李默然，丁貴杰

（貴州大學(xué) 造林生態(tài)研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550025）

貴州黔東南主要森林類型碳儲(chǔ)量研究

李默然，丁貴杰

（貴州大學(xué) 造林生態(tài)研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550025）

通過(guò)樣地實(shí)測(cè)生物量和采用重鉻酸鉀法測(cè)定植物地上部分各器官含碳率，對(duì)貴州黔東南主要森林類型碳儲(chǔ)量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：黔東南5種主要森林類型的碳儲(chǔ)量介于334.32～566.79 t·hm-2之間，且馬尾松純林（566.79 t·hm-2）＞杉木純林（403.74 t·hm-2）＞落葉闊葉林（374.07 t·hm-2）＞常綠闊葉林（352.35 t·hm-2）＞針闊混交林（334.32 t·hm-2）；同類森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤層的碳儲(chǔ)量最高，介于286.66～481.49 t·hm-2之間；喬木層次之（15.23～74.58 t·hm-2），枯落物層再次，林下灌木及草本層碳儲(chǔ)量最??；喬木層的碳儲(chǔ)量以馬尾松純林最大（74.58 t·hm-2），以杉木純林最?。?5.23 t·hm-2）；林下灌木及草本層與枯落物層碳儲(chǔ)量相對(duì)較小且相差不大；中幼林年均固碳能力表現(xiàn)為針闊混交林＞馬尾松純林＞落葉闊葉林＞杉木純林＞常綠闊葉林；不同類型林分土壤含碳率隨土層深度的增加呈逐步下降的趨勢(shì)，其中表層土的含碳率呈現(xiàn)為馬尾松純林＞針闊混交林＞常綠闊葉林＞落葉闊葉林＞杉木純林。土壤層和喬木層是黔東南整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)。

森林碳儲(chǔ)量；森林類型；含碳率；黔東南

近年來(lái)，全球氣候變化的問(wèn)題引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。大力發(fā)展森林固碳，對(duì)我國(guó)生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。根據(jù)最新的全國(guó)資源連續(xù)清查結(jié)果顯示，我國(guó)人工林居世界首位，我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)會(huì)成為較大的碳匯，并且林業(yè)碳匯項(xiàng)目為我國(guó)林業(yè)發(fā)展提供了新的投融資渠道，通過(guò)碳匯項(xiàng)目的交易，為我國(guó)帶來(lái)一定數(shù)量的林業(yè)建設(shè)資金，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。

