撫育間伐對(duì)興安落葉松天然林喬木層碳儲(chǔ)量的影響

摘要[目的]研究撫育間伐對(duì)興安落葉松（Larix gmelinii）天然林喬木層碳儲(chǔ)量的影響。[方法]以大興安嶺林區(qū)70年興安落葉松天然林為研究對(duì)象，采用測(cè)樹(shù)學(xué)方法、樣地調(diào)查法等，研究經(jīng)過(guò)2次平均株數(shù)強(qiáng)度為38%的撫育間伐后林分喬木層碳儲(chǔ)量的變化。[結(jié)果]興安落葉松天然林喬木層各器官碳儲(chǔ)量從大到小依次為干、根、枝、葉。興安落葉松林木個(gè)體平均含碳率為49.48%，撫育間伐使興安落葉松天然林喬木層碳儲(chǔ)量顯著增加（P<0.05）。[結(jié)論]該研究可為大興安嶺興安落葉松天然林撫育提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞興安落葉松；碳儲(chǔ)量；撫育間伐；喬木層

中圖分類(lèi)號(hào)S753文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）14-0141-03

Abstract[Objective]To study the effect of thinning on tree layer carbon storage of the natural Larix gmelinii forest.[Method]70 a natural Larix gmelinii forest was as the test object，and 38% thinning was taking by 2 times in this forest，the change of carbon storage in tree layer after thinning was studied.[Result]The results showed that the carbon storage of each organ from large to small was stem，root，branch and leaf.The individual tree average carbon content of Larix gmelinii was 49.48%.The carbon storage of tree layer was higher after forest thinning （P<0.05）.[Conclusion]The research can provide technical support for the natural forest tending of Larix gmelinii in Great Xingan Mountains.

Key words Larix gmelinii；Carbon storage；Thinning；Tree layer

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林植物在生長(zhǎng)演替過(guò)程中會(huì)大量吸收CO2，并可將碳長(zhǎng)期貯存[1-2]。森林生態(tài)系統(tǒng)在降低大氣CO2濃度[3-4]及減緩全球氣候變暖[5]方面具有重要作用。方精云等[6]研究發(fā)現(xiàn)，北半球中高緯度森林植被是一個(gè)重要的碳匯，這一地區(qū)森林在減小碳收支不平衡中起著關(guān)鍵作用。全球森林植被和土壤儲(chǔ)存了1 146 Pg碳，其中37%在低緯度森林，14%在中緯度森林，49%在高緯度森林[7]。位于北半球中高緯度的大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)在固碳方面發(fā)揮著重要作用。大興安嶺地區(qū)溫度低，植物生長(zhǎng)期短。研究表明，1972—2005年大興安嶺平均氣溫呈顯著升高趨勢(shì)。如何提高大興安嶺地區(qū)森林生長(zhǎng)效率和質(zhì)量，仍是東北地區(qū)森林培育的研究重點(diǎn)之一。

興安落葉松（Larix gmelinii）是大興安嶺林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的重要樹(shù)種之一，是天然更新和人工造林的主要樹(shù)種。因此，科學(xué)合理地經(jīng)營(yíng)管理大興安嶺興安落葉松林，提出適宜的撫育技術(shù)措施對(duì)于培育優(yōu)質(zhì)落葉松干材，提高林分固碳效率具有重要意義。筆者通過(guò)調(diào)查分析經(jīng)過(guò)2次間伐后的興安落葉松天然林喬木層碳儲(chǔ)量的變化，研究撫育間伐對(duì)中齡興安落葉松天然林喬木層碳儲(chǔ)量的影響，旨在為大興安嶺興安落葉松天然林撫育提供技術(shù)支撐，也為碳匯林營(yíng)建提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況圖強(qiáng)林業(yè)局（121°55′38″～123°29′00″ E，52°15′55″～53°33′44″ N）位于大興安嶺北坡，黑龍江上游額木爾河流域。地貌屬低山丘陵類(lèi)型，南北走向，南高北低，平均海拔500 m左右。屬寒溫帶大陸性氣候，夏季短暫，冬季寒冷漫長(zhǎng)，雨雪少，植物生長(zhǎng)期短。年平均氣溫-4.94 ℃，年無(wú)霜期82～109 d；年結(jié)冰期達(dá)220 d；年平均降水量432 mm，年平均蒸發(fā)量894 mm；年日照時(shí)數(shù)2 404 h；≥10 ℃年均積溫1 400 ℃左右。地帶性土壤為棕色針葉林土，土層淺，呈酸性。立地類(lèi)型條件較差，主要立地類(lèi)型以草類(lèi)林、杜鵑林、磯躑躅林為主。全局地位級(jí)在IV級(jí)以上的面積占63%，林地生產(chǎn)力偏低[8-9]。

