阿丁楓人工林地上部分生物量和碳儲(chǔ)量分布格局

吳 敏，鐘連香，梁小春，李俊貞，秦武明

(1. 廣西南寧樹(shù)木園，廣西 南寧 530031； 2. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530000)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在改善生態(tài)環(huán)境、增加森林碳匯和碳吸存能力方面發(fā)揮著重要的作用[1-2]。人工林是森林的重要組成部分，通過(guò)造林、再造林等活動(dòng)增加森林生態(tài)系統(tǒng)碳固定量，有利于推進(jìn)中國(guó)碳匯林業(yè)的發(fā)展。鄉(xiāng)土樹(shù)種是我國(guó)人工林的重要組成部分，其在我國(guó)林業(yè)生態(tài)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要的積極作用。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者先后對(duì)我國(guó)一些鄉(xiāng)土樹(shù)種如馬尾松(Pinusmassoniana)[3]、杉木(Cunninghamialanceolata)[4]、禿杉(Taiwaniaflousiana)[5]、楊樹(shù)(Populus)[6]等人工林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能及其分配格局進(jìn)行了研究，為鄉(xiāng)土樹(shù)種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能和生態(tài)效益的評(píng)估提供了數(shù)據(jù)支撐。

阿丁楓(Altingiachinensis)，別名蕈樹(shù)、老虎皮，為金縷梅科(Hamamelidaceae)蕈樹(shù)屬(Altingia)常綠喬木，是我國(guó)南方地區(qū)珍貴的鄉(xiāng)土樹(shù)種，自然分布于福建、浙江、湖南、廣西、廣東等地區(qū)[7]。阿丁楓適應(yīng)性廣，為良好的用材和園林綠化樹(shù)種，同時(shí)其木材是培養(yǎng)香菇的最好木材之一，樹(shù)脂廣泛應(yīng)用于藥理和定香[8]，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益較高，發(fā)展前景可觀。近年來(lái)，學(xué)者在阿丁楓種子萌發(fā)[9]、扦插育苗[10]、生理活性[11]、人工林培育[12]等方面開(kāi)展了研究，同時(shí)李江等[13]也對(duì)云南地區(qū)幾種闊葉人工林碳儲(chǔ)量進(jìn)行了初步探究，發(fā)現(xiàn)阿丁楓固碳作用明顯。以廣西南寧樹(shù)木園內(nèi)的30年生阿丁楓人工林為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其生物量、生產(chǎn)力、碳儲(chǔ)量及分布格局進(jìn)行研究，分析阿丁楓人工林的固碳特性，為評(píng)價(jià)阿丁楓人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和固碳潛力提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)樣地位于廣西南寧市郊樹(shù)木園內(nèi)，北回歸線以南，地理坐標(biāo)為22°40′N(xiāo)，108°21′E，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤(rùn)，年均溫21.8 ℃，降雨豐富，年均降水量為1 340 mm。試驗(yàn)所選標(biāo)準(zhǔn)地為低矮山丘，海拔約346 m，坡度約20°。實(shí)驗(yàn)地以赤紅壤為主，土層厚度80～120 cm。喬木層優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為阿丁楓，于1988年實(shí)生苗種植，林下植物包括米老排(Mytilarialaosensis)、粗葉榕(Ficushirta)、杜莖山(Maesajaponica)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、竹葉草(Oplismenuscompositus)等。

2 研究方法

2.1 林分調(diào)查與解析木選取

對(duì)試驗(yàn)林進(jìn)行實(shí)地踏查后，按照典型選樣原則選取阿丁楓人工林臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)樣地3塊，每塊樣地為20 m×20 m，共計(jì)1 200 m2。測(cè)量樣地內(nèi)所有林木的樹(shù)高、胸徑、枝下高和冠幅指標(biāo)，每個(gè)樣地內(nèi)選出2株能代表樣地實(shí)際平均水平的樣木作為標(biāo)準(zhǔn)木，共計(jì)6株，標(biāo)準(zhǔn)木要求生長(zhǎng)正常且不斷梢。