貴州黔東南森林覆蓋率高達(dá)62.2%，對(duì)其主要的森林類型碳儲(chǔ)量進(jìn)行研究，可以評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)不同森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，從而為區(qū)域內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)全球氣候變化做出貢獻(xiàn)[3]。我國(guó)學(xué)者對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)生物量及碳儲(chǔ)量方面的研究多集中在國(guó)家尺度或局部典型的森林生態(tài)系統(tǒng)上[4,6-11]。而對(duì)區(qū)域上的不同森林類型碳儲(chǔ)量研究較少，加之森林生態(tài)的多樣性和復(fù)雜性[12-16,18]，不同學(xué)者在相同范圍內(nèi)的計(jì)算結(jié)果也不盡相同，如：劉國(guó)華等[19]以4次全國(guó)森林資源清查資料為基礎(chǔ)，推算出近20 a我國(guó)的森林碳儲(chǔ)量分別是3.75、4.12、4.06和4.20 PgC；方精云等[20-21]得出森林碳儲(chǔ)量由20世紀(jì)70年代末期4.38 PgC增加到1998年4.75 PgC；王效科等[17]以各齡級(jí)森林類型為統(tǒng)計(jì)單元,估算出碳儲(chǔ)量在3.255～3.724 PgC之間；趙敏等[22]利用多元線性回歸模型和第四次森林資源清查資料，測(cè)算出我國(guó)森林植被的總碳儲(chǔ)量為3.778 PgC。本研究主要從區(qū)域尺度，選擇中美森林健康項(xiàng)目區(qū)的森林作為研究對(duì)象，利用樣地實(shí)際調(diào)查測(cè)定資料對(duì)黔東南主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量進(jìn)行了研究，為開展森林對(duì)碳吸收能力的評(píng)價(jià)、探求森林固碳量的最大化、森林資源管理、植樹造林的樹種選擇和規(guī)劃提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地位于貴州省黔東南州麻江縣龍山鄉(xiāng)，也是中美合作森林健康示范區(qū)。地理位置為東經(jīng) 107°36′16″～ 107°41′50″， 北 緯 26°27′30″～26°29′02″，平均海拔 700 m 左右。龍山鄉(xiāng)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降水量1 265 mm，年均溫度16.2 ℃。年日照時(shí)數(shù)1 800 h，≥10 ℃有效積溫4 770 ℃，年無(wú)霜期296 d。該區(qū)域現(xiàn)有森林植被為次生林和人工林，包括馬尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia lanceolata 、柏木Cupressus funebris、樟樹 Cinnamomum camphora、光皮樺Betula luminifera、櫟類Quercus、檫木Sassafras tzumu等。灌草層包括山胡椒Lindera communis、枇杷Eriobotrya japonica、粗壯女貞Ligustrum robustum、淡竹葉Lophatherum sinense Rendle、鐵芒萁Dicranopteris dichotoma、五節(jié)芒Miscanthus fl oridulu、艾納香Blumea balsamifera 等，研究區(qū)內(nèi)土壤種類較多，有黃壤、棕壤、石灰土、紫色土等[5]，其中由砂頁(yè)巖和石灰?guī)r發(fā)育而來(lái)的黃壤和石灰土最為常見(jiàn)，各樣地基本情況見(jiàn)表1。

表1 樣地基本情況?Table 1 Basic conditions of sampling sites

根據(jù)森林資源二類調(diào)查技術(shù)規(guī)定，將試驗(yàn)區(qū)劃分為馬尾松純林（A）、杉木純林（B）、針闊混交林（C）、常綠闊葉林（D）及落葉闊葉林（E）5種森林類型。在上述5種森林類型中，選擇立地條件相近（海拔、坡向、坡位等）且具有代表性的中、幼齡林分內(nèi)分別設(shè)置400 m2的調(diào)查樣地。

1.2 研究方法

1.2.1 生物量的測(cè)定

根據(jù)巣氏樣方法確定樣地面積并通過(guò)羅盤儀固定樣地之后，對(duì)樣地內(nèi)立木進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查樹高等測(cè)樹因子。根據(jù)Huber B提出的平均木標(biāo)準(zhǔn)法選取1～3株胸徑、樹高接近均值且干形良好的立木作為標(biāo)準(zhǔn)木，將選定的標(biāo)準(zhǔn)木伐倒，分別按枝、皮、葉、干4種器官實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)木各組分的生物量，然后計(jì)算各種森林類型地上喬木層每公頃生物量(W)，公式為：

W=W1×N×(10000/400)。

式中：W為喬木層每公頃生物量；W1為標(biāo)準(zhǔn)木生物量；N為樣地總株數(shù)。

灌草層則在每塊樣地選取3個(gè)4 m×4 m的灌木樣方及5個(gè)草本和枯落物樣方，采用樣方收獲法將灌木層、草本層以及地面枯落物分別進(jìn)行全部收獲，然后經(jīng)過(guò)換算得到林下植被及枯落物的生物量。

1.2.2 植物碳儲(chǔ)量的計(jì)算

將樣品經(jīng)烘干、粉碎、過(guò)篩后用重鉻酸鉀加熱法測(cè)定枝、皮、葉、干的含碳率，林下草灌層及枯落物層分別取混合樣測(cè)定其含碳率。喬木層與灌木層的碳儲(chǔ)量分別依據(jù)各器官的生物量和含碳率計(jì)算而得。