研究林分位于大興安嶺地區(qū)圖強(qiáng)林業(yè)局潮河林場(chǎng)，屬坡地濕潤(rùn)林型組、杜香泥炭蘚興安落葉松林林型，林齡70～80 a。試驗(yàn)樣地位于山地下腹，地勢(shì)較平坦，坡度<5°。喬木層主要有興安落葉松、樟子松（Pinus sylvestris）、白樺（Betula platyphylla）；灌木和草本層主要有越橘（Vaccinium uliginosum）、烏蘇里繡線菊（Spiraea chamaedryfolia）、羊胡子草（Eriophorum latifolium）等；苔蘚層以泥炭蘚（Sphugnum magellanicum）為主。

林分的一部分分別于1999年和2009年進(jìn)行2次下層撫育間伐，每次的株數(shù)間伐強(qiáng)度平均為38%，另一部分作為對(duì)照，不做任何處理。

1.2研究方法

1.2.1標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)立。2011年10月在撫育間伐林分和未間伐林分分別設(shè)置3塊樣地，樣地面積均為20 m×20 m，相鄰樣地間隔20 m以上。

1.2.2碳儲(chǔ)量測(cè)定。采用收獲法中的等斷面積徑級(jí)法。喬木層包含興安落葉松、樟子松和白樺3個(gè)樹(shù)種，在每個(gè)樣地內(nèi)分樹(shù)種進(jìn)行每木檢尺，獲得所有單株林木的胸徑數(shù)據(jù)。興安落葉松單株林木碳儲(chǔ)量，通過(guò)17株林木擬合的碳儲(chǔ)量-胸徑模型計(jì)算獲得。通過(guò)前人研究的胸徑一元生物量模型[10-11]得到樟子松和白樺的生物量，再乘以常用的生物量-碳儲(chǔ)量轉(zhuǎn)化系數(shù)0.5，計(jì)算得到其碳儲(chǔ)量。

17株興安落葉松解析木碳儲(chǔ)量的測(cè)定：①在6塊樣地周?chē)x擇長(zhǎng)勢(shì)良好、無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)斷稍、非林緣的興安落葉松林木，2、4、6、8、10、12、14 cm 7個(gè)徑階每徑階各選取2株，16、18、20 cm 3個(gè)徑階每個(gè)徑階各選取1株，合計(jì)選出17株。②地上部分采用分層切割法，地下部分采用全根挖掘法[12-14]。在野外稱(chēng)取葉、枝、干、根的鮮重，并分別取部分樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，在65 ℃下烘干測(cè)定含水率和含碳率，進(jìn)而測(cè)定17株解析木各器官及全株生物量和碳儲(chǔ)量。③樣品含碳率的測(cè)定：采用VARIO Macro 元素分析儀進(jìn)行植物樣品含碳率測(cè)定。

1.2.3數(shù)據(jù)處理。采用SPSS 18.0 （SPSS Ine.，Standard Version）統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)和正態(tài)檢驗(yàn)，然后進(jìn)行單因素方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1興安落葉松17株解析木全株及各器官生物量所選17株興安落葉松解析木的胸徑為2.8～20.1 cm，對(duì)應(yīng)全株生物量1 344.99～217 623.44 g（表1）。對(duì)照林分的平均胸徑為（5.44±0.30）cm，間伐林分的平均胸徑為（9.67±0.37）cm，由表1可以推斷，對(duì)照林分的平均單株生物量約7 400 g，間伐林分的單株生物量約32 000～35 000 g。

2.2樟子松、白樺一元生物量模型生物量是估算碳儲(chǔ)量的基礎(chǔ)[15]，生物量的估算一般運(yùn)用生物量模型進(jìn)行，胸徑-生物量一元模型是簡(jiǎn)單且行之有效的估測(cè)模型。常用的估算生物量的模型有CAR （Constant Allometric Ratio） and VAR （Variable Allometric Ratio）2種[16]， CAR模型中的冪函數(shù)模型是最常使用的模型。樟子松和白樺株數(shù)在興安落葉松天然林中所占比例很小，不宜通過(guò)采伐解析木擬合模型，這2個(gè)樹(shù)種的生物量模型需參考前人研究[10-12]（表2、3）。

