冀北山地油松人工林群落碳密度隨林齡的動(dòng)態(tài)變化

關(guān)鍵詞油松人工林;林齡；生物量；碳密度；年固碳量中圖分類號(hào)S718.54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 0517-6611（2025）13-0100-04doi ： 10.3969/j . issn. 0517-6611.2025.13. 019

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Carbon Density inanAge-sequence of Pinus tabuliformis Plantations inMountainous Areas of Northern Hebei Provin（ YOUHai-zhou，WANG Chao（Hebei Academy of Forestry and Grassand Science，Shijiazhuang，Hebei 050061）

AbstractThepresentdysedthabodnstingeseqecofinutbulfoisplantiossedoneoassestig tionof64samplingplotsinmountaousaeasoforteHbeiProvince.Tediferenceinthealoatiooftreoanbomassaificant，whereasthelativecontributioofstemiomasstototaltreebomassincreasdwithstandage.Basedontheuitareacclation V= （204號(hào) 13m³/hm² ，asegmented biomassestimationmodel was established toimprove the estimation accuracy.The carbon measurement parameters werereasonableinstepsandadasgfcantcorelationwittesaeplantatoage.TheBEFadBCEFvaluesdreasdalongtehon sequence ， while the R and WD values remain relatively stable.The carbon density of the P tabuliformis plantation increased with stand age， ranging from 5. 640 to 61. . The carbon density of different layers was as follows：tree layer （ ） gt; litter layer （2 （0.887t/hm²） gt; understory vegetation layer （0.522Vhm² ）. The carbon sequestration of community and tree layer was fast in the early stagoflantation，andthensloweddow，andthenincreasedastheplntationagedThehighestaualcarbonsequestrationofcomnity and tree layer occurred at 26-30 years old，with the value of 4.669 and 4.658V（hm²?a） ，respectively. Mature plantations aged from 41 to 48yearssilldigarbsequestrationpotetial，ilealarbonsqustatioothrlaes（udestoygetatiodler layer） is relatively low，ranging from 0.012 to 0.158V（hm²?a） ：

Key WordsPinus tabuliformis plantation;Stand age;Biomass;Carbon intensity;Annual carbonsequestration

油松（Pinustabuliformis），耐干旱瘠薄，是華北山地森林的主要建群種，有良好的保持水土、涵養(yǎng)水源及改良土壤的作用，是華北山地的地帶性植被，也是冀北山地人工造林的主要樹(shù)種。近年來(lái)，人工林在生物量及碳儲(chǔ)量等方面的作用越來(lái)越受到重視[2-3]，但研究多針對(duì)單一林齡或者單一碳庫(kù)[4-5]，針對(duì)林分碳密度及碳匯潛力隨林齡變化的綜合性研究較少。油松人工林碳儲(chǔ)量相關(guān)研究集中在山西、陜西和內(nèi)蒙古等地[6-8]，冀北山地范圍內(nèi)鮮見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道。因此，筆者以冀北山地油松人工林為研究對(duì)象，從林木個(gè)體、林分各層及群落尺度上探討不同發(fā)育階段油松人工林碳密度及碳匯潛力的時(shí)空分布特征，以期為科學(xué)評(píng)價(jià)油松人工林碳匯功能以及人工林的經(jīng)營(yíng)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論參考價(jià)值。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于承德圍場(chǎng)縣灤河林場(chǎng)、張家口市塞北林場(chǎng)所屬的赤城、萬(wàn)全等分場(chǎng)，油松人工造林以容器苗為主，初植密度多為1650株 ?hm² ，常為純林或與樟子松、華北落葉松、山杏、檸條等樹(shù)種混交成林，與喬木樹(shù)種多為塊狀或帶狀混交，與灌木樹(shù)種多以多行混交或帶狀混交。

油松造林地草本植被層相對(duì)發(fā)育較好，蓋度多在 80% 以上，但受干旱生境和人為干擾的影響，灌木蓋度很低，但凋落物層積存量較少，腐殖質(zhì)也較少。隨著造林后人為封育，灌木層初期發(fā)育較好，但隨著林分郁閉度增加而逐漸衰退甚至消失；草本層也多形成以披針葉苔草為主的單優(yōu)群落，蓋度多在 50% 以上。油松項(xiàng)目林多分布于貧瘠土壤，以棕壤、淋溶褐土為主，高海拔山地也有少量暗栗鈣土等，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低。

