浙南主要喬木樹種碳含量研究

戎建濤，郜愛玲，劉曉雙，王令俐，張曉紅，何 櫻，李在平，蔡 昕

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是利用太陽能最大的載體，具有巨大的碳匯功能，其生物量和NPP約占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)的86%和70%，在調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)、減緩溫室效應(yīng)等方面有著重要的作用［1-3］。目前對森林碳儲量的估計(jì)，從群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀、區(qū)域、國家尺度上，基本都采用收獲法或遙感數(shù)據(jù)解譯后獲得生物量，再利用生物量轉(zhuǎn)化因子法計(jì)算森林植被碳儲量，因此，不同森林類型中主要樹種及各部位的碳含量轉(zhuǎn)化參數(shù)成為獲得森林碳儲量結(jié)果的重要因子［4-6］。2006年IPCC推薦了全球范圍內(nèi)不同氣候帶的各樹種碳含量參數(shù)，但具體到一個地區(qū)或國家，該參數(shù)有較大偏差［7］。目前我國碳匯造林項(xiàng)目、林業(yè)CDM項(xiàng)目、中國核證自愿減排開發(fā)項(xiàng)目(CCER)中林木碳含量參數(shù)主要來自中國第二次國家信息通報(bào)——土地利用變化與林業(yè)溫室氣體清單中數(shù)據(jù)，只有很少學(xué)者根據(jù)當(dāng)?shù)亓帜緦?shí)測數(shù)據(jù)獲得碳含量［8-10］。如蔡會德［11］等采用 K2Cr2O7-H2SO4容量法實(shí)測了10個樹種葉、枝、皮、干碳含量，結(jié)果表明，樹干碳含量約比其他器官高5%左右，樹葉、樹枝和樹皮無顯著差異，但不同樹種的器官碳含量有一定差異;于穎［12］等采用Multi N/C 3000分析儀測定東北林區(qū)植物樣品全碳含量結(jié)果表明，東北林區(qū)林木不同器官含碳率差異明顯，平均含碳率為樹葉＞樹枝＞樹皮＞樹干;李斌［13］等在查閱分析湖南省森林資源分布情況基礎(chǔ)上，選擇現(xiàn)存的主要森林類型中中齡林優(yōu)勢樹種為研究對象分析其碳含量，研究結(jié)果表明主要樹種不同器官碳含量在0.431～0.566 g·g－1之間變化波動，呈現(xiàn)針葉樹種一般比闊葉樹碳含量高的規(guī)律，但不同樹種的樹干、樹皮、樹枝、樹葉之間碳含量大小排序并不完全一致。

由于氣候條件、立地質(zhì)量、群落發(fā)育、林分年齡、經(jīng)營水平等因素的影響，不同地區(qū)林木樹種碳含量存在一定差異，因此只選用碳含量默認(rèn)值來估算某一區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量則不夠準(zhǔn)確。溫州森林資源豐富，是浙江省植物種類最豐富的地區(qū)之一，位于華東和華南植物區(qū)系交匯處，現(xiàn)已鑒定出維管束植物210科1 035屬2 758種(含種下等級)，森林覆蓋率65.08%，遠(yuǎn)高于中國森林覆蓋率20.36%［14-15］，且溫州早在2008年就在蒼南縣率先開始種植碳匯林，但關(guān)于溫州地區(qū)森林樹種碳含量的研究尚未見報(bào)道。本研究通過實(shí)測溫州主要樹種不同部位碳含量，旨在為溫州市乃至浙南地區(qū)森林植物碳庫估算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為推動溫州地區(qū)林業(yè)CCER項(xiàng)目開發(fā)中凈碳匯量計(jì)算提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

溫州市是浙南地區(qū)典型的濱海山水型城市，森林植被處于中亞熱帶常綠闊葉林北部亞地帶和南部亞地帶的過渡帶，選擇溫州林區(qū)或城市常見的柳杉(Cryptomeria fortunei)、馬尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、香樟(Cinnamomum camphora)、樂昌含笑 (Michelia chapensis)、木荷(Schima superba)、杜英(Elaeocarpus decipiens)、苦楝(Melia azedarach)、無患子(Sapindus mukorossi)、楓香(Liquidambar formosana)為研究對象。

由于樹種碳含量變異系數(shù)較小，采用小樣本方法估計(jì)樹種平均碳含量，每個樹種樣本量為5株，所選樹種齡組為近熟林或成熟林。從溫州科技職業(yè)學(xué)院校園、浙江蒼海碳匯林業(yè)開發(fā)有限公司林地、永嘉四海山林場、文成石垟林場等采集溫州主要喬木樹種樹干、樹皮、樹枝、樹葉等樣品。每個林木器官由從樹頂?shù)綐浠繀^(qū)段分別取樣混合后作為1個待測樣品。

