貴陽市區(qū)灌木林生態(tài)系統(tǒng)生物量及碳儲量

寧 晨， 閆文德， 寧曉波， 梁小翠， 王新凱

1 中南林業(yè)科技大學(xué), 長沙 410004 2 南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室, 長沙 410004 3 湖南會同杉木林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站, 會同 418307

貴陽市區(qū)灌木林生態(tài)系統(tǒng)生物量及碳儲量

寧 晨1,2,3,*， 閆文德1,2,3， 寧曉波1,2， 梁小翠1,2,3， 王新凱1,2

1 中南林業(yè)科技大學(xué), 長沙 410004 2 南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室, 長沙 410004 3 湖南會同杉木林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站, 會同 418307

采用直接收獲法和實測數(shù)據(jù)，以貴州省貴陽市區(qū)天然灌木林內(nèi)木本和草本植物、凋落物及土壤為研究對象，研究了灌木林生態(tài)系統(tǒng)的生物量、碳含量及碳儲量。結(jié)果表明：灌木林植被層生物量為23.16 t/hm2，其中木本植物層生物量為12.46 t/hm2；草本植物層為3.74 t/hm2；凋落物層為6.96 t/hm2，分別占植被層生物量的53.08%、16.15%、30.05%。木本植物25種的碳含量范圍為445.91—603.46 g/kg；草本植物6種的碳含量為408.48—523.04 g/kg；凋落物層碳含量為341.01—392.81 g/kg；土壤層碳含量為5.73—26.68 g/kg。生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量為88.34 t/hm2，其中植被層為8.10 t/hm2；凋落物層為2.56 t/hm2；土壤層為77.68 t/hm2，分別占系統(tǒng)總碳儲量的9.17%、2.89%、87.94%。灌木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的空間分布格局為：土壤層>植被層>凋落物層。研究結(jié)果，可為喀斯特城市估算森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和碳平衡提供科學(xué)依據(jù)。

喀斯特地區(qū); 灌木林生態(tài)系統(tǒng); 生物量; 碳含量; 碳儲量; 貴陽市

大氣中CO2等溫室氣體的濃度正在逐年提高，全球變暖已經(jīng)是不爭的事實，威脅著人類的生存與健康，因而受到世界各國政府和科學(xué)家的普遍關(guān)注[1-3]。全球變化減緩與適應(yīng)將繼續(xù)成為全球變化研究的焦點[4]。森林在調(diào)節(jié)全球碳平衡中占據(jù)著主導(dǎo)地位，在減緩大氣中CO2等溫室氣體濃度上升和維持全球氣候穩(wěn)定等方面具有不可替代的作用[5-6]。

灌木林是自然界中廣泛存在的一種重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型，是森林資源的重要組成部分，與針葉林、闊葉林、竹林組成我國森林的四大類型。全國灌木林地總面積占全國林地總面積的16.02%[7]。在我國西南(云南、貴州、四川)就有大量的分布[8]。但長期以來，因灌木林與喬木林生態(tài)系統(tǒng)相比，所占比例小，處于次要地位而較少受到重視[9]。隨著我國天保林工程的實施，生態(tài)建設(shè)的需要，灌木林的地位和作用日顯重要[9]。對灌木林的研究也越來越受到重視。在全球氣候變化的影響下，我國灌叢分布面積和地區(qū)的消長，對正確評價中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量和碳交換具有重要的影響[8]。有關(guān)灌木林碳儲量研究，有胡會峰等[8]、李洪建等[10]、陳伏生等[11]、劉濤等[12]，報道了我國主要灌木植被的碳儲量。近些年來，部分學(xué)者胡忠良等[13]、吳鵬等[14]、張明陽等[15]、寧曉波等[16]、鐘銀星等[17]又分別報道了我國西南喀斯特地區(qū)灌木林地土壤和植被的碳儲量。這些研究成果均為準(zhǔn)確評價灌木林的固碳效果，改善生態(tài)環(huán)境，為國家應(yīng)對全球變化、制定相關(guān)政策提供了科學(xué)依據(jù)。但由于灌木林組成的植物種類不同，而不同植物或同一植物的不同器官中的碳元素含量是有差別的[18]，為了能精確估算灌木林的碳儲量，有必要對灌木林內(nèi)各植物種類的含碳率分別進(jìn)行測定和分析。但對于灌木林內(nèi)植被層碳儲量分植物種類實測的研究卻鮮有報道。在我國西南部的喀斯特地區(qū)，灌木林分布面積較大，而且是區(qū)域有機(jī)物質(zhì)的主要生產(chǎn)者和生態(tài)環(huán)境的直接影響者，在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中具有十分重要的地位和作用[19]。因此，有必要對該地區(qū)的灌木林碳儲量進(jìn)行深入而細(xì)致的研究。

本研究在喀斯特地貌上的森林城市——貴陽市，選擇了天然的灌木林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，采用直接收獲法和實測數(shù)據(jù)，在原有研究的基礎(chǔ)上[16]，更深入、細(xì)致地研究了灌木林生態(tài)系統(tǒng)的生物量、有機(jī)碳含量、儲量及其分布特征，可為準(zhǔn)確估算喀斯特地區(qū)灌木林碳儲量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對喀斯特地區(qū)森林建設(shè)規(guī)劃和布局及生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有現(xiàn)實意義。

1 研究地概況

研究地設(shè)置于貴州省林業(yè)科學(xué)研究院試驗林場。該場地處貴陽市南端。貴陽市位于我國西南云貴高原的東部，介于106°12′—107°17′E， 26°11′—26°55′N之間。海拔880—1659m。年平均氣溫15.3℃，年平均降雨量1129.5 mm，相對濕度78%，屬亞熱帶濕潤溫和型氣候，土壤以酸性黃壤為主，與石灰?guī)r、白云巖、砂巖、頁巖等交錯分布。地帶性植被為中亞熱帶濕潤性常綠闊葉林，原生植被已經(jīng)被破壞，現(xiàn)狀植被主要有馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、樟樹(Cinnamomumcamphora)、火棘(Pyracanthafortuneana)、金櫻子(Rosalaevigata)等次生植被。

試驗林場經(jīng)營管理面積1223.0 hm2，林業(yè)用地1168.02 hm2，其中灌木林地為8.34 hm2，天然灌木林地3.63 hm2，而國家特別規(guī)定的灌木林6.24 hm2。

灌木林樣地基本概況：樣地面積1000m2兩塊(同一類型的灌木林地)；群落類型為喀斯特灌木林(天然)；海拔1318m，坡度10°；坡向為東；坡位為中；土壤為黃壤、pH值5.28；輕度石漠化(35%)；植被特征有少量“小老頭”喬木，以灌木植物為主，高度2—4m，蓋度60%；草本層蓋度25%；凋落物層厚度1—3cm。

2 研究方法

2.1 植物生物量測定

采用直接收獲法測定。具體做法為：2013年7月在設(shè)置的兩塊1000m2灌木林樣地的對角線中心部位，各設(shè)置4m×4m的樣方4個共8個，分別記載木本植物的種類、株(叢)數(shù)、基徑、高度和和草本植物的種名、叢數(shù)，并將凋落物分為3層(未分解層、半分解層、已分解層)全選出，然后將各樣方內(nèi)的植物全部挖出，將木本植物中的同種植物(含3種藤本植物)分為地上部分(莖、葉、枝)和地下部分(根系)，草本植物中的同種植物全株(不分器官)，分別稱取植物和死地被物各層的鮮重，再從中分別稱取小樣本各1.0kg，置于鼓風(fēng)烘箱內(nèi)保持80℃烘至恒重，求出各類植物及凋落物干物質(zhì)重。

2.2 土壤樣品的采集

在試驗林場的灌木林樣地內(nèi)，各隨機(jī)設(shè)置4個采樣點，且盡可能選擇土層厚度差異不大的采樣點，在每個采樣點按0—15cm、15—30cm、30—45cm、>45cm 4個層次，分別采集土樣0.5kg，共采土樣32個，并去除石礫與雜物，風(fēng)干后過20目和100目土壤篩備用。

