鄱陽湖沙化土地濕地松人工林碳蓄積量研究

曹昀，楊杰，朱悅，王秀文1.江西師范大學(xué)，鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 3300；.江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 3300

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鄱陽湖沙化土地濕地松人工林碳蓄積量研究

曹昀1,2*，楊杰2，朱悅2，王秀文2
1.江西師范大學(xué)，鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022；2.江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330022

摘要：2008─2010年在鄱陽湖建立了110 hm2鄱陽湖沙化土地生態(tài)恢復(fù)示范區(qū)，采用野外調(diào)查和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，測(cè)定了多寶鄉(xiāng)沙山生態(tài)恢復(fù)示范區(qū)內(nèi)不同沙化程度（重度、中度、輕度）濕地松（Pinus elliottii）人工林碳含量和碳蓄積量，分析碳蓄積量的空間分布及原因。結(jié)果表明：隨著沙化程度的加大，林分密度減小，碳蓄積量也減小，表現(xiàn)為輕度沙化區(qū)＞中度沙化區(qū)＞重度沙化區(qū)，其中，（1）喬木層重度、中度和輕度沙化區(qū)地上部分碳蓄積量分別為：1.88、3.45、19.22 t·hm-2，碳蓄積量在各器官中的分布呈樹干＞樹枝＞樹葉；（2）土壤層重度、中度和輕度沙化區(qū)碳蓄積量分別為0.59、0.9、1.3 t·hm-2，碳蓄積量主要集中在表層0～10 cm土層中，隨土層深度的加深，土壤碳含量和土壤碳密度呈不斷遞減趨勢(shì)，但輕度沙化區(qū)，卻呈現(xiàn)表層土壤＞深層土壤＞中層土壤的趨勢(shì)；（3）凋落物層重度、中度和輕度沙化區(qū)碳蓄積量分別為0.12、0.59、1.22 t·hm-2；（4）林下植被層碳含量明顯低于喬木層，范圍在365.8～475.9 mg·g-1之間，不同沙化程度（以單葉蔓荊為例，重度、中度、輕度沙化區(qū)碳含量依次為446.3、441.1、469.8 mg·g-1）和不同物種之間差異不大（重度沙化區(qū)單葉蔓荊和狗牙根碳含量依次為446.3、416.5 mg·g-1）?？梢娚鷳B(tài)條件較好的輕度沙化區(qū)植被更容易恢復(fù)成功，生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力更強(qiáng)、效益更好。高密度的單一植物群落抑制林下植被的存活與擴(kuò)展，因此沙化土地生態(tài)治理應(yīng)該由易（輕度沙化區(qū)）到難（重度沙化區(qū)）依次進(jìn)行，同時(shí)在先鋒物種濕地松定居后要適時(shí)引入其他草本或闊葉植物物種，完善植物群落結(jié)構(gòu)，增加沙化土地恢復(fù)區(qū)人工林的碳蓄積量。關(guān)鍵詞：鄱陽湖；沙化土地；濕地松；植被恢復(fù)；碳蓄積

CAO Yun,YANG Jie,ZHU Yue,WANG Xiuwen.Study on Carbon Storage of Pinus elliottii Artificially Forests in Sandy Desertification of Poyang Lake [J].Ecology and Environmental Sciences,2016,25(1):15-21.