1.2研究方法采用標(biāo)準(zhǔn)地法，分別以林齡、海拔、土壤、林分密度等選取典型樣地，分別以喬木層、灌木層、草本層、凋落物層等測(cè)定不同林分組分的生物（現(xiàn)存）量。采用標(biāo)準(zhǔn)木收獲法測(cè)定喬木層的蓄積量、生物量，采用樣方收獲法測(cè)定灌木層、草本層和凋落物層的生物量。植物生物量轉(zhuǎn)化為碳量是按照植物干有機(jī)物中碳所占比重，油松含碳率參考林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《立木生物量模型及碳計(jì)量參數(shù)——油松》（LY/T2260—2014）推薦的 0.5165^[9] ；其他層含碳率參考IPCC推薦值，灌木層取0.47，草本層取0.40，凋落物層取0.37^[10]

該調(diào)查根據(jù)油松林在項(xiàng)目區(qū)的分布狀況，共調(diào)查測(cè)定生物量樣地64塊，獲取標(biāo)準(zhǔn)木64株。林齡分布范圍以6＼～48a為主，其中，6＼～10a樣地?cái)?shù)量15塊，11＼～15a有16塊，16～25a 有18塊，26＼～35a有8塊，36＼～50有7塊。

2 結(jié)果與分析

2.1喬木層樹(shù)木的生物量與生產(chǎn)力

2.1.1不同器官的生物量分配。由表1可知，雖然隨林齡增大林分密度減小，但喬木層生物量穩(wěn)步增加，36＼～48a油松林喬木層生物量達(dá) 115.661t/hm² ，分別為 6～10，11～15 和16＼～25a的 13.40、5.97、3.35 倍。樹(shù)干生物量所占比例隨著林齡增大呈逐漸升高趨勢(shì)， 36～48 a占全株生物量的

57.22% ，可見(jiàn)油松在36a以上進(jìn)入干材期，樹(shù)干逐漸占據(jù)生物量主導(dǎo)地位。根系生物量所占比例穩(wěn)定在 15.50% ＼～19.43% ，樹(shù)枝和樹(shù)葉生物量所占比例較高，且隨林齡增大逐漸減少。油松屬于陽(yáng)性樹(shù)種，多生長(zhǎng)于干旱生境，造林初期生長(zhǎng)較慢，林分也較為稀疏，枝葉的生長(zhǎng)空間較大，因此其枝葉所占比例較高，而樹(shù)干所占比例較低。

2.1.2基于蓄積量的生物量轉(zhuǎn)換模型。樹(shù)干生物量在喬木層生物量中占有主體地位，樹(shù)干材積作為森林經(jīng)營(yíng)收獲的主要目標(biāo)，是森林資源數(shù)據(jù)成果中最重要的林分因子之一，可有效反映樹(shù)木在林分中的優(yōu)勢(shì)地位、空間大小等。對(duì)油松林生物量的研究表明，森林生物量與蓄積量間多存在顯著的相關(guān)性，通過(guò)森林蓄積量估計(jì)生物量具有較好的可行性[I-|12] 。該測(cè)定結(jié)果顯示，林分蓄積量與生物量存在顯著的線性回歸關(guān)系（圖1），因此以蓄積量為自變量 （V） ，建立生物量 （W） 的線性估計(jì)模型：

W=0.7847V+7.6156，R²=0.9524，n=62，Plt;0.01

當(dāng)林分蓄積量處于偏低水平時(shí)，由于常數(shù)b（ b=? 7.6156的存在，生物量估計(jì)值將偏高；通常當(dāng)林分單位面積蓄積量高于 13m³/hm² 后，由常數(shù)b所引起的偏差效應(yīng)將減弱，故仍采用分段回歸的形式以提高估計(jì)精度，建立分段估計(jì)模型：

當(dāng) V?13m³/hm² 時(shí)， W=0 772 2V+2 984 7， R²= 0.8103，n=21，Plt;0.01

當(dāng) Vgt;13m³/hm² 時(shí)， W=0.7230V+14.5340，R²= 0.9378，n=35，Plt;0.01 式中： V 為林分蓄積量， m³/hm² ： W 為林分生物量， uhm²

使用以上分段估計(jì)模型時(shí)，該段林分生物量估計(jì)值的平均相對(duì)誤差絕對(duì)值的比值由 66.40% 降低至 26.09% 。

2.1.3生物量與碳計(jì)量參數(shù)。由表2可知，項(xiàng)目區(qū)油松人工林的BEF值（地上生物量與樹(shù)干生物量比值）、BCEF值（地上生物量與樹(shù)十材積比值）、 R 值（根冠比）與林齡、林分平均胸徑、林分密度、林分單位面積蓄積量間呈負(fù)相關(guān)，其中BEF值與各項(xiàng)林分因子以極顯著相關(guān)為主（ Plt;0.01? ），BCEF值與各項(xiàng)林分因子的相關(guān)性以顯著為主（ Plt;0.05 ）， R 值的相關(guān)性相對(duì)較差；WD值（基本木材密度）與各項(xiàng)林分因子呈正相關(guān)。總體上，各計(jì)量參數(shù)與林分密度間的相關(guān)性較弱，與其他3項(xiàng)林分因子具有較強(qiáng)相關(guān)性，這3項(xiàng)因子能夠較好地反映各項(xiàng)計(jì)量因子隨林分生長(zhǎng)的變化規(guī)律，只有林分密度受初植密度和人為經(jīng)營(yíng)措施的影響較大，規(guī)律性較差。