在采取土樣同時，用環(huán)刀取土測定土壤容重。

2.3 樣品分析方法

植物和土壤中的有機(jī)碳含量用重絡(luò)酸鉀氧化外加熱法測定，樣品測定重復(fù)4次。

2.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003和Spss13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用單因子方差分析。

植物體碳儲量(t/hm2)=植物體生物量×植物體含碳量

土壤有機(jī)碳儲量(t/hm2)=土壤有機(jī)碳含量×土壤容重×土層深度

3 結(jié)果與分析

3.1 灌木林木本植物生物量

由表1可以看出，灌木林的木本植物有25種，總生物量為12461.01 kg/hm2，其中灌木植物類為9523.93 kg/hm2，占總生物量的76.43%，衰弱“小老頭”喬木及小喬木類生物量2937.08 kg/hm2，占23.57%。在木本植物生物量中，以皺葉莢蒾生物量最高，為2996.27 kg/hm2(P<0.05)，占木本植物總生物量的24.05%，其次為火棘和紫薇，分別為2089.33 kg/hm2和2069.82 kg/hm2(P<0.05)，占16.77%和16.61%，而以毛白楊生物量最低，為13.88 kg/hm2(P<0.05)，僅占0.11%。在木本植物生物量中最高值是最低值的216倍。表明灌木林中木本植物生物量在植物種類之間的分布不均勻。

從表1還可以看出，木本植物生物量是由地上部分和地下部分生物量組成，其中地上部分莖、葉、枝生物量為8420.27 kg/hm2，占木本植物總生物量的67.57%，地下部分根系生物量為4040.74 kg/hm2，占32.43%。表明灌木林地上部分多分枝的莖與近地面的樹冠生長繁茂，具有較強(qiáng)的截留降水作用，能夠防風(fēng)固沙和保持水土，而地下部分盤根錯節(jié)發(fā)達(dá)的根系，是土壤層的水分儲蓄庫和調(diào)節(jié)器，所以灌木林根系有較強(qiáng)的蓄水作用和抗旱能力[20]。

表1 灌木林木木植物生物量Table 1 Biomass of woody plants in shrub forest

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)誤差, 同列相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

3.2 灌木林下草本植物和凋落物層生物量

灌木林由于木本植物在生長發(fā)育過程中自身占據(jù)了空間位置，改變了林內(nèi)環(huán)境和土壤養(yǎng)分的可利用性，使得林下草木植物種類較少，僅有6種(表2)。生物量為3745.12 kg/hm2。

在生物量分配上，以五節(jié)芒最高(P<0.05)，其生物量為2069.36 kg/hm2，占草本植物總生物量的55.25%，蛇莓最低(P<0.05)，僅為12.63 kg/hm2，只占0.34%，生物量最高值與最低值相差164倍。這種分配狀態(tài)與木本植物的規(guī)律是一致的。

表2 草本植物生物量Table 2 Biomass of herbivorous plants layer

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)誤差, 同列相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

從表3可以看出，凋落物層生物量為6957.12 kg/hm2，其中未分解層為1279.01 kg/hm2，占凋落物層總生物量18.38%；未分解層為2452.38 kg/hm2，占35.25%；已分解層為3225.73 kg/hm2，占46.37%。未分解層生物量分別低于半分解層和已分解層1.9倍和2.5倍(P<0.05)。表明未分解層已向半分解層和已分解層遷移，有機(jī)質(zhì)向土壤歸還，這有利于土壤肥力的增加。

3.3 灌木林中木本植物碳儲量

從表4可以看出，灌木林中25種木本植物碳含量因植物種類不同而不同。以馬尾松含量最高，為603.46 g/kg，其次為木姜子573.78 g/kg，而以接骨木445.91 g/kg最低，最高與最低含碳量間相差1.4倍。

表3 凋落物層生物量Table 3 Biomass of litter layer

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)誤差, 同列相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

