桃江縣毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其空間分布

曹福明,閆文德,3,*,田大倫,3,鄧湘雯,3,陳建華

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

桃江縣毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其空間分布

曹福明1,2,閆文德1,2,3,*,田大倫1,2,3,鄧湘雯1,2,3,陳建華1

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

采用標準地調(diào)查和生物量實測方法,研究了湖南省桃江縣毛竹林生態(tài)系統(tǒng)生物量、碳含量、碳儲量及空間分布格局。結果表明,不同年齡毛竹林生態(tài)系統(tǒng)總生物量分別為：28.147、30.889 t/hm2和57.763 t/hm2,其中竹林層生物量為20.254、25.036、55.685 t/hm2,各器官生物量均以竹竿最高,占器官生物量的63.0%以上。不同年齡毛竹各器官碳平均含量為0.466—0.483 gC/g；灌木層碳含量為0.474—0.489 gC/g；草本層為0.472—0.490 gC/g；死地被物層為0.213—0.276 gC/g；土壤層有機碳含量為14.790—34.503 gC/g。各年齡毛竹林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量分別為131.273、139.089 t/hm2和167.817 t/hm2,其中植被層碳儲量為13.627—28.419 t/hm2,占系統(tǒng)總碳儲量的9.935%—16.935%；死地被物為0.307—0.420 t/hm2,占0.234%—0.265%；土壤層為117.339—138.978 t/hm2,占82.815%—89.799%。毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分布格局為：土壤層>植被層>死地被物層。研究結果可為深入研究毛竹林的碳平衡提供基礎數(shù)據(jù)。

毛竹林；生物量；碳含量；碳儲量；桃江縣

由于人為活動影響,化石燃料的大量使用和土地變化的原因,大氣中CO2濃度以1.9 mL m-3a-1的線性速率增加[1- 2]。CO2作為最重要的一種溫室氣體,其源與匯成為全球關注的熱點[3-4]。森林作為重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)在吸收大氣CO2、緩解氣候變化中的作用已經(jīng)得到了廣泛的共識[5-6]。我國許多科學家為研究森林對全球碳平衡的影響,從全球、區(qū)域尺度或國家尺度上研究了森林生態(tài)系統(tǒng)的碳分布及碳貯量[7- 11]。因此提高森林覆蓋率或選擇碳積累量較大的林木可有效調(diào)節(jié)全球碳平衡和維護區(qū)域生態(tài)環(huán)境[7]。然而,為正確評價森林對大氣CO2的固定能力,較小尺度上研究某個地區(qū)、某個林種的碳固定量也顯得十分迫切[12-13]。

竹林是一類重要的森林資源,在固碳增匯中起著重要的作用[14-15]。在全球森林面積急劇下降的今天,竹林面積卻以3%的速度在增長,這意味著竹林是一個不斷增大的碳匯,為增加森林碳匯尋找到了新的途徑[16]。毛竹(Phyllostachysheterocycla)是我國南方重要的森林資源,它占據(jù)了全國竹林面積的71.89%[17]。近年來,有關毛竹林分碳儲量研究已取得一些成果[12- 13,18- 25],這些成果為正確評價毛竹林在固碳效應及應對全球變暖中的作用和地位做出了貢獻。但目前對毛竹林碳儲量還未引起足夠重視,區(qū)域數(shù)據(jù)不足,代表性不強,難以反映全國毛竹林面積337.20萬hm2的實際情況[18]。加之毛竹林的林分、不同經(jīng)營管理措施及地帶性差異,使得正確估算毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量仍存在較大的不確定性,對毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的研究結果差異較大[20- 23],另外還受竹齡因素的影響和制約,而對不同年齡毛竹林分碳儲量及其變化趨勢的研究雖有報道[19,23,25],但仍需加強。

湖南省桃江縣為中國十大“竹子之鄉(xiāng)”,種植著6.7萬hm2的毛竹林,深受山區(qū)農(nóng)民的喜愛,竹林產(chǎn)業(yè)占到當?shù)剞r(nóng)民收入的30%左右,經(jīng)濟和社會效益十分顯著。對毛竹生長和經(jīng)營方面前人已作過研究,但有關毛竹林固碳能力研究較少,本文則以桃江縣桃花江林場的毛竹林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,并結合毛竹林中毛竹的年齡,對其生物量、碳含量、碳儲量及其空間分布格局進行了研究,可為深入研究我國毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡提供基礎數(shù)據(jù),為我國竹林碳匯/源研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究地點在桃江縣的桃花江林場。桃江縣位于湖南省中部偏北(111°36′E—112°19′E、28°13′N—28°41′N)。處于雪峰山余脈向洞庭湖過渡的環(huán)湖丘崗地帶,海拔范圍在29.7—917.5 m(平均200 m),屬中亞熱帶大陸性季風濕潤氣候,年均氣溫16.6℃。降水量1400—2000 mm,土壤為山地紅壤且土層淺薄。植被為中亞熱帶常綠闊葉林帶,自然植被主要有山茶科(Theaceae)、殼斗科(Fagaceae)、樟科(Tauraceae)等,還有6.7萬hm2毛竹林(Phyllostachysheterocycla),被稱為中國十大“竹子之鄉(xiāng)”。

