不同林齡榿木人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳素密度

楊麗麗，文仕知

(中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

不同林齡榿木人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳素密度

楊麗麗，文仕知

(中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

對(duì)不同年齡階段榿木人工林生態(tài)系統(tǒng)碳素密度進(jìn)行研究,結(jié)果表明：3年生榿木各器官的平均碳素密度變化范圍為0.3955～0.5199gC/g，5年生為0.4199～0.5435gC/g，8年生為0.4337～0.5453gC/g，14年生為0.4250～0.5513gC/g，變異系數(shù)均在0.25%～9.58%之間。不同年齡榿木各器官碳素密度表現(xiàn)大致為：樹干>樹枝>樹葉>樹根>樹皮。隨著榿木林年齡的增長(zhǎng),林下植被各組分、死地被物的碳素密度變化規(guī)律不明顯。同一林分中各層次植物的碳素密度高低排列順序?yàn)?喬木層>活地被物層>死地被物層。不同年齡榿木人工林生態(tài)系統(tǒng)土壤層平均碳素密度隨著年齡的增加逐漸增加，且土壤各層的碳素密度隨著土層深度的增加而逐漸下降。

榿木人工林； 生態(tài)系統(tǒng)； 年齡階段； 碳素密度

四川榿木(Alnuscremastogyne)屬樺木科(Betulaceae)榿木屬(Alnus)，為中國(guó)特有種，是喜溫、喜濕、耐水和耐瘠薄的優(yōu)良纖維材和水土保持樹種，是適合湖南退耕還林工程和生態(tài)建設(shè)工程的優(yōu)良樹種。但目前我國(guó)對(duì)榿木的研究只限于榿木改良土壤效應(yīng)、群落特征及生物量分析、榿木光合生理特性研究、扦插繁殖技術(shù)、氮素積累與生物循環(huán)等，至今未見有關(guān)榿木林碳固定能力的研究。本文旨在為能準(zhǔn)確估算榿木林生態(tài)系統(tǒng)的碳素貯量和在區(qū)域或國(guó)家尺度上估算森林生態(tài)系統(tǒng)碳素貯量以及碳平衡提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地設(shè)置于湖南省湘西自治州花垣縣，地理坐標(biāo)為東經(jīng)109°15′—109°38′，北緯28°10′—28°38′，地處云貴高原東緣、武陵山脈南段中部地區(qū)，多為山地地貌。本區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，平均氣溫16℃，無(wú)霜期約270d，年均降雨量1420.9mm，日照時(shí)數(shù)1324.5h，太陽(yáng)輻射值76.96～78.76千卡/cm2,海拔212～1197m，相對(duì)高度達(dá)985m，成土母巖主要以石灰?guī)r為主，土壤主要為紅壤和山地黃壤；土壤呈微酸性至中性，地帶植物為常綠闊葉林。試驗(yàn)地林分特征如表1所示。

表1 花垣縣榿木林分的基本特征林齡(年)采樣地點(diǎn)密度(棵/hm2)平均胸徑(cm)平均樹高(m)3董馬庫(kù)鄉(xiāng)16117.538.25董馬庫(kù)鄉(xiāng)163310.8511.58董馬庫(kù)鄉(xiāng)169711.0213.314龍?zhí)舵?zhèn)195013.3415.2

2 樣品采集和分析方法

2007年8月，在花垣縣榿木林集中分布地董馬庫(kù)鄉(xiāng)、龍?zhí)舵?zhèn)分別選擇3年生、5年生、8年生、14年生榿木林固定樣地各兩塊，樣地面積均為30m×20m，在每木調(diào)查的基礎(chǔ)上，因榿木人工林各徑階分化不明顯，每年齡段選取5株平均木伐倒，在測(cè)定生物量的同時(shí)，分別采集樹干、樹皮、樹枝、樹葉、樹根(按粗度分為<0.2cm、0.2～0.5cm、>0.5cm三級(jí)及根蔸樣品。在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣方對(duì)角線離4個(gè)角各1m處和樣方中心設(shè)1m×1m 小樣方5個(gè)，調(diào)查地被物情況,分活地被物層(地上部分、地下部分)、死地被物層分別采樣。 在各個(gè)樣地內(nèi)，按離土表深度0～15cm、15～30cm、30～60cm三個(gè)層次采集3～4處的土壤分析樣品。

植物、土壤樣品中的碳素密度采用重鉻酸鉀-水合加熱法測(cè)定[2]。平均值差異顯著性分析采用SPSS13.0 軟件包進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1榿木不同器官碳素密度的動(dòng)態(tài)變化

從表2可以看出，不同年齡榿木不同器官碳素密度平均值不同，隨著林齡的增加，榿木碳素密度也在增加，但增加程度不大，3年生榿木器官平均值為0.4613gC/g，5年生為0.4788gC/g，8年生為0.4857gC/g，14年生為0.4958gC/g，變異系數(shù)變化范圍為3.46%～5.84%。

