張 濤, 萬福緒, 談?wù)?/p>

(南京林業(yè)大學(xué), 南京 210037)

?

盱眙縣墨西哥柏人工林含碳率與碳儲(chǔ)量研究

張 濤, 萬福緒, 談?wù)?/p>

(南京林業(yè)大學(xué), 南京 210037)

選取盱眙縣墨西哥柏人工林為研究對(duì)象，對(duì)其灌木層、草本層、枯枝落葉層、土壤層進(jìn)行了碳儲(chǔ)量研究。結(jié)果表明：灌木層枝、干、葉、根的含碳率依次48.92%，48.49%，49.74%和48.04%，器官含碳率大小表現(xiàn)為C葉>C枝>C干>C根，草本層是地上部分含碳率大于地下部分含碳率，枯枝落葉層的含碳率表現(xiàn)為C葉>C枝，土壤層的含碳率隨著土壤深度的增加而降低，0—10 cm和10—20 cm土層之間土壤含碳率的差異性顯著。墨西哥柏人工林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)存碳儲(chǔ)量67.31 t/hm2，其中灌木層1.21 t/hm2，占總碳儲(chǔ)量的1.8%；草本層0.08 t/hm2，占總碳儲(chǔ)量的0.12%；枯枝落葉層0.02 t/hm2，占總碳儲(chǔ)量的0.03%；土壤層66 t/hm2，占總碳儲(chǔ)量的98.05%，可見碳儲(chǔ)量主要集中在土壤層中。

墨西哥柏人工林; 含碳率; 碳儲(chǔ)量; 盱眙縣

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳貯存室，儲(chǔ)存了陸地生態(tài)系統(tǒng)76%～98%的有機(jī)碳，其地上部分碳庫和土壤碳庫分別占全球地上部分碳庫和土壤碳庫的80%和70%[1-2]，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量是研究森林生態(tài)系統(tǒng)與大氣間碳交換的基本參數(shù)[1]，也是估算森林生態(tài)系統(tǒng)向大氣吸收和排放含碳?xì)怏w的關(guān)鍵因子，如何準(zhǔn)確地定量研究森林生態(tài)系統(tǒng)在全球CO2收支平衡中的作用是全球碳循環(huán)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一[3]，自從20世紀(jì)50年代國外對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳貯量開始研究以來，很多學(xué)者采用不同方法對(duì)區(qū)域森林植被生物量、含碳率和碳儲(chǔ)量以及土壤碳儲(chǔ)量開展大量研究工作[4-5]，中國學(xué)者在20世紀(jì)90年代初才開始進(jìn)行大規(guī)模的研究，但對(duì)森林群落含碳率和碳儲(chǔ)量的研究還處于起步階段，近年來，國內(nèi)學(xué)者對(duì)甜櫧凋落物[6]、養(yǎng)分循環(huán)[7]、生物量等進(jìn)行了研究，但至今未見有關(guān)盱眙縣墨西哥柏碳儲(chǔ)量方面的研究。鑒于此，本研究以盱眙縣墨西哥柏人工林為對(duì)象，對(duì)其含碳率以及碳儲(chǔ)量進(jìn)行了計(jì)算和分析，為進(jìn)一步研究該生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)及碳匯大小提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為其他樹種碳貯量的研究和林業(yè)碳匯評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立提供科學(xué)依據(jù)。

1　試驗(yàn)地概況

研究區(qū)位于江蘇省盱眙縣月亮山，地處北亞熱帶與暖溫帶過渡區(qū)域，屬季風(fēng)性濕潤氣候。四季分明，季際、年際變異性突出，年平均日照總量2 222.4 h，平均氣14.7℃，無霜期215 d，年平均降水量1 005.4 mm。溫差0.4℃，土壤由火山巖發(fā)育形成，其中黃棕壤面積最大，占36.2%，其次是火山灰土和水稻土以及部分潮土和沙姜土。盱眙全縣現(xiàn)有成片林11 867萬hm2，農(nóng)田林網(wǎng)2 169萬hm2，“四旁”樹木保存1 058萬株，森林覆蓋率18.3%?；盍⒛究傂罘e量90.3萬m3，年生長量16.85萬m3，主要灌木層是墨西哥柏，草本層有里白、狗脊等。墨西哥柏在灌木層中占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

2　研究方法

2.1人工林生物量的調(diào)查

在20 m×20 m的3個(gè)樣地里對(duì)墨西哥柏進(jìn)行每木調(diào)查，測(cè)定樣地內(nèi)所有墨西哥柏的樹高、地徑，并按徑階分組登記，按所測(cè)地徑值，每隔0.3 cm為一個(gè)徑階，每個(gè)徑階平行取3個(gè)樣，共取18株墨西哥柏作為標(biāo)準(zhǔn)木，將其伐倒，分層次分干、葉、枝、根采集標(biāo)準(zhǔn)木作為分析樣品，并用挖掘法測(cè)定根系生物量。