1.2.3 土壤碳儲(chǔ)量的計(jì)算

在每個(gè)樣地選2個(gè)點(diǎn),每個(gè)點(diǎn)挖1個(gè)土壤剖面，分層(0～10、10～20、20～40 cm)采集土樣，同時(shí)分層采集用于分析有機(jī)碳的土樣，烘干至恒質(zhì)量,過(guò)篩,采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定土壤有機(jī)碳濃度。土壤碳儲(chǔ)量由 Ssco=Σi=1（Ci×pi×Ti）×10-1計(jì)算得出。式中：Ssco為土壤碳儲(chǔ)量；Ci為第i層的有機(jī)質(zhì)含量；Pi為第i層的土壤容重；Ti為第i層的土層厚度。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2007軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，用SPSS18.0軟件進(jìn)行方差分析。

表2 不同森林類型地上生物量比較Table 2 Comparison of aboveground biomass in different forest types

表3 各器官及各層次所占比例Table 3 Proportion of each organ and layer

2 結(jié)果與分析

2.1 不同森林群落地上部分生物量分布

2.1.1 森林群落生物量水平分布特征

由表2、表3可知，在5種森林類型當(dāng)中，喬木層以馬尾松純林的生物量（152.95 t·hm-2）最高，其中干所占比例最大（80.64 %），皮次之（12.66%），葉所占比重最?。?.05%）。其它森林類型喬木層地上生物量大小依次為針闊混交林＞落葉闊葉林＞常綠闊葉林＞杉木純林。杉木純林林下灌木層生物量略大于其它森林類型；5種森林類型的草本層生物量相差較小。針闊混交林各器官所占比例由大到小依次為干（72.18%）＞皮（11.55%）＞枝（10.01%）＞葉（6.26%）；落葉闊葉林為干（51.93%）＞枝（21.45%）＞葉（14.01%）＞皮（12.61%）；常綠闊葉林為干（63.85%）＞枝（19.59%）＞葉（10.11%）＞皮（6.44%）；杉木純林為干（46.45%）＞葉（25.63%）＞枝（22.19%）＞皮（5.75%）。枯落物及地上總生物量均以馬尾松純林最大，針闊混交林次之。

以上分析表明：馬尾松群落較其它森林群落具有更高的生產(chǎn)力和生態(tài)適應(yīng)性，是黔東南地區(qū)主要的生態(tài)公益林和重要用材林。

2.1.2 森林群落生物量垂直分布特征

由表2、表3可以看出，5種森林類型的生物量主要集中于喬木層，并且都占有相當(dāng)大的比重（81.60%～91.70%）。表明在黔東南主要森林類型生態(tài)系統(tǒng)中，喬木層是絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)層。除杉木純林枯落物層生物量略小于草本層外，其它森林類型均是枯落物層生物量大于草本層?？傮w看，喬木層所占比例最大（81.60%～91.70%），枯落層次之（4.69%～16.62%），草本層位居第三（0.82%～5.02%），灌木層最?。?.05%～3.10%）。

2.2 不同森林群落各層次含碳率分析

2.2.1 主要喬木樹種含碳率

由表4可知，黔東南主要喬木樹種各器官含碳率主要集中在34.78%～56.95%之間，同一樹種的不同器官也是存在差異的。杉木干、枝、皮含碳率分別為44.93%、45.58%、45.44%，彼此間差異不顯著，但與葉含碳率（40.75%）差異顯著。同樣，馬尾松干、枝、葉的含碳率分別為49.89%、50.59%、49.46%，彼此間差異不顯著，但與皮（40.72%）差異顯著。白櫟、楓香、光皮樺的干、枝、葉的含碳率在各樹種間均差異顯著；麻櫟、油茶在干、枝、皮間也差異顯著。