2.3興安落葉松各器官含碳率葉、枝、根、干的平均含碳率是通過(guò)各器官碳儲(chǔ)量除以對(duì)應(yīng)生物量得到的。興安落葉松林木各器官含碳率從大到小依次為枝、葉、根、干，枝的含碳率最高，17株解析木的平均值為50.78%，干的含碳率最低，平均值為49.11%，葉、根的含碳率居中，平均含碳率分別為50.60%和50.09%，林木全株平均含碳率為49.48%。樹(shù)皮平均含碳率為45.19%（通過(guò)8個(gè)樹(shù)皮樣品所測(cè)含碳率直接求平均得到）。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者通常用的植被生物量轉(zhuǎn)化為碳儲(chǔ)量的系數(shù)為0.46～0.50[15，17-18]。該研究中17株興安落葉松解析木的平均全株含碳率為49.48%。這與景宇鵬[19]測(cè)得的興安落葉松各器官平均含碳率（48.79%）及海龍[20]測(cè)得的興安落葉松平均含碳率（49.96%）較接近。興安落葉松林木各器官含碳率從大到小依次為枝、葉、根、干，這與劉婷巖[21]的研究結(jié)果一致，而與海龍[20]的研究結(jié)果（含碳率從大到小依次為葉、干、枝、根）及景宇鵬[19]的研究結(jié)果（含碳率從大到小依次為干、葉、枝、根）不同，這可能與興安落葉松的種源、地理環(huán)境條件、取樣時(shí)間等因素有關(guān)。

2.4撫育間伐對(duì)興安落葉松天然林碳儲(chǔ)量的影響

2.4.1興安落葉松碳儲(chǔ)量模型。興安落葉松各器官碳儲(chǔ)量模型相關(guān)系數(shù)（R2）均在0.960以上，相關(guān)性較好。5個(gè)碳儲(chǔ)量模型中，全株碳儲(chǔ)量模型和干碳儲(chǔ)量模型相關(guān)性最好，R2均高于0.990，葉和枝的碳儲(chǔ)量模型的R2最低，根碳儲(chǔ)量模型相關(guān)系數(shù)居中（表4）。

2.4.2興安落葉松天然林喬木層碳儲(chǔ)量。興安落葉松天然林喬木層碳儲(chǔ)量由葉、枝、干、根4部分組成。對(duì)照林分和間伐林分喬木層各器官碳儲(chǔ)量從大到小依次為干、根、枝、葉。干的碳儲(chǔ)量最大，在對(duì)照和間伐林分中所占喬木層總碳儲(chǔ)量的比例分別為60.30%和66.30%；其次為根，在對(duì)照和間伐林分中所占喬木層總碳儲(chǔ)量的比例分別為18.30%和22.30%；再次為枝，在對(duì)照和間伐林分中所占喬木層總碳儲(chǔ)量的比例分別為6.50%和7.70%；葉的碳儲(chǔ)量最小，在對(duì)照和間伐林分中所占喬木層總碳儲(chǔ)量的比例分別為2.50%、2.50%。在對(duì)照林分和間伐林分中地上部分碳儲(chǔ)量（葉碳儲(chǔ)量+枝碳儲(chǔ)量+干碳儲(chǔ)量）占喬木層總碳儲(chǔ)量的比例分別為69.40%和76.54%（表5）。

興安落葉松天然林撫育間伐12年后，喬木層各器官碳儲(chǔ)量較未間伐林分均顯著增加（P<0.05）。葉、枝、干、根的碳儲(chǔ)量分別增加了70.90%、99.50%、85.80%、105.60%，喬木層的碳儲(chǔ)量增加了69.00%。根的碳儲(chǔ)量增加幅度最大，其次為枝，再次為干，葉的碳儲(chǔ)量增幅最?。ū?）。

3討論

碳儲(chǔ)量是通過(guò)生物量（或干重）乘以含碳率得到的，撫育間伐對(duì)植被層和土壤層含碳率的影響不大，因此，碳儲(chǔ)量的規(guī)律與生物量的規(guī)律基本一致。

