南亞熱帶米老排成熟林碳庫及其分布格局

周弘愿，龐贊松，何 斌，廖倩苑，李春寧，李遠(yuǎn)航，舒 凡，劉 俊

(1.廣西國有派陽山林場，廣西 寧明 532500； 2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

南亞熱帶米老排成熟林碳庫及其分布格局

周弘愿1，龐贊松1，何 斌2，廖倩苑2，李春寧1，李遠(yuǎn)航2，舒 凡2，劉 俊2

(1.廣西國有派陽山林場，廣西 寧明 532500； 2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

以南亞熱帶地區(qū)廣西寧明縣米老排成熟林(34年生)為研究對象，采用標(biāo)準(zhǔn)樣地法對其碳庫及其分布格局進(jìn)行研究。結(jié)果表明：①米老排不同器官碳素含量在472.6～509.3 g·kg-1之間，各器官碳素含量排序依次為樹葉、干材、干皮、樹枝、樹根。灌木層、草本層、凋落物層碳素含量分別為480.4、469.1、483.2 g·kg-1。土壤(0～100 cm)土層中碳素含量為8.94 g·kg-1，隨土層加深土壤中碳素含量逐漸減少。②米老排人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫為272.80 t·hm-2，其中喬木層為143.47 t·hm-2，占52.59%；灌木層為0.44 t·hm-2，占0.18%；草本層為0.18 t·hm-2，占0.07%；凋落物層為5.07 t·hm-2，占1.86%；土壤層為123.64 t·hm-2，占45.32%。③米老排成熟林年凈生產(chǎn)力為10.17 t·hm-2·a-1，碳素年凈固定量為5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2的量為19.69 t·hm-2·a-1。

米老排；成熟林；碳庫；碳分配

森林是地球陸地生物圈的主體，森林生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)全球氣候、維持全球C平衡，減緩大氣中CO2等溫室氣體濃度上升等方面具有重要的作用[1-3]。人工林作為森林的重要組成部分，科學(xué)地發(fā)展、利用和保護(hù)人工林，提高生產(chǎn)力，對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)都具有重要的意義。我國南方的中南亞熱帶常綠闊葉林帶是我國適合開展CDM造林再造林碳匯項(xiàng)目的優(yōu)先發(fā)展區(qū)域[4]。近年來，國內(nèi)已有不少學(xué)者對在上述地區(qū)的人工林樹種如馬尾松(Pinusmassoniana)[5]、杉木(Cunninghamialanceolata)[6]、桉樹(Eucalyptus)[7]、馬占相思(Acaciamangium)[8]、厚莢相思(Acaciacrassicarpa)[9]、灰木蓮(Magnoliaceaeglanca)[10]等人工林碳庫及其分配格局進(jìn)行研究，為正確評價(jià)森林尤其是人工林碳匯功能和生態(tài)效益提供參考。

米老排(Mytilarialaosensis)為金縷梅科常綠喬木，是我國南亞熱帶地區(qū)優(yōu)良速生用材樹種，天然分布于廣東西部、廣西西南部和云南南部，以及東南亞越南和老撾等地，具有生長迅速、干形通直、材質(zhì)優(yōu)良、用途廣泛以及培肥土壤、保持水土和涵養(yǎng)水源等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，成為我國南亞熱帶地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展的營造速生豐產(chǎn)林樹種和珍貴及鄉(xiāng)土樹種之一，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。我國于20世紀(jì)60年代就開始對米老排進(jìn)行研究，但隨后的20多年間研究內(nèi)容主要集中在引種和栽培技術(shù)方面。近年來，有關(guān)學(xué)者對米老排的研究不斷深入，研究內(nèi)容涉及生長特性、育種、栽培、木材材性與利用開發(fā)以及碳貯量等方面[11-15]，但少見有關(guān)米老排人工林碳素積累及其分布特征的報(bào)道。本文以南亞熱帶地區(qū)廣西寧明縣國有派陽山林場米老排成熟林(34年生)為研究對象，擬通過對其碳庫及其分布格局的研究，以揭示該區(qū)域米老排人工林的固碳特性，為準(zhǔn)確評價(jià)該區(qū)域人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫和固碳潛力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)于廣西寧明縣國有派陽山林場鴻鴣分場。寧明縣地處北緯21°51′—22°58′、東經(jīng)106°38′—107°36′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，熱量充沛。年平均氣溫21.9 ℃，年無霜期達(dá)350 d以上，年均降水量1500 mm，年均相對濕度82.5%。試驗(yàn)地土壤為砂頁巖發(fā)育形成赤紅壤，土層深厚，厚度100 cm以上，其中腐殖質(zhì)層約15～20 cm以上。2014年5月調(diào)查時(shí)米老排人工林林齡34 a，郁閉度0.9，保留密度580 株·hm-2，平均胸徑28.2 cm，平均樹高24.7 m。由于林分郁閉度較大，林下植被較少，主要有鴨腳木(Alstoniaconstricta)、杜莖山(Maesajaponica)、金毛狗(Cibotiumbarometz)、東方烏毛蕨(Blechnumorientale)等，總蓋度為20%，凋落物層厚度約3.5 cm。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)地設(shè)置和林分生物量測定

