采伐干擾對針闊混交林碳儲量和碳平衡的影響

方燕鑾

（廣州市中森園林綠化工程有限公司，廣東廣州 510000）

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，如碳排放、碳儲量、碳平衡等多個領(lǐng)域已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)作為影響全球氣候變化的重要影響因素，研究分析其碳儲量和碳平衡，可有效分析森林碳循環(huán)對全球氣候變化的影響。針闊混交林作為我國南方林區(qū)中的重要森林類型，具有分布廣、面積大等特點(diǎn)。自20 世紀(jì)50 年代起，我國便開始擇伐原生空松闊葉林，進(jìn)而形成大片的次生針闊混交林，研究分析次生針闊混交林的生態(tài)系統(tǒng)碳平衡，將具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。為深入分析采伐對針闊混交林碳儲量、碳平衡的影響，如牟長城等[1]認(rèn)為，適量擇伐可有效降低森林生態(tài)系統(tǒng)中不同物種之間的生存競爭強(qiáng)度，調(diào)節(jié)林木個體與群體之間的生長關(guān)系，改善森林冠層營養(yǎng)空間及地下水肥條件，還能促進(jìn)林分生長，實(shí)現(xiàn)材積收獲，提高木材的整體品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)獲取

在深圳市境內(nèi)隨機(jī)選取4 塊采伐強(qiáng)度分別為0%、17.25%、34.75%、51.88%的針闊混交林研究樣地，并分別于2017 年7 月和2021 年7 月全面調(diào)查分析樣地內(nèi)所有胸徑超過1cm 且包括灌木在內(nèi)的木本植物，記錄所有植物的牌號、樹種、樹高、胸徑、冠幅及實(shí)際生長情況等數(shù)據(jù)信息。同時，借助GPS 等技術(shù)，詳細(xì)記錄匹配所有樣地內(nèi)符合要求植物的位置。調(diào)查灌木等植物群體時，采用劃分樣方的方式，即將研究樣地劃分為若干個20m×20m 的樣方，然后在樣方內(nèi)再隨機(jī)選擇出2 個2m×2m 的灌木樣方作為灌木調(diào)查樣本區(qū)域，并詳細(xì)記錄其中的灌木樹種、地徑、株高、株數(shù)、冠幅等諸多數(shù)據(jù)信息；對于草本植物，則需要在灌木樣方內(nèi)再設(shè)置1 個1m×1m 的草本樣方，作為草本植物研究對象，并收集草本樣方內(nèi)的植物種類、多度、平均高度、平均蓋度以及樣方總蓋度等多種數(shù)據(jù)。

1.2 計(jì)算方法

1.2.1 各組分碳儲量計(jì)算方法。針闊混交林內(nèi)常見植物及含碳率見表1。

表1 針闊混交林內(nèi)常見植物及含碳率（%）

（1）喬木層碳儲量計(jì)算公式如下：

式中：Tt為喬木層總碳儲量；Mtij為喬木層中第i 株植物的第j 個組分內(nèi)的生物總量；Ctij為喬木層內(nèi)第i 株植物的第j 個組分的平均含碳率。

（2）灌木層碳儲量計(jì)算公式如下：

式中：Ts為灌木層總碳儲量；Msij為灌木層中第i 株植物的第j 個組分內(nèi)的生物總量；Csij為灌木層內(nèi)第i 株植物的第j 個組分的平均含碳率。

（3）草本層碳儲量計(jì)算公式如下：

式中：Th為草本層總碳儲量；Mhij為草本層中第i 株植物的第j 個組分內(nèi)的生物總量；Chij為草本層內(nèi)第i 株植物的第j 個組分的平均含碳率。