從表4中還可以看出，灌木林木本植物碳儲量為6365.76 kg/hm2，其中以皺葉莢蒾最高(P<0.05)，為1476.35 kg/hm2，占木本植物總碳儲量的23.19%，其次為火棘1141.48 kg/hm2(P<0.05)，占17.93%，以毛白楊7.07 kg/hm2最低(P<0.05)，僅占0.11%。木本植物碳儲量的最高值是最低值的209倍。表明灌木林木本植物的碳儲量在植物種類分配間呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，這與木本植物生物量在種類分配間的不均勻狀況是緊密相關(guān)的。

表4 灌木林木本植物碳含量和儲量Table 4 Carbon content and storage of woody plants in shrub forests

碳含量為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差; 同列相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

灌木林木本植物地上部分(莖、葉、枝)的碳儲量為4312.76 kg/hm2，占總碳儲量的67.75%，地下部分(根系)為2053.00 kg/hm2，占32.25%(表4)。表明灌木林木本植物碳儲量多數(shù)分布在植物的地上部分，這與木本植物生物量的分配狀況是一致的。

3.4 灌木林草本植物和凋落物層碳儲量

從表5可以看出，6種草本植物中以白茅的碳含量最高，為523.01 g/kg，黃茅最低，為408.48 g/kg，兩者相差1.3倍，這與木本植物碳含量的表現(xiàn)是一致的。

草本植物碳儲量為1734.20 kg/hm2，其中五節(jié)芒最高為947.37 kg/hm2(P<0.05)，占草本植物總碳儲量的54.63%，而以蛇莓5.73 kg/hm2最低(P<0.05)，僅占0.33%，兩者竟相差165倍。表明草本植物碳儲量，在物種分配上亦存在不均勻狀況。

表6表明，在灌木林地土壤上層的凋落物層中，未分解層碳含量為392.81 g/kg，半分解層341.01 g/kg，已分解層377.48 g/kg，雖各層次含碳量不同，但其間差異并不十分明顯。凋落物層總碳儲量為2556.35 kg/hm2，以已分解層的碳儲量1217.65 kg/hm2最高(P<0.05)，占總碳儲量的47.63%，其次是半分解層836.29 kg/hm2(P<0.05)，占32.71%，以未分解層最低(P<0.05)，為502.41 kg/hm2，只占19.66%。

表5 灌木林草本植物碳含量和儲量Table 5 Carbon concentration and storage of herbivorous plants layer in shrub forest

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)誤差。同列相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

表6 凋落物層碳含量和碳儲量Table 6 Carbon concentration and storage in dead floor layer

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)誤差. 同列相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

3.5 灌木林地土壤碳儲量

從表7可以看出，灌木林土壤有機(jī)碳含量隨著土層深度的增加而下降，0—30cm土層有機(jī)碳含量顯著高于30—45cm以上土層含量(P<0.05)，因為土壤表面的枯枝落葉物和植物根系分解后所形成的有機(jī)碳首先進(jìn)入土壤表層，從而使表層土表的有機(jī)碳含量明顯高于土壤深層。

由表7還可以看出，灌木林土壤總有機(jī)碳儲量為77.68 t/hm2，其中分布于0—30cm土表層58.17 t/hm2(P<0.05)，占土壤總有機(jī)碳儲量的74.9%，分布于30—45cm以上土層19.51 t/hm2，只占25.1%。

表7 土壤碳儲量Table 7 Carbon storage in the soil

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)誤差; 同列小寫字母相同表示差異不顯著(P>0.05)

上述表明，灌木林地土壤各層有機(jī)碳含量和儲量均以表層土最高，并隨著土層深度的增加而降低。因此，森林土壤碳儲量的穩(wěn)定性較差，尤其是生長在城郊鄰近的森林，人為活動容易引起表層土的水土流失，從而導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲量的減少。所以減少人為對森林生態(tài)系統(tǒng)的干擾活動，對于維護(hù)和增加土壤碳儲量有著重要的意義。