鄱陽湖是我國第一大淡水湖，位于江西省北部，承納江西省境內(nèi)五大河流（贛江、撫河、信江、饒河和修水）的來水來沙，湖區(qū)面積19880 km2，占江西省面積的11.85%（陳文波等，2007）。鄱陽湖區(qū)生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展對(duì)于江西乃至全國具有十分重要的意義。但近年來由于人為破壞導(dǎo)致湖區(qū)沙源增多，且該區(qū)域“風(fēng)季”與“旱季”的發(fā)生時(shí)間基本同步（丁明軍等，2010），致使鄱陽湖風(fēng)化流沙以3～5 m·a-1的速度向群眾居住地和生產(chǎn)區(qū)推進(jìn)，沙丘活化日益明顯，流動(dòng)沙丘面積逐年擴(kuò)大。據(jù)遙感調(diào)查，鄱陽湖區(qū)現(xiàn)有沙化土地面積3.89×104hm2，其中固定沙丘0.67×104hm2，半固定沙丘1.36×104hm2，流動(dòng)沙丘0.85×104hm2，沙改田1.0×104hm2（黃國勤等，2005）。湖區(qū)沙化土地主要集中在星子縣、永修縣松門山、湖口縣老召山、南昌縣崗上、都昌縣多寶、彭澤縣紅光以及新建縣厚田附近的贛江西側(cè)等地（張聃等，2010）。大面積分布的沙化土地已對(duì)湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的健康和湖區(qū)居民生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重影響。由此可見，在湖區(qū)沙化土地面積不斷擴(kuò)大的形勢(shì)下，進(jìn)行沙地恢復(fù)已刻不容緩。在此背景下選擇在沙化面積最大、最典型的都昌縣多寶鄉(xiāng)建立鄱陽湖沙化土地生態(tài)恢復(fù)示范區(qū)，對(duì)鄱陽湖區(qū)沙化治理及生態(tài)保護(hù)具有重要的意義。

濕地松（Pinus elliottii）為松科松屬喬木，是喜光樹種，極不耐蔭，在干旱貧瘠地帶也能旺盛生長，可作荒山綠化或植被恢復(fù)的先鋒樹種（張?zhí)降龋?999）?；跐竦厮缮L速度快、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，2008─2010年在鄱陽湖沙山引進(jìn)優(yōu)質(zhì)濕地松苗栽種，建設(shè)濕地松人工林93.3 hm2；通過造林增加植被碳儲(chǔ)量，提高碳匯功能（Farley，2007；Richter et al.，1999）。目前，關(guān)于鄱陽湖沙化區(qū)濕地松的研究主要從生態(tài)學(xué)特征（何興東，1993；黃齊等，2010）、幼苗抗旱性（喻進(jìn)賢，2001；張聃等，2011）以及濕地松生態(tài)恢復(fù)（胡啟武等，2012；莫明浩等，2012；張聃，2011）幾個(gè)方面進(jìn)行，關(guān)于鄱陽湖沙化地區(qū)濕地松林碳蓄積量的空間分布及原因分析較少。本文通過對(duì)鄱陽湖沙化土地生態(tài)恢復(fù)示范區(qū)內(nèi)濕地松人工林碳素含量、碳貯量及其空間分布研究，旨在了解沙化土地植被恢復(fù)治理過程中森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)特征，揭示沙化土地治理過程中的生態(tài)環(huán)境效益，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)亞熱帶沙化土地治理的生態(tài)效益提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)于江西省多寶鄉(xiāng)沙山（29°21′22″～29°27′18″N，116°3′～116°7′42″E），位于鄱陽湖畔，年平均氣溫17.5 ℃，地表平均溫度21.3 ℃，年降水量1310 mm，年蒸發(fā)量1880 mm，最高氣溫42 ℃，地表最高溫度69.5 ℃。該地區(qū)風(fēng)大沙多，風(fēng)能資源豐富，年均風(fēng)速為1.0～3.8 m·s-1，最大風(fēng)力達(dá)25 m·s-1（胡勝華等，2006）。試驗(yàn)區(qū)土壤養(yǎng)分匱乏，除全鉀（2.03%±0.28%）含量較高外，有機(jī)質(zhì)（0.99%±0.42%）、全氮（0.036%±0.022%）、全磷（0.018%±0.007%）含量均處于十分貧瘠的水平（胡啟武等，2012）。沙山本地優(yōu)勢(shì)植物主要有狗牙根（Cynodon dactylon）、單葉蔓荊（Vitex trifolia Linn）、美麗胡枝子（Lespedeza formosa）等（胡啟武等，2014）。試驗(yàn)區(qū)目前已有人工栽種成林的各類植物面積110 hm2，其中濕地松人工林93.3 hm2。主要濕地松人工林狀況見表1。