2 研究方法

2.1 標準地設置和調(diào)查方法

桃花江林場以經(jīng)營毛竹為主。標準地則設置在林場的毛竹人工純林內(nèi)。其海拔高度為200—300 m,坡向為南坡,坡度在15°以下,土層厚度約1 m,土壤為紅壤,pH值4.4—4.5。新造竹林在定植3年內(nèi),每年的5月和7月除草松土,成林的竹林每年于夏季鉤梢,冬季挖山。

由于毛竹林是一種異齡林,年齡是林分結構的重要特征,依據(jù)管護人員記載的栽植時間,并結合對毛竹年齡的判別方法,分別在1年生或3年生或5年生的毛竹株數(shù)占據(jù)了50%—60%以上的竹林中,設置20 m×33.3 m標準地各6塊,共18塊,分別作為1年生或3年生或5年生的毛竹林,并在各標準地內(nèi)只調(diào)查記錄1年生或3年生或5年生的毛竹株數(shù)、胸徑、樹高等因子,而其他年齡毛竹不在調(diào)查范圍內(nèi),故不計入其內(nèi),經(jīng)計算后,在各標準地內(nèi)選出平均木1株,則1年生、3年生和5年生標準木各6株,共18株。各標準地竹林結構特征見表1。

表1 標準地竹林特征

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標準差；*僅為1年生或3年生或5年生毛竹的株數(shù)

2.2 生物量測定

采用“分層切割法”測定毛竹地上器官生物量。將標準木以竹竿交界處為界限,以1 m為區(qū)分段,分層截取竹竿、竹枝、竹葉,稱取鮮重,并分別取樣1.0 kg；地下根系采用挖掘法,以標準竹為中心,在其周圍0.5 m×0.5 m范圍內(nèi)的土層挖出所有的竹蔸、竹鞭和鞭根(分側根和須根)。用水細心漂洗,再用篩子在水中篩后撿出所有根系,風干表面水后,稱取鮮重,各取樣1.0 kg。

在標準地內(nèi)選擇同齡毛竹相對集中的地方,布設灌木層樣方(2 m×2 m)、草本層樣方(1 m×1 m)、死地被物層樣方(1 m×1 m)各3個,共取樣方162個。記錄樣方內(nèi)灌木和草本植物種類后,均采用“樣方收獲法”測定生物量。灌木植物和草本植物按地上器官和地下根系分別稱取鮮重,并各取樣1.0 kg。死地被物層分為未分解、半分解、已分解層分別稱鮮重,各取樣1.0 kg。

將所有樣品帶回實驗室,置于80℃下烘箱,烘至恒重,求出含水率,推算生物量。

2.3 土壤樣品采集

在各標準地內(nèi),與挖取標準竹的同時,在標準竹周圍布設3個采樣點,按0—20、20—40、40—60 cm土層,分別采取土樣500 g,共采土樣162個。去除石礫和根系等雜物,風干后過20目和100目篩,備用。在采集土樣之前,用100 cm3環(huán)刀取各層原狀土,置于105℃烘至恒重,測定土壤容重。并在距竹林地500 m處的空曠地設置對照樣地2塊,面積均為20 m×33.3 m,與竹林地同時采集土樣。作為毛竹林土壤性質(zhì)和有機碳含量的對比。

2.4 植物和土壤樣品測定

土壤容重采用環(huán)刀法測定；土壤自然含水率采用烘干法；土壤pH值用SJ—4A型pH計測定；土壤和植物有機碳含量用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定。土壤性質(zhì)見表2。

2.5 數(shù)據(jù)處理與計算

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 13.0軟件處理。

數(shù)據(jù)顯著性檢驗采用單因子方差分析(ANOVA)和最小顯著差異法(LSD),對不同年齡毛竹單株和林分生物量及碳儲量進行了比較,顯著性水平設定為α=0.05。

表2 標準地毛竹林土壤性質(zhì)