（4）凋落物碳儲量計(jì)算公式如下：

式中：TL為凋落物總碳儲量；ML為凋落物內(nèi)總生物量；CL為凋落物平均含碳率。

（5）枯倒木碳儲量計(jì)算公式如下：

式中：Td 為凋落層總碳儲量；Mdij為第i 株枯倒木植物的生物總量；Cdij為第i 株枯倒木植物的平均含碳率。

（6）植被層各組分碳儲量計(jì)算公式如下：

式中：TG為植被層各組分總碳儲量。

（7）土壤層有機(jī)碳含量計(jì)算公式如下：

式中：SOCi為土壤層有機(jī)碳總含量；Ci為第i 層土壤有機(jī)碳含量，單位：%；Di為第i 層土壤容重，單位：g/cm3；Ei為第i 層土壤厚度，單位：cm；Gi為第i 層土壤中石子所占體積比，單位：%；i 為土壤層。

（8）針闊混交林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量

1.2.2 生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)能力。生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)能力計(jì)算公式如下：

式中：NEP 為生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)能力，單位：t·C/hm2/a（下同）。此參數(shù)為正值時說明該生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮碳匯功能，為負(fù)值時說明該生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮碳源功能；NPP 為植被層凈生產(chǎn)能力；Rr 為土壤層根呼吸年碳釋放量；Rs 為土壤總呼吸年碳釋放量，Pt 為喬木層年碳增長量；Ps 為灌木層年碳增長量；Ph 為草本層。

2 結(jié)果與分析

2.1 采伐干擾對針闊混交林碳儲量的影響

2.1.1 喬木層隨著喬木層的采伐強(qiáng)度持續(xù)增加，喬木層的總碳儲量隨之持續(xù)下降。由表2 可知，增加喬木層的采伐強(qiáng)度并沒有較大改變喬木層各組分的碳儲量分配比例。同時，在喬木層4 種組分中，樹干的碳儲量比例最高，并且此數(shù)值即便隨著采伐比例提升，也沒有低于過總碳儲量的48%，最高值甚至達(dá)到48.96%，而其他3 種組分中，總碳儲量由高到低依此為樹枝、樹根、樹葉。此外，從碳增量角度看，在四種采伐強(qiáng)度中，34.75%采伐強(qiáng)度的碳增量最大，其次為17.25%強(qiáng)度，再次為0%強(qiáng)度，最后為51.88%強(qiáng)度，由此可見，碳增量與采伐強(qiáng)度之間并非為負(fù)相關(guān)關(guān)系，而是呈現(xiàn)出隨著采伐比例的持續(xù)增加，碳增量先提升后下降的態(tài)勢。

表2 不同采伐強(qiáng)度對喬木層碳儲量及碳增量的影響

2.1.2 灌木層。不同采伐強(qiáng)度對灌木層碳儲量及碳增量的影響研究過程與喬木層研究過程大致相同?？傮w來說，針闊混交林中灌木層碳儲量分析結(jié)果與喬木層分析結(jié)果相類似，但差異點(diǎn)在于灌木層的樹枝、樹干及樹根的碳儲量比例均相對較高，即灌木層4 種組分中，樹枝、樹干及樹根的碳處理占比均處于30%左右，而樹葉的碳儲量占比卻不到10%。此外，從碳增量角度來看，在4種采伐強(qiáng)度中，34.75%采伐強(qiáng)度的碳增量最大，其次為51.88%強(qiáng)度，再次為17.25%強(qiáng)度，最后為0%強(qiáng)度，由此可見，碳增量與采伐強(qiáng)度之間并非為負(fù)相關(guān)關(guān)系，而是呈現(xiàn)出隨著采伐比例的持續(xù)增加，碳增量持續(xù)增加的態(tài)勢。

2.1.3 草本層。針闊混交林中草本層碳儲量研究結(jié)果與灌木層研究結(jié)果相類似，即隨著采伐強(qiáng)度的不斷提升，草木層的總碳儲量也在持續(xù)增加的態(tài)勢，其中總碳儲量最大值為51.88%采伐強(qiáng)度下，其次為17.25%強(qiáng)度，再次為34.75%采伐強(qiáng)度，最后為0%強(qiáng)度。此外，從草本層地上部分和地下部分碳儲量差異角度看，草本層的地下部分碳儲量占比相對較高，平均占比約52%，而第三部分的碳儲量占比則為48%。