表1　鄱陽湖沙山濕地松人工林基本生長狀況Table 1　the basic growth status of Pinus elliottii artificially forests in sandy hills area of Poyang Lake

2　研究方法

2.1生物量的測(cè)定

根據(jù)鄱陽湖沙山植被恢復(fù)情況，在不同沙化程度的林地上設(shè)立濕地松樣方，樣方大小為20 m×20 m，每種沙化類型樣方設(shè)置兩個(gè)重復(fù)。對(duì)樣方內(nèi)濕地松進(jìn)行每木檢尺，為了保護(hù)沙山濕地松人工林，避免砍伐，本研究中對(duì)濕地松地上生物量（干重）及其分配的估算參考2007年馬澤清等（2007）對(duì)江西千煙洲濕地松人工林研究結(jié)果，并與沙山濕地松樣地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合分析，參考公式如表2。

2.2樣品采集和處理

2.2.1樣品采集

2009年至今，不定期對(duì)沙山不同沙化程度濕地松根、枝、葉、凋落物和林下土壤進(jìn)行樣品采樣。采用S形布點(diǎn)法，每個(gè)樣地布設(shè)5個(gè)取樣點(diǎn)，并結(jié)合多點(diǎn)混合采樣法，隨機(jī)采集5株無病蟲害濕地松作為一個(gè)重復(fù)，每種沙化類型采取3個(gè)重復(fù)，植物樣共計(jì)45個(gè)；在植物樣品采集的同時(shí)，挖取濕地松林下土壤，利用隨機(jī)多點(diǎn)同層混合法進(jìn)行采樣，每種沙化類型3次重復(fù)，土壤剖面深度為0～10、10～30及30～50 cm，土壤樣品共計(jì)27個(gè)；每個(gè)土層剖面用容積為100 cm3的環(huán)刀采土壤樣，測(cè)其土壤容重。

表2　濕地松地上生物量在各器官分配模型Table 2　Slash Pine aboveground biomass in each organ allocation model

2.2.2樣品處理

植物樣品經(jīng)70 ℃高溫烘干（48 h）至恒重后，用植物粉碎機(jī)分類磨碎，依據(jù)四分法每類樣品取其中一部分進(jìn)行有機(jī)碳含量的測(cè)定，測(cè)定方法采用重鉻酸鉀氧化外加熱法。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后過2 mm篩，對(duì)過篩后土樣進(jìn)行研磨后，再過0.25 mm篩放入自封袋中利用上述方法測(cè)土壤有機(jī)碳含量，測(cè)定結(jié)果均以單位質(zhì)量的養(yǎng)分含量表示（mg·g-1）。

2.3碳含量的測(cè)定和碳蓄積量的估算

森林生態(tài)系統(tǒng)的碳收入包括以下兩個(gè)方面：（1）生物量（包括枝、葉、根為主的活生物量以及地表凋落物累積的死亡生物量）；（2）土壤有機(jī)碳，其蓄積量有時(shí)甚至高出生物量的碳數(shù)倍（William，1990）。樣品中碳含量采用國際標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀氧化外加熱法測(cè)定；林分碳蓄積量以單位面積林分生物量乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)而求得（方晰等，2003），不同組分的轉(zhuǎn)換系數(shù)是生物量樣品中的有機(jī)碳含量值（李倩等，2011）。

土壤有機(jī)碳含量的評(píng)價(jià)指標(biāo)為土壤有機(jī)碳蓄積量和土壤有機(jī)碳密度，土壤有機(jī)碳密度指單位面積（1 m2）土壤里的碳蓄積量（劉光崧等，1996），不同類型土壤有機(jī)碳蓄積量等于該類型土壤的有機(jī)碳密度與其面積的乘積（解憲麗等，2004）。某一土層i的有機(jī)碳密度SOC（kg·m-2）的計(jì)算公式（Schwartz et al.，2002；Batjes，1996；Post et al.，1982）如下：