3.6 灌木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其空間分布格局

森林生態(tài)系統(tǒng)中碳庫，主要由植被層、凋落物層和土壤層組成。由表8可以看出，灌木林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量為88336.31 kg/hm2，其中植被層為8099.96 kg/hm2，占系統(tǒng)總碳儲量的9.17%。在植被層碳儲量中木本植物碳儲量為6365.76 kg/hm2，占植被層碳儲量的78.6%，草本植物為1734.20 kg/hm2，只占21.4%，表明灌木林生態(tài)系統(tǒng)植被層的碳儲量主要分布于木本植物中；凋落物層碳儲量較少，為2556.35 kg/hm2，僅占系統(tǒng)總碳儲量的2.89%，但它是土壤有機(jī)碳的主要來源，也是土壤有機(jī)碳動態(tài)變化的主要組成，又是土壤-植被間碳循環(huán)的連結(jié)庫，而且它覆蓋于土壤表面，能有效地減少或防止土壤碳的流失。土壤層碳儲量是可觀的，為77680.00 kg/hm2，它占據(jù)了系統(tǒng)總碳儲量的87.94%，表明土壤層是灌木林生態(tài)系統(tǒng)中極為重要的碳儲存庫。生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳儲量的空間分布序列為土壤層﹥植被層﹥凋落物層。研究區(qū)天然灌木林為3.63 hm2，則總碳儲量為320.7 t。

表8 灌木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的空間分布Table 8 Spatial distribution of carbon stock in shrub forest ecosystem

4 討論

4.1 灌木林生物量

本研究區(qū)灌木林生物量為23.16 t/hm2，高于田秀玲等[21]利用貴州及西南幾個鄰近省份的實測平均值作為2000年和2005年貴州省喀斯特地區(qū)灌木林生物量平均值(19.25、18.18 t/hm2)和杜有新等[22]對貴州省安順地區(qū)普定縣次生灌木林生物量7.70 t/hm2，還高于龐世龍等[19]對桂西喀斯特地區(qū)3種典型灌叢群落生物量15.98、16.04 t/hm2和11.86 t/hm2。但低于夏煥柏[23]對貴州茂蘭國家自然保護(hù)區(qū)石生灌木群落和土壤灌木群落生物量(35.68、41.95 t/hm2)。表明灌木林類型的不同，植物種類不同影響著生物量的高低。

灌木林生物量，在植被層次上較多表現(xiàn)為木本層>草本層>凋落物層，如杜有新等[22]對貴州省普定縣次生灌木林生物量在植被層次上的分布為木本層5.51 t/hm2(占71.56%)>草本層1.70 t/hm2(占22.08%)>凋落物層0.49 t/hm2(占6.36%)；龐世龍等[19]對桂西喀斯特地區(qū)3種典型灌叢群落生物量的分配也遵循木本層>草本層>凋落物層規(guī)律。但本研究中，植被層生物量的分配表現(xiàn)為木本層12.46 t/hm2(占53.80%)>凋落物層6.96 t/hm2(占30.03%)>草本層3.74 t/hm2(占16.17%)。沒有遵循上述研究的規(guī)律，而存在一定的差異。這主要是本研究區(qū)灌木林的木本植物25種中有16種為落葉樹種(占64.0%)，非落葉種為9種(占36.0%)，導(dǎo)致林內(nèi)凋落物生物量高。表明植物種類的差異也會影響植被層生物量的分配。

4.2 灌木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量

唐宵等[18]研究四川主要針葉樹種各器官平均含碳量為507.4—539.7 g/kg，以油松樹葉最高，507.8 g/kg，冷杉樹葉最小，468.1 g/kg。表明不同植物及同一植物的不同器官中碳元素含量是有差別的，為了能精確估算區(qū)域和國家尺度上的森林碳儲量，有必要對該區(qū)域各主要森林類型的含碳率分別進(jìn)行測定和分析。本研究區(qū)灌木林25種木本植物碳含量范圍為445.91—603.46 g/kg；6種草本植物為408.48—523.01 g/kg；凋落物為341.01—392.81 g/kg。因此，采用植物不同的含碳量，能夠更準(zhǔn)確的估算各種森林類型的碳儲量。