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標準誤差。同列相同小寫字母表示同一林地土層間差異不顯著(P>0.05)；同列相同大寫字母表示不同林分間差異不顯著(P>0.05)

2.5.1 林分生物量計算

林分喬木層生物量(t/hm2)=毛竹單株生物量(6株標準竹生物量的平均值)×林分中的株數(shù)(僅為1年生或3年生或5年生毛竹的株數(shù))

灌木層生物量(t/hm2)=所有灌木植物地上部分生物量+地下部分生物量；

草本層生物量(t/hm2)=所有草本植物地上部分生物量+地下部分生物量；

死地被物層生物量(t/hm2)=未分解層生物量+半分解層生物量+已分解層生物量。

2.5.2 林分碳儲量計算

喬木層各器官碳儲量(t/hm2)=各器官生物量×各器官碳含量；

林分喬木層碳儲量(t/hm2)=喬木層林木各器官碳儲量之和；

灌木層碳儲量(t/hm2)=各灌木植物碳儲量的加權平均值；

草本層碳儲量(t/hm2)=各草本植物碳儲量的加權平均值；

土壤層碳儲量(t/hm2)=土壤容重(g/cm3)×土層深度(cm)×土壤有機碳含量(g/kg)；

林分喬木層碳年固定量(t/hm2)=林分碳儲量÷6[12]

3 結果與分析

3.1 生物量

3.1.1 不同年齡毛竹生物量

表3列出了不同年齡毛竹各器官生物量?？梢钥闯?毛竹單株生物量為16.204—23.202 kg,林分生物量為20.254—55.685 t/hm2,呈現(xiàn)出隨年齡的增加單株及林分生物量均隨之而增加的趨勢。且地上部分生物量高于地下部分,竹竿生物量遠高于其他器官,可占據(jù)總生物量的63.0%以上。

3.1.2 植被層和死地被物層生物量

從表4可以看出,毛竹林植被層和死地被物層總生物量在28.147—57.763 t/hm2之間,并隨年齡增加呈逐漸增加的趨勢。其中,竹林層生物量占總生物量的70%以上,且隨著年齡的增加,其比重也不斷上升；林下植被層中,1年生和3年生竹林均以草本植物為主,5年生竹林則以灌木為主。且隨著林分年齡的增長,灌木層和草本層生物量占總生物量的比例逐漸減??；死地被物層生物量在1.371—1.731 t/hm2之間,占總生物量的3%—5%,但其生物量占總生物量的比例卻呈波動下降趨勢。

3.2 碳含量

3.2.1 毛竹各器官碳素含量

由表5表明,毛竹各器官碳素平均含量為0.466—0.483 gC/g,其中1年生毛竹各器官碳素含量變化范圍為：0.389—0.534 gC/g,3年生為：0.398—0.519 gC/g,5年生為：0.405—0.527 gC/g。1年生毛竹竹竿碳素含量最高,須根最低,3年生和5年生毛竹分別以竹枝和竹葉含量最高,側根最低,但不同年齡的毛竹各器官碳素含量之間均沒有明顯變化規(guī)律。

表3 不同年齡毛竹各器官生物量

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標準差; 同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05); 同列相同大寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

表4 竹林植被層和死地被物層生物量及分配

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差；括號內(nèi)數(shù)據(jù)為百分數(shù)

表5 不同年齡毛竹各器官碳素含量

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標準差

3.2.2 毛竹林下植被層和死地被物層碳含量

由表6 可知,灌木層碳含量為0.474—0.489 gC/g,草本層為0.472—0.490 gC/g之間,隨年齡變化均有小幅增加,但碳素含量間亦不存在明顯變化規(guī)律。死地被物層中,各年齡不同分解階段的碳素含量在0.2 gC/g左右,其中1年生竹林死地被物層碳素含量隨分解時間增加而逐漸減少,3年生和5年生則相反。

表6 不同年齡毛竹林下植被層和死地被物層碳含量

括號內(nèi)數(shù)據(jù)位標準差

3.3 土壤層有機碳含量

從表7可以看出,毛竹林地土壤有機碳平均含量在22.597—26.980 g C/kg之間,顯著高于對照地(18.592g C/kg)(P<0.05),并隨林分年齡增加而呈現(xiàn)增加的趨勢,而且還隨著土壤深度的增加,土壤有機碳含量逐漸減少,除5年生竹林地土壤外,1年生和3年生毛竹林土壤表層與深層有機碳含量均存在顯著差異(P<0.05)。

表7 不同年齡毛竹林土壤碳含量

表中數(shù)值為平均值±標準差;同行相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05);同列不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)

