四川香椿人工林生物量與碳儲(chǔ)量研究

王延茹，侯廣維，彭培好，林 林，楊世之，周 瓊

（1.成都理工大學(xué)旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川成都 610059；2.四川省林業(yè)干部學(xué)校，四川成都 610081）

四川香椿人工林生物量與碳儲(chǔ)量研究

王延茹1，侯廣維2，彭培好1，林 林2，楊世之2，周 瓊2

（1.成都理工大學(xué)旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川成都 610059；2.四川省林業(yè)干部學(xué)校，四川成都 610081）

探討了不同發(fā)育階段香椿人工林生物量和碳儲(chǔ)量的變化規(guī)律。對(duì)四川省香椿人工林生物量和碳儲(chǔ)量進(jìn)行了調(diào)查。研究表明：3 a～24 a生香椿喬木層生物量的變異范圍為1.38 t·hm－2～130.89 t·hm－2，碳儲(chǔ)量的變異范圍為0.68 t·hm－2～64.62 t·hm－2，1 a～20 a生香椿生物量和碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化波動(dòng)較大，20 a之后呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，香椿生物量和碳儲(chǔ)量均在香椿成熟期達(dá)到最大；模擬構(gòu)建了香椿的樹(shù)高、胸徑和單株立木生物量模型（X表示年齡）：H＝－0.26X2＋1.4338X＋0.80936，D＝0.01057X2＋1.5977X－0.06318，W＝0.00315X2－0.03525X＋0.09871，其擬合相關(guān)系數(shù)分別為0.8313、0.9788、0.9971。香椿生物量和碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化過(guò)程劃分了3個(gè)階段，1 a～10 a為香椿幼齡林生物量和碳儲(chǔ)量緩慢上升期，11 a～20 a為香椿中齡林生物量和碳儲(chǔ)量中速上升期，21 a～30 a為為香椿成熟林生物量和碳儲(chǔ)量快速上升期；本文還為香椿人工林碳匯功能提出了合理的林分密度，香椿幼齡期按照初植密度1 666株·hm－2種植，香椿速生期撫育間伐密度保存在405株·hm－2，香椿成熟期撫育間伐密度保存在240株·hm－2為宜。該研究為香椿人工林群落碳匯功能與林分經(jīng)營(yíng)管理提供基礎(chǔ)資料。

香椿人工林；生物量；碳儲(chǔ)量；林分密度

香椿［Toona sinensis（Juss.）Roem.］為楝科（Meliaceae）香椿屬（Toona Roem）多年生落葉喬木，是我國(guó)南方優(yōu)良速生豐產(chǎn)用材樹(shù)種之一。香椿在四川主要分布在海拔1500m以下的山地和廣大平原地區(qū)，在四川盆周山地最高海拔可達(dá)2 000 m。目前對(duì)香椿栽培管理技術(shù)［1～3］、生物生態(tài)學(xué)特性［4～6］、化學(xué)成分［7～9］和生長(zhǎng)規(guī)律［10－11］的研究報(bào)道較多，但對(duì)香椿人工林的生物量與碳儲(chǔ)量研究的報(bào)道甚少［12］。本文以四川地區(qū)香椿人工林為研究對(duì)象，探討不同發(fā)育階段香椿人工林生物量與碳儲(chǔ)量。為香椿人工林群落碳匯功能與林分經(jīng)營(yíng)管理的研究提供依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)選擇有代表性的四川盆周山地和西南山地的彭州市、崇州市、峨眉山市、蘆山縣、南江縣、平昌縣、西昌市香椿人工林栽培區(qū)，各香椿栽培區(qū)的自然條件如表1所示。

表1 香椿栽培區(qū)自然概況

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

選取樣地為人工造林地，結(jié)合當(dāng)?shù)赝烁炝钟涗浐陀?jì)數(shù)樣芯年輪確定樣地林齡。選擇林齡為3 a～24 a的林地，密度為25株·hm－2～14 200株· hm－2的林分中設(shè)置了14個(gè)20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)地，兩個(gè)10 m×10 m的樣地，兩個(gè)5 m×10 m的樣地，對(duì)樣地內(nèi)香椿進(jìn)行每木檢尺，實(shí)測(cè)2717株香椿的胸徑、樹(shù)高等生長(zhǎng)指標(biāo)。

2.2 生物量估算

利用材積－生物量法測(cè)定香椿喬木層現(xiàn)存立木生物量，并根據(jù)香椿立木材積公式［13～15］計(jì)算單株材積，然后依據(jù)生物量公式W＝aVb（a＝2.1529，b＝0.6085）［16］計(jì)算出生物量與材積間的轉(zhuǎn)換系數(shù)0. 57［17～19］，進(jìn)而求得各樣地香椿人工林生物量。

2.3 碳儲(chǔ)量的估算

森林立木碳儲(chǔ)量為森林立木生物量乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行估算，本文采用轉(zhuǎn)換系數(shù)0.4937［16～19］來(lái)計(jì)算香椿人工林立木碳儲(chǔ)量。