在34年生米老排人工林內(nèi)設(shè)置3個(gè)面積為 20 m×20 m的代表性標(biāo)準(zhǔn)樣地，對標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)林木進(jìn)行每木檢尺，測定樹高、胸徑、冠幅等因子。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取平均木1株，伐倒樹木后采用Monsic分層切割法分別測定樹干、樹皮、樹枝和樹葉等地上部分鮮重；采用全根挖掘法，按根樁、粗根(根系直徑≥2.0 cm ) 、中根(0.5～2 cm)、細(xì)根(< 0.5 cm )分級測定地下部分(根系)鮮重；分別采集林木各組分混合，帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定含水率和干重，估算各組分生物量。同時(shí)分別在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的小樣方，采用樣方收獲法測定灌木層、草本層的地上和地下生物量以及凋落物層(包括未分解和半分解凋落物) 的現(xiàn)存量，計(jì)算各層次植物樣品的生物量。

2.2 樣品采集處理與碳素含量的測定

分別采集喬木層和林下植被層不同組分樣品，于80 ℃烘干，經(jīng)粉碎、過篩后測定碳素含量。同時(shí)在各樣地中隨機(jī)設(shè)置3個(gè)代表性土壤采樣點(diǎn)，沿土壤剖面按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層采集各層土壤樣品，把相同樣地同一土層樣品按質(zhì)量比例混合，帶回實(shí)驗(yàn)室于室內(nèi)自然風(fēng)干，粉碎過篩后測定土壤有機(jī)碳含量，同時(shí)用不銹鋼環(huán)刀(100 cm3)采集原狀土測定土壤容重。上述植物和土壤有機(jī)碳含量均用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[16]。

2.3 米老排人工林碳庫和喬木層碳素年凈固定量的計(jì)算

根據(jù)喬木層和林下植被層不同組分生物量與其碳含量的乘積即為其相應(yīng)的碳庫，土壤有機(jī)碳庫則是土壤有機(jī)碳含量、土壤容重及土壤厚度三者的乘積，喬木層、灌木層、草本層、枯落物層和土壤層碳庫之和為米老排人工林總碳庫。林分碳素年凈固定量為喬木層各組分年平均生物量(凈生產(chǎn)力)與其相應(yīng)碳素含量計(jì)算而得，其中樹葉按其在樹枝上著生的時(shí)間2 a計(jì)算平均凈生產(chǎn)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 米老排人工林不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量

從表1可以看出，米老排人工林各器官碳素含量存在一定差異，其范圍在472.6～509.3 g·kg-1之間，變動系數(shù)為2.38%～3.57%，平均含量為489.0 g·kg-1。按各器官碳素含量由大到小排序?yàn)椋簶淙~、干材、干皮、樹枝、樹根，但不同器官碳素含量的差異不顯著(P>0.05)。

米老排人工林灌木層、草本層和凋落物層的碳素含量分別為480.4、469.1、483.2 g·kg-1。就林分不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量的變化趨勢而言，表現(xiàn)出隨植物個(gè)體高度或組織木質(zhì)化程度的降低而下降的趨勢，即喬木層碳素含量最高，其次是灌木層，最低是草本層。