2.1.4 凋落層。在4 種采伐強(qiáng)度下，凋落層的年均凋落物碳儲量分別為1.180t·C/hm2、1.032t·C/hm2、1.044t·C/hm2及0.881t·C/hm2。由此可見，隨著采伐強(qiáng)度的持續(xù)增加，針闊混交林中凋落層碳儲量呈現(xiàn)出先下降、后增長、再下降的情況，即適當(dāng)?shù)牟煞チ坑欣谔嵘蚵鋵犹純α俊?/p>

2.1.5 枯倒木。在4 種采伐強(qiáng)度下，枯倒木的年均碳增量分別 為0.119t·C/hm2/a、0.080t·C/hm2/a、0.069t·C/hm2/a、0.037t·C/hm2/a。由此可見，隨著采伐強(qiáng)度持續(xù)提升，針闊混交林中枯倒木的碳增量呈現(xiàn)出持續(xù)下降的態(tài)勢。

2.1.6 土壤碳儲量。在測定土壤碳儲量過程中，土壤層厚度確定為0～20cm、20～40cm、40～60cm 及60cm 以上4種不同土壤層厚度、不同采伐強(qiáng)度的樣地作為研究對象，并測定分析其土壤層中有機(jī)含量，最終發(fā)現(xiàn)，不同采伐強(qiáng)度下，相同土壤層厚度的土壤碳儲量大致相同，說明采伐強(qiáng)度并不會過多影響土壤層的土壤碳儲量。

2.1.7 森林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量。計(jì)算分析針闊混交林森林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量后確定，在4 種采伐強(qiáng)度條件下，針闊混交林森林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量依此為457.185t·C/hm2、420.310t·C/hm2、357.225t·C/hm2、360.293t·C/hm2。由此可見，隨著采伐強(qiáng)度不同提升，針闊混交林森林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量呈現(xiàn)先下降、后增長的態(tài)勢。同時，在所有組分條件中，土壤層碳儲量分配比例占森林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量的1 倍以上，且隨著采伐強(qiáng)度不斷提升，占比也會持續(xù)增長。

2.2 采伐干擾對針闊混交林碳平衡的影響

2.2.1 植被層年固碳量。在四種采伐強(qiáng)度下，植被層的凈生產(chǎn)能力呈現(xiàn)出先提升、后下降的態(tài)勢（見表3）。但在此過程中，隨著采伐強(qiáng)度不斷提升，植被層中喬木層的凈生產(chǎn)能力占比卻在持續(xù)下降，而灌木層和草本層的凈生產(chǎn)能力占比則在不斷提升，尤其是草本層提升幅度最大。

表3 不同采伐強(qiáng)度下植被層NPP 及各組分占比 （單位：t·C/hm2）

2.2.2 土壤呼吸年碳釋放量。在4 種采伐強(qiáng)度下，土壤呼吸年碳釋放量分別為16.99t·C/hm2/a、21.19t·C/hm2/a、24.45t·C/hm2/a、16.38t·C/hm2/a。由此可見，隨著采伐強(qiáng)度不斷提升，土壤呼吸年碳釋放量呈現(xiàn)先提升、后下降的態(tài)勢。

2.2.3 森林碳平衡。4 種采伐強(qiáng)度下的針闊混交林森林生態(tài)系統(tǒng)NEP 均為正值（見表4），即均發(fā)揮碳匯功能，其中NEP 值最大的為34.75%采伐強(qiáng)度，其次為51.88%采伐強(qiáng)度，再次為17.25%采伐強(qiáng)度，最后為0%采伐強(qiáng)度。

表4 不同采伐強(qiáng)度下森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡

3 結(jié)論

綜合以上研究結(jié)果可知，適當(dāng)采伐不僅不會影響針闊混交林碳儲量和碳平衡，還可以在一定程度上提升針闊混交林碳儲量及維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡。因此，無論是從經(jīng)濟(jì)性角度，還是從碳平衡角度，均需要對針闊混交林進(jìn)行適當(dāng)擇伐，以提高森林經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，滿足社會林木資源需求的同時，也一定程度上提高森林的碳儲量，保障森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡。