不同林齡興安落葉松生物量、碳密度及其分布特征

王亞林

摘要

[目的]探討不同發(fā)育階段興安落葉松人工林生物量和碳密度的變化規(guī)律。[方法]對遼寧東部山區(qū)13、23和32年興安落葉松人工林生物量和各器官碳密度進行調查。[結果]興安落葉松喬木層各器官生物量的分配序列均為：樹干生物量>樹根生物量>樹枝生物量>樹皮生物量>樹葉生物量。32 年興安落葉松人工林林木和各器官生物量高于13 年和23 年的興安落葉松人工林，32 年興安落葉松人工林仍有增加碳密度的潛力。[結論]該研究為興安落葉松人工林群落碳匯功能與林分經營分析提供基礎資料。

關鍵詞 興安落葉松；人工林；林齡；生物量；碳密度

中圖分類號 S718.55+6 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）15-144-02

Biomass， Carbon Density and Distribution Characteristics in Different Age Larix gmelinii Plantations

WANG Yalin

（Liaoning Institute of Forest Inventory and Planning，Shenyang，Liaoning 110122）

Abstract [Objective]The paper discussed the change regularity of biomass and carbon density in different development stages of Larix gmelini plantation.[Method] The biomass and carbon density in each organ of 13a、23a and 32a Larix gmelini plantation were investigated in the Eastern Region of Liaoning Province.[Result] The results showed that the sequence distribution of biomass in different tree layer organs were： trunk biomass> root biomass > branch biomass> bark biomass> leaves biomass. The biomass of 32a was higher than 13 a and 23a， in addition， 32a Larix gmelini plantation had the potential for increasing carbon density. [Conclusion]It provided the basis for carbon sink function and forest management research of Larix gmelini plantation.

Key words Larix gmelini； Plantation；Stand age；Biomass；Carbon density

隨著退耕還林和防護林建設等林業(yè)工程的實施，我國人工林面積快速增加，人工林在生物量及二氧化碳吸收和固定等方面的作用越來越受到重視。該研究以東北地區(qū)興安落葉松（Larix gmelinii）人工林為研究對象，探討不同發(fā)育階段下人工林碳儲量及碳儲量分布的規(guī)律，以期為興安落葉松人工林群落碳匯功能與林分經營的研究及東北林區(qū)森林后備資源的培育提供基礎數據和理論參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究試驗區(qū)域位于遼寧省東部本溪縣草河口林場，地理位置為123°51′～123°52′ E，40°53′～40°54′ N，海拔280 m，年均溫6.1 ℃，無霜期126.7 d，年降水

量926.3 mm，年蒸發(fā)量1 072.5 mm。該區(qū)屬長白植物區(qū)系，氣

候屬溫帶季風性氣候，闊葉紅松林是該地區(qū)的頂級群落，土壤類型是山地棕色森林土[1]。

1.2 研究方法

1.2.1

樣地設置與調查。于2014年8月調查興安落葉松林，選取樣地為人工造林地，結合當地退耕植樹造林記錄和計數樣芯年輪確定樣地林齡。選擇林齡為13、23和32年的林地，坡度13°～19°，采用3年生植樹造林的苗木，林地株行距為1.5 m×2.0 m，造林后無撫育管護，成活率80%以上。在不同林齡興安落葉松中分別設置3個標準樣地（20 m ×30 m），共設置9個標準樣地，各樣地林分特征見表1。對標準樣地內林分進行每木檢尺，測定胸徑，確定標準木，共選擇9株標準木。

1.2.2

生物量測定。對標準樣地內的喬木進行每木檢尺，分別記錄胸徑、樹高、枝下高、冠幅，統(tǒng)計株數。依據每木檢尺的平均胸徑確定標準木，分樹枝、樹葉、樹干、樹皮、樹根 5 個器官取樣，采用Monsic分層切割法，樹干按每段1 m進行區(qū)分，分段測定其鮮重，樹干在1.3 m處取樣； 樹根采用全挖法。每個器官取樣500 g左右，稱鮮重后帶回實驗室。采用重鉻酸鉀-水合加熱法測定樣品有機碳含量[2]。

1.2.3 碳密度和年凈固碳量計算。根據喬木單位面積干物質（生物量）分別乘以各器官碳含量得到不同組分碳密度。

各部分的生物量通過各部分鮮重乘以對應的干重比求出，林分生物量通過林分調查和所建立的異速生長方程計算。結合實際調查，建立興安落葉松各器官生物量與胸徑、樹高的生長方程，方程的形式為[3-5]：

W=a+b（D2H）

式中：W為各器官生物量（kg）；D為胸徑（cm）；H為樹高（m）；a、b為系數（表2）。

文章采用年平均凈生產量作為生產力估測指標，興安落葉松林分年凈固碳量由各器官年平均生物量及相應的碳含量乘積計算得到。

1.3 數據處理

試驗數據經過Excel軟件處理后，用SPSS20.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析（oneway ANOVA）和Duncans檢驗比較參數間差異（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同林齡興安落葉松喬木層生物量及分配情況