2.2人工林不同層含碳率的測(cè)定

2.2.1植被含碳率的測(cè)定在測(cè)植被的生物量時(shí)，分別抽取不同層次不同器官500 g樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室，烘干測(cè)定后換算成為干重質(zhì)量；再經(jīng)粉碎、過篩后，用全自動(dòng)碳氮分析儀測(cè)定其含碳率。

2.2.2土壤含碳率的測(cè)定在設(shè)置的樣地內(nèi)按“S”形隨機(jī)選取5個(gè)樣點(diǎn)，在每個(gè)取樣點(diǎn)按0—10，10—20，20—30，30—50，50—100 cm分層取樣，土樣在室內(nèi)風(fēng)干后過0.149 mm篩，采用重鉻酸鉀加熱法測(cè)定土壤含碳率；同時(shí)用環(huán)刀取原狀土，帶回室內(nèi)測(cè)定不同層次土壤的容重。

2.3人工林不同層碳儲(chǔ)量的計(jì)算

2.3.1植被層碳儲(chǔ)量的計(jì)算根據(jù)灌木層、草本層和枯枝落葉層各器官的生物量乘各組分的轉(zhuǎn)換系數(shù)，不同組分的轉(zhuǎn)換系數(shù)是所取得樣品的含碳率。

2.3.2土壤層碳儲(chǔ)量的計(jì)算由于本次調(diào)查天然林分布的土層厚度在100 cm左右，因此本研究對(duì)土壤碳貯量的估算限定在土層100 cm的深度范圍，不包括地表枯枝落葉，具體采用下面的公式：

式中：S——土壤表層i深度內(nèi)單位面積土壤碳儲(chǔ)量(t/hm2)；Di——第i土層的容重(t/m3)；Ci——第i土層的含碳率(%)；Ei——第i土層的厚度(m)。

3　結(jié)果與分析

3.1人工林不同層植物含碳率

(1)解析木地徑對(duì)含碳率的影響。分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)解析木地徑對(duì)其含碳率的影響是單一的，因此分別分析解析木地徑大小對(duì)含碳率的影響，由表1可知，解析木地徑對(duì)各個(gè)器官(樹干、樹枝、樹葉和樹根)含碳率沒有顯著影響(p<0.05)，因此可以將6株解析木當(dāng)作一個(gè)整體分析解析木地徑對(duì)各器官含碳率的影響，結(jié)果表明，以簡(jiǎn)單的線性關(guān)系表示樹干、樹枝、樹葉和樹根隨地徑增大時(shí)的變化情況發(fā)現(xiàn)，樹干、樹根、樹葉、樹枝含碳率的變化均在0.45～0.50之間，樹葉的含碳率大于其它器官的含碳率，與地徑的增長成正比關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.695 8，樹根、樹干以及樹枝的含碳率都相對(duì)比較穩(wěn)定，與地徑的增長不成正相關(guān)。

表1　不同徑級(jí)樹木各器官含碳率比較

注：(1) 表中數(shù)據(jù)均為平均值；(2) 同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)，下同。

(2)人工林不同植被層含碳率。由表2可知，墨西哥柏林灌木層不同器官含碳率在48.04%～49.74%，變化幅度不大，排序?yàn)镃葉>C枝>C干>C根，草本層的含碳率在37.63%～38.96%波動(dòng)，地上部分的含碳率大于地下部分，整體明顯低于灌木層的含碳率，不同層次含碳率之間的差異性均達(dá)到顯著水平(p<0.05)，其大小順序?yàn)镃灌>C草?？葜β淙~不同組分的含碳率在46.93%～47.39%，其大小順序?yàn)镃葉>C枝，這表現(xiàn)出和灌木C葉>C枝的相似規(guī)律。

表2　墨西哥柏林植被層含碳率　%

(3) 人工林不同土壤層含碳率。土壤層的含碳率在垂直方向上表現(xiàn)出隨著土壤深度的增加而降低的趨勢(shì)，不同土層含碳率的差異均達(dá)到了顯著水平(p<0.05)，墨西哥柏林10—20，20—30，30—50，50—100 cm這四個(gè)土層的含碳率分別是0—10 cm土層的53.01%，35.51%，19.13%，10.38%，由此可知，土壤表層的含碳率明顯高于其他土層的含碳率。