3.4 毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及空間分布

3.4.1 毛竹林碳儲量

由表8可以看出,1年生、3年生和5年生竹林碳儲量分別為10.490、11.802、28.226 t/hm2,隨年齡增長而不斷增加,其中5年生毛竹林碳儲量與1年生和3年生毛竹林碳儲量間均存在顯著差異(P<0.05)。各毛竹林器官碳儲量均以竹竿最高,占毛竹林總碳儲量的60%以上,這與竹竿生物量而緊密相關。

從表8還可以看出,1年生和5年生毛竹林中,各器官碳儲量高低排序均為：竹竿>竹枝>竹葉>竹鞭>竹蔸>側根>須根；而3年生毛竹林各器官碳儲量高低排序為：竹竿>竹枝>竹葉>竹蔸>側根>竹鞭>須根。

表8 不同年齡毛竹林各器官碳儲量

括號內(nèi)數(shù)據(jù)位標準差; 同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05); 同列相同大寫字母表示差異不顯著(P>0.05)

3.4.2 毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及空間分布

毛竹林生態(tài)系統(tǒng)中碳庫主要分為3個部分：植被層、死地被物層和土壤層。不同年齡毛竹林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量分別為131.273、139.089、167.817 t/hm2(表9),并隨年齡增加而增加。其中,土壤層碳儲量分別為117.339、124.901、138.978,占總碳儲量的82.815%—89.799%；植被層碳儲量在13.627—28.419 t/hm2之間,占系統(tǒng)總碳儲量的9.935%—16.935%。其中,竹林層碳儲量為10.490—28.226 t/hm2,占植被層碳儲量的76%以上；死地被物層碳儲量在0.307—0.420 t/hm2之間,只占系統(tǒng)總碳儲量的0.234%—0.265%,但它是土壤碳庫的重要來源,在土壤有機碳的積累和系統(tǒng)碳循環(huán)中起著十分重要的作用。毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的分布格局為：土壤層>植被層>死地被物層。

由方差分析結果可知,1年生和3年生竹林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量間無顯著差異(P>0.05),但均顯著低于5年生竹林(P<0.05)；1年生和3年生竹林中,灌木層碳儲量要低于草本層,5年生竹林則相反,但其碳儲量間差異不顯著(P>0.05)。各毛竹林生態(tài)系統(tǒng)中死地被物層碳儲量顯著低于植被層和土壤層(P<0.05)。

表9 不同年齡毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及空間分布(t/hm2)

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為標準差; 同行不同小寫字母表示相同林齡不同層次碳貯量差異顯著(P<0.05); 同列相同大寫字母表示不同林齡碳貯量差異不顯著(P>0.05)

3.4.3 毛竹林碳素年固定量的推算

從表9中可以看出,桃江縣桃花江林場3個年齡毛竹林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量為131.273、139.089、167.817 t/hm2,明顯小于廣西大青山13年生杉木林的187.51 t/hm2[26],山西38年生油松人工林的172.95 t/hm2[27],而大于湖南會同速生階段杉木林的127.88 t/hm2[28]。毛竹林喬木層的碳儲量只有10.490、11.802、28.220 t/hm2,遠小于上述各林種。依據(jù)周國模等[12]推算毛竹林碳年固定量的方法,得出本次研究的毛竹林喬木層碳年固定量為1.748 t/hm2(1年生毛竹林)、1.967 t/hm2(3年生毛竹林)、4.704 t/hm2(5年生毛竹林)。1年生和3年生毛竹林碳年固定量小于上述各林種,但5年生毛竹林碳年固定量卻高于廣西大青山13年生杉木林(3.30 t/hm2)[26]1.4倍,高于湖南會同速生階段杉木林(3.525 t/hm2)[28]的1.3倍,而與山西38年生油松林碳年固定量4.53 t/hm2[27]接近。表明毛竹林是一個固碳能力較強的林種,且固碳能力隨著林齡的增長而增強。因此,適度發(fā)展毛竹林對生態(tài)環(huán)境的保護是有益的。

4 討論

4.1 毛竹生物量的測定

竹林的特殊結構與生長習性,決定了林分生物量的測算存在一定的難度。毛竹是異齡林,毛竹林分中生長著不同年齡的立竹。本研究在測定毛竹生物量時,為了工作方便和測定準確,而又不影響立竹生長的生態(tài)環(huán)境,所以在研究區(qū)設置的竹林標準地內(nèi),僅對占據(jù)了50%—60%以上的同一年齡(1年生或3年生或5年生)立竹的株數(shù)、胸徑、竹高等因子進行了調(diào)查、記錄和計算,并選出標準木測定生物量,而對其他年齡的立竹,不列入調(diào)查測定范圍內(nèi)。這與劉應芳等[19]、漆良華等[23]、張蕊等[25]的前人研究在一塊標準地內(nèi)測定不同年齡毛竹生物量的方法是不相同的。