不同年齡榿木各器官碳素密度表現(xiàn)大致為：樹干>樹枝>樹葉>樹根>樹皮，這與杉木、馬尾松、楠木有所不同[3-5]。 原因可能是樹種不同，各個(gè)器官的碳素固定率也各不相同。樹根變化中，均以根頭碳素密度最大，大根次之，細(xì)根含量最小。而細(xì)根是土壤碳的影響因子之一。隨著榿木林齡的增長(zhǎng)，各器官的碳素密度變化規(guī)律不明顯，這可能與各器官的老化程度以及老化器官所占的比例有關(guān)。平均值差異顯著性分析表明：葉和根差異極不顯著；相關(guān)性分析表明：葉和根成極顯著相關(guān)。這可能是由于葉和根作為植物體的同化器官和吸收器官，必須處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)才能滿足自身生長(zhǎng)需要所決定的[6]。

3年生榿木器官碳素含量變化范圍為：0.3955～0.5199gC/g，變異系數(shù)變化為：3.79%～6.94%；5年生榿木器官碳素含量變化范圍為：0.4199～0.5435gC/g，變異系數(shù)變化為：2.95%～8.61%；8年生榿木器官碳素含量變化范圍為：0.4337～0.5453gC/g，變異系數(shù)變化為：0.25%～9.58%；14年生榿木器官碳素含量變化范圍為：0.4250～0.5513gC/g，變異系數(shù)變化為：3.93%～9.30%。研究表明，榿木樹枝中的碳素密度高于杉木[3,7-8]、馬尾松[9]、栓皮櫟[10]，但是樹根中碳素密度低于杉木[3,7-8]、馬尾松[9]、熱帶山地雨林[11]。同時(shí)可以看出，同一地區(qū)的不同樹種以及不同地區(qū)的同一樹種，其各器官的碳素密度存在一定的差異，但它們的變化范圍大都在0.4500～0.5500gC/g。

表2 不同年齡榿木不同器官的碳素密度器官3年生5年生8年生14年生碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)樹葉0.48113.860.48343.450.49886.200.50994.95樹枝0.50134.320.51302.950.49884.320.51645.12樹干0.51995.630.54354.640.54532.050.55138.35樹皮0.39556.410.41996.690.43379.580.47626.77根蔸0.47354.540.51627.500.54622.980.50487.05大根0.44465.510.51226.420.53307.680.44745.95粗根0.37166.760.36946.660.38123.140.41059.30細(xì)根0.34526.940.33958.610.34707.630.33718.05樹根平均0.40874.090.43435.150.45190.250.42503.93器官平均0.46133.790.47883.460.48571.460.49585.84

平均值差異顯著性分析表明：3年生與5年生、8年生、14年生榿木各器官碳素密度未達(dá)到顯著差異(P>0.05)、5年生與8年生、14年生榿木各器官碳素密度、8年生與14年生榿木各器官碳素密度差異性均不顯著。

圖1 不同年齡榿木各器官碳素密度變化

隨著林齡的增長(zhǎng)，榿木人工林各器官碳素密度變化趨勢(shì)見圖1。從圖1可以看出，榿木各器官碳素密度隨林齡的增加發(fā)生變化，榿木3年生到5年生階段，榿木各個(gè)器官的碳素密度均有小幅度增加；5年生到8年生階段，樹葉、樹枝、樹皮、樹根的碳素密度處于增加狀態(tài)，樹枝有略微下降趨勢(shì)；8年生到14年生階段，樹葉、樹枝、樹干碳素密度有較小的增長(zhǎng)，樹皮碳素密度增長(zhǎng)幅度較大，樹根碳素密度則處于下降狀態(tài)。樹葉、樹干、樹皮的碳素密度從3年生到14年生

之間一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)。14年生榿木根系碳素密度偏小的原因可能是：3年生、5年生、8年生榿木林樣地均位于董馬庫(kù)鄉(xiāng)，而14年生榿木位于龍?zhí)舵?zhèn)，由于采樣地點(diǎn)的不同，立地條件可能稍有差別，加之各地土壤狀況不一，導(dǎo)致了14年生榿木林根系碳素密度偏小。

3.2榿木林下活地被物、死地被物中碳素密度的變化

不同年齡榿木人工林林下活地被物、死地被物中碳素密度的變化情況見表3。由表3可知,隨著年齡的增長(zhǎng)，林下植被活地被物、死地被物碳素密度變化規(guī)律不明顯。林下地被物各器官碳素密度變異系數(shù)較大，這是由于草本層植物種類較多所決定的。3、5、8、14年生榿木林下地被物的碳素密度均表現(xiàn)為活地被物層>死地被物層，活地被物層中碳素密度又表現(xiàn)為地上部分>地下部分。

表3 不同年齡榿木林下地被物的碳素密度層次3年生5年生8年生14年生碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)活地被物層地上部分0.42226.980.43256.640.41609.350.49247.72地下部分0.40383.610.38777.920.378013.030.37706.56平均0.41303.170.41016.950.39706.900.43473.65死地被物層0.362410.07 0.39132.900.3324 9.960.31866.09

