卷莢相思人工林碳庫及其分配特征

劉紅英 ，韋 錄 ，何 斌 ，劉 莉 ，覃祚玉 ，盧萬鵬，廖倩苑

(1 廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西 南寧 530004;2 廣西崇左市鳳凰山林場，廣西 扶綏 532114)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，儲存了陸地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳中地上部分的80% 和地下部分的40%［1］.因此，研究森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對于了解全球碳平衡和人類活動對全球氣候變化的影響均具有重要意義［2-6］.

卷莢相思Acacia cincinnata 是含羞草科植物，原產(chǎn)澳大利亞昆士蘭東部高地，具有速生、耐貧瘠、適應(yīng)強(qiáng)、材質(zhì)優(yōu)和用途廣等特性，是優(yōu)質(zhì)的建筑、家具用材及優(yōu)良的觀賞綠化樹種.目前，國內(nèi)在卷莢相思引種、育苗、生長特性、根瘤菌特性以及養(yǎng)分循環(huán)等方面已有研究報道［7-9］.本文通過對8年生卷莢相思人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳庫及其分布特征的研究，為正確評價卷莢相思人工林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1 試驗(yàn)地與林分概況

試驗(yàn)地位于廣西南寧市北郊，試驗(yàn)地自然概況及卷莢相思林分概況參見文獻(xiàn)［10］.

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地的設(shè)置與喬木層生物量的測定

在立地條件相似、長勢良好的8年生卷莢相思人工林分別設(shè)置3 個20 m× 20 m 的標(biāo)準(zhǔn)地，測定標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)樹木的樹高和胸徑.根據(jù)林木的徑級分布，按2 cm 為一徑級，選取5 株平均木，按文獻(xiàn)［10］方法測定喬木層生物量.

2.2 林下植被及凋落物層生物量調(diào)查

林下植被各層次生物量及年凋落物歸還量測定參見文獻(xiàn)［10］.

2.3 樣品的采集及碳素含量的測定

采集喬木層不同組分、草本層、灌木層和凋落物層樣品，經(jīng)烘干、粉碎、過篩后裝瓶待測.同時在各標(biāo)準(zhǔn)地中分別設(shè)置3 個代表性采樣點(diǎn)，按0～20、20～40、40～60 和60～80 cm 分層采集土壤樣品，把相同標(biāo)準(zhǔn)地同一層次土壤按質(zhì)量等比例混合，于室內(nèi)自然風(fēng)干，粉碎過篩裝瓶待測.同時，用環(huán)刀(100 cm3)采集原狀土，環(huán)刀法測定土壤容重.

植物、土壤樣品中碳素含量均采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定［11］，其中植物各組分樣本數(shù)均為5 個，土壤各土層樣本數(shù)均為3 個.

2.4 生態(tài)系統(tǒng)碳庫和喬木層年碳積累量的估算

卷莢相思不同器官、草本層、灌木層和凋落物層生物量與其碳素含量的乘積為其相應(yīng)的碳貯量，土壤碳貯量則是土壤有機(jī)碳含量、土壤容重、采樣深度和面積的乘積，喬木層、灌木層、草本層、凋落物層和土壤層碳貯量之和為生態(tài)系統(tǒng)的碳貯量.林分碳素年凈固定量為喬木層各器官年平均凈生產(chǎn)力、年凋落物量及其相應(yīng)的碳素含量計算而得［12］.

3 結(jié)果與分析

3.1 卷莢相思人工林生態(tài)系統(tǒng)各組分碳素含量

由表1 可以看出，卷莢相思不同器官碳素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為465.8～508.2 g·kg-1，林木平均碳素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為486.1 g·kg-1，各器官碳素含量從高到低次序大致為干材、樹葉、樹枝、樹根、樹皮.該生態(tài)系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量為:喬木層＞凋落物層＞灌木層＞草本層.土壤有機(jī)碳含量則呈現(xiàn)隨土壤深度增加而減少的趨勢，其中0～20 cm 土層有機(jī)碳含量分別為20～40、40～60 和60～80 cm 土層的1.94、2.90 和3.49 倍.

表1 不同組分碳素含量Tab.1 Carbon content in different components

3.2 卷莢相思人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫及其分配

從表2可以看出，卷莢相思人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳庫為126.07 t·hm-2，其中喬木層碳庫為28.76 t·hm-2，占生態(tài)系統(tǒng)碳庫的22.81%;灌木和草本層碳庫為6.6 t·hm-2，占5.24%;現(xiàn)存凋落物層為1.69 t·hm-2，占1.34%;林地土壤層(0～80 cm)碳庫為89.02 t·hm-2，占70.61%.

表2 生態(tài)系統(tǒng)碳庫及其分配Tab.2 Carbon storage and spatial distributions in ecosystem

3.3 卷莢相思人工林碳素年凈固定量的初步估算

從表3 可以看出，卷莢相思人工林年凈生產(chǎn)力(包括凋落物)為10.15 t·hm-2·a-1，碳素年凈固定量為5.64 t·hm-2·a-1，不同組分的碳素年凈固定量以年凋落物為最大，為2.04 t·hm-2·a-1，占總量的36.2%，其次是干材，為1.90 t·hm-2·a-1，占33.69%，然后是樹枝、樹根和樹皮，最小是樹葉，僅占4.60%.

表3 碳素年凈固定量Tab.3 Annual net carbon sequestration

4 討論與結(jié)論

8年生卷莢相思人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫為126.07 t·hm-2，其中喬木層為28.76 t·hm-2，明顯高于廣西南丹8年生和14年生杉木Cunninghamia lanceolata 二代林(17.09 和27.23 t·hm-2)［12］，略低于湖南會同11年生杉木人工林碳庫(35.88 t·hm-2)［13］，占生態(tài)系統(tǒng)碳庫總量的22.8%.灌木層和草本層的碳庫為6.6 t·hm-2，占5.2%;凋落物層為1.69 t·hm-2，占1.30%.受研究區(qū)所處區(qū)域和原杉木林(前茬林分)的影響，卷莢相思人工林土壤碳庫為89.02 t·hm-2，略低于我國熱帶林土壤碳貯量(116.49 t·hm-2)［5］，遠(yuǎn)低于我國森林土壤平均碳貯量(193.55 t·hm-2)和世界土壤平均碳貯量(189.00 t·hm-2)［5］.

據(jù)報道，廣西南丹8、11 和14年生杉木二代林年凈碳固定量分別為2.62、3.04 和3.74 t·hm-2·a-1［12］，福建中亞熱帶7年生杉木林和湖南會同11年生杉木林年凈碳固定量分別為3.70 和3.49 t·hm-2·a-1［13-14］，而本研究中8年生卷莢相思人工林碳素年固定量為5.64 t·hm-2·a-1.可見，卷莢相思是碳吸存能力較強(qiáng)的熱帶樹種，由于具有速生、耐貧瘠、適應(yīng)性強(qiáng)、材質(zhì)優(yōu)和用途廣等特性，同時兼具培肥土壤作用，因此，合理經(jīng)營和發(fā)展卷莢相思人工林，豐富熱帶地區(qū)的造林樹種，增強(qiáng)人工林的碳匯功能，對維護(hù)生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)大氣CO2，以及改善土壤結(jié)構(gòu)，恢復(fù)、提高土壤肥力和水源涵養(yǎng)功能都有比較重要的作用.

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