表4 不同森林類型主要樹種各器官含碳率Table 4 Carbon rate of each organ in main species in different forest types

各樹種的干、枝、葉含碳率均以馬尾松最高（分別為49.89%、50.59%、49.46%），樹皮含碳率以麻櫟最高(56.95%)。樹干含碳率方面：除杉木與光皮樺，馬尾松與麻櫟、楓香和油茶差異不顯著外，其余兩兩間均差異顯著；各樹種含碳率在枝、葉、皮方面的差異情況見(jiàn)表4。總體看，在黔東南的幾種主要喬木樹種中，馬尾松的固碳能力相對(duì)較強(qiáng)，碳匯貢獻(xiàn)較大。

2.2.2 林下植被及枯落物含碳率

灌木層含碳率在41.32%～54.64%之間，落葉闊葉林的灌木層含碳率最高；林下草本層含碳率在39.61%～50.34%之間，杉木林下草本層含碳率最高；枯落物含碳率范圍在37.00%～69.58%之間，常綠闊葉林枯落物層含碳率最高。

在同種森林類型中，馬尾松純林灌、草、枯層的含碳率在39.62%～42.91%之間，彼此間差異不顯著。其余4種類型，林下灌木及草本層與枯落物層之間含碳率均差異顯著。杉木林下草本層含碳率最高，灌木層次之；針闊混交林下灌木層含碳率最高，枯落物層次之；常綠闊葉林枯落物含碳率最高，灌木層次之；落葉闊葉林灌木層含碳率最高，其次是草本層（見(jiàn)表5）。

表5 林下灌草層及枯落物層含碳率Table 5 Carbon content in shrub and herbage plant and litter layer

2.3 不同森林類型碳儲(chǔ)量分配規(guī)律

從表6可以看出，5種森林類型的喬木層碳儲(chǔ)量在15.23～74.58 t·hm-2之間，而草灌層碳儲(chǔ)量相對(duì)較少（0.011～1.560 t·hm-2），在整個(gè)群落中所占的比例均相對(duì)較小。枯落物層的碳儲(chǔ)量在0.881 7～9.439 7 t·hm-2之間，盡管枯落物層的碳儲(chǔ)量略高于灌草層，但并不是群落碳儲(chǔ)量的主體。由表6可明顯看出：土壤層的碳儲(chǔ)量在各個(gè)森林類型中均占主導(dǎo)地位（杉木95.74%，馬尾松84.95%，針闊混交林85.74%，常綠闊葉林92.46%，落葉闊葉林91.76%），表明土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)最大的有機(jī)碳庫(kù)。

表6 不同森林類型碳儲(chǔ)量分配及其比例Table 6 Carbon storage distribution and percentage in different forest types

喬木層當(dāng)中，馬尾松純林的喬木層碳儲(chǔ)量最高，占到整個(gè)馬尾松森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的13.16%；灌草層碳儲(chǔ)量較小，且相互之間相差不大；枯落物層以馬尾松的碳儲(chǔ)量最大，由于杉木林和落葉闊葉林為當(dāng)?shù)刂饕挠貌牧趾托教苛?，受人為活?dòng)干擾比較嚴(yán)重，因此枯落物層的碳儲(chǔ)量略低于其它幾種森林類型。

2.4 不同森林類型固碳能力的比較

由于試驗(yàn)區(qū)包含了天然次生林及人工次生林，林齡結(jié)構(gòu)不一。因此本研究所涉及的5種森林類型雖都屬于中幼林，但林齡略有不同，僅通過(guò)5種森林群落的碳儲(chǔ)量來(lái)對(duì)比各個(gè)類型固碳能力不夠準(zhǔn)確客觀。文章根據(jù)5種森林群落的平均林齡，換算出黔東南5種主要森林類型在中幼林時(shí)期的年平均固碳量并加以比較（見(jiàn)表7）。