從表2和表3可以看出，喬木層中地上部分3、5、8、14年生榿木各器官碳素密度的平均值分別為：0.4745gC/g、0.4900gC/g、0.4942gC/g、0.5133gC/g，林下活地被物地上部分的碳素密度明顯地低于喬木層中地上部分的碳素密度。這可能除了與林下植物種類有關(guān)外，也可能與林下的環(huán)境條件密切相關(guān)，喬木層有較長(zhǎng)的日照時(shí)間和充足的光能，從而可以截獲較多的太陽(yáng)能，有利于植物的光合作用，合成、積累較多的有機(jī)物，因而其碳素密度較高；而林下地被物層基本上長(zhǎng)期處于蔭蔽生境，光照強(qiáng)度有所減弱，因此林下地被物光合強(qiáng)度低弱，有機(jī)物合成、積累少，碳素密度下降。同一林分中各層次植物的碳素密度依高低順序排列為：?jiǎn)棠緦?活地被物層>死地被物層。

3.3榿木人工林土壤的碳素密度

不同年齡榿木人工林土壤碳素密度研究結(jié)果見表4。

從表4可以看出，榿木人工林生態(tài)系統(tǒng)土壤層碳素密度隨著林齡的增加逐漸增加，3年生榿木林土壤平均碳素密度為0.0083gC/g，14年生榿木達(dá)到了0.0139gC/g，且不同年齡階段榿木人工林隨著土層深度的增加，均呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，14年生榿木林土壤碳素密度最高，為0.0265gC/g，這可能是由于14年生榿木地面凋落物較多，腐殖質(zhì)層較厚造成的。

表4 不同年齡榿木人工林土壤的碳素密度土壤深度(cm)3年生5年生8年生14年生碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)碳素密度(gC/g)變異系數(shù)(%)0～150.01221.710.01328.990.01484.400.024521.3915～300.007511.670.007810.130.012217.950.010727.8230～600.005125.060.006513.670.00809.080.006611.97平均0.00838.010.00918.820.01176.090.01398.41

從表4中還可以看出，隨著榿木年齡的增長(zhǎng)，3年生到8年生榿木各個(gè)土層碳素密度處于上升階段，但是14年生榿木林土壤層15～30cm、30～60cm較8年生榿木有所下降。這可能是由于14年生榿木表層土壤腐殖質(zhì)層較厚，但還未分解轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)所致。土壤有機(jī)碳密度是取決于地上凋落物與地下細(xì)根周轉(zhuǎn)量的輸入和有機(jī)質(zhì)的分解，而這些過程與水熱條件相關(guān)。方差分析表明，各個(gè)年齡階段、各個(gè)土層之間碳素密度差異均未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。

4 結(jié)論

不同年齡榿木各器官碳素密度表現(xiàn)大致為：樹干>樹枝>樹葉>樹根>樹皮，樹根變化中，均以根頭碳素密度最大，大根次之，細(xì)根含量最小。3年生、5年生、8年生、14年生榿木各器官碳素密度平均值隨著年齡的增加而增加。

3年生、5年生、8年生、14年生榿木林下地被物的碳素密度均表現(xiàn)為活地被物>死地被物，活地被物中又表現(xiàn)為地上部分>地下部分，隨著年齡的增長(zhǎng)，林下植被活地被物、死地被物碳素密度變化規(guī)律不明顯。榿木林分中各層次植物的碳素密度依高低順序排列為:喬木層>活地被物層>死地被物層。不同年齡榿木人工林生態(tài)系統(tǒng)土壤層平均碳素密度有隨著年齡的增加逐漸增加，土壤各層的碳素密度有隨著土層深度的增加而逐漸下降的趨勢(shì)，但是否成為規(guī)律，尚等進(jìn)一步驗(yàn)證。

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(責(zé)任編輯：譚著明)

CarbondensityofAlnuscremastogyneplantationecosystemwithdifferentages

YANG Lili, WEN Shizhi

(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

The carbon density ofAlnuscremastogyneplantation ecosystem with different ages was studied in this paper. The results showed that the average carbon density of different organs varied from 0.3955gC/g to 0.5199gC/g for the 3-year-old plantation, from 0.4199gC/g to 0.5435gC/g for the 5-year-old stands, from 0.4337gC/g to 0.5453gC/g for the 8-year-old stands, and 0.4250gC/g to 0.5513gC/g for the 14-year-old plantation. The variation coefficient ranged from 0.25% to 9.58%. The carbon density of different organs ranked in the order as: stems>branches>leaves>roots>bark. No obvious trends were detected for the carbon density in different groups of under-storey of plants or the litter layer as the forest aged. The carbon density of different layers within a stand varied in the following order: tree layer>ground cover>litter layer. The soil carbon density ofAlnuscremastogyneplantation ecosystem with different ages increased along with the increase of age while decreased as the soil depth increased.

Alnuscremastogyneplantation; ecosystem; different age; carbon density

S 792.14

A

1003-5710(2010)04-0005-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2010. 04. 002

2010-07-15

2010-07-17

中南林業(yè)科技大學(xué)青年基金項(xiàng)目2009013B資助。

楊麗麗(1982-)，女，河南平頂山人，助教，碩士，主要從事生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)研究。