由圖1可以看出，13、23、32年興安落葉松喬木層生物量依次為79.92、122.09、166.27 t/hm2。隨著林齡的增加，興安落葉松喬木層的生物量逐漸增加，不同器官的生物量也隨著林齡的增加呈現增大的趨勢。隨著林齡的增加，樹干生物量所占喬木層的比例顯著增大，由41.57%增加至54.56%。樹枝、樹葉、樹皮所占喬木層的比例基本穩(wěn)定，而樹根所占比例逐漸下降，由36.41%減小至27.15%。3個林齡階段的興安落葉松中，喬木層各器官生物量的分配序列均為：樹干生物量>樹根生物量>樹枝生物量>樹皮生物量>樹葉生物量。

圖1 不同林齡興安落葉松喬木層各器官生物量及分配情況

2.2 不同林齡興安落葉松碳含量

通過對不同林齡興安落葉松各器官碳含量分析，不同林齡各器官碳含量在50.13%～56.27%，林齡對樹干、樹葉、樹枝、樹根存在顯著影響，對樹皮影響不顯著，不同器官碳含量存在顯著差異（表3）。各器官按平均碳含量高低排列順序為樹干碳含量（54.64%）>樹葉碳含量（53.86%）> 樹枝碳含量（5261%）>樹皮碳含量（51.27%）>樹根碳含量（50.32%）。

2.3 不同林齡興安落葉松碳密度及分配情況

由圖2可以看出，13、23和32年興安落葉松人工林喬木層總碳密度分別為41.87、65.89和86.92 t/hm2。隨著林齡的增加，各器官碳密度呈現增大的趨勢。其中，12，23，32年興安落葉松樹干碳密度分別占整個喬木層的43.13%、54.54%和55.61%，樹根碳密度分別占整個喬木層的35.05%、26.98%和26.03%，地上部分各器官（樹干、樹皮、樹葉、樹枝）碳密度分別占整個喬木層的64.94%、73.01%和73.97%。

上述結果表明，地上部分是興安落葉松人工林主要的碳庫。13、23和32年興安落葉松人工林碳庫的分配比例基本一致，均為樹干碳庫分配比例>樹根碳庫分配比例>樹枝碳庫分配比例>樹皮碳庫分配比例>樹葉碳庫分配比例，與各器官生物量的分配序列相同。林齡對興安落葉松人工林碳密度具有顯著影響，且不同器官間也存在顯著差異，因此林齡和器官對興安落葉松人工林碳密度分配具有顯著影響。

2.4 興安落葉松年凈固碳量的初步估算

根據各器官凈生產力和相對器官的碳含量計算出興安落葉松年凈固碳量。由表4可以看出，13、23和32年興安落葉松人工林年凈生產力分別為6.15、5.31和5.20 t/（hm2·a），年凈固碳量分別為322、2.86和2.72 t/（hm2·a）。年凈生產力與年凈固碳量的變化規(guī)律基本一致，均以13年相對最高，在32年時仍維持較高的固碳能力。

3 結論與討論

（1）該研究中，13、23和32年興安落葉松人工林喬木層各器官碳含量在50.13%～56.27%，林齡對樹干、樹葉、樹枝、樹根存在顯著影響，對樹皮影響不顯著，不同器官碳含量存在顯著差異。興安落葉松喬木層各器官生物量的分配序

列均為：樹干生物量>樹根生物量>樹枝生物量>樹皮生物量>樹葉生物量。興安落葉松為喜陽植被，生長過程中吸收和轉換的光合能量分配給樹干最大，從而促進其高度生長，以獲得更多光照[6-7]。

（2）隨著林齡的增加，興安落葉松人工林喬木層碳密度增大。13、23和32年興安落葉松人工林喬木層總碳密度分別為41.87、65.89和86.92 t/hm2，均高于油松碳密度[8]及杉木碳密度[9]，這與林齡、密度等有很大的關系。13年興安落葉松人工林仍低于我國森林碳密度平均水平（57.07 t/hm2）[10]，23年和32年則高于該水平，說明該地區(qū)興安落葉松人工林在23年后生物量積累較快，碳密度積累較高。東北地區(qū)長白落葉松和日本落葉松人工林在25年年均碳累積量分別為 1.90和3.10 t/hm2[11]，該研究中興安落葉松13年年均固碳量為3.22 t/hm2，到32年時仍達2.72 t/hm2，固碳能力接近日本落葉松水平。

（3）綜合分析13、23和32年興安落葉松人工林不同層次的碳含量、碳密度及分配特征后發(fā)現，興安落葉松人工林碳密度分配格局均以地上部分最大，其中樹干占的比重最高，與Finér等[12-14]研究結果基本一致。不同林齡中，以32年興安落葉松碳密度最大，高于13和23年碳密度，如采取合適的經營管理措施，32年興安落葉松人工林仍有增加碳密度的潛力。

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