表7 不同森林類型年固碳量Table 7 Annual carbon sequestration capacity in different forest types /(t·hm-2a-1)

由表7可知，各森林類型喬木層在中幼林時(shí)期年平均固碳量遠(yuǎn)大于灌草層，灌木草本層年固碳量較小且相互之間相差不大。不同的森林群落之間以針闊混交林最大（3.732 t·hm-2a-1），馬尾松純林較之略小（3.161 t·hm-2a-1），然后是落葉闊葉林和杉木純林（分別為1.973和1.359 t·hm-2a-1），而常綠闊葉林年固碳量相對(duì)最?。?.115 t·hm-2a-1）。

3 結(jié)論與討論

研究表明：貴州省黔東南地區(qū)主要森林類型碳儲(chǔ)量（包含土壤層）以馬尾松純林（566.794 0 t·hm-2）最大，其次為杉木純林（403.740 3 t·hm-2)，然后是落葉闊葉林(374.073 8 t·hm-2)，而常綠闊葉林與針闊混交林相對(duì)較小，分別為352.358 5、334.324 2 t·hm-2。與肖英等[11]對(duì)湖南 4種森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能研究結(jié)果基本一致。中幼林時(shí)期年平均固碳能力方面排序?yàn)獒橀熁旖涣郑抉R尾松純林＞落葉闊葉林＞杉木純林＞常綠闊葉林。

對(duì)于黔東南主要的幾種森林生態(tài)系統(tǒng)，喬木層固碳能力小于林下土壤，絕大部分碳存在土壤層中，分別占到了各自森林生態(tài)系統(tǒng)的84.95%～95.74%；其次是喬木層，為15.231 7～74.584 1 t·hm-2。若不考慮無(wú)機(jī)碳庫(kù)，即土壤固碳能力，森林生態(tài)系統(tǒng)喬木層和地面枯落物固碳能力較強(qiáng)。黔東南5種森林類型中喬木層碳儲(chǔ)量占整個(gè)森林碳儲(chǔ)量的比例由大到小依次為：馬尾松純林（13.16%）＞針闊混交林（11.68%）＞落葉闊葉林（7.63%）＞常綠闊葉林（5.59%）＞杉木純林（3.77%）。其中馬尾松的碳儲(chǔ)量與陶玉華等[12]在廣西柳州測(cè)定的馬尾松碳儲(chǔ)量比較接近，而王兵等[13]估算我國(guó)1977～2003年4個(gè)時(shí)期杉木林生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)層次的碳儲(chǔ)量，喬木層碳儲(chǔ)量占9.38%～10.63%， 林下植被占0.6%～ 0.7%，土壤占87.99%～89.20%，枯落物占0.68%～ 0.78%。本研究與之相比較，喬木層和枯落物層的比例相對(duì)偏低，而林下植被與土壤層的比例相對(duì)較高。這可能是所調(diào)查的杉木純林的林齡仍處中幼齡階段有關(guān)，此外，立地條件及林分密度也可能會(huì)影響到各部分的碳儲(chǔ)量變化。

地面枯落物層的碳儲(chǔ)量也是森林生態(tài)系統(tǒng)主要的碳庫(kù)之一，在所調(diào)查的森林類型中，以常綠闊葉林的地面枯落物層碳儲(chǔ)量占整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的比例最大，馬尾松純林次之，針闊混交林再次，然后是落葉闊葉林，杉木純林最小。而不同森林類型之間，林下灌木層和林下草本層的碳儲(chǔ)量均比較小，且森林類型間差異不顯著。