Ci：土壤有機(jī)碳含量（%）；Di：土壤容重（g·cm-3）；Ei：土層厚度（cm）；Gi：大于2 mm的礫石所占體積百分比（%）。

2.4數(shù)據(jù)處理

所有樣地?cái)?shù)據(jù)均使用Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)林齡與地上生物量、地表凋落物量和濕地松林碳蓄積量之間進(jìn)行相關(guān)性分析，及土壤碳蓄積量、土壤碳密度與濕地松林下凋落物間的顯著性分析。

3　結(jié)果與分析

3.1濕地松各器官含碳率、碳蓄積量及空間分配

3.1.1濕地松各器官含碳率

統(tǒng)計(jì)3種不同沙化程度區(qū)域中的濕地松人工幼林各部分的含碳率，由表3可見，在不同的沙化程度下，濕地松各器官差異并不十分顯著，整體上地上部分的含碳率高于地下部分，除重度沙化區(qū)濕地松樹根含碳率較低（23.7%）之外，濕地松各器官含碳率變化范圍集中在45%～50%，處在正常碳率范圍內(nèi)。其中，樹干、樹枝、樹葉碳素含量較高，樹根的含碳素含量較低。

表3　鄱陽湖沙山濕地松人工林各部分含碳率比較Table 3　Comparison of the various parts of CCR of Pinus elliottii artificially forests in sandy hills area of Poyang Lake

3.1.2濕地松各器官碳蓄積量及空間分配

濕地松地上生物量與碳蓄積量皆成正比關(guān)系，在林齡相同的基本條件下，不同沙化程度區(qū)域地上部分碳蓄積量存在差異，按量排序?yàn)檩p度沙化＞中度沙化＞重度沙化，且組間差異極顯著（P＜0.01），輕度沙化區(qū)地上部分碳蓄積量達(dá)19.22 t·hm-2，遠(yuǎn)大于其余兩類沙化區(qū)；且生物量和碳蓄積量均主要集中在樹干部分，而樹葉分布量最少；濕地松碳蓄積量在各器官中的分布大致呈樹干＞樹枝＞樹葉；在鄱陽湖沙化土地，隨著沙化程度由重到輕，濕地松人工林碳蓄積能力依次增強(qiáng)（圖1）。

圖1　不同沙化區(qū)地上部分碳蓄積量與生物量Fig.1　The amount of Aboveground Carbon storage and biomass in differen areas of desertificatio

3.2土壤碳含量與碳蓄積量

3.2.1土壤碳含量

從整體趨勢(shì)上看，鄱陽湖沙山各沙化類型內(nèi)土壤含碳率較高的區(qū)域集中在土壤表層（0～10 cm），這與濕地松林凋落物對(duì)土壤碳量的影響存在密切聯(lián)系。3種沙化類型中，土壤含碳率最大值出現(xiàn)在輕度沙化區(qū)表層土，為0.47%，高于同一深度中度沙化區(qū)（0.37%）與重度沙化區(qū)（0.26%）；而中、深層土壤含碳率差異并不明顯，這與不同沙化類型區(qū)濕地松凋落物的量有關(guān)。除輕度沙化區(qū)深層土壤（30～50 cm）含碳率較高外，中度和重度沙化區(qū)，隨著土壤深度的加大，土壤含碳率呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)（表4）。

表4　鄱陽湖沙山濕地松人工林土壤含碳率Table 4　The Soil CCR of Pinus elliottii artificially forests in sandy hills area of Poyang Lake

土壤碳含量是森林生態(tài)系統(tǒng)碳含量的重要組成部分，無濕地松種植的土壤碳含量（4.4 mg·g-1）要明顯低于有濕地松人工林種植的區(qū)域，隨著沙化程度由重變輕，土壤碳含量呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，其中重度沙化區(qū)土壤碳含量（5.3 mg·g-1）低于中度沙化區(qū)（5.8 mg·g-1）和輕度沙化區(qū)（8.2 mg·g-1）。在鄱陽湖沙山濕地松人工林恢復(fù)過程中，土壤碳含量的高低與沙化程度的強(qiáng)弱關(guān)系密切，輕度沙化區(qū)濕地松林恢復(fù)較好、生長較快，養(yǎng)分歸還土壤也多，土壤碳含量就相對(duì)較高；反之，重度沙化區(qū)土壤碳含量就相對(duì)較?。▓D2）。