1.2 樣品處理與林木碳含量測定

將收集好的樣品編號，放入烘箱中，定溫80℃烘干直至質(zhì)量恒定，之后將樣品通過粉碎機(jī)或碾磨粉碎過篩，用K2Cr2O7-H2SO4氧化法逐一測定林木不同部位樣品碳含量，每個樣品重復(fù)測定3次，最后取3次試驗(yàn)結(jié)果平均值用于比較分析。使用SPSS軟件單因素方程進(jìn)行平均值之間的差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 針葉樹不同樹種各器官碳含量

由表1可得，3種針葉樹不同部位含量變化范圍為 0.497～0.537 g·g－1，平均值為 0.519 g·g－1。針葉樹各器官碳含量平均值大小排序?yàn)榱迹抉R尾松＞杉木，值分別為 0.521、0.520 g·g－1和 0.516 g·g－1，但柳杉、馬尾松和杉木之間差異不顯著(P＜0.05)。

不同樹種的同一部位碳含量大小存在一定差異:樹干、樹枝中，馬尾松＞柳杉＞杉木，但兩兩之間差異不顯著(P＜0.05);樹皮中，柳杉＞杉木＞馬尾松，但兩兩之間差異不顯著(P＜0.05);樹葉中，馬尾松＞杉木＞柳杉，但兩兩之間差異不顯著(P＜0.05)。

同一樹種不同器官碳含量不同，且不同樹種各器官碳含量由大到小順序也不完全一致。柳杉不同器官碳含量大小為:樹皮＞樹干＞樹葉＞樹枝，馬尾松不同器官碳含量大小為:樹干＞樹葉＞樹枝＞樹皮，杉木不同器官碳含量大小為:樹皮＞樹葉＞樹干＞樹枝。但同一樹種不同器官之間碳含量差異均不顯著(P＜0.05)。

表1 溫州市針葉樹各器官碳含量Table 1 Carbon content of various organs of coniferous trees in Wenzhou (g·g－1)

2.2 常綠闊葉樹不同樹種各器官碳含量

從表2可以看出，4種常綠闊葉樹各器官碳含量在 0.412～0.553 g·g－1，平均值為 0.506 g·g－1。各器官碳含量平均值由大到小分別為樂昌含笑、木荷、香樟和杜英，其值分別為0.523、0.519、0.497 g·g－1和0.485 g·g－1，但不同樹種兩兩之間均不顯著(P＜0.05)。不同樹種同一器官碳含量存在一定差異:樹干中，樂昌含笑最高，為 0.553 g·g－1，香樟最低，為 0.534 g·g－1，但不同樹種樹干碳含量之間均不顯著(P＜0.05);樹皮中，木荷最高，為 0.497 g·g－1，杜英最低為0.412 g·g－1，且木荷與香樟之間差異顯著(P＜0.05)，木荷、香樟與樂昌含笑、杜英之間差異不顯著(P＜0.05);樹枝中，香樟最低，為 0.489 g·g－1，樂昌含笑最高，為 0.534 g·g－1，但不同樹種之間差異不顯著(P＜0.05);樹葉中，樂昌含笑、香樟較高，為0.547、0.532 g·g－1，木荷、杜英較低，為 0.512、0.463 g·g－1，其中，杜英與木荷之間差異不顯著(P＜0.05)，但杜英與香樟、樂昌含笑之間差異顯著(P＜0.05)。

表2 溫州市常綠闊葉樹各器官碳含量Table 2 Carbon content of various organs of evergreen broad-leaved trees in Wenzhou (g·g－1)

同一樹種不同器官碳含量大小有所差異，但都表現(xiàn)出樹干碳含量最高、樹皮碳含量最低的規(guī)律。對于香樟來說，不同器官碳含量大小排序?yàn)?樹干＞樹葉＞樹枝＞樹皮，且樹干、樹葉與樹枝、樹皮之間差異顯著(P＜0.05);對樂昌含笑來說，不同器官碳含量大小排序?yàn)?樹干＞樹葉＞樹枝＞樹皮，且樹皮與樹干、樹枝、樹葉之間差異顯著(P＜0.05);對木荷來說，不同器官碳含量大小排序?yàn)?樹干＞樹枝＞樹葉＞樹皮，且樹皮與樹葉之間差異不顯著(P＜0.05)，樹皮與樹干、樹枝之間差異顯著(P＜0.05);對杜英來說，不同器官碳含量大小排序?yàn)?樹干＞樹枝＞樹葉＞樹皮，且樹皮、樹葉與樹干、樹枝之間差異顯著(P＜0.05)。4種常綠闊葉樹種同一器官碳含量算術(shù)平均值從大到小排列為:樹干(0.543 g·g－1)＞樹枝(0.514 g·g－1)＞ 樹葉(0.518 g·g－1)＞樹皮(0.449 g·g－1)，樹皮與樹干之間差異顯著(P＜0.05)，但樹干、樹皮與樹枝、樹葉之間差異不顯著(P＜0.05)。