米老排人工林0～100 cm土壤有機(jī)碳平均含量為8.94 g·kg-1，表現(xiàn)出隨土層加深而明顯下降的趨勢。由于米老排人工林凋落物較豐富，且主要以容易分解的樹葉為主，凋落物和植物根系分解所形成的有機(jī)碳主要聚集在表層土壤，因而造成0～20 cm土層有機(jī)碳含量明顯高于土壤其他土層，分別是其他土層的1.81～5.92倍，而隨著土壤深度的增加，相鄰?fù)翆娱g有機(jī)碳含量的差異逐漸減少。

3.2 米老排人工林碳庫及其分配

從表2可以看出，米老排人工林總碳庫為272.80 t·hm-2，林分不同結(jié)構(gòu)層次碳庫以喬木層最大，為143.47 t·hm-2，占總碳庫的52.59%；灌木層、草本層和凋落物層分別為0.44、0.18、5.07 t·hm-2，依次占總碳庫的0.18%、0.07%、1.86%；林地土壤(0～100 cm)層為123.64 t·hm-2，占總碳庫的45.32%。喬木層作為森林生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，其碳庫在不同器官的分配，與各器官的生物量成正比關(guān)系(表2)，主體部分(樹干)的生物量最大，相應(yīng)的碳庫(91.70 t·hm-2)也最大，占喬木層碳庫的63.92%；其次是樹根(29.76 t·hm-2)、樹枝(13.73 t·hm-2)、干皮(5.85 t·hm-2)，依次占喬木層碳庫的20.75%、9.67%、4.08%；樹葉最少(2.43 t·hm-2)，僅占喬木層碳庫的1.69 %。林地土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)極為重要的碳貯存庫，在平衡大氣的CO2有著重要作用。米老排人工林不同土層碳庫隨土層加深而急劇減少，其中0～20 cm土層碳庫(52.25 t·hm-2) 占土壤層碳庫的42.26%，0～20 cm和20～40 cm土層碳庫則占土壤層總碳庫的67.81%。

表1 米老排不同組分碳素含量

*：*為各組分生物量或各土層重量加權(quán)平均。

表2 米老排人工林碳庫及其分配

3.3 米老排人工林碳素年凈固定量的估算

由于本研究中喬木層生物量及其碳庫所占整個(gè)米老排人工林的比例大，林下植被層的生物量及其碳庫所占整個(gè)米老排人工林比例均較少，因此，本文僅以喬木層碳素年凈固定量作為生態(tài)系統(tǒng)同化CO2能力的估算。從表3可以看出，34年生米老排人工林喬木層年凈生產(chǎn)力為10.17 t·hm-2·a-1，碳素年凈固定量為5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2固定量為19.69 t·hm-2·a-1。在林木各器官的碳素年凈固定量的分配中，以干材最大，占總碳素年凈固定量的50.28%，其次為樹葉、樹根，分別占22.70%、16.40%；干皮最小，僅占3.17%。

表3 米老排人工林喬木層碳素年凈固定量 t·hm-2·a-1

4 結(jié)論與討論

米老排各器官中碳素含量范圍在472.6～509.3 g·kg-1之間，平均含量為489.0 g·kg-1，略低于馬尾松[5]、杉木[6]、灰木蓮[10]、禿杉(Taiwania flousiana)[17]等樹種平均碳素含量，介于目前進(jìn)行森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫估算而計(jì)算植被碳庫時(shí)干物質(zhì)按450 g·kg-1[18]與500 g·kg-1[19]轉(zhuǎn)換率之間。米老排不同器官碳素含量由高到低排序?yàn)椋焊刹摹渲?、樹葉、樹根、干皮，與馬尾松[5]、杉木[6]、禿杉[10]等樹種不同器官碳素含量的排列順序基本一致。

34年生米老排人工林碳庫為272.80 t·hm-2，其中植被層碳庫為144.09 t·hm-2，明顯高于周玉榮等[20]對我國落葉闊葉林碳庫平均水平53.60 t·hm-2(碳素含量均以45 %計(jì))的估算，以及王紹強(qiáng)等[21]對我國熱帶亞熱帶針葉林植被部分平均碳庫水平51.73 t·hm-2和亞熱帶常綠闊葉林碳庫平均水平61.05 t·hm-2的估算，也高于相近區(qū)域廣西南寧市46年生灰木蓮碳庫124.69 t·hm-2[10]。其原因在于34年生米老排人工林植被層生物量積累(305.38 t·hm-2)較高，均明顯高于上述森林類型。

