Navar(2009)和Fonseca的研究结果一致et al。(2012)。

不同树种土壤有机碳库

仔细阅读(表3)中提供的数据可以发现，有机碳在榆属wallichiana(2.08%)雪松deodara和Fraxinus多花植物。有机碳含量越高榆属wallichiana树木可能是由于增加了更多的凋落物落在地面上，不断分解并向土壤中添加有机物，因为这个物种生长得很快，相比之下雪松deodara和Fraxinus多花植物而且分解的速度也很快(Berthold and Beese, 2002)。这些结果与Kater的发现一致et al。(1992)， Rhodes(1995)和Sood(1999)。从2009年开始到2010年，堆积密度呈下降趋势，其中在2010年记录的堆积密度显著增加Fraxinus多花植物(1.26克厘米³)与…相比雪松deodara和榆属wallichiana。堆积密度的增加Fraxinus多花植物可能是由于有机碳的减少减少了土壤孔隙度，导致容重增加。因此，土壤容重值较高也可归因于土壤有机碳含量较低。这些发现与Karan的研究结果一致et al。(1991),沙玛et al。(1995)和Cihacek and Ulmer(1997)。土壤有机碳库显著高于榆属wallichiana我不知道¹)与…相比雪松deodara[69.37 .37]我不知道¹),Fraxinus多花植物[57.82 .82]我不知道¹）.土壤有机碳库含量较高榆属wallichiana这可以解释为凋落叶在地表不断积累，不断分解，从而丰富了土壤表面。本研究的数值完全在报告的范围内。Chhabra和Dadhwal(2005)报道了土壤有机碳库在38.9 ~ 181.7 t ha之间¹在克什米尔谷地，许多其他工作者早先也报告了类似的结果(Negi和Gupta, 2010;Gupta和Sharma, 2010和Gupta, 2011)。

结论

根据目前的调查，可以得出以下结论:

• 雪松deodara3种树种中碳含量最高，其次为Fraxinus多花植物和榆属wallichiana分别。
• 雪松deodara与快速生长的物种相比，生长缓慢的针叶树将提供长期的碳固定能力Fraxinus多花植物和榆属wallichiana在短期内提供收入。
• 因此可以说，针叶树的碳积累效率高于落叶树。
• 综合结果显示，有机碳显著高于榆属wallichiana相比之下雪松deodara和Fraxinus多花植物。然而，堆积密度显著高于Fraxinusfloribunda相比之下雪松deodara和Ulmuswallichiana。此外，研究结果进一步揭示了土壤有机碳库显著高于榆属wallichiana相比之下雪松deodara和Fraxinus多花植物。

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