毛竹與油茶人工林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量及其分配特征

林建忠

(福州市林業(yè)局，福建 福州 350005)

毛竹與油茶人工林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量及其分配特征

林建忠

(福州市林業(yè)局，福建 福州 350005)

對福州市主要經(jīng)濟(jì)林毛竹和油茶林生態(tài)系統(tǒng)各組分的生物量、含碳率和碳貯量進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明，毛竹林和油茶林喬木層生物量分別為277.18、35.76 t·hm-2，高于林下植被和凋落物生物量，其中，干的生物量最大，分別占喬木層生物量的68.80%和34.00%。毛竹林和油茶林地上部分含碳率分別在44.65%-48.84%、44.72%-49.78%之間，碳貯量分別為137.157、18.104 t·hm-2。林地土壤3個層次(60 cm)含碳率分別介于0.70%-3.02%、0.46%-2.46%之間，表層(0-20 cm)含碳率和碳貯量最高，毛竹和油茶林地土壤碳貯量為107.223、92.540 t·hm-2。毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量為246.445 t·hm-2，油茶林為111.446 t·hm-2。

毛竹林;油茶林;碳貯量;碳分配;生態(tài)系統(tǒng)

經(jīng)濟(jì)林是森林資源的重要組成部分，集生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益于一體，具有投產(chǎn)早、效益高、收益長等特點(diǎn)。隨著林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，經(jīng)濟(jì)林面積擴(kuò)張迅速，產(chǎn)量提高較快，已經(jīng)成為山區(qū)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展的突破口，是改善生態(tài)環(huán)境、調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)林農(nóng)增收的重要措施[1-2]。

森林生態(tài)系統(tǒng)儲存了陸地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳地上部分的80%，地下部分的40%[3]，因此，森林生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化與碳平衡具有重要意義。有關(guān)竹林的生產(chǎn)力及碳貯量前人已有研究[2-5]，有關(guān)油茶(Camelliaoleosa)碳貯量問題尚少見報(bào)道。油茶、毛竹(Phyllostachypubescens)是福州市主要的經(jīng)濟(jì)林樹種[6]，近年來種植面積不斷擴(kuò)大。本文對福州市毛竹林、油茶林碳貯量進(jìn)行初步探討，以期為進(jìn)一步研究其生態(tài)效益及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福州市位于北緯25°15′-26°39′，東經(jīng)118°08′-120°31′，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫20-25 ℃，年平均降水量900-2100 mm。福州市有林地面積625500 hm2，油茶和毛竹為主要經(jīng)濟(jì)林，其中油茶林面積16718 hm2，占林地面積的2.7%，毛竹林面積58573 hm2，占有林地面積的9.36%。油茶和毛竹的主產(chǎn)區(qū)分別為永泰縣和晉安區(qū)，其中永泰縣油茶林面積達(dá)8168 hm2，晉安區(qū)毛竹林為4520 hm2。

本研究油茶林和毛竹林的樣地分別設(shè)在永泰縣和晉安區(qū)。油茶樣地位于永泰縣梧桐鎮(zhèn)埔埕村(118°81′E，25°76′N)，1997年造林，現(xiàn)有密度1500株·hm-2，平均地徑5 cm，平均樹高2.5 m；毛竹樣地位于晉安區(qū)壽山鎮(zhèn)紅寮村(119°25′E，26°24′N)，2003年移栽造林，初植密度400株·hm-2，現(xiàn)有密度3100株·hm-2，平均胸徑4.5 cm，平均竹高7.9 m。造林后均按常規(guī)方法撫育。分別設(shè)立25 m×25 m標(biāo)準(zhǔn)地3塊，共建立標(biāo)準(zhǔn)地6塊。

2 研究方法

2.1 喬木層生物量測定

2013年11月，在毛竹林樣地中進(jìn)行每木檢測，求出不同年齡毛竹的平均胸徑，并分別伐倒不同年齡平均竹2株。把平均竹分成葉、枝、干、根(包括竹子所有的地下部分)。對油茶和毛竹的各組分別取樣稱重，測定各部分的生物量，計(jì)算出各株的生物量，根據(jù)林分密度計(jì)算出各類型林分的總生物量。同月，對油茶林樣地內(nèi)的林木進(jìn)行每木測定，根據(jù)每木測定的地徑和樹高，選取平均木3株，并按分層切割法，分別測定每層的枝、干、葉、果等鮮重，根系生物量采用全根挖掘法。

2.2 林下植被生物量及現(xiàn)存凋落物量測定

在每個類型的樣地內(nèi)設(shè)置4個1 m×1 m的小樣方。采用樣方收獲法測定林下植被生物量和凋落物現(xiàn)存量。收集樣方內(nèi)所有的灌木、草本，帶回室內(nèi)烘干測定。

2.3 毛竹、油茶人工林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量測定

2.3.1 含碳率 所有采集植株樣品在85-105 ℃下烘干至恒重，粉碎、過篩后用重鉻酸鉀加熱法測定含碳率。在樣地中按“S”形隨機(jī)設(shè)定5個土壤取樣點(diǎn)，每個取樣點(diǎn)按0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm分層取樣。土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干后過0.149 mm土壤篩，采用重鉻酸鉀加熱法測定土壤含碳率；同時用環(huán)刀法測定土壤容重[7]。

2.3.2 碳貯量及總碳貯量 根據(jù)各組分生物量和含碳率，計(jì)算相應(yīng)碳貯量。對土壤碳貯量的估算限定在土層60 cm深度范圍內(nèi)，不包括枯落物。

其中,Sd表示土壤表層d深度內(nèi)單位面積土壤碳貯量/(t·hm-2)；Di表示第i層的容重/(t·m-3)；Ci表示第i層的含碳率/%；Hi表示第i土層的厚度/m。

3 結(jié)果與分析

3.1 毛竹、油茶人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量

3.1.1 喬木層 油茶、毛竹人工林現(xiàn)存生物量及其分布結(jié)構(gòu)見表1。①毛竹林總生物量為277.18 t·hm-2，其中竹干的生物量最大(190.70 t·hm-2)，占喬木層生物量的68.80%，竹葉生物量最小(9.28 t·hm-2)，占喬木層生物量的3.35%，各器官的生物量大小依次為：干>根>枝>葉。②油茶林總生物量為35.76 t·hm-2，其中樹干生物量最大(12.16 t·hm-2)，占整個林分總量的34.00%，花生物量最小(0.07 t·hm-2)，占整個林分總量的0.20%，各器官生物量大小依次為：干>枝>根>葉>果>花。

表1 毛竹、油茶主要器官生物量Table 1 Crop biomass in different organs of Moso bamboo and C.oleosa t·hm-2

表2 毛竹、油茶人工林林下植被及地表凋落物生物量Table 2 Crop biomass of understory and litter layer of Moso bamboo and C.oleosa plantation t·hm-2

3.1.2 林下植被及凋落物 由表2可知，毛竹林林下總生物量為11.99 t·hm-2，其中林下植被生物量占64.39%。油茶林林下總生物量為3.78 t·hm-2，其中林下植被生物量占56.61%。

3.2毛竹、油茶人工林生態(tài)系統(tǒng)各組分含碳率

3.2.1 喬木層 由表3可知，毛竹林和油茶林平均含碳率分別為48.45%和48.20%。毛竹林以葉的含碳率最高，為48.84%，根的含碳率最低，為48.00%。油茶林以果的含碳率最高，為49.78%，干的含碳率最低，為47.04%。

表3 毛竹、油茶主要器官含碳率Table 3 Carbon content in different organs of Moso bamboo and C.oleosa %

3.2.2 林下植被及凋落物 由表4可知，毛竹、油茶經(jīng)濟(jì)林均表現(xiàn)為地表凋落物含碳率大于林下植被含碳率。綜合表3、4，兩種類型的經(jīng)濟(jì)林含碳率大小表現(xiàn)為：喬木層>地表凋落物>林下植被。

3.2.3 土壤層 由表5可知，在0-60 cm土層深度上，毛竹林土壤含碳率大于油茶林。毛竹林和油茶林土壤含碳率在垂直分布上均表現(xiàn)為隨土壤深度的增加逐漸降低。這與方運(yùn)霆等[9]研究結(jié)果相一致。

表4 毛竹、油茶人工林林下植被及凋落物的含碳率Table 4 Carbon content of understory and litter layer in Moso bamboo and C.oleosa plantation %

表5 毛竹、油茶人工林土壤層含碳率Table 5 Carbon content in soil %

3.3 毛竹、油茶人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳貯量及分配

不同類型經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量主要由喬木層、林下植被層、凋落物層和土壤層4部分組成。根據(jù)不同層次的生物量及相應(yīng)的含碳率，分別計(jì)算出油茶林和毛竹林不同組分的碳貯量。由表6可知，毛竹林和油茶林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量分別為246.445、111.446 t·hm-2，除土壤層0-20 cm和20-40 cm外，各組分的碳貯量均表現(xiàn)為：毛竹林>油茶林。

表6 毛竹、油茶人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳貯量及分配Table 6 Carbon storage and its distribution in Moso bamboo and C.oleosa plantation ecosystem

由表6還可知，毛竹林和油茶林土壤層碳貯量的比重分別為43.51%和83.04%，喬木層的比重分別為54.26%和15.38%，二者約占總貯量的98%。不同經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)中，土壤和喬木層均作為生態(tài)系統(tǒng)的主體在碳存貯中發(fā)揮了重要作用。以上表明，林下植被層和凋落物層碳作為土壤和喬木層的聯(lián)結(jié)庫，對土壤碳貯量具有較大的影響，進(jìn)而對森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)具有重要作用。

4 結(jié)論與討論

本研究表明，毛竹各器官的含碳率在48.00%-48.84%之間，平均含碳率為48.45%，不同器官含碳率依次為：葉>枝>干>根；油茶各器官含碳率在47.04%-49.78%之間，平均含碳率為48.20%，不同器官含碳率依次為：果>葉>根>枝>花>干。毛竹林下植被和凋落物的含碳率分別為44.65%和48.35%，油茶林下植被和凋落物的含碳率分別為44.72%和48.13%。 毛竹林和油茶林植被層碳貯量分別為137.157、18.104 t·hm-2。我國森林植被的平均碳貯量為57.78 t·hm-2[10]，與之相比，本研究中油茶林植被層碳貯量偏低。

毛竹和油茶林地土壤3個層次(60 cm)含碳率分別介于0.70%-3.02%和0.46%-2.46 %之間，各層次碳含量分布不均，表層(0-20 cm)含碳率和碳貯量最高，可見表層土可防止地表水土流失，有效保持土壤對碳的吸存能力。毛竹和油茶林地土壤碳貯量分別為107.223、92.540 t·hm-2，分別占整個林地生態(tài)系統(tǒng)碳貯量的43.51%和83.04%，說明林地碳貯量是一個極大的碳貯量庫。但林地土壤中的有機(jī)碳貯量主要分布在土壤表層，而人類的各種經(jīng)營活動也主要作用于土壤表層，尤其是油茶和毛竹林地每年進(jìn)行的墾復(fù)往往決定了森林土壤中碳庫的源/匯功能[11]。

毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量分別為246.445 t·hm-2，與我國森林生態(tài)系統(tǒng)的平均碳貯量258.83 t·hm-2接近，而油茶林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量為111.446 t·hm-2，與全國平均量相比偏低。毛竹林和油茶林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量空間分布格局不同，毛竹林喬木層碳貯量占54.26%，土壤層占43.51%，其次是林下植被層和凋落物層；油茶林生態(tài)系統(tǒng)土壤層碳貯量占83.035%，喬木層占15.38%，其次是林下植被層和凋落物層。兩者喬木層碳貯量差別較大，種植密度不同是主要原因之一。毛竹林是油茶林碳貯量的2.21倍，說明毛竹林是固碳能力較強(qiáng)的樹種，并且毛竹林通常采取擇伐作業(yè)，不存在伐后水土流失嚴(yán)重的問題，因此，適度發(fā)展毛竹林對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有一定的意義。油茶林較低的碳貯量可能與經(jīng)營方式有關(guān)，與毛竹林相比，其集約經(jīng)營程度一般高于毛竹林，尤其是深層翻耕、去除林下植被與雜草、施用化肥等經(jīng)營措施，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)礦化加劇，林地土壤養(yǎng)分歸還量減少、地力衰退等現(xiàn)象。因此，對于提高油茶林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量的合理經(jīng)營措施還有待于進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯:陳幼玉)

StudyoncarbonstorageandspatialdistributioninPhyllostachypubescensandCamelliaoleosaplantationecosystem

LIN Jian-zhong

(Fuzhou Forestry Bureau,Fuzhou,Fujian 350005,China)

The biomass,carbon content and carbon storage were studied inPhyllostachypubescensandCamelliaoleosaplantation ecosystem in Fuzhou. The results showed that the biomass of tree layer forP.pubescensandC.oleosawas 277.18 t·hm-2and 35.76 t·hm-2respectively. The biomass of trunk was higher than other organs and accounted for 68.80% and 34.00% of tree layer biomass. The carbon content of vegetation layer ranged from 44.65% to 48.4% and from 44.72% to 49.78% respectively. Carbon storage were 137.157 t·hm-2and 18.104 t·hm-2for non-timber product forestry ofP.pubescensandC.oleosaecosystem. The carbon concentration of soil to the depth of 60 cm ranged from 0.70% to 3.02% and from 0.46% to 2.46%,with higher carbon concentration and storage in the soil of 0-20 cm than in the other layer. The total carbon storage of non-timber product forestry ofP.pubescensandC.oleosaecosystem were 246.445 t·hm-2and 111.446 t·hm-2. Carbon storage of each composition forP.pubescensecosystem was higher thanC.oleosa,which was caused by different production and management mode.

Phyllostachypubescensplantation;Camelliaoleosaplantation;carbon storage;carbon distribution;ecosystem

2014-03-12

林建忠(1960-)，男，工程師。研究方向：經(jīng)濟(jì)林。Email:fzlinjz@126.com。

S718.55

A

1673-0925(2014)03-0168-04