江西4個縣毛竹生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及分布格局研究

胡耀文++周光南++李林海++趙自穩(wěn)+++郭曉敏+++劉苑秋+++張文元

摘要：毛竹（Phyllostachys edulis）在我國南方分布廣泛，生長快速，具有廣泛的用途。對江西省崇義、靖安、資溪、井岡山4個地區(qū)毛竹樣地的立竹生長、林下植被、土壤以及環(huán)境狀況進行了調查，研究樣地碳儲量的分配格局。結果表明，毛竹樣地的土壤層是固碳主體，其次是毛竹立竹，林下植被。毛竹立竹稈的碳儲量是立竹的固碳主體。崇義、靖安、資溪、井岡山4個研究區(qū)域單位面積平均碳儲量分別為189.096、215.336、198.838、239.723 t/hm2。

關鍵詞：毛竹（Phyllostachys edulis）； 碳儲量；分布 ；生態(tài)系統(tǒng)

中圖分類號： S795.01；S181.6文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0234-04

收稿日期：2015-11-30

基金項目：中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專題（編號：XDA05050205）；江西省自然科學基金（編號：20132BAB204026）；江西省教育廳科技項目（編號：GJJ13270）；江西省教育廳落地推廣項目（編號：2KJLD1304）。

作者簡介：胡耀文（1991—），男，江西撫州人，碩士研究生，主要從事森林培育研究。E-mail：hyw910729@163.com。

通信作者：張文元，博士，講師，主要從事森林培育理論和技術、竹林培育方面的研究。E-mail：zwy15@126.com。森林碳匯主要是指森林從空氣中吸收并儲存二氧化碳的多少，或者說是森林吸收并儲存二氧化碳的能力。對森林碳儲量研究是全球碳循環(huán)研究焦點之一[1-2]，森林植被吸收大氣中的二氧化碳并存儲在植被或土壤中，從而減少二氧化碳在大氣中的濃度。植物通過光合作用把吸收的二氧化碳轉變?yōu)樘?、氧氣和有機物，是地球最基本的物質和能量的來源。地球的森林面積雖然只占陸地總面積的1/3，但是森林在降低大氣中二氧化碳濃度、減緩全球氣候變暖中，發(fā)揮著重要的作用。森林植被部分碳庫占全球植被碳庫的76%[3]，森林土壤碳庫儲存了全球土壤碳儲量的40%左右[4-5]，森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫[6]。毛竹（Phyllostachys edulis） 系禾本科剛竹屬多年生散生竹[7]。毛竹稈籜厚革質，密被糖毛及深褐色斑點、斑塊，籜環(huán)被有1圈脫落性毛，籜耳和繸毛發(fā)達，鋒舌發(fā)達，籜片呈三角形或披針形，外翻[8]。中國長江以南，生長著世界85%的毛竹，其分布面積為386.83萬hm2，占竹林總面積的71.89%[9]。長期以來，人們一直都只關注毛竹的經濟實用價值[10]，但是近年來隨著生態(tài)理念日漸進入人心，毛竹為生態(tài)環(huán)境帶來的效益功能也越來越受到學者和專家們的關注。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

本次研究試驗樣地設在崇義、靖安、資溪、井岡山4個地區(qū)。崇義試驗樣地地處中低緯度地區(qū)，屬中亞熱帶季風濕潤區(qū)，氣候差異顯著，歷年平均氣溫17.8 ℃，年降雨量 1 615.2 mm。靖安試驗樣地屬于北亞熱帶濕潤氣候 歷年平均氣溫17.0 ℃，少數高山區(qū)年平均氣溫在15.0 ℃左右，要比平原低3 ℃以上，主要土壤類型有紅壤、山地黃壤、山地黃棕壤等。資溪地區(qū)試驗樣地屬亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，年平均氣溫16.9 ℃，年平均降雨量1 929.9 mm。井岡山樣地屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫14.2 ℃，年平均降雨量 1 856.3 mm。

