桂西南連續(xù)年齡序列尾巨桉人工林碳儲(chǔ)量及其分布特征

楊衛(wèi)星+李春寧+付軍+何斌+滕秋梅+呂小燕

摘 要：采用固定標(biāo)準(zhǔn)地法對廣西寧明縣連續(xù)年齡系列（1～4年）生尾巨桉人工林的碳儲(chǔ)量和年碳素固定量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：尾巨桉各器官中碳素含量范圍在455.4～502.4 g/kg之間，不同器官碳素含量高低的排列順序?yàn)闃淙~、樹干、樹皮、樹枝、樹根。林分中不同結(jié)構(gòu)層次碳素平均含量高低的排列順序喬木層、地表凋落物層、灌木層、草本層； 0～80 cm土壤碳素含量均隨林齡的增長而增加。1、2、3和4年生尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量依次為88.42、106.84、122.76和135.30 t/hm2，其中喬木層碳儲(chǔ)量占4.84 %～35.04 %，灌草層占0.38～1.14 %，現(xiàn)存凋落物層占為1.85 %～2.48 %、土壤層占61.77 %～92.90 %. 4個(gè)林齡杉尾巨桉人工林喬木層凈生產(chǎn)力依次為9.02、23.26、24.56和24.30 t/（hm2·a），碳素年凈固定量分別為4.30、11.12、11.92和11.84 t/（hm2·a）.

關(guān)鍵字：尾巨桉人工林 碳貯量 碳分配 年齡序列 桂西南

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是陸地碳庫的主要主持部分，其中地上部分碳貯量占全球陸地碳庫的80 %，土壤部分碳貯量則占全球土壤碳庫約40 %[1]，因此，森林生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中起著非常重要的作用。近年來，通過造林再造林來增強(qiáng)碳吸存能力，從而緩解全球氣候變暖已成為當(dāng)前減緩大氣中二氧化碳積累速度的一個(gè)重要的措施和途徑[2]。近年來，我國學(xué)者已先后對中國南方的主要營林樹種馬尾松（Pinus massoniana）[3]、杉木（Cunninghamia lanceolata） [4]、西南樺（Betula alnoides）[5]、馬占相思（Acacia mangium）[6]、米老排（Mytilaria laosensis）[7]等人工林的碳吸存能力進(jìn)行了研究，為合理評估人工林碳匯功能和生態(tài)效益提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

桉樹（Eucalyptus）原產(chǎn)澳大利亞及其鄰近島嶼，是世界三大人工林樹種之一。我國自1890年開始引種桉樹，至今已有120多年歷史，廣西作為中國桉樹種植面積最大的省區(qū)，其種植面積達(dá)到約200 萬hm2，種植面積和蓄積量均居全國第一位[8]。尾巨桉（Eucalyptus urophylla ×E.grandis） 由巨桉（Eucalyptus. grandis）和尾葉桉（Eucalyptus urophylla）雜交獲得的雜交種，具有速生豐產(chǎn)、抗病能力強(qiáng)，干形圓滿通直和經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，成為目前中國南方大規(guī)模推廣種植要桉樹優(yōu)良品種（品系）之一，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益極為顯著。國內(nèi)有關(guān)桉樹人工林碳貯量的研究已有一些報(bào)道[9-11]。桂西南是我國桉樹速豐林建設(shè)的重要基地，本文通過對位于該區(qū)域的廣西寧明縣尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)碳素含量、儲(chǔ)存量和年碳固定量進(jìn)行連續(xù)4年的定位觀測，以揭示該人工林生態(tài)系統(tǒng)碳素儲(chǔ)量及其分布格局的變化特征，為正確評價(jià)該人工林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能提供了科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西西南部的寧明縣城中鎮(zhèn)懷利村。寧明縣處北回歸線以南，地理坐標(biāo)為北緯21°51′～22°58′，東經(jīng)106°38′～107°36′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，光、熱、水充足。年平均氣溫22.1℃，雨量充沛，年平均降雨量1200 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1700 h，試驗(yàn)地屬低丘陵地貌類型，海拔120 ～150 m，，土壤為砂巖夾紫色頁巖發(fā)育形成的赤紅壤，土層厚度70 ～120 cm。前茬為馬尾松（Pinus massoniana）純林，于2010年7月采伐馬尾松林，經(jīng)煉山和整地后于2011年11月初用尾巨桉DH32-29組培苗定植，造林密度約1920 株/hm2（株行距約2 m×2.6 m）。定植前每穴施0.50 kg桉樹專用基肥，造林后當(dāng)年7月底結(jié)合鏟草撫育施0.10 kg尿素，9 月中旬及2013年4月再結(jié)合鏟草撫育分別施0.50 kg桉樹專用追肥。各不同林齡尾巨桉人工林林分特征見表1。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置和林分生物量測定

