將樂縣針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量格局

謝裕紅

(將樂縣林業(yè)局，福建 將樂 353300)

將樂縣針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量格局

謝裕紅

(將樂縣林業(yè)局，福建 將樂 353300)

依據(jù)全國碳匯專項(xiàng)調(diào)查的理論和調(diào)查方法，對福建省將樂縣不同齡組針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量進(jìn)行調(diào)查分析。結(jié)果表明：針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量隨著林分年齡的增加而增加，幼齡林、中齡林、成熟林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量分別為121.13、176.00、253.33 t·hm-2；在幼齡林、中齡林和成熟林中，喬木層碳儲量所占比重分別為33.16%、46.94%、28.27%，土壤層有機(jī)碳儲量所占比重分別為60.10%、50.45%、68.21%，土壤層和喬木層碳儲量占生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量的90%以上；除成熟林中，30～100 cm土層有機(jī)碳儲量略高于10～30 cm土層外，土壤層有機(jī)碳儲量在各齡組針闊混交林中均表現(xiàn)為隨土壤深度的增加而減少，隨著林分年齡的增加而增加；各齡組針闊混交林其他層次不同組分碳儲量差異各不相同，估算針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量應(yīng)充分考慮這種差異性，以提高估算精度。

針闊混交林；生態(tài)系統(tǒng)；碳儲量

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其儲存的有機(jī)碳占陸地生態(tài)系統(tǒng)的76%～98%[1-2]。森林生態(tài)系統(tǒng)不僅在維護(hù)全球生態(tài)環(huán)境上起著重要作用，而且是維持全球CO2收支平衡的主要調(diào)節(jié)者之一。準(zhǔn)確評估森林碳儲量和碳平衡是估算未來大氣CO2濃度，預(yù)測氣候變化及其對陸地生態(tài)系統(tǒng)影響的關(guān)鍵[3]，因此研究森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量具有重要意義。區(qū)域森林植被碳儲量的估算是研究全球森林植被碳儲量的基礎(chǔ)[4-5]，我國亞熱帶植被分布面積大，類型豐富，生物多樣性高，對我國碳匯貢獻(xiàn)和維持全球碳循環(huán)平衡均具有極其重要的作用。將樂縣位于福建省西北部，森林覆蓋率居全省首位，擁有典型的亞熱帶植被類型，其中針闊混交林森林面積(7.29 萬hm2)占將樂縣總森林面積(18.29 萬hm2)的39.86%，這些針闊混交林大部分為生態(tài)公益林，對維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全、保護(hù)生物多樣性和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[6]。目前對將樂縣森林生態(tài)系統(tǒng)，特別是針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量研究尚未見報(bào)道。估算該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量，有助于揭示森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能規(guī)律和碳循環(huán)機(jī)理，為亞熱帶植被碳儲量提供更精確的數(shù)據(jù)，為福建省乃至全國森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯估算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

將樂縣位于福建省三明市西北部，介于北緯26°26′—27°04′、東經(jīng)117°05′—117°40′之間，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，具有海洋性和大陸性氣候特點(diǎn)，氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫19.8 ℃，冬季均溫18.6 ℃，秋季均溫28.6 ℃，年均降水量1680 mm，年均蒸發(fā)量1205 mm，無霜期287 d。以丘陵地貌為主，土壤為山地紅壤，pH值為5.00～6.00，有機(jī)質(zhì)較豐富，速效磷、鉀含量較少。森林資源豐富，全縣山地面積1920 km2，其中有林地面積1887 km2，森林覆蓋率達(dá)85.2%，林木蓄積量1598萬m3，是典型的針闊葉林、針葉純林、竹林、灌草分布區(qū)。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

采用分層抽樣法，按森林起源、森林類型、齡組從將樂縣已有的森林資源一類清查樣地上抽取3塊有代表性的針闊混交林樣地，樣地基本情況見表1。樣地植被情況為：喬木層樹種主要有木荷(Schimasuperba)、青岡(Cyclobalanopsisglauca)、杉木(Cunninghamialanceolata)、馬尾松(Pinusmassoniana)等；林下常見植被有石斑木(Rhaphiolepisindica)、烏飯樹(Vacciniumbracteatum)、九節(jié)木(Psychotriarubra)、山茶花(Camelliajaponica)等；草本植物主要為芒萁骨(Dicranopterisdichotoma)、鳳尾蕨(Spiderbrake)、烏蕨(Stenolomachusanum)等。