桃江縣毛竹單株生物量為16.204—23.202 kg,高于劉應芳等[19]蜀南風景區(qū)毛竹單株生物量0.63—1.32 kg,且在莊舜堯等[24]福建建甌市毛竹單株生物量8.2—35.4 kg范圍內(nèi)。郝慶云等[29]天目山毛竹單株生物量平均為15.375 kg,并認為竹類的個體生物量一般差異不大,毛竹個體的總生物量一般在13.0—20.0 kg,立竹生物量的大小主要取決于種群密度。

本文研究所得1年生、3年生和5年生毛竹林生物量分別為20.254、25.036、55.685 t/hm2。均高于蜀南竹海風景區(qū)同齡級毛竹林分生物量(14.89、10.49、12.76 t/hm2)[19]和四川長寧同齡級毛竹林分生物量(14.47、17.76、11.44 t/hm2)[25]。這可能與各研究區(qū)的氣候條件、種群密度、經(jīng)營方式等有關。桃江縣毛竹林各器官生物量均以竹竿最高,占總生物量的63.0%以上,這與天目山毛竹林竹竿占總生物量的62.87%一致[29]。

從毛竹林分地下部分生物量與地上部分生物量比值來看,各研究結果差異較大。浙江臨安為0.606[12]、湖南會同為0.649[13]、蜀南竹海風景區(qū)為0.480[19]、四川長寧為0.525[25]、福建永春為0.384[30]、天目山為0.331[29]、福建武夷山為0.560[31]、江西大崗山為0.387[32],本研究僅為0.196,明顯小于上述研究區(qū)。毛竹為散生竹,林分內(nèi)不同齡級的立竹共有地下的鞭根系統(tǒng)龐大,因此無法準確區(qū)分立竹對應的地下鞭根量[25]。目前測定立竹鞭根的處理方法有：1)以立竹為中心,在其周圍一定范圍內(nèi)的土層挖掘該立竹的鞭根量[25,30]；2)采用典型樣方挖掘法[32-33]；3)運用生物量模型估算[31,34]。因此測定方法各不相同,使得結果存在差異。本研究是采用方法(1),與張蕊等[25]、彭在清等[30]一致,只是挖掘的范圍大小有所不同。此外,彭在清等[30]認為是由于毛竹林中各度竹數(shù)量和比例不同及人工經(jīng)營程度不同所致。何東進等[31]發(fā)現(xiàn)人工經(jīng)營的毛竹林比天然毛竹林有更高的地上部分生物量比例和較低的地下部分生物量比例。因此,經(jīng)營方式能影響毛竹林生物量的分配格局[33]。本研究區(qū)毛竹林的經(jīng)營管理方式為：定植3年的毛竹林,每年除草松土2次,成林每年一次的挖山,人為干擾也可能是造成毛竹林地下部分生物量比例低的主要原因之一。

4.2 毛竹碳儲量

森林生態(tài)系統(tǒng)中各組分含碳率是估算森林碳儲量的關鍵因子。以往研究毛竹各器官含碳率表明,浙江臨安為0.468—0.521 gC/g[12]、湖南會同0.465—0.472 gC/g[13]、江西大崗山0.463—0.491 gC/g[18]、蜀南竹海風景區(qū)0.451—0.531 gC/g[19]、四川長寧0.467—0.479 gC/g[25]。本研究測得毛竹各器官含碳率為0.466—0.483 gC/g,與各研究結果相接近,但還是存在一定差異。另外,四川宜賓苦竹各器官含碳率為0.436—0.463 gC/g[35]、浙江平陽吊絲竹為0.468—0.509 gC/g[36]、四川洪雅麻竹為0.454—0.530 gC/g[37]、四川納溪孝順竹為0.489—0.522 gC/g[38]、華西雨屏雜交竹0.472—0.513 gC/g[39]。而且各研究中的竹子各器官含碳率大小順序也不盡相同。上述表明,竹子含碳率隨竹種和器官不同而有差別,就是同一竹種,但不同區(qū)域也不相同。因此,必須分區(qū)域分竹種對含碳率進行實測,才能保證科學準確地計量竹林的碳匯。

