不同齡組杉木生態(tài)公益林碳儲(chǔ)量分布規(guī)律研究
——以福壽國(guó)有林場(chǎng)為例

鄧 超，李際平，曹小玉，費(fèi)皓柏

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

不同齡組杉木生態(tài)公益林碳儲(chǔ)量分布規(guī)律研究
——以福壽國(guó)有林場(chǎng)為例

鄧 超，李際平，曹小玉，費(fèi)皓柏

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

對(duì)湖南省福壽國(guó)營(yíng)林場(chǎng)不同齡組杉木生態(tài)公益林碳儲(chǔ)量進(jìn)行了估算。結(jié)果表明：杉木生態(tài)公益林幼齡林總碳儲(chǔ)量為97.084 3 t/hm2，中齡林總碳儲(chǔ)量為124.998 5 t/hm2，近熟林總碳儲(chǔ)量為116.192 1 t/hm2，中齡林總碳儲(chǔ)量最高。土壤層碳儲(chǔ)量所占比重最大，在幼齡林、中齡林和近熟林中分別占到了97.89%、87.47%和73.36%，所占比例依次減少，其中土壤的表層土碳儲(chǔ)量含量最高。林下植被的灌木層、草本層和枯枝落葉層碳儲(chǔ)量中所占比例較小，在幼齡林中占2.17%，在中齡林中占1.62%，在近熟林中占1.25%，且所占比例隨林齡的增加而逐漸減少。

碳儲(chǔ)量；杉木生態(tài)公益林；齡組

大氣CO2濃度增加引起的全球氣候變暖已成為當(dāng)今世界關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題[1]。國(guó)內(nèi)外對(duì)林分碳儲(chǔ)量的研究，主要利用的是森林資源一類調(diào)查和二類調(diào)查的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，精確度不夠，對(duì)林分各個(gè)局部碳儲(chǔ)量研究較多，對(duì)同一區(qū)域林分整體碳儲(chǔ)量和同一樹(shù)種不同齡組各層次碳儲(chǔ)量變化規(guī)律研究較少。

杉木是我國(guó)重要的人工林之一，占我國(guó)人工林面積的26.55%，在我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡中發(fā)揮著重要的作用[2]。湖南省森林碳匯量大，森林碳匯密度高[3]。本研究以湖南福壽國(guó)營(yíng)林場(chǎng)的杉木生態(tài)公益林為研究對(duì)象，研究杉木生態(tài)公益林喬木層、灌木層、草本層、枯枝落葉層和土壤層的碳儲(chǔ)量，分析林分不同齡組各層次碳儲(chǔ)量的變化規(guī)律，調(diào)整林分結(jié)構(gòu)來(lái)提高林分各層次碳儲(chǔ)量，最終提高林分整體的固碳能力。

1 研究區(qū)概況

福 壽 山 國(guó) 家 森 林 公 園（28°3'00"～28°32'30"N，113°41'15"～113°45'00"E）位于湖南省平江縣南部福壽山上，最高峰1 572.3 m，總面積達(dá)近100 km2。平均海拔1 204 m，平均坡度為22°～27°。福壽山境內(nèi)擁有復(fù)雜的地形，植被類型豐富，有一小部分保存完整的次生林，森林覆蓋率達(dá)到91.6%。

表1 調(diào)查樣地基本情況表Table 1 The basic situation of sampling plots

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)調(diào)查方法

在具有代表性的杉木生態(tài)公益林中設(shè)置大小為20 m×30 m的標(biāo)準(zhǔn)地18個(gè)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地中的樹(shù)進(jìn)行每木檢尺，把標(biāo)準(zhǔn)地劃分為6個(gè)10 m×10 m的小區(qū)，橫坡方向?yàn)闄M坐標(biāo)X，順坡方向?yàn)榭v坐標(biāo)Y，坐標(biāo)值用距離（m）直接表示。在標(biāo)準(zhǔn)地的4角和中間設(shè)置5個(gè)2 m×2 m的灌木草本樣方和5個(gè)1 m×1 m的枯枝落葉樣方，然后采取樣方收獲法收獲樣方內(nèi)全部灌木、草本和枯枝落葉。

2.2 數(shù)據(jù)處理及分析方法

2.2.1 喬木層碳儲(chǔ)量計(jì)算

杉木研究較多，測(cè)定的生物量數(shù)據(jù)也較全面，通過(guò)查詢相近地方的生物量估測(cè)相對(duì)生長(zhǎng)方程來(lái)進(jìn)行區(qū)域尺度生物量的估測(cè)是可行的，通過(guò)海拔、溫度和降水類似原則，選出研究區(qū)生物量模型。喬木層碳儲(chǔ)量由生物量乘以0.5的碳轉(zhuǎn)化系數(shù)計(jì)算[4]。

表2 主要樹(shù)種生物量相對(duì)生長(zhǎng)方程Table 2 Allometric biomass equations formain tree species

2.2.2 草本、灌木和枯枝落葉碳儲(chǔ)量計(jì)算

用樣方收獲法收獲所有樣方里的灌木、草本和枯枝落葉，然后分別稱量鮮重，再在每個(gè)樣方內(nèi)分別取取200 g灌木、200 g草本和200 g枯枝落葉樣本，拿回實(shí)驗(yàn)室放入恒溫箱中進(jìn)行烘干處理，烘干在105°恒溫下烘48 h至恒重，在分別稱量樣本干重，求鮮干比，根據(jù)鮮干比求算出草本、灌木和枯枝落葉的生物量。灌木和枯枝落葉由生物量乘以0.5的碳轉(zhuǎn)化系數(shù)計(jì)算，草本層由由生物量乘以0.45的碳轉(zhuǎn)化系數(shù)計(jì)算。

2.2.3 土壤碳儲(chǔ)量計(jì)算

土壤碳儲(chǔ)量的計(jì)量是在樣地內(nèi)選擇3個(gè)有代表性的樣點(diǎn)挖掘土壤剖面，土壤剖面深度為60 cm，分0～20 cm、20～30 cm、30～45 cm、45～60 cm取樣，用環(huán)刀法在每層取一個(gè)容重樣本，帶回室內(nèi)105℃烘干至恒重，并且在各層取鮮土若干裝入密封袋帶回，風(fēng)干、磨碎過(guò)篩后用于有機(jī)碳含量的測(cè)定。土壤層次公式為：

其中：60 cm土層碳儲(chǔ)量W（t·hm-2）采用以容重di（g·cm-3）、含量Ci（g·kg-1）及每層土厚度Di（cm）和面積S（hm2）進(jìn)行計(jì)算，式中i為土壤層次公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1 不同齡組杉木生態(tài)公益林喬木層碳儲(chǔ)量分析

隨著年齡的增加，杉木不同齡組的林木密度越來(lái)越低，但是喬木層碳儲(chǔ)量隨年齡的增加而增加。由表3可以看出，幼齡林的6塊樣地中，喬木層碳儲(chǔ)量最高僅為2.450 4 t/hm2，最低為0.835 9 t/hm2，6塊樣地平均值為1.519 6 t/hm2。而中齡林6塊樣地喬木層碳儲(chǔ)量平均值為15.152 1 t/hm2，是幼齡林的10倍。近熟林6塊樣地喬木層碳儲(chǔ)量平均值為30.597 1 t/hm2，是中齡林的2倍，是幼齡林的20倍。杉木生態(tài)公益林中，幼齡林到中齡林喬木層增長(zhǎng)最為迅速，然后從中齡林到近熟齡長(zhǎng)勢(shì)降低，但依舊保持增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

表3 不同林分類型喬木層碳儲(chǔ)量(t·hm-2)Table 3 The different forest types of tree layer of carbon

3.2 不同齡組杉木生態(tài)公益林灌木層、草本層和枯枝落葉層碳儲(chǔ)量分析

由表4可以看出，灌木層碳儲(chǔ)量隨著林齡的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在中齡林達(dá)到最大，中齡林灌木層碳儲(chǔ)量平均值為0.417 1 t/hm2，近熟林灌木層碳儲(chǔ)量平均值最小為0.043 47 t/hm2，只有中齡林碳儲(chǔ)量的十分之一。在草本層碳儲(chǔ)量中，隨林齡的增加而呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，幼齡林達(dá)到最大為0.982 2 t/hm2，近熟齡最小為0.182 1 t/hm2，是幼齡林的五分之一不到。在枯枝落葉層的碳儲(chǔ)量中，隨林齡的增加呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)，中齡林和近熟齡分別為1.222 7 t/hm2和1.214 5 t/hm2，差別不大。而幼齡林最小為0.806 4 t/hm2。從灌木層、草本層和枯枝落葉層碳儲(chǔ)量含量來(lái)看，在幼齡林中，各部分碳儲(chǔ)量含量大小依次為：草本層＞枯枝落葉層＞灌木層，其中，草本層達(dá)到了46.51%。在中齡林中，各部分碳儲(chǔ)量大小依次為：枯枝落葉層＞灌木層＞草本層，其中，最大的枯枝落葉層達(dá)到了60.36%，而灌木層和草本層比較接近。在近熟林中，各部分碳儲(chǔ)量含量大小依次為：枯枝落葉層＞草本層＞灌木層，其中，最大的枯枝落葉層達(dá)到了86.45%。

3.3 不同齡組杉木生態(tài)公益林土壤碳儲(chǔ)量分析

由表5可以看出，3個(gè)齡組的0～20 cm表層土含量都為最高，幼齡林為60.15%了67.22%，近熟林為48.15%，且3個(gè)齡組的后三層20～30 cm、30～45 cm和45～60 cm的碳儲(chǔ)量含量接近，說(shuō)明土壤碳儲(chǔ)量隨著深度的增加而接近穩(wěn)定。從土壤總碳儲(chǔ)量來(lái)看，中齡林土壤碳儲(chǔ)量最高，達(dá)到了109.3 t/hm2，其次為幼齡林為94.09 t/hm2，近熟齡最低為85.25 t/hm2。

表4 不同林分類型林下植被碳儲(chǔ)量（t·hm-2）Table 4 The different forest types undergrowth carbon

表5 不同林分類型土壤層碳儲(chǔ)量（t·hm-2）Table 5 The different forest types of soil layer of carbon

3.4 不同齡組杉木生態(tài)公益林總碳儲(chǔ)量分析

杉木生態(tài)公益林碳儲(chǔ)量由喬木層、灌木層、草本層、枯枝落葉層和土壤層5部分組成。幼齡林總碳儲(chǔ)量為97.084 3 t/hm2，中齡林總碳儲(chǔ)量124.998 5 t/hm2近熟林總碳儲(chǔ)量為116.192 1 t/hm2，總碳儲(chǔ)量表現(xiàn)出隨年齡的增大而先增加后減小的趨勢(shì)，在中齡林達(dá)到最大，幼齡林最小。

杉木幼齡林碳儲(chǔ)量含量大小依次為：土壤層＞喬木層＞草本層＞枯枝落葉層＞灌木層，杉木中齡林碳儲(chǔ)量含量大小依次為：土壤層＞喬木層＞枯枝落葉層＞灌木層＞草本層，杉木近熟林碳儲(chǔ)量含量大小依次為：土壤層＞喬木層＞枯枝落葉層＞草本層＞灌木層。其中，土壤層在3個(gè)

齡組的總碳儲(chǔ)量含量都是最高的，分別占到了97.89%、87.47%和73.36%，說(shuō)明土壤層碳儲(chǔ)量是杉木生態(tài)公益林的主體，但土壤層的碳儲(chǔ)量比重隨著林齡的增加而表現(xiàn)出逐漸減少的趨勢(shì)。其次為喬木層碳儲(chǔ)量，分別占到了1.57%、12.12%和26.33%，而喬木層碳儲(chǔ)量比重隨林齡的增加而表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，與土壤層相反?？葜β淙~層也隨著年齡的增加而逐漸增加，近熟林比例達(dá)到最大為1.05%。灌木層和草本層所占比重隨年齡增加而逐漸較少，最大比例分別為0.33%和1.01%。