該研究中興安落葉松林木全株一元碳儲(chǔ)量模型和干的一元碳儲(chǔ)量模型都具有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)（R2）均在0.990以上。說(shuō)明林木胸徑的特征值與林木全株碳儲(chǔ)量和樹(shù)干碳儲(chǔ)量之間的冪函數(shù)關(guān)系密切，用這2個(gè)模型計(jì)算得到的碳儲(chǔ)量可信度很高。用枝和葉的一元碳儲(chǔ)量模型計(jì)算得到的值較前兩者要稍差一些。用根的一元碳儲(chǔ)量模型計(jì)算得到的值的可信度介于前2個(gè)模型和后2個(gè)模型。

70年興安落葉松天然林對(duì)照林分喬木層碳儲(chǔ)量達(dá)到41.92 t/hm2。無(wú)論是在對(duì)照林分，還是在撫育間伐林分，喬木層各器官的碳儲(chǔ)量從大到小依次為干、根、枝、葉。葉的碳儲(chǔ)量最小，葉是進(jìn)行光合作用的主要器官，主要通過(guò)光合作用制造碳水化合物，供給植物其他器官的生長(zhǎng)和生物量的積累。興安落葉松和白樺葉片會(huì)隨著年四季的變化發(fā)芽、吐綠、長(zhǎng)成、凋落，樟子松雖然是常綠喬木，其葉片也不是長(zhǎng)生不落的，也有一定的生命周期。葉片只是制造有機(jī)物的器官，而不是積累干物質(zhì)的器官，因而其碳儲(chǔ)量最小，葉片量的多少受林冠層光環(huán)境等的限制。干是干物質(zhì)累積的器官，是連接根與枝葉的橋梁，是運(yùn)輸碳水化合物及水、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的大通道，也是植物干物質(zhì)積累的最重要器官。根是吸收水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的器官，根需要為地上部分提供充足的水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，也需要為地上部分提供物理支撐，根的碳儲(chǔ)量在喬木層各器官碳儲(chǔ)量中占第2位。枝是連接葉和樹(shù)干的器官，是葉片著生和為葉片提供支撐的器官，其碳儲(chǔ)量?jī)H比葉的碳儲(chǔ)量大，比干和根的碳儲(chǔ)量小。

撫育間伐12年后的興安落葉松天然林較對(duì)照的興安落葉松天然林喬木層總碳儲(chǔ)量及各器官碳儲(chǔ)量均顯著提高（P<0.05），說(shuō)明撫育間伐后，林木冠層的光照條件和空間環(huán)境均得到了改善，林木根系的營(yíng)養(yǎng)、水分條件及環(huán)境也得到了改善，有利于林木快速生長(zhǎng)。林木的快速增長(zhǎng)不僅彌補(bǔ)了撫育間伐時(shí)碳儲(chǔ)量的損失，而且喬木層總碳儲(chǔ)量較對(duì)照林分顯著增加。可見(jiàn)，撫育間伐有助于興安落葉松天然林喬木層碳儲(chǔ)量的增加。

45卷14期徐慶祥撫育間伐對(duì)興安落葉松天然林喬木層碳儲(chǔ)量的影響4結(jié)論

興安落葉松林木各器官含碳率從大到小依次為枝、葉、根、干，枝的含碳率最高，平均為50.78%，干的含碳率最低，平均為49.11%，葉、根含碳率介于枝和干之間。林木個(gè)體平均含碳率約為49.48%。

興安落葉松天然林喬木層各器官碳儲(chǔ)量從大到小依次為干、根、枝、葉。對(duì)照林分喬木層總碳儲(chǔ)量達(dá)41.92 t/hm2。干的碳儲(chǔ)量最大，占喬木層總碳儲(chǔ)量的60.30%；其次為根，占喬木層總碳儲(chǔ)量的18.30%；再次為枝，占喬木層總碳儲(chǔ)量的6.50%；葉的碳儲(chǔ)量最小，占喬木層總碳儲(chǔ)量的2.50%。地上部分碳儲(chǔ)量（葉+枝+干）占喬木層總碳儲(chǔ)量的69.40%。撫育間伐使喬木層碳儲(chǔ)量量顯著增大（P<0.05），喬木層碳儲(chǔ)量可達(dá)70.86 t/hm2。

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