由于各計(jì)量參數(shù)均與林齡有較高相關(guān)性，因此按林齡段分別計(jì)算其各計(jì)量參數(shù)變化情況，根據(jù)林齡分布特征及各林齡的計(jì)量參數(shù)變化規(guī)律，各林齡段計(jì)量參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。油松人工林的BEF值和BCEF值隨林齡增大而減小， R 值和

WD值則相對(duì)穩(wěn)定，隨林齡變化的趨勢(shì)不明顯，但部分參數(shù)在不同林齡段存在顯著差異（ Plt;0.05 甚至極顯著差異（ Plt; 0.01），因此，按林齡段劃分對(duì)于提高碳匯評(píng)估結(jié)果精度具有較好的可行性。

2.2地被層的生物量在油松人工林地被層中，灌木層、草本層及凋落物層的存量通常與林齡、林分密度及人為經(jīng)營(yíng)干擾等多種因素有較密切關(guān)系。由表4可知，灌木層生物量較低，6＼～15a林分內(nèi)基本沒(méi)有灌木，隨著林地保護(hù)灌木開(kāi)始生長(zhǎng)，但始終低于其他層次。在6＼～10a造林初期，草本種類多且長(zhǎng)勢(shì)較好，草本層占地被層生物量的 50% 以上，隨著林齡增大和林分郁閉程度增強(qiáng)，林內(nèi)光照條件不良，草本層碳密度呈逐漸降低趨勢(shì)。凋落物層生物量是地被層生物量的主要部分，且隨著林齡增大呈逐漸增大趨勢(shì)。

2.3油松人工林群落碳密度時(shí)空分布從圖2可見(jiàn)，6＼～10a幼齡林群落和喬木層碳密度最低，僅為5.640和4.457t/hm² ，之后持續(xù)增長(zhǎng)，在36＼～48a林齡段群落和喬木層碳密度達(dá)到61.446和 59.739t/hm² 。群落和喬木層碳密度在 25a 后增長(zhǎng)加快，整體呈“S”形特點(diǎn)。林下植被層（灌木 + 草本）碳密度較低，變化范圍為 0.422～0.697t/hm² ，隨著林齡增大呈先減小再增大趨勢(shì)，雖然林下植被層碳密度較小，但其變化趨勢(shì)卻直觀反映了林分郁閉度的變化及人工撫育管理的影響[13]。凋落物層碳密度隨著林齡增大逐漸增大，變化范圍為 0.486～1.194t/hm² 。除6＼～10a林分外，油松人工林群落碳密度空間分布表現(xiàn)為喬木層 gt; 調(diào)落物層 gt; 林下植被層，喬木為群落中最大的生產(chǎn)者。

圖3顯示，碳密度分配結(jié)構(gòu)來(lái)看，隨著林齡的增大，喬木層所占比例逐漸增大，林下植被層和凋落物層所占比例逐漸減小。喬木層、林下植被層和凋落物層平均占比分別為

1.6 林下植被層 80

1.2 層 60 一群落

0.8 40

0.4 20 0 0 6＼～10 11＼～15 16＼～25 26＼～35 36＼～48 林齡Stand age/a

2.4油松人工林群落年固碳量由圖4可見(jiàn)，喬木層和群落固碳量隨林齡變化明顯，總體表現(xiàn)為先增大后減小再增大的趨勢(shì)，群落固碳量為 0.752～4.669‰ ，喬木層固碳量為 0.594～4.658‰ ，占群落固碳量的 92% 以上。26～30 a喬木層固碳量最大，此時(shí)光熱充足且林木競(jìng)爭(zhēng)不激烈，生產(chǎn)力最高；此后林木競(jìng)爭(zhēng)加劇，生產(chǎn)力逐漸降低， 41～ 48a喬木層固碳量的增加，主要是由于間伐導(dǎo)致林木生長(zhǎng)空間擴(kuò)大，單株生產(chǎn)力顯著增大所致。其他層（林下植被和凋落物層）固碳量較低，為 0.012～0.158‰ ，僅在6＼～10和11＼～15a固碳量較高，分別為0.158 和 0.127t/（hm²?a）， 在16＼～48a受到樹(shù)冠抑制固碳量保持較低的平穩(wěn)水平。