3.2.2土壤碳蓄積量及碳密度

在0～50 cm的土層內(nèi)，重度、中度、輕度沙化區(qū)土壤碳蓄積量分別為0.59、0.9、1.3 t·hm-2。土壤碳蓄積量主要集中在表層土壤（0～10 cm）內(nèi)，隨著土層深度由淺變深，中度和重度沙化區(qū)土壤碳蓄積量的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)由高到低，但在輕度沙化區(qū)內(nèi)，深層土壤（30～50 cm）碳蓄積量達(dá)0.44 t·hm-2，高于同區(qū)10～30 cm深土壤碳蓄積量（圖3）。

圖2　濕地松人工林土壤碳含量Fig.2　The soil carbon storage of slash pine plantation

圖3　不同沙化區(qū)土壤碳蓄積量Fig.3　The soil carbon storage of slash pine plantation

不同沙化區(qū)的土壤碳密度，也存在一定的規(guī)律性，在重度和中度沙化區(qū)，隨著土層深度的增加，土壤碳密度不斷增加，而輕度沙化區(qū)，表層土壤和深層土壤的土壤碳密度要大于中層土壤；另外，從土層深度變化來看，表層和深層土壤碳密度呈現(xiàn)輕度沙化＞中度沙化＞重度沙化，而10～30 cm土層碳密度在3個(gè)沙化區(qū)中差異較不明顯，且最大值出現(xiàn)在中度沙化區(qū)，土壤碳密度為0.004 kg·m-2（圖4）。

圖4　土壤碳密度差異Fig.4　The soil density difference

土壤有機(jī)碳、土壤碳蓄積量、土壤碳密度與濕地松林下凋落物之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性（表5），林下凋落物量與土壤碳含量在P＜0.05水平上呈顯著相關(guān)，其余各組在P＜0.01的水平上存在極顯著相關(guān)，說明林下凋落物量與土壤碳蓄積量密切相關(guān)，是影響濕地松林下土壤碳蓄積量的重要因素。

表5　濕地松林下凋落物與土壤各因子之間相關(guān)性分析Table 5　Correlation between litter of Pinus elliottii artificially forests andeach factors under soil

3.3凋落物層碳含量

凋落物維持土壤養(yǎng)分庫，是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，影響初級(jí)生產(chǎn)力，是調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)與養(yǎng)分循環(huán)的關(guān)鍵，能提高土壤有效養(yǎng)分供應(yīng)能力，使碳從生物庫向土壤庫轉(zhuǎn)移（Janzen，2004；Waring et al.，1985）。據(jù)2014年1月和12月的數(shù)據(jù)顯示，鄱陽湖沙化土地不同沙化區(qū)單株凋落物量差異較大，其變化趨勢(shì)與沙化程度關(guān)系密切，隨沙化程度的減緩，濕地松林單株凋落物量不斷增加；其中輕度沙化區(qū)濕地松林，單株凋落物年內(nèi)增加量最大，平均值為228 g·株-1，而重度沙化區(qū)濕地松林單株凋落物量年內(nèi)增加量最小，平均增加量僅為10.1 g·株-1（圖5），3種沙化區(qū)內(nèi)的凋落物量在P＜0.05水平上存在顯著性差異（表6）。這與輕度沙化區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)較好有關(guān)，該區(qū)濕地松人工林生長速度快，枝繁葉茂，因此凋落物量多于其他區(qū)域。