2.2 生物量與生產(chǎn)力測(cè)定

將選取的標(biāo)準(zhǔn)木伐倒，采用全株收獲法[14]測(cè)定各標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)葉、樹(shù)枝、樹(shù)干和樹(shù)皮鮮重，分別取樣500 g封于袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室105 ℃殺青30 min后80 ℃烘干至恒重，計(jì)算各器官樣品含水率，由此推算各平均木生物量、喬木層生物量以及林分生產(chǎn)力。林下凋落物層和灌草層生物量測(cè)定采用樣方收獲法[15]。林木通過(guò)光合作用生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)減去林木呼吸的消耗量所剩下的部分稱(chēng)為凈生產(chǎn)量[16]，通常采用單位時(shí)間內(nèi)平均凈生產(chǎn)量作為生產(chǎn)力的估算指標(biāo)。參照韋昌幸等[17]測(cè)算木荷人工林生產(chǎn)力的方法，阿丁楓干材、樹(shù)皮和樹(shù)枝的平均凈生產(chǎn)量按林分年齡30年計(jì)算，樹(shù)葉平均凈生產(chǎn)量則以葉在林木上著生5年計(jì)算。將生物量測(cè)定過(guò)程中經(jīng)烘干的樣品分別粉碎測(cè)定碳素含量，各組分碳素含量的測(cè)定均采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[18]。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)處理，同時(shí)應(yīng)用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各指標(biāo)計(jì)算公式如下：

1)年均生產(chǎn)力=植物各組分生物量/林齡

2)植物各組分碳儲(chǔ)量=植物各組分生物量×植物各組分碳含量/1000

3)喬木層各器官年凈固碳量=喬木層各器官年平均生物量×各器官碳含量/1000

3 結(jié)果與分析

3.1 阿丁楓單株生物量分布

30年生阿丁楓地上部分的生物量為553.60 kg/株，其中干材生物量為378.69 kg/株，顯著高于其余部位，占比達(dá)68.40%；樹(shù)枝生物量次之，為106.58 kg/株，占19.25%。地上部分各器官生物量大小排序?yàn)楦刹?樹(shù)枝>干皮>樹(shù)葉(圖1)。

圖1 阿丁楓單株生物量分配

3.2 不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量

阿丁楓各器官碳素含量呈現(xiàn)的趨勢(shì)為樹(shù)葉>干材>樹(shù)枝>干皮，各器官碳素含量為441.90～469.33 g/kg，喬木層地上部分平均碳素含量為458.38 g/kg。阿丁楓人工林凋落物層和灌草層碳素含量分別為421.21 g/kg、445.64 g/kg。林分地上部分碳素含量以喬木層最高，灌草層(445.64 g/kg)次之，凋落物層(421.21 g/kg)最低(表1)。

表1 阿丁楓人工林不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量

3.3 碳儲(chǔ)量及其分配格局

阿丁楓人工林地上部分生物量為271.77 t/hm2，其中喬木層生物量為265.73 t/hm2，占地上部分生物量的97.78%。喬木層生物量以干材最大，達(dá)181.77 t/hm2，阿丁楓各器官生物量大小排序?yàn)楦刹?樹(shù)枝>干皮>樹(shù)葉。凋落物層的生物量為4.46 t/hm2，占地上部分生物量的1.64%；灌草層生物量最小，僅為1.58 t/hm2(表2)。

表2 阿丁楓人工林不同結(jié)構(gòu)層次碳儲(chǔ)量分布

阿丁楓人工林地上部分碳儲(chǔ)量為125.10 t/hm2，其中喬木層碳儲(chǔ)量最大，為122.52 t/hm2，占地上部分碳儲(chǔ)量的97.94%；灌草層碳儲(chǔ)量為0.70 t/hm2，占0.56%；凋落物層碳儲(chǔ)量為1.88 t/hm2，占1.50%。喬木層中各器官碳儲(chǔ)量所占比例與其生物量所占比例相對(duì)應(yīng)，以干材最大(84.10 t/hm2)，占喬木層碳儲(chǔ)量的68.65%，其次是樹(shù)枝和干皮，分別占19.19%和6.51%；樹(shù)葉碳儲(chǔ)量最少(6.92 t/hm2)，占5.65%。