2.4 森林生物量和碳儲(chǔ)量預(yù)測(cè)

根據(jù)樹(shù)齡、樹(shù)高、胸徑等參數(shù)模擬構(gòu)建香椿單株立木生物量模型（X表示年齡）W＝0.00315X2－0.03525X＋0.09871，預(yù)測(cè)各階段香椿人工林生物量和碳儲(chǔ)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 香椿人工林喬木層生物量

對(duì)四川省香椿人工林喬木層生物量進(jìn)行分析（表2與圖1），結(jié)果表明：3 a～24 a香椿喬木層生物量的變異范圍為1.38 t·hm－2～130.89 t· hm－2，動(dòng)態(tài)變化差異大。18個(gè)樣地中生物量平均值為40.48 t·hm－2，其中生物量超過(guò)100 t·hm－2的樣地僅有3個(gè)，分別是位于西昌城區(qū)老街亭的7 a生香椿人工林、南江縣蒲家河景田村的24 a生香椿人工林和南江縣沙河鎮(zhèn)周山村的8 a生香椿人工林，喬木層生物量依次為102.28 t·hm－2、105.77 t ·hm－2、130.89 t·hm－2，生物量小于10 t·hm－2的樣地也有3個(gè)，分別是位于蘆山縣龍門(mén)鄉(xiāng)季家壩的3 a生香椿人工林、彭州市通濟(jì)鎮(zhèn)大坪村的8 a生香椿人工林和峨眉山市楊河國(guó)河坪的17 a生香椿人工林，喬木層生物量依次為1.38 t·hm－2、2.72 t· hm－2、4.45 t·hm－2，西昌市和南江縣香椿生產(chǎn)潛力較大。由于香椿所處的地理環(huán)境差異、香椿自身的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性及其它因素影響導(dǎo)致香椿生長(zhǎng)狀況有所不同，1 a～20 a香椿生物量動(dòng)態(tài)變化波動(dòng)較大，20 a之后香椿生物量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，香椿的數(shù)量成熟期在20 a之后，香椿生物量在20 a之后達(dá)到最大。香椿在地理環(huán)境相同的地區(qū)，林齡、樹(shù)木胸徑、林分密度是影響生物量最大的因素。

3.2 香椿人工林碳儲(chǔ)量

森林碳儲(chǔ)量是以森林生物量為載體，林分立木生物量的高低直接反映了森林碳儲(chǔ)量的多寡，所以根據(jù)林木含碳量即林分生物量，可估算出整個(gè)森林碳儲(chǔ)量［20］。對(duì)四川省香椿人工林喬木層生物量進(jìn)行分析（表2與圖1），結(jié)果表明：3 a～24 a香椿人工林碳儲(chǔ)量的變異范圍為0.68 t·hm－2～64.62 t· hm－2，18個(gè)樣地中南江縣沙河鎮(zhèn)周山村8 a生香椿碳儲(chǔ)量最大為64.62 t·hm－2，蘆山縣龍門(mén)鄉(xiāng)季家壩3a生香椿碳儲(chǔ)量最小為0.68 t·hm－2，平均香椿碳儲(chǔ)量為19.99 t·hm－2。隨著林齡的增大，香椿固碳能力逐漸增強(qiáng)，香椿固碳能力在20 a之后達(dá)到最大。

表2 不同林齡段香椿人工林樹(shù)高、胸徑、密度、蓄積量、生物量及碳儲(chǔ)量

圖1 四川香椿人工林生物量和碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化曲線

3.3 香椿林分生物量與碳儲(chǔ)量預(yù)測(cè)

根據(jù)樹(shù)齡、樹(shù)高、胸徑等參數(shù)模擬構(gòu)建香椿樹(shù)高、胸徑、單株立木生物量模型（X表示年齡）：H＝－0.26X2＋1.4338X＋0.80936，D＝0.01057X2＋1.5977X－0.06318，W＝0.00315X2－0.03525X＋0.09871，其擬合相關(guān)系數(shù)分別為0.8313、0.9788、 0.9971，預(yù)測(cè)各階段香椿人工林生物量和碳儲(chǔ)量。香椿幼齡期，按照初植密度1 666株·hm－2種植，10 a生香椿林生物量可達(dá)75.68 t·hm－2，森林碳儲(chǔ)量可達(dá)37.08 t·hm－2，香椿速生期，撫育間伐密度保存在405株·hm－2，20 a生香椿林生物量可達(dá)118.39 t·hm－2，森林碳儲(chǔ)量可達(dá)58.01 t·hm－2，香椿成熟期，成熟林間伐保存在240株·hm－2為宜，30 a生香椿林生物量可達(dá)219.58 t·hm－2，森林碳儲(chǔ)量可達(dá)107.59 t·hm－2（表3）。