于2012年11月即定植后1年的尾巨桉人工林中，選擇立地條件基本一致、林木生長中等的地段設(shè)置3塊20 m×20 m 固定樣地，于2012年至2015年的每年11月月底分別對各固定樣地林木生長指標(biāo)（樹高和胸徑）進(jìn)行觀測，根據(jù)林分生長調(diào)查結(jié)果，分別在固定樣地外圍選擇3株平均木，地上部分采用Monsic分層切割法分別收集樹葉、樹枝、樹皮和樹干；地下部分采用全根挖掘法收集[12]。分別測定各器官鮮質(zhì)量，然后采集不同器官樣品500～600 g帶回實(shí)驗(yàn)室于80°C 恒溫下烘至恒重，測定含水率和干質(zhì)量，計(jì)算喬木層生物量；同時(shí)在各標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)設(shè)置5個(gè)1 m×1 m樣方，采用樣方法測定灌木、草本層和現(xiàn)存凋落物層鮮質(zhì)量， 同時(shí)分別取樣測定其含水率和干重，計(jì)算灌木層、草本層和凋落物層生物量。

2.2 樣品采集和養(yǎng)分元素分析

將于80°C 恒溫下烘干的喬木層各器官樣品以及灌木層、草本層和凋落物層部分樣品分別粉碎、裝瓶待測。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地按上、中、下設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，用取土器分層按每層次20 cm 采集0～80 cm深土壤，同一標(biāo)準(zhǔn)地相同層次土壤混合后按四分法取樣約500 g，帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)晾干和粉碎后裝瓶待測。

植物、土壤樣品中碳素含量均采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[13]。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

植物碳儲(chǔ)量（t/hm2）=植物生物量（t/hm2）×植物碳素含量（g/kg）÷1000；

土壤碳儲(chǔ)量（t/hm2）= hm2面積（m2）×土層厚度（m）×土壤容重（g/cm3）×有機(jī)碳含量（g/kg）÷1000；

喬木層各器官年凈固碳量{t/（hm2·a）}=喬木層各器官年平均生物量（t/hm2）×各器官碳素含量（g/kg）÷1000，其中喬木層各器官年平均生物量均按林分年齡即31年計(jì)算。

利用Excel2003軟件進(jìn)行常規(guī)數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量

3.1.1 喬木層各器官碳素密度 從表2可見，尾巨桉中不同器官碳素含量為455.4～502.4 g/kg。不同林齡各器官碳素含量由高到低排序大致為樹葉、樹干、樹枝或樹根、樹皮。各器官碳素含量與林齡增長的變化規(guī)律存在一定差異，樹根碳素含量表現(xiàn)出隨林齡增長而緩慢增加，樹葉和樹干碳素含量呈現(xiàn)隨林齡增加而先逐漸增加（1年生至3年生）再下降（3年生至4年生）的變化，樹枝和干皮則呈現(xiàn)先下降（1年生至2年生）再逐漸升高（2年生至4年生）的變化趨勢?？偟膩砜矗煌铸g尾巨桉中平均碳素含量表現(xiàn)出隨林齡增長而緩慢升高的變化趨勢，但不同林齡之間碳素含量的差異均不顯著（ p>5）。

3.1.2 林下植被和土壤層碳素含量 尾巨桉人工林不同結(jié)構(gòu)層次林下植被碳素含量存在一定差異，灌木層為436.2～450.5 g/kg，草本層為422.5～428.0 g/kg，現(xiàn)存凋落物層為459.7～468.5 g/kg（表3）。林分植物層中不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量總體表現(xiàn)為：喬木層>凋落物層>灌木層>草本層。受表層土壤凋落物分解作用的影響，不同林齡桉樹人工林土壤有機(jī)碳含量在剖面垂直分布上均以0～20 cm土層有機(jī)碳含量最高，且明顯高于其它土層，隨著土層加深，相鄰?fù)翆佑袡C(jī)碳含量的差異逐漸減小。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分配