5 群落 喬木層--O-其他層0.18Q4國(guó) 0.12 國(guó)前320.06一Q -- 1一 二10 1 20 25 30 35 40 8b＼～！ 二 7 1 ！ 1 l6 1 16 21 2 31 3 4林齡 Stand age/a

3討論

（1）該研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)油松人工林群落碳密度低于黃土高原黃龍山林區(qū)油松人工林[14-15]，略低于山西太岳山油松人工林[6]，高于北京地區(qū)油松人工林[16]。與該區(qū)其他人工林相比，油松人工林碳匯潛力巨大，其碳密度高于華北落葉松人工林[17]，遠(yuǎn)高于人工側(cè)柏林[18]

（2）在油松人工林群落各子碳庫(kù)中，喬木層占主導(dǎo)地

位，反映了人工林群落有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)與積累的水平；林下植被

層碳密度比例明顯偏小，體現(xiàn)了人工林群落生物多樣性的

不穩(wěn)定性。因此，今后應(yīng)深人研究林分生長(zhǎng)與撫育管理過(guò)

程的關(guān)系[19]，提高森林管理水平，實(shí)現(xiàn)森林蓄積增長(zhǎng)和固

碳能力提升[20]；其次加強(qiáng)對(duì)地表凋落物、灌草植被的保護(hù)，

以促進(jìn)植被生物量最大化轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)積存于土壤

碳庫(kù)[21-24]。

（3）林齡是人工林群落年固碳量的主要影響因素[25]該研究中，冀北山地油松人工林幼齡階段（6＼～10a）年固碳量較低，這一階段碳密度增加主要依賴幼樹(shù)和草本層生長(zhǎng)。11～30 a為碳密度快速增長(zhǎng)期，該階段為進(jìn)行林分撫育管理的關(guān)鍵階段。30＼～40a由于林分密度過(guò)高導(dǎo)致林木生長(zhǎng)緩慢且枯損率增大，年固碳量處于較低水平。合理的撫育措施保證了碳密度的增長(zhǎng)速率大于因林木老齡化造成的減少速率[26]，因此撫育后41＼～48a的成熟林仍表現(xiàn)出較高的碳匯潛力。由于成熟林和過(guò)熟林樣本較少，尤其是獲取大徑級(jí)林木解析數(shù)據(jù)困難，因此該階段碳匯潛力隨林齡的變化趨勢(shì)還有待深入研究，估計(jì)精度也有待提高。

4結(jié)論

（1）油松人工林喬木層生物量隨林齡增加而增大，平均為 56.732t/hm² 。當(dāng)林齡低于 16a 時(shí)，不同器官分配大小表現(xiàn)為樹(shù)枝 gt; 樹(shù)葉 gt; 樹(shù)干 gt; 樹(shù)根，當(dāng)林齡大于16a時(shí)，分配大小表現(xiàn)為樹(shù)干 gt; 樹(shù)枝 gt; 樹(shù)葉 gt; 樹(shù)根，樹(shù)干生物量所占比例隨著林齡增長(zhǎng)逐漸升高，最大時(shí)達(dá) 57.22% 。

（2）為了提高生物量模型估計(jì)精度，以林分單位面積蓄積量為劃分依據(jù)，建立了分段估計(jì)模型：當(dāng) V?13m³/hm² 時(shí)， W=0.772 2V+2. 984 7，R²=0.810 3，n=21，Plt;0. 0 ；當(dāng) 13m³/hm² 時(shí)， W=0.7230V+14.534，R²=0.9378，n=35，Plt; 0.01 。

（3）油松人工林碳計(jì)量參數(shù)與林齡間具有顯著相關(guān)性，分別對(duì)各林齡段統(tǒng)計(jì)了BEF、 BCEF，R 和WD值，結(jié)果表明，參數(shù)分布合理，BEF值和BCEF值隨林齡增加而減小， R 值和WD值則相對(duì)穩(wěn)定。

（4）油松人工林群落碳密度隨林齡增加而增大，為5.640～61.446t/hm² ，平均為 ，空間分布表現(xiàn)為喬木層 gt; 凋落物層 gt; 林下植被層，各層碳密度均值分別為29.356、0.887和 0

（5）群落及喬木層固碳量隨林齡均表現(xiàn)為先增大后減小再增大的趨勢(shì)， 26～30 a喬木層固碳量最大，達(dá)4.658V（hm²?a） ，撫育后41＼～48a的成熟林仍表現(xiàn)出較高的碳匯潛力，固碳量為 3.703t/（hm²?a） ，其他層（林下植被和凋落物層）固碳量較低，為 0.012～0.158V（hm²?a） 。

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