3.2人工林不同層碳儲(chǔ)量

(1) 植被層碳儲(chǔ)量。灌木層的總碳儲(chǔ)量為1.21 t/hm2，樹枝碳儲(chǔ)量為0.52 t/hm2，占地上碳儲(chǔ)量的46.42%，占總碳儲(chǔ)量的43.26%，地上部分的碳儲(chǔ)量是地下部分的12倍，其次是葉，占總碳儲(chǔ)量的40.73%，然后依次是干和根，說明枝和葉是灌木層碳儲(chǔ)量的主要部分。草本層的碳儲(chǔ)量為0.08 t/hm2，地上部分碳儲(chǔ)量大于地下部分碳儲(chǔ)量，灌木層、草本層和枯枝落葉層的總碳貯量比例順序和生物量表現(xiàn)為相同的規(guī)律，它們之間的差異性達(dá)到了顯著的水平(p<0.05)，可見不同層次的碳儲(chǔ)量對(duì)墨西哥柏人工林總碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)是不同的(表3)。

表3　墨西哥柏林各層次碳儲(chǔ)量

(2) 枯枝落葉層碳儲(chǔ)量。墨西哥柏人工林枯枝落葉層的總碳儲(chǔ)量為0.02 t/hm2，各個(gè)器官碳儲(chǔ)量大小順序?yàn)椋篊葉>C枝>C干>C根，葉和枝是枯枝落葉層的主要部分，說明葉和枝是枯枝落葉層中向土壤歸還有機(jī)質(zhì)的主體。

(3) 土壤層碳儲(chǔ)量。土壤的容重隨著土層深度的增加而增加，而土壤碳儲(chǔ)量表現(xiàn)出與土壤容重相反的規(guī)律，即隨著土壤深度的增加而降低，不同層次土壤碳儲(chǔ)量差異均達(dá)到了顯著水平(p<0.05)(見表3)，土壤的總碳儲(chǔ)量為66 t/hm2，各土層的碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的33%，18.94%，13.20%，14.00%，20.84%。0—50 cm土層的碳儲(chǔ)量是50—100 cm土層的3.79倍，說明土壤的碳儲(chǔ)量主要集中在土壤的表層。

4　結(jié)論與討論

目前，國際植物生物量與碳的轉(zhuǎn)化系數(shù)通常在0.45～0.55 g/g[8]，木麻黃不同器官的碳密度在0.454 2～0.517 8 g/g[9]，杉木的碳密度在0.483 0～0.547 3 g/g[10]，本研究通過實(shí)測(cè)，墨西哥柏不同器官的含碳率在0.45～0.50 g/g；木麻黃不同器官的含碳率大小順序表現(xiàn)為C根>C葉>C枝>C皮[9]，杉木觀光木混合林的含碳率是：樹葉大于樹干，樹干大于樹枝、樹皮和樹根[11]，樟子松的含碳率是樹枝大于樹干、樹皮和樹根[12]，墨西哥柏不同器官的含碳率大小順序與這些林分不同，即C葉>C枝>C干>C根，這可能是種間差異，林齡與氣溫、降水、樹種種類等因素不同造成的。墨西哥柏人工林不同層次含碳率的大小順序?yàn)镃灌木>C草，這主要與生態(tài)系統(tǒng)的群落結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，灌木層位于草本層的上層，在爭(zhēng)奪太陽光照和熱量時(shí)處于絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，能夠吸取足夠的光照，進(jìn)行充分的光合作用，積累較多的有機(jī)質(zhì)。

墨西哥柏人工林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)存碳儲(chǔ)量67.31 t/hm2，其中灌木層1.21 t/hm2，占總碳儲(chǔ)量的1.8%；草本層0.08 t/hm2，占總碳儲(chǔ)量的0.12%；枯枝落葉層0.02 t/hm2，占總碳儲(chǔ)量的0.03%；土壤層66 t/hm2，占總碳儲(chǔ)量的98.05%，不同層次的碳儲(chǔ)量對(duì)墨西哥柏人工林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)存碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)差異是顯著的，大小順序?yàn)椋和寥缹?灌木層>草本層>枯枝落葉層，可見墨西哥柏人工林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)存碳儲(chǔ)量主要集中在土壤層中。

不同層次土壤碳儲(chǔ)量差異均達(dá)到了顯著水平，0—50 cm土層的碳儲(chǔ)量占總土壤碳儲(chǔ)量的79.14%，是50—100 cm土層碳儲(chǔ)量的3.79倍，可見土壤的碳儲(chǔ)量主要集中在土壤的表層，在垂直分布上基本表現(xiàn)為隨著土壤深度的增加而降低，與前人的研究結(jié)果相似[13-14]，墨西哥柏林土壤的碳儲(chǔ)量為66 t/hm2，低于中國森林平均土壤碳儲(chǔ)量(193.55 t/hm2)[15]，遠(yuǎn)低于長白山闊葉紅松林土壤的碳儲(chǔ)量(238.9 t/hm2)[16]，這是由于亞熱帶水熱條件好，枯枝落葉分解速率較快，土壤呼吸速率較。

[1]Dixon R K, Solomon A M, Brown S, et al. Carbon pools and flux of global forest ecosystems[J]. Science, 1994,263(5144):185-190.