3.2.1 植被層碳貯量 從表4可見，桂西南1、2、3和4年生尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)植被層碳貯量分別為6.26、24.88、39.80和52.01 t/hm2，其變化呈現(xiàn)隨林齡增加而增大，其中喬木層碳儲(chǔ)量分別為4.30、22.23、35.79和47.33 t/hm2，依次占生態(tài)系統(tǒng)植被層碳貯量的68.69 %、89.35 %、89.92 %和91.00 %。灌草層碳儲(chǔ)量雖然呈現(xiàn)出與喬木層相碳貯量相同的變化趨勢，但由于受撫育除草等人為干擾的影響，1～4年生尾巨桉人工林灌草層生物量和碳儲(chǔ)量均較小，其碳儲(chǔ)量（0.34～1.55 t/hm2）僅占生態(tài)系統(tǒng)植被層碳貯量的2.98 %～5.43 %，均隨林齡增長而逐漸減少。1～4年生尾巨桉人工林凋落物層碳儲(chǔ)量為1.64～3.35 t/hm2，表現(xiàn)出林齡增長而增加的趨勢。

3.2.2 土壤層碳貯量 1、2、3和4尾巨桉人工林土壤碳儲(chǔ)量分別為82.16、81.96、82.83和83.57 t/hm2（表4），表現(xiàn)出隨林齡增長先緩慢下降（1～2年生）再逐漸增加（2～4年生）的趨勢。不同林齡土壤碳儲(chǔ)量在土壤剖面垂直分布上均表現(xiàn)出隨土層加深而減少的趨勢，其中0～20 cm土層碳儲(chǔ)量占土壤總碳儲(chǔ)量的34.35 %～34.94 %，均明顯高于其他土壤層次，而不同林齡尾巨桉人工林土壤碳儲(chǔ)量之間的差異均較小。

3.2.3 生態(tài)系統(tǒng)碳貯量及其空間分配

從表3可見， 1、2、3和4年生尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分別為88.42、106.71、122.63和135.08 t/hm2，呈現(xiàn)隨林齡增長而增大的趨勢。其中喬木層碳儲(chǔ)量分別占4.86 %、20.81 %、29.18 %和34.83 %，隨林齡增長而增大；灌草層碳儲(chǔ)量分別占0.38 %、0.42 %、1.12 %和1.15 %，現(xiàn)存凋落物層碳儲(chǔ)量依次占1.85 %、2.06 %、2.24 %和2.48 %；土壤層（0～80 cm）碳儲(chǔ)量（82.16～83.57 t/hm2）隨林齡增加的的變化幅度雖然不大，但其所占比例（61.50 %～92.92 %）表現(xiàn)出隨林齡增長而逐漸下降?？梢姼髁铸g尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量的差異主要表現(xiàn)在喬木層碳貯量的差異，其他結(jié)構(gòu)層次的影響并不大。

3.3 喬木層碳素年凈固定量

從表5可見， 1、2、3和4年生尾巨桉人工林喬木層年凈生產(chǎn)力分別為9.02、23.26、24.56和24.30 t/（hm2·a），年碳凈固定量依次為4.30、11.12、11.92和11.84 t/（hm2·a），其中1～2年生快速增長，2～3年生增速減慢，3～4年年生基本保持較高的碳素年凈固定量。喬木層各器官的碳素年凈固定量均以干材最大，占喬木層年凈固定量為39.53%～65.79 %，最小是樹葉或樹皮。

4 結(jié)論與討論

桂西南1，2、3和4年生尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳貯量分布為88.42、106.71、122.63和135.30 t/hm2，其中喬木層碳儲(chǔ)量分別為4.30、22.23、35.79和47.33 t/hm2，分別占生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的4.86 %、20.81 %、29.18 %和34.83 %。由于受到人工除草撫育的影響，灌草層生長較差，其碳儲(chǔ)量分別為0.34、0.45、1.40和1.55 t/hm2，占生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量僅分別為0.38 %、0.42 %、1.12 %和1.15 %，現(xiàn)存凋落物層灌草層碳儲(chǔ)量分別為1.64、2.20、2.75和3.35 t/hm2，依次占生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的1.85 %、2.06 %、2.24 %和2.48 %。

1～4年生尾巨桉人工林土壤儲(chǔ)量（82.16～83.30 t/hm2）均較低，明顯低于中國森林土壤平均碳貯量（193.55 t/hm2）和世界土壤平均碳貯量（189.00 t/hm2）[14]，也低于中國熱帶林土壤碳貯量（116.49 t/hm2），但略高于同處于南亞熱帶地區(qū)的廣東鼎湖山50年以上的馬尾松林土壤碳儲(chǔ)量（73.71 t/hm2） [15]，而1～4年生尾巨桉人工林土壤有機(jī)碳含量和儲(chǔ)量總體上呈現(xiàn)緩慢的增長趨勢，說明尾巨桉人工林生長過程對土壤有機(jī)質(zhì)的生物積累具有一定的促進(jìn)作用。