劉應芳等[19]對不同齡級毛竹林分碳儲量研究表明,Ⅰ齡級(1—2年生)毛竹林分碳儲量為7.55 t/hm2、Ⅱ齡級(3—4年生)為5.32 t/hm2、Ⅲ齡級(5—6年生)為6.47 t/hm2,且隨齡級的增長呈波動性下降趨勢,均低于本研究的1年生、3年生、5年生毛竹林分碳儲量(10.490、11.802、28.226 t/hm2、),且隨年齡的增長而不斷增加。但本研究結果卻低于霍山(30.4 t/hm2)和臨安(30.2 t/hm2)毛竹林分碳儲量[20],更遠低于我國森林植被平均碳儲量(57.07t/hm2)[8]。表明地帶性差異是影響森林碳儲量的重要因素。

5 結論

(1)桃江縣毛竹林分總生物量1年生為28.147 t/hm2、3年生為30.889 t/hm2、5年生為57.763 t/hm2；其中竹林層1年生為20.254 t/hm2、3年生為25.036 t/hm2、5年生為55.685 t/hm2；林下植被層分別為6.522、4.325、0.347t/hm2,且1年生和3年生以草本層生物量為主,5年生以灌木層生物量為主；死地被物層分別為1.371、1.588、1.731t/hm2,且隨林分年齡的增長而逐漸增加。

(2)桃江縣毛竹各器官碳素平均含量為0.466—0.483 gC/g；林下灌木層碳含量為0.474—0.489 gC/g；草本層為0.472—0.490 gC/g；死地被物層為0.213—0.276 gC/g；土壤有機碳平均含量為22.597—26.980 gC/g。不同年齡毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分別為131.273、139.089、167.817 t/hm2,隨年齡的增長而增加,其中植被層碳儲量分別為13.627、13.819、28.419 t/hm2,占系統(tǒng)總碳儲量的9.935%—16.935%。死地被物層分別為0.307、0.369、0.420 t/hm2,占0.234%—0.265%。土壤層有機碳儲量分別為117.339、124.901、138.978 t/hm2,占82.815%—89.799%,且碳儲量主要集中在表土層(0—30 cm)。生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分布格局為土壤層>植被層>死地被物層

(3)桃江縣毛竹林生態(tài)系統(tǒng)竹林層碳年固定量1年生為1.748 t/hm2、3年生1.967 t/hm2、5年生4.704 t/hm2。隨著竹齡的增長,碳年固定量增加,止5年生時,其碳年固定量為廣西大青山13年生杉木林(3.30 t/hm2)[26]的1.4倍,是湖南會同杉木林速生階段(3.525 t/hm2)[28]的1.3倍,而與山西38年生油松林碳年固定量4.53 t/hm2[27]接近。表明毛竹林是一個固碳能力較強的林種,且固碳能力隨著竹齡的增長而增強。因此,適度發(fā)展毛竹林對當?shù)丶斑m生區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護是有利的。

[1] IPCC. Climate change 2001: the scientific basis in contribution of working group I to the 3rd assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge: Cambridge University Press, 2001: 948- 958.

[2] Artuso F, Chamard P, Piacentino S, Sferlazzo D M, De Silvestri L, Di Sarra A, Meloni D, Monteleone F. Influence of transport and trends in atmospheric CO2at Lampedusa. Atmospheric Environment, 2009, 43(19): 3044- 3051.

[3] Norby R J, Luo Y Q. Evaluating ecosystem responses to rising atmospheric CO2and global warming in a multifactor world. New Phytologist, 2004, 162(2): 281- 293.

[4] 康冰, 劉世榮, 張廣軍, 常建國, 溫遠光, 馬姜明, 郝文芳. 廣西大青山南亞熱帶馬尾松、杉木混交林生態(tài)系統(tǒng)碳素積累和分配特征. 生態(tài)學報, 2006, 26(5): 1320- 1329.

[5] Pan Y D, Birdsey R A, Fang J Y, Houghton R, Kauppi P E, Kurz W A, Phillips O L, Shvidenko A, Lewis S L, Canadell J G, Ciais P, Jackson R B, Pacala S W, McGuire A D, Piao S, Rautiainen A, Sitch S, Hayes D. A large and persistent carbon sink in the world’s forests. Science, 2011, 333(6045): 988- 993.

[6] Laclau P. Biomass and carbon sequestration of ponderosa pine plantations and native cypress forests in northwest Patagonia. Forest Ecology and Management, 2003, 180(1/3): 317- 333.

[7] 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. 生態(tài)學報, 2000, 20(5): 733- 740.

[8] 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. 植物生態(tài)學報, 2000, 24(5): 518- 522.

[9] 王效科, 馮宗煒, 歐陽志云. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)的植物碳儲量和碳密度研究. 應用生態(tài)學報, 2001, 12(1): 13- 16.