4 結(jié)論與討論

在杉木生態(tài)公益林中，幼齡林的總碳儲(chǔ)量為97.084 3 t/hm2，中齡林總碳儲(chǔ)量為124.998 5 t/hm2，近熟林總碳儲(chǔ)量為116.192 1 t/hm2，遠(yuǎn)低于我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)平均碳儲(chǔ)量（258.83 t/hm2）[8]，分析其原因，土壤碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的絕大部分，而杉木生態(tài)公益林土壤碳儲(chǔ)量（80.11～113.22 t/hm2），遠(yuǎn)低于世界土壤平均碳儲(chǔ)量（189.00 t/hm2）[9]。本次研究的杉木生態(tài)公益林位于平均海拔為1 203 m的福壽山之上，屬于高海拔地區(qū)，受到高山氣候和不同生物的影響，且白天日照充足，晚上氣溫偏低，雨量充足，有機(jī)物質(zhì)代謝旺盛，不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。

表6 杉木生態(tài)公益林單位面積碳儲(chǔ)量變化（t·hm-2）Table 6 Cunninghamia lanceolata ecological publicwelfare forest carbon per unit area

表7 不同林分類型各部分碳儲(chǔ)量百分比Table 7 In all parts of different forest types carbon percentage

在喬木層碳儲(chǔ)量中，幼齡林為1.519 6 t/hm2，中齡林為15.152 1 t/hm2，近熟林為30.597 1 t/hm2，中齡林是幼齡林10倍，近熟林是中齡林2倍。但無(wú)論哪個(gè)齡組，喬木層碳儲(chǔ)量都整體偏低。主要是因?yàn)楸敬窝芯康纳寄旧鷳B(tài)公益林位于高海拔之上，不適合杉木林的生長(zhǎng)，導(dǎo)致了杉木林的低質(zhì)低效，從而使喬木層碳儲(chǔ)量偏低。灌木層、草本層和枯枝落葉層碳儲(chǔ)量在全林分總碳儲(chǔ)量所占比例較小，在幼齡林中占2.17%，在中齡林中占1.62%，在近熟林中占1.25%，且所占比例隨林齡的增加而逐漸減少。雖然所占比例小，但可以防止水土流失和增加土壤對(duì)碳的吸收，有利于森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)。所以保護(hù)好林下植被對(duì)提高林分整體碳儲(chǔ)量有非常重要的意義。本研究通過(guò)實(shí)測(cè)18塊樣地?cái)?shù)據(jù)對(duì)杉木生態(tài)公益林的碳儲(chǔ)量進(jìn)行了不同層次的分析，但由于時(shí)間和器材的限制，沒(méi)有對(duì)各層次的含碳率進(jìn)行測(cè)算，而是選取的國(guó)際上通用的0.5和0.45作為含碳率估算，其結(jié)果仍然存在需要改進(jìn)的地方。

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Analysis of The distribution regularity of carbon in different age groups of Cunninghamia lanceolata non-commercial forest——In order to Fushou state forest farm as an example

DENG Chao, LI Ji-ping, CAO Xiao-yu, FEI Hao-bai
(College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan China)

The carbon reserves ofCunninghamia lanceolataecological public-welfare forest of 3 age groups of Hunan province Fushou state forest farm of were estimated, the results showed that： The total carbon reserves ofCunninghamia lanceolataecological publicwelfare forest of young Chinese Fir was 97.084 3 t/hm2, the total carbon reserves of middle age forest was 124.998 5 t/hm2, the total carbon reserves of near mature forest was 116.192 1 t/hm2, middle age forest was the highest. The proportion of carbon storage in soil layer is the largest, The proportion of carbon storage in soil layer of young forest, middle age forest and near mature forest was 97.89%87.47% and 73.36%, the proportion was reducing, the carbon storage of surface soil was the highest. The proportion of carbon storage of shrub layer, herb layer and litter of understory was smaller, accounted for 2.17% in the young forest, account for 1.62% of the middle age forest, accounted for 1.25% in near mature forest, the proportion decreased with the increasing of the stand age.

Carbon storage;Cunninghamia lanceolataecological public-welfare forest; The age group

S791.27

A

1673-923X(2015)10-0116-04

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.10.020

2014-02-10

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD22B0505）

鄧 超，碩士研究生

李際平，教授，博導(dǎo)；E-mail：lijiping@vip.163.com

鄧 超，李際平，曹小玉，等. 不同齡組杉木生態(tài)公益林碳儲(chǔ)量分布規(guī)律研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015, 35(10)：116-119.

[本文編校：吳 彬]