崇義試驗樣地的土壤類型主要是紅壤，植被類型為毛竹林，群落以毛竹、檵木、芒萁、柃木、淡竹葉、檵木為優(yōu)勢樹種，郁閉度為80%，群落高度在12～13 m之間。靖安的試驗樣地土壤類型也為紅壤，林齡為6、7年，植被類型為毛竹純林，植被群落優(yōu)勢樹種為毛竹、檵木、百合科、油茶、絡石、薔薇科、蕨類、禾本科。林分郁閉度在90%～100%之間。資溪地區(qū)試驗樣地土壤類型為紅壤和黃壤，群落層優(yōu)勢樹種為毛竹、杜荊山、淡竹葉、蕨，林分郁閉度60%～80%之間。井岡山地區(qū)試驗樣地土壤主要類型為紅壤、棕壤、山地黃棕壤，植被類型為毛竹林，植被群落優(yōu)勢樹種為毛竹、鈴木、烏藥、狗脊蕨、新木姜、莎草，林分郁閉度60%～80%，群落高度14～15 m。

1.2樣地設置

按要求樣地水平投影大小為800 m2。以樣地的西南角為起點，順時針方向用羅盤儀測角（確保樣地4個角成直角）和坡度，皮尺量距離。按樣地垂直投影面積計算森林生物量、碳儲量和土壤碳儲量對樣地進行樣地面積校正。樣地設置好以后，應標記其所處的地點，記錄樣地的GPS 定位坐標、坡向、坡度、坡位、海拔、方位及在林分中的相對位置，并將樣地設置的大小、形狀在樣地調查表上按比例繪制略圖；保存GPS 設備中的樣地和途徑路線定位數據，以便復查、核查。對能夠反映樣地在地理和植被典型特征的視覺景象進行拍照，現(xiàn)場記錄相片編號，對照片按樣地編號進行重新命名保存。

1.3取樣方法

每個樣地根據毛竹林每木檢尺結果得出其年齡結構、平均胸徑、竹高指標，據此計算出每度竹的平均立竹作為標準竹， 分別砍伐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹的標準竹各1根。地上部分別測定竹稈、竹枝和竹葉，地上部分生物量測定以1m為區(qū)分段，表1樣地概況及立竹生長狀況地下部分調查，根據所取的標準竹，分別以毛竹基部竹稈為中心，在其周圍挖取1 m×2 m的小樣方，從土壤開始，每 20 cm 向下挖取所有的土壤和根系，直到無竹根為止。用清水沖洗干凈，進行毛竹根結構觀察。

灌木（胸徑<5 cm，高度>50 cm，若對于高度小于50 cm 的小灌木，歸為草本層）的調查，在樣地的主對角線上隨機設置（結合樣地實際情況挑選有代表性的樣方）3個2 m×2 m的樣方；草本和凋落物在另外一條主對角線上選擇3個 1 m×1 m 的樣方。記錄主要種類及其蓋度后，將樣方內所有植物全部收獲后，灌木分葉、枝干、根稱質量；草本分地上、地下部分；凋落物凋落葉片、枝條、草本和木炭等，加上難以辨別的有機物分解碎片，直徑<5 cm 的枯死木也包括在枯落物層中，一并進行測定，同時區(qū)分未分解的凋落物和已經開始分解的凋落物組分（根據肉眼判斷：新鮮剛凋落的枯枝落葉為未分解，已經凋落一定時間，并且葉、枝等開始腐爛統(tǒng)一定義為半分解）。以上分別稱鮮質量后，取300 g代表性樣本帶回試驗。

土壤的測定是在調查樣地內選擇1個未受人為干擾、植被結構和土壤具代表性的地段，挖掘1個土壤剖面，深至 100 cm，不夠100 cm 至基巖為止。對土壤剖面進行拍照并將照片編號，現(xiàn)場記錄。拍照時將米尺（或卷尺）立于向陽剖面，調好位置和焦距，保證包含剖面1 m 內所有土層。數碼照片的像素不低于800萬像素。在剖面按照自然發(fā)生層取O層（有機質層）、A層（淋溶層）、B層（淀積層）樣品。沿剖面按0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm 分層，用環(huán)刀采集各層土壤，每層打2～3個環(huán)刀，帶回試驗室測定土壤容重。每層再隨機鉆取3 鉆土，混合成一個混合樣。同一樣地3 個灌木樣方的同層次土樣組成該層次混合樣品。需注意的是，取樣時盡量保持每個小土體的完整性，盡早進行風干處理。