本研究區(qū)米老排人工林土壤較深厚，土壤(0～100 cm)碳庫為123.64 t·hm-2，明顯低于相同土壤深度的我國落葉松等多數(shù)森林類型土壤碳庫，以及我國森林土壤平均碳庫( 193.55 t·hm-2)和世界土壤平均碳庫(189.00 t·hm-2)[20]，略高于我國熱帶林土壤平均碳庫(116.49 t·hm-2)[20]，其主要原因在于研究區(qū)所處熱帶區(qū)域高溫多雨，土壤有機(jī)碳形成較快，但分解也快，因而不利于有機(jī)碳積累而導(dǎo)致土壤碳庫較低。與其他熱帶樹種人工林相似，米老排人工林0～20 cm土層有機(jī)碳庫明顯高于其它土層，占整個(gè)土壤層(0～100 cm)有機(jī)碳庫的42.26%，占整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳庫19.15 %，可見其在整個(gè)人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫中貢獻(xiàn)較大，由于米老排主要適生于低山和高丘，一般坡度較大，土壤較脆弱，任何引起水土流失的活動如煉山、整地等都很容易導(dǎo)致林地尤其是山地土壤碳素?fù)p失。

34年生米老排人工林喬木層凈生產(chǎn)力為10.17 t·hm-2·a-1，年碳素凈固定量為5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2為19.69 t·hm-2·a-1。據(jù)報(bào)道，中國森林年碳素凈固定量平均值為5.54 t·hm-2·a-1[20]，而與本研究相近區(qū)域的廣西南寧市27年生觀光木(Micheliaodora)喬木層碳素年凈固定量分別為3.07 t·hm-2·a-1[22]，廣西南丹縣28年生禿杉人工林喬木層碳素年凈固定量為5.17 t·hm-2·a-1[17]。由此可見，米老排人工林具有較強(qiáng)的碳吸存能力，由于其兼具涵養(yǎng)水源、維持地力等功能。因此，米老排不僅是熱帶、南亞熱帶地區(qū)優(yōu)良速生用材樹種，同時(shí)也是碳匯功能高效的生態(tài)公益林樹種。

[1]方精云，陳安平.中國森林植被碳庫的動態(tài)變化及其意義[J].植物學(xué)報(bào)，2001，43(9)：967-973.

[2]Houghton R A.Aboveground forest biomass and the global carbon balance[J].Global Change Biology，2005，17(2)：279-296.

[3]沈彩霞.米櫧天然林與人促更新林喬木碳貯量及分布特征[J].福建林業(yè)科技，2014，41(1)：85-87.

[4]李怒云，徐澤鴻，王春峰，等.中國造林再造林碳匯項(xiàng)目的優(yōu)先發(fā)展區(qū)域選擇與評價(jià)[J].林業(yè)科學(xué)，2007，43(7)：5-9.

[5]方運(yùn)霆，莫江明.鼎湖山馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)碳素分配和積累的研究[J].廣西植物，2002，22(4)：305-310.

[6]張勝利，項(xiàng)文化，鄧湘雯.湖南省2009年杉木林碳貯存量及未來固碳潛力分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，28(2)：94-101.

[7]郭樂東，周毅，鐘錫均，等.西江流域桉樹生態(tài)系統(tǒng)碳貯量與碳匯功能經(jīng)濟(jì)價(jià)值評價(jià)[J].廣東林業(yè)科技，2009，25(6)：8-12.

[8]何斌，劉運(yùn)華，余浩光，等.馬占相思人工林生態(tài)系統(tǒng)碳素密度與貯量[J].林業(yè)科學(xué)，2009，45(2)：6-11.

[9]何斌，余春和，王安武，等.厚莢相思人工林碳素貯量及其空間分布[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，33(3)：46-50.

[10]覃祚玉，何斌，韋錄，等.灰木蓮人工林碳貯量及其分配特征[J].林業(yè)科技開發(fā)，2013，27(5)：33-36.

[11]林捷，葉功富，沈德炎，等.灰木蓮和子京在閩南山地的引種表現(xiàn)[J].林業(yè)科技開發(fā)，2004，18(1)：18-20.

[12]陳志云.坡位對杉木米老排混交林生長的影響[J].福建林業(yè)科技，2014，41(3)：44-47.

[13]郭文福，蔡道雄，賈宏炎，等.米老排人工林生長規(guī)律的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2006，19(5)：585-589.

[14]梁善慶，羅建舉.人工林米老排木材化學(xué)成分及其在樹干高度上的變異[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，24(5)：28-31.

[15]黃正暾，王順峰，姜儀民，等.米老排的研究進(jìn)展及其開發(fā)利用前景[J].廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，40(9)：1220-1223.

[16]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法[M].北京：科學(xué)出版社，1983：272-273.

[17]何斌，黃壽先，招禮軍，等.禿杉人工林生態(tài)系統(tǒng)碳素積累的動態(tài)特征[J].林業(yè)科學(xué)，2009，45(9)：151-157.

[18]王效科，馮宗煒.中國森林生態(tài)系統(tǒng)中植物固定大氣碳的潛力[J].生態(tài)學(xué)雜志，2000，19(4)：72-74.

[19]劉國華，傅伯杰，方精云.中國森林碳動態(tài)及其對全球碳平衡的貢獻(xiàn)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20(5)：733-740.

[20]周玉榮，于振良，趙士洞.我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和碳平衡[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，24(5)：518-522.

[21]王紹強(qiáng)，周成虎，羅承文.中國陸地自然植被碳量空間分布特征探討[J].地理科學(xué)進(jìn)展，1999，18(3)：238-244.

[22]黃松殿，吳慶標(biāo)，廖克波，等.觀光木人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其分布格局[J].生態(tài)學(xué)雜志，2011，30(11)：2400-2444.

Carbon Stock and Distribution of MatureMytilarialaosensisPlantation in South Sub-tropical Area

ZHOU Hong-yuan1，PANG Zan-song1，HE Bin2，LIAO Qian-yuan2，LI Chun-ning1，LI Yuan-hang2，SHU Fan2，LIU Jun2

(1.PaiyangshanForestryFarmofGuangxi，Ningming532500，Guangxi，China； 2.ForestryCollegeofGuangxiUniversity，Nanning530004，Guangxi，China)

The standard plot method was used to study the carbon stock and distribution of matureM.laosensisplantation(34-year-old) in Ningming County of Guangxi，China. The results showed that carbon content in different organs ofM.laosensisranged from 472.6 g·kg-1to 509.3 g·kg-1and was in the order as：leaf>stem>bark>branch>root. The carbon content in shrub layer，herb layer and litter floor were 480.4 g·kg-1，469.1 g·kg-1and 483.2 g·kg-1respectively. Carbon content in the soil(0～100 cm)was 8.94 g·kg-1and declined with soil depth. The total carbon stock inM.laosensisplantation ecosystems amounted to 272.80 t·hm-2，of which over-storey ofM.laosensisstored 143.47 t·hm-2and accounted for 52.59%，the shrub layer stored 0.44 t·hm-2and accounted for 0.18%， the herb layer stored 0.18 t·hm-2and accounted for 0.07%, the litter floor Stored 5.07 t·hm-2and accounted for 1.86%, and the soil stored 123.64 t·hm-2and accounted for 45.32%．The annual net productivity ofM.laosensistrees was 10.17 t·hm-2·a-1，and annual net carbon fixation was up to 5.37 t·hm-2·a-1，amounted CO2to 19.69 t·hm-2·a-1.

Mytilarialaosensis；mature plantation；carbon stock；carbon distribution

2014-10-27；

2014-11-27

廣西“十一五”林業(yè)科技項(xiàng)目(桂林科字2009[08])；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31160152)

周弘愿(1979—)男，廣西鳳山人，廣西國有派陽山林場工程師，從事林業(yè)科技管理與研究工作。E-mail：zhy881230@sina.com。

何斌(1962—)，男，廣西大學(xué)研究員，從事森林生態(tài)和森林培育研究。E-mail：hebin8812@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.03.009

S718.55

A

1002-7351(2015)03-0045-05