表1 各樣地基本情況

2.2 樣地調(diào)查與取樣

參照IPCC提供的全球森林碳庫估算參數(shù)，分喬木層、灌木層、草本層、枯死木枯落物層、土壤層進(jìn)行調(diào)查取樣。其中，喬木層碳儲量通過調(diào)查喬木層的蓄積量換算得出，喬木層蓄積量是基于每木調(diào)查獲得計(jì)算蓄積量基本信息，通過活立木材積表求出。喬木層每木調(diào)查信息通過整理福建省第八次森林資源一類清查數(shù)據(jù)得出。灌木層、草本層、枯落物碳儲量通過設(shè)置樣方采用收獲法調(diào)查獲得生物量數(shù)據(jù)換算得出，樣方設(shè)置在全國森林資源清查一類樣地的4個頂點(diǎn)向外2 m的區(qū)域，其中西南樁點(diǎn)固定為土壤采樣點(diǎn)，其他樁點(diǎn)布設(shè)3個2 m×2 m的灌木樣方，在灌木樣方內(nèi)隨機(jī)布設(shè)1 m×1 m的草本和枯落物樣方。每個灌木樣方內(nèi)選取3株平均大小的灌木作為平均灌木，記錄種名、高度、地徑、冠幅，采用全株收獲法分別測定3株標(biāo)準(zhǔn)木地上干、枝、葉和地下根系的鮮重。草本樣方則調(diào)查記錄樣方內(nèi)所有草本植物的種名、蓋度、平均高，再分地上部分和地下部分完全收獲樣方內(nèi)的草本植物，枯落物樣方同樣完全收獲樣方內(nèi)所有地表枯落物。灌木、草本、枯落物各部分再取300～500 g樣品稱其鮮重帶回實(shí)驗(yàn)室測含水率。土壤碳儲量調(diào)查采用剖面法分0～10 cm、10～30 cm、30～100 cm 3個層次用環(huán)刀采集原狀土，測土壤容重和有機(jī)質(zhì)含量。枯死木調(diào)查分枯立木調(diào)查和枯倒木調(diào)查，對于枯立木，測定胸徑和實(shí)際高度，記錄枯立木分解狀態(tài)；對于枯倒木，測定其區(qū)分段直徑和長度，按1 m區(qū)分進(jìn)行材積計(jì)算，同時記錄枯倒木密度級。

2.3 碳儲量計(jì)算

2.3.1 喬木層碳儲量的計(jì)算 采用侯元兆[14]的森林蓄積量擴(kuò)展法，其基本思路是利用較容易獲取數(shù)據(jù)的森林蓄積(樹干材積)為基礎(chǔ)，通過蓄積擴(kuò)大系數(shù)推算整樹生物量(包括枝葉、樹根)，再利用含碳率系數(shù)計(jì)算碳儲量，其計(jì)算形式為：CT=VT·δ·γ，式中：CT為整樹碳儲量；VT為整樹材積量；δ為蓄積擴(kuò)大系數(shù)(國際通用IPCC默認(rèn)值為1.90)；γ為含碳率系數(shù)(國際通用IPCC默認(rèn)值為0.5)。

2.3.2 灌木層、草本層、枯落物層碳儲量的計(jì)算 是將各自生物量與含碳率相乘計(jì)算得出，本文采用中國林業(yè)溫室氣體清單課題組研究結(jié)果，確定含碳率系數(shù)為0.5。

3 結(jié)果與分析

3.1 各齡組針闊混交林喬木層碳儲量

由表2可知，針闊混交林各齡組的蓄積量大小依次為中齡林(175.244 m3·hm-2)>成熟林(151.694 m3·hm-2)>幼齡林(84.315 m3·hm-2)，其中成熟林、中齡林蓄積量分別是幼齡林的1.80倍、2.08倍，成熟林與中齡林的碳儲量差異不大；平均單株材積則表現(xiàn)為成熟林(0.163 m3·株-1)>中齡林(0.076 m3·株-1)>幼齡林(0.055 m3·株-1)，成熟林的平均單株材積是中齡林、幼齡林的2.14倍、2.96倍，中齡林的平均單株材積是幼齡林的1.38倍；平均單株碳儲量在各齡組中與平均單株材積的表現(xiàn)趨勢一致，為成熟林(0.077 t·株-1)>中齡林(0.036 t·株-1)>幼齡林(0.026 t·株-1)；單位面積喬木層碳儲量表現(xiàn)為中齡林(82.62 t·hm-2)>成熟林(71.61 t·hm-2)>幼齡林(40.17 t·hm-2)，中齡林單位面積碳儲量分別是成熟林和幼齡林的1.15倍、2.06倍。

