恩施州柳杉人工林碳匯儲(chǔ)量研究

艾訓(xùn)儒，姚 蘭，易詠梅，沈作奎

(湖北民族學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施 445000)

全球和區(qū)域碳循環(huán)已成為全球變化研究和宏觀生態(tài)學(xué)的核心研究?jī)?nèi)容之一.在碳循環(huán)研究中，一個(gè)重要的科學(xué)問題是回答區(qū)域或全球的碳源和碳匯的大小、分布及其變化.因?yàn)樗c限制一個(gè)國家化石燃料使用的一系列國際公約如《京都議定書》密切聯(lián)系，所以碳匯、碳源問題不僅是一個(gè)科學(xué)命題，也成為國際社會(huì)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)[1-8].柳杉(CryptomeriafortuneiHooibrenkex Otto et Dietr)為常綠大喬木，樹姿雄偉、優(yōu)美，不僅是優(yōu)良的庭園觀賞樹種，更是中國南方主要用材樹種，在海拔1 200 m以上的地區(qū)，由于主要用材樹種杉木不能良好生長(zhǎng)，因此柳杉成為較理想的杉木替代樹種.我國從20世紀(jì)60年代開始，在中國南方高海拔地區(qū)廣泛推廣種植，它曾在我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)和林業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到了極其重要的作用.恩施州自20世紀(jì)90年代后，種植柳杉人工林較少，高海拔地區(qū)基本被日本落葉松取代，根據(jù)恩施州林業(yè)局2008年底調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)存柳杉人工林17 912 hm2，主要以中齡林、成熟林為主.為研究恩施州柳杉人工林碳匯儲(chǔ)量，本課題組于2008年至2010年先后在柳杉種植面積較大的利川市的福寶山、甘溪山、石板嶺，建始縣的高巖子，宣恩縣的雪落寨，恩施市的銅盆水等6個(gè)國有林場(chǎng)進(jìn)行了野外調(diào)查，取得了大量而豐富的數(shù)據(jù).

1 研究方法

在上述6個(gè)國有林場(chǎng)柳杉人工林分布區(qū)隨機(jī)設(shè)置樣地，面積300～600 m2不等，樣地基本情況見表1.

表1 柳杉群落樣地調(diào)查基本情況表

對(duì)各樣地的柳杉進(jìn)行每木檢尺，統(tǒng)計(jì)柳杉胸徑、樹高分布概率；分別在福寶山、甘溪山國有林場(chǎng)樣地中根據(jù)克拉夫特分級(jí)法，選擇標(biāo)準(zhǔn)木6株，對(duì)每標(biāo)準(zhǔn)木采用分層截取法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定枝、葉、果鮮重，采用區(qū)分段法測(cè)定樹干各區(qū)分段鮮重，采用樹冠投影法全取樹樁及根的鮮重(分主根、側(cè)根、須根分別稱量)；對(duì)干、枝、葉、果、根及樹樁各組份分別取樣，采用烘干恒重法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)木生物量，用相關(guān)曲線法獲得生物量測(cè)算的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，推算全林分生物量[9]；同時(shí)將各樣品在104℃下烘干至恒重后、粉碎磨碎并過0.25目篩用于測(cè)定有機(jī)碳含量，有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀一硫酸氧化法進(jìn)行測(cè)定.根據(jù)生物量測(cè)算值和柳杉各組份碳含量測(cè)定值，推算恩施州柳杉人工林碳匯儲(chǔ)量.

2 結(jié)果與分析

2.1 柳杉各組份生物量及分配

柳杉各組份生物量及分配比例測(cè)算結(jié)果見表2.由表2可知，影響柳杉生物量的測(cè)樹因子主要是胸徑，胸徑越大，生物量越高，其次是樹高因子.各組份生物量分配主要集中在樹干，其生物量占全樹生物量的比例在54.7%～0.2%，根據(jù)林分密度和自然整枝情況發(fā)生波動(dòng)，其次是樹根(含樹樁)生物量，分配比例在7.5%～1.8%之間，由于土壤厚度和土壤肥力條件而發(fā)生變化，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)在土層較簿的坡地的柳杉大樹，根生物量較低且容易翻根倒伏.柳杉枝、葉生物量相對(duì)較小，但對(duì)于胸徑在22 cm及以上的大樹，枝生物量可達(dá)到10%以上.各組份生物量分配大致呈現(xiàn)樹干>樹根(含樁)>葉>枝的趨勢(shì).

表2 柳杉各組份生物量及分配比例(單位：g；%)

注：( )內(nèi)的數(shù)值為各組份生物量占全樹生物量的比例.