1.4樣品測定方法

將采集回來的毛竹各器官、林下植被及土壤樣品，稱質量后置于65 ℃恒溫箱中，烘干后再稱質量，并計算植被層生物量，土壤容重等。立竹各器官、林下植被含碳率使用重鉻酸鉀氧化容量法測定，土壤有機碳使用濃硫酸消煮重鉻酸鉀氧化容量法測定[11]。

2結果與分析

2.1立竹各器官碳儲量現(xiàn)狀

從表2可以看出，井岡山地區(qū)立竹總平均碳儲量最大，為17.67 t/hm2。立竹各器官中，碳儲量最大的器官是竹稈，但是井岡山樣地與其他3個樣地不同，立竹各器官碳儲量中枝的平均碳儲量值最大，略高于竹稈的碳儲量，其他3個試驗樣地稈的平均碳儲量明顯大于其他器官的平均碳儲量，崇義地區(qū)立竹稈的平均碳儲量是4個地區(qū)中最大的，為 10.295 t/hm2。劉玉霞對不同海拔高度對壽寧縣毛竹生長影響的研究發(fā)現(xiàn)，海拔高度在800 m 以下，毛竹林的竹稈平均胸徑較大，產量較高[13] 。井岡山地區(qū)樣地平均海拔在 1 074.00 m，大于800 m，其他3個樣地平均海拔低于800 m，井岡山樣地中立竹的平均株高和胸徑也均低于其他3個樣地，此現(xiàn)象與劉玉霞的研究結果相同。高海拔是造成井岡山地區(qū)樣地毛竹稈的碳儲量和生物量水平異于其他樣地的原因之一。

方差分析顯示崇義地區(qū)毛竹立竹各器官的碳儲量差異顯著，靖安和資溪毛竹稈與枝、葉、根的碳儲量之間的差異顯著，而枝、葉、根內部之間的碳儲量差異不顯著，井岡山地區(qū)毛竹各器官碳儲量之間都不存在顯著性差異。

從圖1立竹各器官碳儲量百分比的分布可以看出，崇義、靖安、資溪3個樣地立竹稈的含碳量均占總碳儲量的60%以上，其中資溪地區(qū)樣地最大，占72.45%。立竹各器官中，所占碳儲量百分比最小的器官是竹葉，其中崇義地區(qū)立竹葉器官碳儲量百分比只占總碳儲量的4.84%，是4個樣地之中最小的。

2.2林下植被狀況

4個樣地林下植被碳儲量和百分比見表3和圖2，在4個試驗樣地中，資溪地區(qū)和崇義地區(qū)的林下主要以草本為主，林下草本碳儲量分別占林下總碳儲量的64.12%和54.12%，崇義地區(qū)樣地草本碳儲量在4個樣地中是最大的，為 0.860 t/hm2。井岡山地區(qū)和靖安試驗樣地林下植被以灌木為主，其中井岡山地區(qū)的林下灌木碳儲量為3.021 t/hm2，占樣地林下碳儲量的83.11%，是4個試驗樣地中灌木生物量和百分比最大的，林下植被碳儲量總量3.635 t/hm2，在所有樣地中也是最大的，造成這種現(xiàn)象的原因與井岡山樣地的較高海拔環(huán)境有關，人為干擾較少，破壞較少，林下灌木自然生長，灌木的量就相對其他3個地區(qū)的樣地來說生長旺盛。

表3毛竹林下植被碳儲量

樣地碳儲量（t/hm2）灌木草本總計崇義0.729±0.20A0.860±0.01A1.589靖安0.385±0.10A0.283±0.05A0.668資溪0.221±0.05A0.395±0.07A0.616井岡山3.021±1.12A0.614±0.17A3.635