表2 各齡組針闊混交林喬木層碳儲量

3.2 各齡組針闊混交林林下植被碳儲量

由表3可知，在成熟林中，灌木層各器官碳儲量從大到小依次為根(0.42 t·hm-2)>干(0.34 t·hm-2)>葉(0.13 t·hm-2)>枝(0.10 t·hm-2)，草本層各器官碳儲量從大到小依次為地下部分(0.37 t·hm-2)>地上部分(0.28 t·hm-2)；在中齡林中，灌木層各器官碳儲量從大到小依次為干(0.28 t·hm-2)>葉(0.17 t·hm-2)>枝(0.09 t·hm-2)>根(0.07 t·hm-2)；幼齡林中，灌木層各器官碳儲量從大到小依次為干(0.92 t·hm-2)>根(0.78 t·hm-2)>枝(0.37 t·hm-2)>葉(0.29 t·hm-2)，草本層各器官碳儲量從大到小依次為地上部分(0.31 t·hm-2)>地下部分(0.13 t·hm-2)；各齡組灌木層總碳儲量均遠(yuǎn)大于草本層總碳儲量。

灌木層中，各齡組灌木干的碳儲量大小依次為幼齡林(0.92 t·hm-2)>成熟林(0.34 t·hm-2)>中齡林(0.28 t·hm-2)，枝與干的表現(xiàn)一致，為幼齡林(0.37 t·hm-2)>成熟林(0.10 t·hm-2)>中齡林(0.09 t·hm-2)，葉的碳儲量大小依次為幼齡林(0.29 t·hm-2)>中齡林(0.17 t·hm-2)>成熟林(0.13 t·hm-2)，根的碳儲量大小依次為幼齡林(0.78 t·hm-2)>成熟林(0.42 t·hm-2)>中齡林(0.07 t·hm-2)，總碳儲量大小依次為幼齡林(2.37 t·hm-2)>成熟林(0.99 t·hm-2)>中齡林(0.62 t·hm-2)；生態(tài)系統(tǒng)中草本層地上部分碳儲量大小依次為幼齡林(0.31 t·hm-2)>成熟林(0.28 t·hm-2)>中齡林(0)，地下部分碳儲量大小依次為成熟林(0.37 t·hm-2)>幼齡林(0.13 t·hm-2)>中齡林(0)。

表3 各齡組針闊混交林林下植被碳儲量 t·hm-2

3.3 各齡組針闊混交林林內(nèi)枯木、枯落物碳儲量

由表4可知，枯立木蓄積量大小依次為成熟林(4.54 m3·hm-2)>中齡林(2.24 m3·hm-2)>幼齡林(0)，枯倒木蓄積量大小依次為中齡林(2.27 m3·hm-2)>成熟林(1.89 m3·hm-2)>幼齡林(0)，枯落物量大小依次為幼齡林(10.69 t·hm-2)>成熟林(8.44 t·hm-2)>中齡林(3.64 t·hm-2)；枯立木碳儲量大小依次為成熟林(2.16 t·hm-2)>中齡林(1.06 t·hm-2)>幼齡林(0)，枯倒木碳儲量大小依次為中齡林(1.08 t·hm-2)>成熟林(0.90 t·hm-2)>幼齡林(0)，枯落物碳儲量大小依次為幼齡林(5.35 t·hm-2)>成熟林(4.22 t·hm-2)>中齡林(1.82 t·hm-2)；枯木和枯落物總碳儲量大小依次為成熟林(7.27 t·hm-2)>幼齡林(5.35 t·hm-2)>中齡林(3.96 t·hm-2)。

成熟林中，蓄積量大小依次為枯立木(4.54 m3·hm-2)>枯倒木(1.89 m3·hm-2)，碳儲量大小依次為枯落物(4.22 t·hm-2)>枯立木(2.16 t·hm-2)>枯倒木(0.90 t·hm-2)；中齡林中，蓄積量大小依次為枯倒木(2.27 m3·hm-2)>枯立木(2.24 m3·hm-2)，碳儲量大小依次為枯落物(1.82 t·hm-2)>枯倒木(1.08 t·hm-2)>枯立木(1.06 t·hm-2)。

表4 各齡組針闊混交林林內(nèi)枯木、枯落物碳儲量

3.4 各齡組針闊混交林土壤層有機(jī)碳儲量

由表5可知，各齡組不同土層深度土壤有機(jī)碳儲量大小，成熟林依次為0～10 cm(320 t·hm-2)>30～100 cm(164 t·hm-2)>10～30 cm(130 t·hm-2)，中齡林依次為0～10 cm(217 t·hm-2)>10～30 cm(122 t·hm-2)>30～100 cm(61 t·hm-2)，幼齡林依次為0～10 cm(274 t·hm-2)>10～30 cm(80 t·hm-2)>30～100 cm(42 t·hm-2)。

各土層不同齡組土壤有機(jī)碳儲量大小，0～10 cm土層依次為成熟林(320 t·hm-2)>幼齡林(274 t·hm-2)>中齡林(217 t·hm-2)；10～30 cm土層依次為成熟林(130 t·hm-2)>中齡林(122 t·hm-2)>幼齡林(80 t·hm-2)；30～100 cm土層與10～30 cm土層表現(xiàn)一致，為成熟林(164 t·hm-2)>中齡林(61 t·hm-2)>幼齡林(42 t·hm-2)；0～100 cm土層的平均有機(jī)碳儲量大小依次為成熟林(173 t·hm-2)>中齡林(89 t·hm-2)>幼齡林(73 t·hm-2)。

表5 各齡組針闊混交林土壤層有機(jī)碳儲量

3.5 各齡組針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)碳格局

由表6可知，成熟林、中齡林、幼齡林的碳儲量分布格局均表現(xiàn)為土壤層>喬木層>枯木、枯落物層>灌木層>草本層。各齡組喬木層碳儲量比重大小為中齡林(46.94%)>幼齡林(33.16%)>成熟林(28.27%)，灌木層表現(xiàn)為幼齡林(1.96%)>成熟林(0.39%)>中齡林(0.35%)，草本層表現(xiàn)為幼齡林(0.36%)>成熟林(0.26%)>中齡林(0)，枯木、枯落物層表現(xiàn)為幼齡林(4.42%)>成熟林(2.87%)>中齡林(2.25%)，土壤層表現(xiàn)為成熟林(68.21%)>幼齡林(60.10%)>中齡林(50.45%)。各齡組所有層次的總碳儲量表現(xiàn)為成熟林(253.33 t·hm-2)>中齡林(176.00 t·hm-2)>幼齡林(121.13 t·hm-2)。

表6 各齡組針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)碳格局

4 結(jié)論與討論

將樂縣針闊混交林植被層碳儲量大小：喬木層為中齡林>成熟林>幼齡林，林下植被為幼齡林>成熟林>中齡林，枯落物層為幼齡林>成熟林>中齡林。各齡組喬木層碳儲量大小與各齡組喬木層蓄積量有關(guān)，本研究發(fā)現(xiàn)成熟林和中齡林蓄積量大于幼齡林；而中齡林蓄積量大于成熟林，是由于成熟林的自疏作用[7]，使中齡林立木密度遠(yuǎn)高于成熟林，這與田大倫等[8]對杉木、木荷混交林的研究結(jié)果一致。各齡組林下植被層碳儲量大小與各齡組林分郁閉度有關(guān)，本研究發(fā)現(xiàn)，幼齡林郁閉度遠(yuǎn)低于中齡林和成熟林，較低的林分郁閉度使林下透光率提高，林下植被能夠利用的太陽光能更多，植被生長旺盛，植株生物量大，碳儲量相應(yīng)提高。各齡組枯落物層碳儲量大小與土壤發(fā)育程度和土壤微生物有關(guān)，本研究發(fā)現(xiàn)，幼齡林枯落物的分解程度最低，可能與幼齡林土壤發(fā)育程度較低，土壤微生物群落的種類和數(shù)量少，枯落物分解較慢[9]，枯落物中碳含量相對較高有關(guān)；與中齡林相比，成熟林凋落量大，林分的養(yǎng)分需求較低，枯落物分解速率相對較小，因此，成熟林中枯落物碳含量高于中齡林。本研究還發(fā)現(xiàn)，中齡林和成熟林中均存在一定數(shù)量的枯木，它們不但是森林生態(tài)系統(tǒng)中不可忽視的重要碳庫，而且在森林土壤發(fā)育、林分更新、森林水文等方面也有重要的生態(tài)功能[10]。