2.2 柳杉生物量測(cè)算的相關(guān)性

在生物量研究中，不同學(xué)者提出了不少生物量估測(cè)的相對(duì)生長(zhǎng)模型，有的已直接用于指導(dǎo)林業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理.根據(jù)生物生長(zhǎng)的一般指數(shù)生長(zhǎng)模型，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)木生物量的數(shù)據(jù)分析，選擇胸徑(D)和樹高(H)兩個(gè)因變量，構(gòu)建生物量(W)與胸徑(D)或生物量與胸徑和樹高(H)的相關(guān)曲線模型.模型(1) 和模型(2)并采用適合性檢驗(yàn)和相關(guān)系數(shù)的比較分析，見表3.

表3 柳杉單株生物量及各組分生物量數(shù)學(xué)模型

表4 調(diào)查樣地(5 650 m2)柳杉生物量測(cè)算表

圖1 柳杉各組份及全樹碳含量/%

由表3可知，柳杉全樹及各組份生物量與測(cè)樹因子胸徑和樹高密切相關(guān)，不論是用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?1)或是用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2)，全樹生物量及各組份生物量與胸徑、樹高的相關(guān)系數(shù)都較高，全樹生物量相關(guān)系數(shù)在0.99以上，各組份生物量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖鄬?duì)而言，模型(1)對(duì)樹葉(含果)和樹枝的擬合情況更好些.由于每木檢尺中，柳杉的胸徑為實(shí)測(cè)，樹高為估測(cè)，選擇單一的因變量便于統(tǒng)計(jì)，因此全林分生物量的經(jīng)驗(yàn)公式選擇模型(1)，即：

W=254.519 7D2.161 4

2.3 恩施州柳杉生物量測(cè)算

根據(jù)恩施州林業(yè)局2008年底調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)存柳杉人工林17 912 hm2，主要以中齡林、成熟林為主.由于對(duì)調(diào)查林分的具體栽培時(shí)間(柳杉年齡)沒有詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)資料，因此采用了各徑階樹干的胸徑分布頻率近似代替年齡結(jié)構(gòu)的辦法.根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在13個(gè)隨機(jī)調(diào)查樣地(5 650 m2)中，對(duì)940株柳杉進(jìn)行每木檢尺，按徑階分布統(tǒng)計(jì)，各經(jīng)階株數(shù)、分布頻率及根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?1)測(cè)算的生物量見表4.

根據(jù)表4，5 650 m2柳杉人工林生物量合計(jì)為127 865.56 kg，則恩施州柳杉人工林(17 912 hm2)生物量為4 055 704.557 t.

2.4 恩施州柳杉人工林碳匯儲(chǔ)量

對(duì)6株柳杉標(biāo)準(zhǔn)木各組份碳含量測(cè)定，其平均碳含量見圖1.根據(jù)測(cè)定，柳杉樹干、樹樁碳含量較高，分別為52.16%和52.65%，樹葉碳含量較低，全樹平均碳含量為50.26.根據(jù)對(duì)恩施州柳杉人工林生物量的測(cè)算，結(jié)合柳杉人工林碳含量的測(cè)定結(jié)果，則恩施州柳杉人工森碳匯儲(chǔ)量為2 038 397.11 t.

3 結(jié)論

柳杉生物量與胸徑大小密切相關(guān)，全樹生物量50%以上集中在樹干，各組份生物量分配大致呈現(xiàn)樹干>樹根(含樁)>葉>枝的趨勢(shì).本區(qū)域柳杉生物量與胸徑、樹高的關(guān)系模型為，或，采用胸徑分布代替年齡結(jié)構(gòu)的方法，統(tǒng)計(jì)調(diào)查樣地柳杉各徑階分布頻率，推算恩施州柳杉人工林生物量為4 055 704.557 t，通過對(duì)柳杉各組份碳含量的測(cè)定，結(jié)合生物量的測(cè)算，恩施州柳杉人工林的碳匯儲(chǔ)量為2 038 397.11 t.

森林碳匯的計(jì)量和核查方法已成為了國際氣候變化、國際談判的焦點(diǎn)之一，通過植樹造林來緩解全球氣候變暖問題是實(shí)現(xiàn)《京都議定書》減排目標(biāo)的重要措施，人類社會(huì)共同應(yīng)對(duì)全球氣候變化的挑戰(zhàn)將是一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略任務(wù)，有許多未知領(lǐng)域等待著人們?nèi)パ芯亢吞剿?通過對(duì)恩施州過去幾十年度來的主要造林樹種柳杉碳匯的測(cè)算與研究，將會(huì)對(duì)本區(qū)域在森林碳循環(huán)理論、森林碳匯資源和潛力開發(fā)等方面奠定基礎(chǔ)，對(duì)于提高人工林碳匯能力，有效遏制區(qū)域氣候變暖有非常重要的意義.

圖2 人才智能化推薦系統(tǒng)界面

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