由于沙化區(qū)內(nèi)生物多樣性差，生態(tài)系統(tǒng)物種相對(duì)單一，導(dǎo)致示范區(qū)內(nèi)林下凋落物主要以濕地松凋落的松針為主。重度、中度、輕度沙化區(qū)內(nèi)濕地松林下凋落物生物量分別為0.24、1.22、2.52 t·hm-2；且凋落物的含碳率差別不大，分別為49.63%、48.89%、48.48%。林下凋落物量對(duì)表層土壤（0～10 cm）碳蓄積量會(huì)產(chǎn)生一定影響，二者存在非顯著性相關(guān)（R=0.994137，P=0.059422）；凋落物量與表層土壤碳蓄積量的變化趨勢(shì)相同，均由重度沙化區(qū)向輕度沙化區(qū)不斷遞增（圖6）。

圖5　濕地松年內(nèi)凋落物變化量Fig.5　The amount of Litter of Slash Pine change during the year

表6　凋落物在不同沙化區(qū)的顯著性分析Table 6　The significance analysis of litter in different areas of desertification

圖6　表層土壤碳蓄積量與凋落物量Fig .6　Surface Soil carbon accumulation and litter

3.4林下植被層碳含量

林下植被層是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是群落碳蓄積量不可或缺的影響因素。鄱陽湖沙化土地因環(huán)境惡劣，水肥條件欠缺，導(dǎo)致濕地松人工林林下物種相對(duì)匱乏，主要分草本和灌木兩類，且以草本居多。從分布上看，原生植被單葉蔓荊在各沙化區(qū)均有分布，狗牙根和夾竹桃選擇性分布，其中狗牙根分布在重度、中度沙化區(qū)，夾竹桃僅分布在中度沙化區(qū)。林下植被層碳含量測(cè)定分別取兩類中的優(yōu)勢(shì)物種（單葉蔓荊、夾竹桃、狗牙根）進(jìn)行碳蓄積量比較，3種沙化區(qū)林下植被層碳蓄積量排序?yàn)椋褐卸壬郴瘏^(qū)＞重度沙化區(qū)＞輕度沙化區(qū)（表7）。

表7　林下植被層碳含量比較Table 7　Carbon storage of undergrowth in three different densities slash pine

4　討論

4.1鄱陽湖沙山濕地松地上部分碳蓄積量

人工林對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能起著重要作用，且隨碳蓄積量的增長，森林碳匯功能得到增強(qiáng)（吳明，2009）。本研究區(qū)域內(nèi)濕地松人工林地上部分碳蓄積量與沙化程度密切相關(guān)，碳蓄積量最大的是輕度沙化區(qū)（19.22 t·hm-2），最小的是重度沙化區(qū)（1.88 t·hm-2）；各器官的含碳量大致在50%左右，其中排序依次為樹葉＞樹枝＞樹干＞樹根；以輕度沙化區(qū)濕地松林為例，各器官含碳量樹葉為51.21%、樹枝為51.05%、樹干為47.26%、樹根41.69%。本研究結(jié)果與馬澤清等（2007）的研究結(jié)果基本一致。

森林凋落物在維持土壤養(yǎng)分庫、影響初級(jí)生產(chǎn)力、調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)與養(yǎng)分循環(huán)等方面發(fā)揮著重要作用（Waring et al.，1985）。研究區(qū)樣地中凋落物量由重度沙化區(qū)向輕度沙化區(qū)遞增；重度、中度、輕度沙化區(qū)內(nèi)濕地松林下凋落物生物量分別為0.24、1.22、2.52 t·hm-2。造成差異的主要原因是生態(tài)恢復(fù)較好的輕度沙化區(qū)域濕地松生長良好，林下凋落物（主要是濕地松針葉）量也最多。鄒碧等（2006）研究表明鶴山丘陵濕地松人工林地表凋落物碳蓄積量為13.81 t·hm-2，明顯高于本研究結(jié)果，原因可能是由于鶴山丘陵地區(qū)土壤基質(zhì)為砂頁巖富鐵土、壤質(zhì)土，且該區(qū)濕地松林處于生長的壯年期，生長較穩(wěn)定；而本研究區(qū)沙化土地土壤貧瘠（胡啟武等，2012），水分養(yǎng)分缺乏，且風(fēng)力侵蝕嚴(yán)重（丁明軍等，2010）；加之處于植被恢復(fù)前期階段，凋落物量明顯低于鶴山丘陵地區(qū)的濕地松人工林。