2.3 落葉闊葉樹不同樹種各器官碳含量

由表3可以看出，3種落葉闊葉樹不同器官碳含量變動范圍為 0.439～0.544 g·g－1，平均值為 0.490 g·g－1。楓香碳含量平均值最高，為 0.518 g·g－1，無患子次之，苦楝最低，分別為0.491、0.462 g·g－1，苦楝與楓香之間差異顯著(P＜0.05)，但無患子與苦楝、楓香之間差異不顯著(P＜0.05)。不同樹種同一器官碳含量存在一定差異:樹干中，楓香＞無患子＞苦楝，但兩兩之間差異不顯著(P＜0.05);樹皮中，無患子＞楓香＞苦楝，但兩兩之間差異不顯著(P＜0.05);樹枝中，楓香＞無患子＞苦楝，楓香與苦楝、無患子之間差異顯著(P＜0.05);樹葉中，楓香＞無患子＞苦楝，楓香與苦楝、無患子之間差異顯著(P＜0.05)。

同一樹種不同器官碳含量不同，苦楝中，樹干＞樹葉＞樹枝＞樹皮，但兩兩之間差異不顯著(P＜0.05);無患子中，樹干＞樹葉＞樹皮＞樹枝，但兩兩之間差異不顯著(P＜0.05);楓香中，樹干＞樹葉＞樹枝＞樹皮，樹皮與樹干、樹葉、樹枝之間差異顯著(P＜0.05)?？嚅o患子、楓香3種樹種同一器官碳含量算術(shù)平均值排序依次為樹干(0.512 g·g－1)＞樹葉(0.499 g·g－1)＞樹枝(0.487 g·g－1)＞樹皮(0.461 g·g－1)，樹皮與樹干之間差異顯著(P＜0.05)，但樹皮、樹干與樹枝、樹葉之間差異不顯著(P＜0.05)。

表3 溫州市落葉闊葉樹各器官碳含量Table 3 Carbon content of various organs of deciduous broad-leaved trees in Wenzhou (g·g－1)

3 結(jié)論與討論

本研究選擇溫州市主要樹種測量不同器官的碳含量，針葉樹種變動范圍為 0.497～0.537 g·g－1，常綠闊葉樹變動范圍為0.412～0.553 g·g－1，落葉闊葉樹變動范圍為 0.439～0.544 g·g－1。這與其他學(xué)者在其他地區(qū)研究的同一樹種不同器官碳含量變化范圍 0.432 ～ 0.593 g·g－1基本保持一致［10-12，16-20］。結(jié)果表明，所有樹種樹干碳含量值均高于其他器官碳含量值，在 0.480～0.55 g·g－1之間變動，與李斌［13］等(0.493～0.556 g·g－1)和 Q.Z.Zhang［21］等(0.434～0.556 g·g－1)研究結(jié)果保持一致，但高于熱帶植物樹干碳含量(0.444～0.494 g·g－1)［16］，這可能與氣候因素、樹種組織結(jié)構(gòu)、生長發(fā)育規(guī)律特點(diǎn)有關(guān)。

從結(jié)果來看，針葉樹種平均碳含量(0.519 g·g－1)高于常綠闊葉樹(0.506 g·g－1)和落葉闊葉樹(0.490 g·g－1)，與方云霆［22］等、王立海［23］等、徐小靜［24］等研究結(jié)果相一致。不同的樹種具有不同的光合作用特征和木質(zhì)硬化能力，同時受到立地條件、林分密度、林分年齡及采伐方式、氣候變化的影響從而表現(xiàn)出不同的碳含量［19，25-29］。多數(shù)研究者在估算不同區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量時，林木碳含量多采用 0.5 g·g－1或 0.45 g·g－1，但實(shí)際情況是不同森林類型中各樹種碳含量存在明顯差異［30-33］。因此采用碳含量默認(rèn)值對于大區(qū)域范圍森林碳貯量估算會產(chǎn)生較大誤差。本研究結(jié)果可為浙南區(qū)域不同尺度森林碳貯量估算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，減少計(jì)算過程中的不確定因素。一個地區(qū)森林碳含量參數(shù)除了與樹種相關(guān)性較大外，不同齡組也是重要影響因素，本研究對象樹種齡組僅為近熟林或成熟林，未對其他齡組樣本取樣，同時由于工作量大的原因也未對樹種地下部分取樣試驗(yàn)，這2部分碳含量研究還有待繼續(xù)加強(qiáng)［34-36］。

隨著我國全部停止天然林商業(yè)性采伐和全國統(tǒng)一碳排放市場逐步的建立，森林蘊(yùn)含的巨大碳匯功能價值也有待開發(fā)，在一些森林資源豐富的林區(qū)林業(yè)碳匯CCER項(xiàng)目成為實(shí)踐“綠水青山就是金山銀山”一條可行的道路。目前林業(yè)碳匯CCER項(xiàng)目在計(jì)算碳匯減排量過程中，還未見使用當(dāng)?shù)貙?shí)測林木碳含量參數(shù)，一方面是因?yàn)槿狈@方面的研究，另一方面是因?yàn)閷?shí)測數(shù)據(jù)的可靠性未得到官方認(rèn)可。從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，通過實(shí)測碳含量參數(shù)計(jì)算減排量對于林業(yè)碳匯CCER項(xiàng)目更有準(zhǔn)確性和推動作用。