Gough[14]曾指出森林土壤中的有機(jī)碳貯藏量是進(jìn)入土壤的植物殘?bào)w經(jīng)轉(zhuǎn)化形成的量與土壤有機(jī)碳在微生物作用下呼吸分解的量相平衡的結(jié)果。凋落物的數(shù)量、理化性質(zhì)和分解方式等方面存在的差異導(dǎo)致了不同森林植被類型中土壤有機(jī)碳的自然積累和保存過(guò)程也有所差異，因而形成了碳庫(kù)的貯量以及特點(diǎn)均有所差異的森林土壤有機(jī)碳貯藏。在黔東南幾種主要森林類型土壤層碳儲(chǔ)量方面，排列順序表現(xiàn)為馬尾松純林＞杉木純林＞落葉闊葉林＞常綠闊葉林＞針葉闊葉林。而且不同森林類型的土壤含碳率隨土層深度的增加呈逐步下降的趨勢(shì)，表現(xiàn)為明顯的表聚性。因?yàn)樯滞寥烙袆e于其它地類條件下的土壤，林下地表的枯枝落葉層以及小型野生動(dòng)物的尸體腐蝕后，有機(jī)質(zhì)率先進(jìn)入林下土壤表層，使林地的表層土壤含碳率高于深層次土壤。

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Study on carbon storage of main forest types in southeast part of Guizhou province

LI Mo-ran, DING Gui-jie
(Institute of Silviculture and Ecology, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China)

The carbon storages of the main forest types in southeast of Guizhou province were investigated based on the biomass data collected from fi eld surveys and the carbon contents of each tree organ with potassium dichromate method. The results show that the carbon storages of main forest types were from 334.32 to 566.79 t·hm-2, and the contents from the maximum to minimum was: Pinus massoniana plantation (566.79 t·hm-2), Cunninghamia lanceolata plantation (403.74 t·hm-2), deciduous broad-leaved forest (374.07 t·hm-2), evergreen broad-leaved forest (352.35 t·hm-2), coniferous and broad-leaved mixed forest (34.32 t·hm-2); in the similar forest ecosystems, the carbon storages in soil layer was the largest, with the value from 286.66 to 481.49 t·hm-2, the next was the canopy, being 15.23 ～ 74.58 t·hm-2, the third was the litter layer, while the shrubs layer and herbaceous layer were the minimum; The carbon storage in arborous layer of P. massoniana plantation was the biggest (74.58 t·hm-2), that in C. lanceolata plantation was the least (15.23 t·hm-2);the carbon storages differences among in layer of litter, shrubs and herbaceous were relatively small and not that far away; the average annual carbon sequestration of young and half-mature forests ranked by magnitude: coniferous and broad-leaved mixed forest ＞P.massoniana plantation＞deciduous broad-leaved forest＞C. lanceolata plantation＞evergreen broad-leaved forest ; the average annual carbon sequestration in different forest types gradually declined with the increment of the soil thickness. The carbon content rates in top soil showed that: P. massoniana plantations＞coniferous and broad-leaved mixed forest＞evergreen broad-leaved forest＞deciduous broad-leaved forest＞C. lanceolata plantations. The soil layer and canopy layer were the largest carbon pool in the whole forest ecosystem in the southeast of Guizhou province.

forest carbon storage; forest type; carbon content rate; southeast of Guizhou

S718.5

A

1673-923X(2013)07-0119-06

2013-01-12

貴州省重大專項(xiàng)（黔科合重大專項(xiàng)字[2012]6011號(hào)）；貴州省人才基地建設(shè)項(xiàng)目（黔人頒發(fā)[2009]9號(hào)）；貴州省林業(yè)重大專項(xiàng)（黔林科合[2010]重大03號(hào)、黔林科合[2011]重大01號(hào)）；貴州省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（黔科合人才團(tuán)隊(duì)2011)及貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金（農(nóng)科2012005）

李默然（1987-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士研究生，主要從事森林生態(tài)研究； E-mail：limoran1987@163.com

丁貴杰（1960-），男，內(nèi)蒙古興安盟人，教授，碩士，主要從事人工林培育及生態(tài)學(xué)研究；E-mail：guijieding@yahoo.com.cn

[本文編校：謝榮秀]