2.3土壤碳儲量

土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫中最大的貯庫，而且是其中非常活躍的部分[14]。即使在森林類型相同的生態(tài)系統(tǒng)中，其碳儲量也會隨土壤類型不同而不同[15]。不同土壤類型的營養(yǎng)狀況和營養(yǎng)元素的流動不同都可能影響到碳在土壤中積累的相對量和絕對量[16]。表4為4個試驗樣地各土壤層碳

儲量分配格局，崇義地區(qū)樣地碳儲量最高的是0～10 cm土壤層，碳儲量達38.559 t/hm2，最低的土壤層為30～50 cm，為27.966 t/hm2，方差顯示崇義地區(qū)樣地各土層之間的碳儲量不存在顯著差異。4個樣地中同樣不存在顯著性差異的樣地是井岡山地區(qū)樣地，井岡山地區(qū)樣地土壤碳儲量最高的是 50～100 cm 土壤層，達44.894 t/hm2，最低的土壤層是20～30 cm，為29.479 t/hm2。靖安和資溪土壤含碳量最高的土層為500～100 cm層，最低的在20～30 cm層。方差顯示50～100 cm層的土壤碳儲量與其他4個土層的碳儲量存在顯著差異性。

從圖3可以看出，土壤的碳儲量隨土壤深度變化而呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，4個試驗樣地土壤層深度在0～10、10～20 cm 層土壤碳儲量均呈現(xiàn)下降的趨勢，土壤深度50～100 cm 層的土壤碳儲量均呈現(xiàn)上升趨勢。造成這種現(xiàn)象的原因之一是由于土壤的淋溶作用，土壤受到雨水的沖刷使上層的有機質和礦物質下滲，積聚在下方土層，所以使得土壤隨著土壤層深度加深碳儲量出現(xiàn)一個先下降后上升的趨勢。

2.4毛竹林碳儲量分配格局

4個試驗樣地的碳儲量分配格局見表5，土壤層所占比例最大，表明土壤是毛竹生態(tài)林中碳儲量最大的碳庫，這是因為森林土壤碳庫庫存量大，而且土壤碳周轉速率比較緩慢，所以能維持較長時間的碳儲存[17]。毛竹林土壤碳儲量世界平均值為189.00 t/hm2[18]，本研究中靖安、資溪、井岡山3個地區(qū)試驗樣地土壤碳儲量均高于世界平均值。我國森林土壤平均碳貯量為193.55 t/hm2[19]，本次研究中的靖安地區(qū)樣地為 202798 t/hm2，井岡山地區(qū)樣地為218.417 t/hm2，均高于國家森林平均碳儲量。表5樣地碳儲量與分配格局

部位崇義靖安資溪井岡山碳儲量（t/hm2）占比（%）碳儲量（t/hm2）占比（%）碳儲量（t/hm2）占比（%）碳儲量（t/hm2）占比（%）喬木15.1808.0311.8705.5110.5515.3117.6717.37林下1.5890.840.6680.310.6160.313.6351.52土壤172.32791.13202.79894.18187.67194.38218.41791.11總計189.096215.336198.838239.723

3結論

綜合4個地區(qū)的試驗樣地可知，毛竹林生態(tài)系統(tǒng)各層次碳儲量大小排序為土壤層>喬木層>林下植被。在喬木層中，毛竹稈所含碳儲量是最大的，葉所含的碳儲量最小。而在井岡山地區(qū)樣地，毛竹立竹枝的碳儲量是最大的，這與樣地的海拔有關，大于800 m的海拔使毛竹稈的生長受到影響。林下植被碳儲量的分布則與當地的植被生長狀況有關，靖安和井岡山2地林下灌木碳儲量大于林下草本碳儲量，而崇義和資溪2地林下灌木碳儲量小于草本碳儲量。

4個樣地土壤層碳儲量之中有3個高于世界土壤碳儲量平均值，4個樣地碳儲量百分比均占樣地總儲量的90%以上，其中井岡山地區(qū)土壤碳儲量最高，為218.417 t/hm2，井岡山樣地平均海拔最高，為1 074.00 m，通過樣地海拔對比和樣地碳儲量的對比可以看出，樣地土壤有機碳和碳儲量隨著海拔的上升也表現(xiàn)為上升的趨勢。資溪樣地土壤碳儲量所占百分比為94.38%，是4個樣地中最大的，而資溪樣地的林下植被碳儲量含量及占比在所有樣地中都是最小的。