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

[11] 賀金生. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán): 從儲量、動態(tài)到模式. 中國科學: 生命科學, 2012, 42(3): 252- 254.

[12] 周國模, 姜培坤. 毛竹林的碳密度和碳貯量及其空間分布. 林業(yè)科學, 2004, 40(6): 20- 24.

[13] 肖復明, 范少輝, 汪思龍, 熊彩云, 張池, 劉素萍, 張劍. 毛竹(Phyllostachyspubescens)、杉木(Cunninghamialanceolata)人工林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量及其分配特征. 生態(tài)學報, 2007, 27(7): 2794- 2801.

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

[15] 陳茂銓, 金曉春, 吳林森, 陳偉祥, 柴紅玲. 竹林碳匯功能及其影響因子研究進展. 竹子研究匯刊, 2010, 29(3): 5- 9.

[16] 王兵, 魏文俊, 邢兆凱, 李少寧, 白秀蘭. 中國竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量. 生態(tài)環(huán)境, 2008, 17(4): 1680- 1684.

[17] 國家林業(yè)局. 中國森林資源報告——第七次全國森林資源清查. 北京: 中國林業(yè)出版社, 2009.

[18] 王兵, 王燕, 郭浩, 趙廣東, 白秀蘭. 江西大崗山毛竹林碳貯量及其分配特征. 北京林業(yè)大學學報, 2009, 31(6): 39- 52.

[19] 劉應芳, 黃從德, 陳其兵. 蜀南竹海風景區(qū)毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其空間分配特征. 四川農(nóng)業(yè)大學學報, 2010, 28(2): 136- 140.

[20] 季寶海, 莊舜堯, 張厚喜, 孫波, 桂仁意. 我國毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的地帶性差異. 生態(tài)環(huán)境學報, 2013, 22(1): 1- 5.

[21] 范葉青, 周國模, 施擁軍, 董德進, 周宇峰. 坡向坡位對毛竹林生物量與碳儲量的影響. 浙江農(nóng)林大學學報, 2012, 29(3): 321- 327.

[22] 周國模, 吳家森, 姜培坤. 不同管理模式對毛竹林碳貯量的影響. 北京林業(yè)大學學報, 2006, 28(6): 51- 55.

[23] 漆良華, 劉廣路, 范少輝, 岳祥華, 張華, 杜滿義. 不同撫育措施對閩西毛竹林碳密度、碳貯量與碳格局的影響. 生態(tài)學雜志, 2009, 28(8): 1482- 1488.

[24] 莊舜堯, 季海寶, 張厚喜, 孫波, 桂仁意. 福建省建甌市毛竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳狀態(tài)研究. 生態(tài)環(huán)境學報, 2012, 21(7): 1200- 1204.

[25] 張蕊, 申貴倉, 張旭東, 張雷, 高升華. 四川長寧毛竹林碳儲量與碳匯能力估測. 生態(tài)學報, 2014, 34(13): 3592- 3601.

[26] 康冰, 劉世榮, 蔡道雄, 盧立華. 南亞熱帶杉木生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳素積累及其空間分布特征. 林業(yè)科學, 2009, 45(8): 147- 153.

[27] 程曉琴, 韓海榮, 康峰峰. 山西油松人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量、碳積累及其分布. 生態(tài)學雜志, 2012, 31(10): 2455- 2460.

[28] 方晰, 田大倫, 項文化. 速生階段杉木人工林碳素密度、貯量和分布. 林業(yè)科學, 2002, 38(3): 14- 19.

[29] 郝云慶, 江洪, 向成華, 馬元丹, 金靜, 余樹全. 天目山毛竹種群生物量結構. 四川林業(yè)科技, 2010, 31(4): 29- 33.

[30] 彭在清, 林益明, 劉建斌, 鄒秀紅, 郭志堅, 郭啟榮, 林鵬. 福建永春毛竹種群生物量和能量研究. 廈門大學學報: 自然科學版, 2002, 41(5): 579- 583.

[31] 何東進, 洪偉, 吳承禎, 藍斌, 黃輝, 吳雄生. 武夷山毛竹天然林生物量與能量分配規(guī)律及其與人工林的比較研究. 西北植物學報, 2003, 23(2): 291- 296.

[32] 王兵, 楊清培, 郭起榮, 趙廣東, 方楷. 大崗山毛竹林與常綠闊葉林碳儲量及分配格局. 廣西植物, 2011, 31(3): 342- 348.

[33] 范少輝, 劉廣路, 蘇文會, 杜滿義, 吳繼林. 閩西北不同類型毛竹林生物量分布格局. 安徽農(nóng)業(yè)大學學報, 2011, 38(6): 842- 847.