1、2、3和4年生尾巨桉人工林年碳凈固定量依次為4.30、11.12、11.92和11.84 t/（hm2·a）以上。與本研究相比，相近區(qū)域廣西南丹縣速生階段禿杉林喬木層碳素年凈固定量為3.82 t/（hm2·a） [5]，廣西天峨縣速生階段（12年生）西南樺人工林喬木層碳素年凈固定量為4.77 t/（hm2·a） [16]，廣西中部丘陵區(qū)14年生馬尾松人工林喬木層碳素年凈固定量為3.85 t/（hm2·a） [17]，浙江臨安竹林喬木層碳素年凈固定量為5.10 t/（hm2·a） [18]1，福建省建甌縣第一代杉木中齡林（20年生）林喬木層碳素年凈固定量為5.55 t/（hm2·a） [19]廣東雷州（廣東省廉江市）4.5年生尾巨桉人工林喬木層喬木層碳素年凈固定量為5.03 t/（hm2·a） [11]?？梢?， 桂西南尾巨桉人工林具有很強(qiáng)的碳吸存能力。由于本研究中4年生尾巨桉人工林還處于快速生長階段，還具有較大生物量積累和固碳潛力，而短輪伐期經(jīng)營桉樹人工林不利于林地地力的恢復(fù)和維持。因此，在適地適樹的前提下，采取科學(xué)的經(jīng)營管理措施在桂西南地區(qū)合理經(jīng)營和發(fā)展尾巨桉人工林，如適當(dāng)延長輪伐期以培育經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高的桉樹大徑材，將有利于林地地力的恢復(fù)和維持，充分發(fā)揮桉樹人工林兼具經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益功能，促進(jìn)尾巨桉人工林的可持續(xù)經(jīng)營和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] Fan S M， Glorr M， Mahlman J. Large terrestrial carbon sink in north America Imp lied by atmospheric and oceanic CO2 data and models[J].Science，1998，282：442–446.

[2] 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(dòng)態(tài)特征[J].林業(yè)科學(xué)，2009，45（9）：151-157.

[3] 尉海東，馬祥慶.不同發(fā)育階段馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，35（1）： 371-3741

[4] 何斌，吳慶標(biāo)，黃秀英，等.杉木二代林生態(tài)系統(tǒng)碳素積累的動(dòng)態(tài)特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2009，37（7）：36-38.

[5] 黃弼昌，何斌，何紓敏，等.速生階段西南樺人工林碳貯量及其分布格局[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，30（1）： 94-101.

[6] 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.

[7] 周弘愿，龐贊松，何斌，等.南亞熱帶米老排成熟林碳庫及其分布格局[J]. 福建林業(yè)科技，2015，42（4）：85-87.

[8] 楊衛(wèi)星，何斌，盧開成，等.桂西南連續(xù)年齡序列尾巨桉人工林的生物生產(chǎn)力[J].農(nóng)業(yè)研究與應(yīng)用，2016（2）：6-11.

[9] 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.

[10] 杜阿朋，陳少雄，張婧，等.不同施肥水平下桉樹林木碳貯量的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32（5）：97-101.

[11] 周建輝，鄭磊，張婧，等.不同林齡尾巨桉林木碳貯量研究[J].桉樹科技，2013，30（4）：11-14.

[12] 何斌，何紓敏，黃弼昌，等.速生階段西南樺人工林養(yǎng)分積累及其分配特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，43（3）：23-27.

[13] 中國土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會(huì).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.

[14] 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.

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

[16] 黃弼昌，何斌，周燕萍，等.速生階段西南樺人工林碳貯量及其分布格局[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（2）：79-83.

[17] 方晰，田大倫，胥燦輝.馬尾松人工林生產(chǎn)與碳素動(dòng)態(tài)[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23（2）：11-15.

[18] 周國模，姜培坤.毛竹林的碳密度和碳貯量及其空間分布[J].林業(yè)科學(xué)，2004，40（11）：20-24.

[19] 尉海東，劉愛琴，馬祥慶，等.連栽對杉木人工林碳貯量的影響研究[J].中國農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)報(bào)， 2006，14（3）：36-39.