研究區(qū)灌木林植被層碳儲量為8.10 t/hm，低于鐘銀星等[17]對貴州印江槽谷型喀斯特地區(qū)灌木林碳儲量16.80 t/hm，低于張明陽等[15]對桂西北喀斯特區(qū)灌木林碳儲量19.62 t/hm；高于同一研究區(qū)10年生亮葉樺+意楊林植被層碳儲量7.72 t/hm[16]。表明森林類型或同是灌木林，因其樹種的差異，都會影響著碳儲量的高低。

喀斯特環(huán)境是一類發(fā)育在碳酸鹽巖等可溶性巖石上的環(huán)境系統(tǒng)，受地形和小氣候等因素的影響，喀斯特生態(tài)系統(tǒng)是具有高度空間異質(zhì)性的系統(tǒng)，通常具有土地石漠化，土壤淺薄，土被不連續(xù)，植被生長緩慢，生態(tài)系統(tǒng)脆弱等特性。且土壤的空間異質(zhì)性是多種物理過程、化學(xué)過程和生物過程共同作用的結(jié)果。所以探討喀斯特植被演替中土壤養(yǎng)分庫變化與其空間異質(zhì)性變化的關(guān)系，對于闡明喀斯特生態(tài)系統(tǒng)演變機(jī)制具有重要的科學(xué)意義[13,24-25]。吳鵬等[14]對貴州茂蘭國家級自然保護(hù)區(qū)的喀斯特灌木林土壤為富鈣和富鹽基化(pH 6.5—8.0)的鈣質(zhì)土，表土0—20cm層，有機(jī)碳含量為38.38 g/kg，且隨著土壤深度的增加而降低；杜有新等[22]對貴州安順普定縣灌木林土壤為非地帶性石灰土(pH 7.8)，表土層0—10cm有機(jī)碳含量為49.68 g/kg。楊成等[26]對貴陽市郊花溪和龍里的石灰土(基巖石灰?guī)r，pH 6.5)和黃壤(基巖硅質(zhì)巖，pH 4.4)，表土0—10cm層，有機(jī)碳平均含量分別為62.50 g/kg和45.10 g/kg，均高于本研究區(qū)灌木林土壤為酸性黃壤(pH 5.3)0—15cm碳含量26.68 g/kg，亦隨著土層深度的增加而下降。表明土壤類型和理化性質(zhì)及森林類型都會影響土壤有機(jī)碳含量，尤其是土壤表層因其地表上的枯枝落物和植物根系分解所形成的有機(jī)碳首先進(jìn)入土壤表層，從而使表層土壤的有機(jī)碳含量高于深層土壤[27]。Jobbagy等[28]認(rèn)為，植物根系的分布直接影響土壤中有機(jī)碳的垂直分布，因為大量死根的腐解歸還為土壤提供了豐富的碳源。系統(tǒng)研究喀斯特環(huán)境下的碳循環(huán)特征，對于喀斯特地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[26]。

研究區(qū)灌木林土壤表層(0—15cm)碳儲量為33.22 t/hm，低于吳鵬等[14]對茂蘭喀斯特灌木林土表層(0—20cm)碳儲量74.11 t/hm；低于同一研究區(qū)亮葉樺+意楊林土表層(0—15cm)碳儲量46.44 t/hm。產(chǎn)生以上差異的主要原因可能是：地表枯枝落葉、地下微生物和植物根系以及氣候條件、土壤類型、性質(zhì)等均會導(dǎo)致土壤碳儲量的高低。

5 結(jié)論

(1)貴陽市區(qū)天然灌木林植被層生物量為23.16 t/hm，其中木本層植物生物量為12.46 t/hm，占植被層生物量的53.08%；草本層植物生物量為3.74 t/hm，占16.15%；凋落物層生物量為6.96 t/hm，占30.05%。生物量空間分布結(jié)果為木本層>凋落物層>草本層。

木本層生物量由25種植物組成，生物量為12.46 t/hm，其中植物地上部分生物量為8.42 t/hm，占木本植物總生物量的67.57%，地下部分生物量為4.04 t/hm，占32.43%；草本層生物量由6種植物組成，生物量為3.74 t/hm；凋落物層生物量為6.96 t/hm，其中未分解層生物量1.28 t/hm、半分解層2.45 t/hm、已分解層3.23 t/hm。