土壤各層的碳儲量分布也不是均勻的，在本試驗設置的5個土壤層中，50～100 cm層的土壤碳儲量最大，碳儲量最小的為20～30 cm土壤層。隨著土壤層的加深，土壤碳儲量也呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢。凋落物的分解是土壤表層重要的碳源，隨著土壤土層的增加，土壤碳儲量呈現(xiàn)減少的趨勢。樣地中的毛竹受到人為干擾少，毛竹枯萎死亡后其根系在土壤中被微生物分解不完全，所以造成土壤碳儲量在50～100 cm 的土層呈現(xiàn)出反常的增加趨勢。

參考文獻：

[1]Cao M，Woodward F I. Net primary and ecosystem production and carbon stocks of terrestrial ecosystems and their response to climatechange[J]. Global Change Biology，1998，4：185-198.

[2]Dixon R K，Solomon A M，Brown S，et al. Carbon pools and flux of global forest ecosystems[J]. Science，1994，263（5144）：185-190.

[3]李?？?，雷淵才，曾偉生. 基于森林清查資料的中國森林植被碳儲量[J]. 林業(yè)科學，2011，47（7）：7-12.

[4]Marland E. The treatmeng of long-livew，carboncontaining products in inventories of carbon dioxide emissions to the atmosphere [J]. Enironmental Science&Policy，2003，6（2）：139-152.

[5]陳先剛，張一平，張小全，等. 過去50年中國竹林碳儲量變化[J]. 生態(tài)學報，2008，28（11）：5218-5227.

[6]朱琳琳，張萌新，趙竑緋，等. 不同經營措施對毛竹林生物量與碳儲量的影響[J]. 經濟林研究，2014，32（1）：58-64.

[7]中國植物志編輯委員會. 中國植物志[M]. 北京：科學出版社，1996.

[8]佘婷婷.低丘紅壤地區(qū)毛竹低產林改造技術[D]. 長沙：中南林業(yè)科技大學，2014.

[9]朱永. 第七次全國森林資源清查結果表明——我國提前兩年實現(xiàn)對世界承諾的森林增長目標[J]. 國土綠化，2009（12）：5-7.

[10]張 蕊，申貴倉，張旭東，等. 四川長寧毛竹林碳儲量與碳匯能力估測[J]. 生態(tài)學報，2014，34（13）：3592-3601.

[11]魯如坤.土壤農業(yè)化學分析方法（1999）勘誤表[J]. 土壤，2004（4）：455-456.

[12]周艷翔，呂茂奎，謝錦升，等. 深層土壤有機碳的來源、特征與穩(wěn)定性[J]. 亞熱帶資源與環(huán)境學報，2013（1）：48-55.

[13]劉玉霞. 不同海拔高度對壽寧縣毛竹生長的影響[J]. 防護林科技，2012（1）：36-38.

[14]劉留輝，邢世和，高承芳，等. 國內外土壤碳儲量研究進展和存在問題及展望[J]. 土壤通報，2009（3）：697-701.

[15]張城，王紹強，于貴瑞，等. 中國東部地區(qū)典型森林類型土壤有機碳儲量分析[J]. 資源科學，2006，28（2）：97-103.

[16]黃從德，張國慶.人工林碳儲量影響因素[J]. 世界林業(yè)研究，2009，22（2）：34-38.

[17]徐娜，胡海波，朱燕飛，等. 北亞熱帶毛竹林碳儲量及其空間分配[J]. 林業(yè)科技開發(fā)，2014，28（2）：37-41.

[18]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)學報，2000，24（5）：518-522.

[19]王兵，王燕，郭浩，等. 江西大崗山毛竹林碳貯量及其分配特征[J]. 北京林業(yè)大學學報，2009，31（6）：39-42.仇汝龍，范志宇，王芳，等. 兔出血癥病毒感染機體后炎性因子的檢測分析[J]. 江蘇農業(yè)科學，2016，44（2）：238-241.