[34] 何亞平, 費世民, 蔣俊明, 陳秀明, 余英, 唐森強, 朱維雙. 長寧毛竹和苦竹有機碳空間分布格局. 四川林業(yè)科技, 2007, 28(5): 10- 14.

[35] 申貴倉, 張旭東, 張雷, 高升華, 張蕊, 朱維雙, 唐森強. 蜀南苦竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量與碳匯能力估測. 林業(yè)科學, 2013, 49(3): 78- 84.

[36] 王剛, 周本智, 李曉靖, 孔維健, 溫從輝, 胡曉林. 吊絲單竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其垂直空間分配特征. 熱帶亞熱帶植物學報, 2012, 20(1): 72- 77.

[37] 馮帥, 李賢偉, 黃從德, 賴元長, 張辟芳, 曹銀. 四川洪雅退耕還林地麻竹生物量和碳儲量. 四川農(nóng)業(yè)大學報, 2010, 28(3): 296- 301.

[38] 沈迪玉, 黃從德, 張密, 陳其兵. 四川省納溪區(qū)孝順竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其空間分配格局. 四川林業(yè)科技, 2010, 31(2): 39- 52.

[39] 劉正剛, 洪祖榮. 華西雨屏區(qū)退耕還林地雜交竹林碳儲量特征研究. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2011, 39(17): 10287- 20288.

Distribution of biomass and carbon storage in different aged stands of Moso Bamboo plantations in Taojiang, Hunan

CAO Fuming1,2, YAN Wende1,2,3,*, TIAN Dalun1,2,3, DENG Xiangwen1,2,3, CHEN Jianhua1

1CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha410004,China2NationalEngineeringLabforAppliedTechnologyofForestry&EcologyinSouthChina,Changsha410004,China3NationalKeyStationforFieldScientificobservation&Experiment,Huaihua418307,China

In this study, the biomass and carbon concentrations were measured and the carbon storages were estimated in various plant organs and components of different aged stands of Moso bamboo plantations in Taojiang county, Hunan province. The objective of the research project was to quantify the special distribution of biomass and carbon storage in bamboo forest ecosystems in order to better understanding of the dynamic property of biomass production and carbon cycle in the plantation ecosystems. The results showed that (1) the standing biomass increased with aged plantations. The standing biomass was 28.15, 30.89, and 57.76 t/hm2in three studied aged stands, respectively, of which the stem organ accounted for the highest proportion of the total standing biomass for all aged stands, with an average value of 63%; (2) the carbon storage increased with aged stands, ranging from 131.27 t/hm2to 167.82 t/hm2in the three different aged Moso bamboo plantations. The carbon concentrations in plant organs varied with tree aging and ranged from 0.466 gC/g to 0.483 gC/g. The range of carbon concentrations was 0.474—0.489 gC/g in the shrub layer, 0.472—0.490 gC/g in the herbaceous layer, 0.213—0.276 gC/g in the litter layer, and 14.790—34.503 gC/g in soils; (3) the total carbon storage was 131.27, 139.09, and 167.82 t/hm2in the three different aged Moso bamboo plantation ecosystems, respectively, of which 13.63—28.42 t/hm2was found in the vegetation layer and 0.307-0.420 t/hm2in the litter layer, respectively, which accounted for 9.94%—16.94% and 0.23%—0.27% of the total carbon storage in the plantation ecosystems. Carbon storage in soils ranged from 117.34 t/hm2to 138.98 t/hm2, which accounted for 82.82%—89.80% of the total carbon in the ecosystems. The carbon storage in different components declined in an order soil layer>vegetation layer>litter layer in all studied Moso bamboo plantation ecosystems. Our results provide scientific references for further studying of carbon cycle and sequestration in bamboo forests.

moso bamboo plantation; biomass; carbon dynamics; carbon storage; Taojiang county

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201104009); 湖南省高校創(chuàng)新平臺建設項目(湘財教字[2010]70號);長沙市科技局能源研發(fā)平臺建設項目(K1003009- 61)

2015- 09- 30;

日期:2016- 08- 02

10.5846/stxb201509301992

*通訊作者Corresponding author.E-mail: csfuywd@hotmail.com

曹福明,閆文德,田大倫,鄧湘雯,陳建華.桃江縣毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其空間分布.生態(tài)學報,2017,37(6):2005- 2013.

Cao F M, Yan W D, Tian D L, Deng X W, Chen J H.Distribution of biomass and carbon storage in different aged stands of Moso Bamboo plantations in Taojiang, Hunan.Acta Ecologica Sinica,2017,37(6):2005- 2013.