3.4 喬木層地上部分年凈固碳量估算

根據(jù)喬木層各器官平均凈生產(chǎn)力與其相應(yīng)的碳素含量，求得阿丁楓人工林地上部分年凈固碳量，并且進(jìn)行阿丁楓人工林生態(tài)系統(tǒng)同化CO2能力的估算(表3)。

表3 阿丁楓人工林喬木層地上部分年凈固碳量

從表3可以看出，30年生阿丁楓人工林地上部分凈生產(chǎn)力為11.32 t/hm2，年凈固碳量為5.24 t/hm2，折合CO2固定量19.18 t/hm2。林木各器官中干材年凈固碳量最大，達(dá)到2.80 t/hm2，占總年凈固碳量的53.44%；干皮年凈固碳量?jī)H為0.27 t/hm2，占5.15%。

4 討論與結(jié)論

30年生阿丁楓林喬木層地上部分生物量為265.73 t/hm2，林分凈生產(chǎn)力為11.32 t/hm2，與其他鄉(xiāng)土樹(shù)種相比，高于48年生木荷(Schimasuperba)[19]和27年生觀光木(Micheliaodora)[20]，表現(xiàn)出較高的生物量和生產(chǎn)力；但與速生樹(shù)種15年生桉樹(shù)(Eucalyptusrobusta)[21]相比，生物量和生產(chǎn)力均未占優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明在阿丁楓人工林栽培中，應(yīng)注意林分水肥、光照以及密度控制，以提高林分的生物量和生產(chǎn)力。在阿丁楓人工林中，地上部分生物量為喬木層>凋落物層>灌草層，喬木層生物量占比為97.78%，說(shuō)明喬木層對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)生物量的影響占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；林下灌草層和凋落物層生物量占比較小，但其在森林植被多樣性、養(yǎng)分循環(huán)等方面的作用不可忽視。

森林碳儲(chǔ)量的大小與森林生物量和含碳系數(shù)密切相關(guān)，通常在進(jìn)行碳儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)以換算系數(shù)450 g/kg或者500 g/kg進(jìn)行估算[22]。研究結(jié)果顯示，阿丁楓地上部分各器官碳素含量為441.90～469.33 g/kg，與相近區(qū)域火力楠(Micheliamacclurei)等樹(shù)種[23-24]的研究結(jié)果相近，但低于青鉤栲(Castanopsiskawakamii)[25]、馬尾松[26]以及禿杉[5]各器官平均碳素含量，說(shuō)明林木中碳素的含量與樹(shù)種密切相關(guān)，各器官碳素含量的差異也反應(yīng)了不同樹(shù)種碳素積累與分配特點(diǎn)。

30年生阿丁楓地上部分平均碳儲(chǔ)量達(dá)125.10 t/hm2，明顯高于我國(guó)亞熱帶常綠闊葉林碳儲(chǔ)量平均水平(61.05 t/hm2)[27]，其中喬木層碳儲(chǔ)量達(dá)122.52 t/hm2，占比為97.94%。有研究表明，中國(guó)森林年均凈固碳量為5.54 t/hm2，本研究中阿丁楓喬木層地上部分年凈固碳量達(dá)5.24 t/hm2，折合CO2為19.18 t/hm2，與中國(guó)森林年均固碳量接近，同時(shí)高于相近區(qū)域的觀光木[28]和火力楠[23]年凈固碳量，可見(jiàn)阿丁楓人工林具有較強(qiáng)的固碳能力。

綜合分析可知，阿丁楓作為我國(guó)鄉(xiāng)土用材樹(shù)種，人工林生物量和生產(chǎn)力水平較大，固碳能力強(qiáng)，合理經(jīng)營(yíng)阿丁楓人工林能夠有效增強(qiáng)人工林的碳匯功能，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和環(huán)境改善。