[2]Sundquist E T. The Global Carbon Dioxide Budget[J]. Science,1993,259(5097):934-941.

[3]方精云,陳安平.中國森林植被碳庫的動(dòng)態(tài)變化及其意義[J].植物學(xué)報(bào):英文版,2001,43(9):967-973.

[4]Pibumrung P, Gajaseni N, Popan A. Profiles of carbon stocks in forest, reforestation and agricultural land, Northern Thailand[J]. Journal of Forestry Research, 2008,19(1):11-18.

[5]Cheng T R, Feng J Y, Ma Q Y, et al. Carbon pool and allocation of forest vegetation in Xiaolong Mountains, Gansu Province[J]. Acta Ecological Sinica, 2008,28(1):33-34.

[6]林益明,何建源,楊志偉,等.武夷山甜櫧群落凋落物的產(chǎn)量及其動(dòng)態(tài)[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,1999,38(2)：356-361.

[7]陳仁華.武夷山甜櫧林群落養(yǎng)分循環(huán)的研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,27(2):195-198.

[8]方晰,田大倫,項(xiàng)文化,等.不同密度濕地松人工林中碳的積累與分配[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào),2003,20(4):374-379.

[9]葉功富,郭瑞紅,盧昌義,等.不同生長發(fā)育階段木麻黃林生態(tài)系統(tǒng)的碳貯量[J].海峽科學(xué),2008,10(2)：3-7.

[10]楊智杰.杉木,木荷人工林碳吸存與碳平衡研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué),2007.

[11]楊玉盛.杉木觀光木混交林凋落物和細(xì)根對(duì)地力作用研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25(5)：10-14.

[12]袁立敏,閆德仁,王熠青,等.沙地樟子松人工林碳儲(chǔ)量研究[J].內(nèi)蒙古林業(yè)科技,2011,37(1):9-13.

[13]Detwiler R P. Land use change and the global carbon cycle: the role of tropical soils [J].Biogeochemistry, 1986,2(1):67-93.

[14]葉功富.海岸帶木麻黃人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳吸存與碳平衡態(tài)[D].福建廈門:廈門大學(xué),2008.

[15]周玉榮,于振良,趙士洞.我國主要森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和碳平衡[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2000,24(5):518-522.

[16]楊麗韞,羅天祥,吳松濤.長白山原始闊葉紅松林不同演替階段地下生物量與碳、氮貯量的比較[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16(7):1195-1199.

Carbon Content and Storage of Mexican Cypress Plantation Forest in the Xuyi County

ZHANG Tao1, WAN Fuxu, TAN Zhengxin2

(Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

TheMexicancypressplantation forest was taken as a case. The carbon storage of shub layer, herbaceous layer and soil layer were investigated. the results showed that the branch, stem, leaf and root of shrub layer carbon contents is 48.92%, 48.49%, 49.74% and 48.04%,respectively, and the carbon contents of organs of shrub layer decreased in the order:wasCleaf>Cbranch>Cstem>Croot, for herbaceous layer the order wasCabove>Cbelow, and for litter fall layer the order wasCleaf>Cbranch. In the soil layer, the carbon content decreased with the increase of depth, with the most significant difference of carbon contents between the depth of 0—10 cm and the depth of 10-20 cm. Total existing carbon storage ofMexicancypressplantation forest ecosystem reached to 67.31 t/hm2, including the shrub layer 1.21 t/hm2, accounting for 1.8% of the total carbon; 0.08 t/hm2in herbaceous layer, accounting for 0.12% of total carbon, 0.02 t/hm2in litter layer, accounting for 0.03% of the total carbon and 66 t/hm2in soil layers, accounting for 98.05% of total carbon, so carbon mainly concentrated in the soil layer.

Mexicancypressplantation; carbon fraction; carbon storage; Xuyi County

2014-09-09

2014-10-08

江蘇省林業(yè)三新工程(LYSX[2012]10)

張濤(1988—),男,甘肅定西人,碩士生,研究方向?yàn)榱謽I(yè)生態(tài)工程。E-mail:576012653@qq.com

萬福緒(1952—),男,江蘇贛榆人,教授,研究方向?yàn)榱謽I(yè)生態(tài)工程、城市林業(yè)。E-mail:fxwan@njfu.edu.cn

S718.5; X171.1

A

1005-3409(2015)04-0228-04