表3 不同密度香椿人工林預(yù)測(cè)樹(shù)高、胸徑、生物量與碳儲(chǔ)量變化

對(duì)香椿生物量和碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行分析（圖2），結(jié)果表明：1 a～10 a為香椿幼齡林生物量和碳儲(chǔ)量緩慢上升期，11 a～20 a為香椿中齡林生物量和碳儲(chǔ)量中速上升期，21 a～30 a為為香椿成熟林生物量和碳儲(chǔ)量快速上升期。在同一地區(qū)香椿生物量和碳儲(chǔ)量均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，香椿間伐時(shí)期發(fā)生明顯變化，香椿生物量和碳儲(chǔ)量均在香椿成熟期達(dá)到最大。

圖2 香椿生物量和碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化曲線

4 結(jié)論與討論

由于香椿所處的地理環(huán)境產(chǎn)生氣候差異、香椿自身的生態(tài)學(xué)特性及其它因素影響導(dǎo)致香椿生長(zhǎng)狀況有所不同。1 a～20 a香椿生物量和碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化波動(dòng)較大，20 a之后呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。在同一地區(qū)香椿生物量和碳儲(chǔ)量均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，香椿林分經(jīng)間伐后發(fā)生明顯變化，香椿生物量和碳儲(chǔ)量均在香椿成熟期達(dá)到最大。1 a～10 a為香椿幼齡林生物量和碳儲(chǔ)量緩慢上升期，11 a～20 a為香椿中齡林生物量和碳儲(chǔ)量中速上升期，21 a～30 a為香椿成熟林生物量和碳儲(chǔ)量快速上升期。

林分密度對(duì)香椿林生物量及碳儲(chǔ)量有較大影響，合理控制林分經(jīng)營(yíng)密度就成為森林培育的重要技術(shù)管理調(diào)控措施。香椿幼齡期，按照初植密度1 666株·hm－2種植，香椿速生期，撫育間伐密度保存在405株·hm－2，香椿成熟期，成熟林間伐保存在240株·hm－2為宜，控制適合的林分密度可以較快獲得較高的林分總生物量與碳儲(chǔ)量。

在不同林齡下，香椿生物量模型W＝0.00315X2－0.03525X＋0.09871能模擬喬木層生物量大小變化，但不能直接反應(yīng)香椿各器官生物量的大小關(guān)系及分配格局。

四川省具有廣闊的發(fā)展香椿人工林前景，川西南山地與盆周山地的香椿生物量和碳儲(chǔ)量生產(chǎn)力大，川西南山地具有大面積的宜林荒山且發(fā)展?jié)摿薮?，可以營(yíng)造香椿混交林來(lái)增加森林生物量和碳儲(chǔ)量改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，以達(dá)到綠化全川的目標(biāo)。

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Research on the Carbon Storage and Biomass of Toona sinensis Plantations in Sichuan

WANG Yan-ru1HOU Guan-gwei2PENG Pei-hao1LIN Lin2YANG Shi-zhi2ZHOU Qiong2
（1 Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2 Sichuan Forestry Cadre Schoo，Chengdu 610081，China）

To know the changes of different developmental stages of plantation biomass and carbon storage of Toona sinensis in Sichuan Province，investigationsweremade on the biomass and carbon stock of artificial toona forest.The results showed that3 years～24 years old Chinese toona tree layer biomass variation range varied from 1.38 per hectare to 130.89 per hectare，the variation range of carbon storage was from 0.68 per hectare to 64.62 per hectare，the biological amountand carbon storage dynamics change fluctuations of1 year～20 years old toona treeswere larger，20 years old toona trees had a trend of rapid growth，the biomass and carbon storage reached themaximum in themature period of Toona sinensis；Simulation was done to build Chinese toona tree height，DBH and individual tree biomassmodel（X as age）：H＝－0.26X2＋1.4338X＋0.80936，D＝0.01057X2＋1.5977X－0.06318，W＝0.00315X2＋0.03525X＋0.09871，and their fitting correlation coefficients respectively 0.8313，0.9788 and 0.9971.Toona sinensis biomass and carbon storage dynamics change processwere divided into three stages.At the age of1 to 10 Toona sinensis juvenile forest'biomass and carbon stock slowly rose，at the age of11 to 20 forestbiologicalamount and carbon storage was in amedium speed rise，at the age of21 to 30，mature forest biomass and carbon storage was in the period of rapid rise.Therefore，this paper put forward reasonable stand density carbon sink function of Toona sinensis plantation，Toona sinensis in the juvenile stage in accordance with the initial planting density of 1 666 trees per hectare should be cultivated，at the toona fast-growing stage the thinning density should concerved at 405 trees per hectare，in Toona sinensis mature period，the thinning density preservation at240 trees per hectare was appropriate，aiming to provide the basis for the data analysis of the research for the function of carbon sequestration and forest plantations community management.

Toona sinensis Plantation，Biomass，Carbon Storage，Stand Density

10.16779／j.cnki.1003－5508.2016.04.005

S718.55

A

1003－5508（2016）04－0024－04

2016-06-01

2015年地方標(biāo)準(zhǔn)修訂，四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局資助。

王延茹（1991-），女，在讀研究生，專業(yè)自然地理學(xué)。