(2)灌木林生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳儲量為88.34 t/hm，其中植被層有機(jī)碳儲量為8.10 t/hm，占系統(tǒng)總碳儲量的9.17%；凋落物層有機(jī)碳儲量為2.56 t/hm，占2.89%；土壤有機(jī)碳儲量為77.68 t/hm，占87.94%。

灌木林生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳儲量的空間分布格局為：土壤層>植被層>凋落物層。

研究區(qū)為貴州省林業(yè)科學(xué)研究院的試驗林場，現(xiàn)有天然灌木林面積3.63 hm-2，依據(jù)本研究結(jié)果，則估算出該區(qū)域天然灌木林總碳儲量為320.7t。表明天然灌木林在參與維持和改善林場的生態(tài)環(huán)境中作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，應(yīng)予以保護(hù)。

(3)本研究只估算了天然灌木林生態(tài)系統(tǒng)生物量現(xiàn)存量的碳儲量，沒有估算出灌木林的凈第一性生產(chǎn)量和年凈固碳量。因為在天然灌木林中，各樹種起源十分復(fù)雜，既有天然實生起源，也有萌生起源，所以灌木群落的年齡結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，準(zhǔn)確估算灌木群落的平均年齡十分困難[9]。長期定位監(jiān)測研究，才能為灌木林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡提供完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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Biomass and carbon storage of shrub forests ecosystem in karst city

NING Chen1,2,3,*, YAN Wende1,2,3, NING Xiaobo1,2, LIANG Xiaocui1,2,3, WANG Xinkai1,2

1CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha410004,China2NationalEngineeringLabforAppliedTechnologyofForestry&EcologyinSouthChina,Changsha410004,China3NationalKeyStationforFieldScientificobservation&Experiment,Huitong418307,China

Biomass, carbon concentration and carbon storage were investigated in the woody plants, herbaceous plants, litter and soil layers in a natural shrub ecosystem in Guiyang city, Guizhou Province. The results showed that biomass of the shrub vegetation was 23.16 t/hm2, of which 12.46 t/hm2was in the woody plants (53.08% of the total biomass in the shrub vegetation), 3.74 t/hm2in the herbaceous plants (16.15% of the total biomass) and 6.96 t/hm2in the litter (30.05% of the total biomass). Carbon concentration ranged from 445.91 to 603.46 g/kg in 25 woody plant species, 408.48—523.04 g/kg in 6 herbaceous plant species, 341.01—392.81 g/kg in litter and 5.73—26.68 g/kg in the soils. The total carbon storage was 88.34 t/hm2in this natural shrub ecosystem, of which 9.17% was found in the vegetation (8.10 t/hm2), 2.89% in litter (2.56 t/hm2) and 87.94% in the soil components (77.68 t/hm2). The carbon storage in the shrub ecosystem decreased in an order soil component> vegetation component> litter component. Our results provide scientific basis and reference for estimating carbon storage and balance in urban forest ecosystems in the Karst areas.

Karst regions; Shrub forests ecosystem; Biomass; Carbon concentration; Carbon stock; Guiyang city

林業(yè)公益性行業(yè)科研重大專項(201104009); 湖南省教育廳高校創(chuàng)新平臺建設(shè)項目(湘財教字[2010]70號); 長沙市科技局項目(K1003009-61)

2013-05-12;

日期:2014-11-03

10.5846/stxb201405120972

*通訊作者Corresponding author.E-mail: csufttdl@126.com

寧晨， 閆文德， 寧曉波， 梁小翠， 王新凱.貴陽市區(qū)灌木林生態(tài)系統(tǒng)生物量及碳儲量.生態(tài)學(xué)報,2015,35(8):2555-2563.

Ning C, Yan W D, Ning X B, Ling X C, Wang X K.Biomass and carbon storage of shrub forests ecosystem in karst city.Acta Ecologica Sinica,2015,35(8):2555-2563.