各齡組針闊混交林土壤層有機(jī)碳儲量總體上表現(xiàn)為隨著土壤深度的增加而逐漸減小，這是因?yàn)橥寥乐械挠袡C(jī)碳主要來源于土壤表層的枯落物和根系分泌物[11]，而隨著土壤深度的增加，枯落物和植物根系進(jìn)入到深層土壤的量越來越少，因此土壤有機(jī)碳含量也逐漸減少。成熟林中，30～100 cm土層的有機(jī)碳儲量略高于10～30 cm土層，一方面，與成熟林深層土壤林木根系龐大有關(guān)；另一方面，還可能與成熟林土壤發(fā)育程度高，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量高，結(jié)構(gòu)疏松，表層水溶性有機(jī)碳易被雨水淋溶至深層有關(guān)。土壤有機(jī)碳儲量隨著林齡的增加，呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，這主要是由于發(fā)育較成熟的成熟林林下枯落物的結(jié)構(gòu)組成和數(shù)量、土壤中的C/N、土壤微生物的種類和數(shù)量等[12]均明顯優(yōu)于幼齡林和中齡林，導(dǎo)致成熟林林下土壤有機(jī)碳的輸入量較大。幼齡林處于森林發(fā)育的初期，土壤發(fā)育程度遠(yuǎn)不如成熟林、中齡林，因此林下土壤有機(jī)碳儲量最小。

各齡組針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量大小依次為成熟林>中齡林>幼齡林。其中，土壤層碳儲量所占比重均最大，可見，土壤層碳儲量是亞熱帶針闊混交林碳儲量的主體。隨著林分年齡的增加，土壤層碳儲量比重呈先下降后增大的趨勢。在幼齡林階段，由于喬木層處于發(fā)育初期，其碳儲量所占比重較小，因此相對提高了土壤層碳儲量；隨著林分年齡的增加，喬木快速生長，森林蓄積量相應(yīng)增加，其碳儲量比重相應(yīng)提高，土壤層比重下降，另一方面，快速生長的喬木消耗了土壤中的有機(jī)碳，也對土壤層碳儲量的比重產(chǎn)生影響；在成熟林階段，喬木生長趨于停止，但林下植被物種種類和數(shù)量大量增加，土壤微生物的種類和數(shù)量亦隨之增加，喬木和林下植被產(chǎn)生的大量枯落物被微生物不斷分解形成腐殖質(zhì)或水溶性有機(jī)碳淋溶進(jìn)入土壤，使土壤有機(jī)碳儲量增加。

針闊混交林成熟林、中齡林林分植被碳儲量分別為73.26 t·hm-2、83.24 t·hm-2均高于我國森林植被碳儲量的平均值(57.07 t·hm-2)[13]，說明針闊混交林具有較高的碳匯價值。成熟林、中齡林、幼齡林土壤層碳儲量分別為172.80、88.80、72.80 t·hm-2，枯木、枯落物層碳儲量分別為7.27、3.96、5.35 t·hm-2，分別低于我國森林生態(tài)系統(tǒng)土壤層碳儲量平均值(193.55 t·hm-2)、枯落物層碳儲量平均值(8.21 t·hm-2)[13]，這可能是由于將樂縣針闊混交林地處我國中亞熱帶氣候帶，溫濕度大，枯落物分解快，土壤呼吸速率高，碳物質(zhì)流進(jìn)入植被形成植被碳庫，積累到土壤中的有機(jī)碳較少，故土壤碳儲量處于較低水平。

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Carbon Stock and its Allocation Study on Theropencedrymion Ecosystem in Jiangle County

XIE Yu-hong

(JiangleCountyForestryBureau，Jiangle353300，F(xiàn)ujian，China)

The carbon stock and its allocation were analyzed among different age-groups of theropencedrymion ecosystem in Jiangle county by using the theory which was based on National Carbon Sequestration special investigation.Results showed that： the carbon stock of theropencedrymion ecosystem increased along with the growth of stand age，the total carbon stock in young forest，middle-aged forest，mature forest ecosystem were respectively 121.13 t·hm-2，176 t·hm-2，253.33 t·hm-2；in young forest，middle-aged forest and mature forest，the tree layer carbon storage accounted for 33.16%，46.94%，28.27%；soil organic carbon stock accounted for 60.10%，50.45%，68.21%，meanwhile，the carbon stock including soil layer and tree layer was more than 90% of the total carbon storage of the ecosystem；soil organic carbon stock in each age-group of theropencedrymion reduced while soil depth increased，but increased with the stand age growth，however，the carbon stock of 30～100 cm depth soil layer was slightly more than 10～30 cm depth soil layer in mature forest.In order to improve the accuracy of estimating carbon stock of theropencedrymion ecosystem，it should consider the differences of carbon stock in each age-group，layer，and organ of theropencedrymion ecosystem.

theropencedrymion；ecosystem；carbon stock

10.13428/j.cnki.fjlk.2014.03.011

2014-04-01；

2014-04-28

福建省林業(yè)碳匯調(diào)查項(xiàng)目資助

謝裕紅(1972—)，女，福建浦城人，將樂縣林業(yè)局工程師，從事營林生產(chǎn)工作。E-mail： jlxyh2393@163.com。

S718.55

A

1002-7351(2014)03-0048-06