林下植被層是群落碳蓄積量的重要組成部分，從分布上看，原生植被單葉蔓荊抗逆性強(qiáng)、種群優(yōu)勢(shì)明顯，在3種沙化區(qū)均有分布，狗牙根分布在重度、中度沙化區(qū)，夾竹桃僅分布在中度沙化區(qū)。中度沙化區(qū)林下植被層物種最豐富，輕度沙化區(qū)林下植被層物種最貧乏，僅有單葉蔓荊分布；林下植被層碳含量明顯低于喬木層，范圍在365.8～475.9 mg·g-1之間，不同沙化程度（以單葉蔓荊為例重度、中度、輕度碳含量依次為446.3、441.1、469.8 mg·g-1）和不同物種之間差異不大（重度沙化區(qū)單葉蔓荊和狗牙根碳含量依次為446.3、416.5 mg·g-1）。有研究認(rèn)為植物多樣性越豐富的生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積量越大，反之，則固碳能力降低（Pete et al.，2001）。此觀點(diǎn)與本研究結(jié)果相左，在本研究中碳蓄積量最大的區(qū)域是林下植被最貧乏的輕度沙化區(qū)；造成這種差異的原因是，在鄱陽湖沙化區(qū)濕地松植被恢復(fù)的過程中，輕度沙化區(qū)濕地松生長速度較快，發(fā)育較好，濕地松林郁閉較早，林分郁閉度高，不利于林下植被層的生長發(fā)育；而重度、中度沙化區(qū)，由于林分郁閉度低，林下植被發(fā)育較好，尤其是中度沙化區(qū)，林下草本和灌木均發(fā)育較好。因此建議在鄱陽湖沙化土地生態(tài)恢復(fù)過程中應(yīng)合理控制濕地松林的栽植密度，為林下植被層的生長創(chuàng)造良好環(huán)境，完善群落結(jié)構(gòu)，構(gòu)建良性循環(huán)的人工林生態(tài)系統(tǒng)，更利于濕地松林發(fā)揮碳匯功能。

4.2鄱陽湖沙山濕地松林下土壤碳蓄積量

土壤碳庫是森林生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和能量交換的主要場(chǎng)所，土壤對(duì)植被的供養(yǎng)能力和群落健康起著關(guān)鍵作用（張慶費(fèi)等，1999）。試驗(yàn)區(qū)濕地松人工林恢復(fù)過程中，土壤碳含量與沙化程度的關(guān)系密切，土壤有機(jī)碳含量和碳蓄積量排序均為：輕度＞中度＞重度?？v向比較，隨土層深度的加深，重度和中度沙化區(qū)土壤碳含量和土壤碳密度呈不斷遞減趨勢(shì)，但輕度沙化區(qū)卻呈現(xiàn)表層土壤＞深層土壤＞中層土壤的趨勢(shì)。造成上述差異的原因可能是由于輕度沙化區(qū)濕地松林發(fā)育較其它沙化區(qū)好，土壤碳化早，后經(jīng)風(fēng)沙不斷堆積掩埋，加上林下凋落物對(duì)表層土壤的碳補(bǔ)給而形成；而重度、中度沙化區(qū)由于人工林早期生長不及輕度沙化區(qū)，林下土壤早期碳化較弱。影響土壤碳含量和碳密度的最主要因素依然是林下凋落物量。

5　結(jié)論

（1）鄱陽湖沙化土地不同沙化區(qū)濕地松人工林碳蓄積量差異性顯著。濕地松人工林碳蓄積量排序?yàn)椋狠p度沙化區(qū)＞中度沙化區(qū)＞重度沙化區(qū)。其中，喬木層重度、中度和輕度沙化區(qū)地上部分碳蓄積量分別為：1.88、3.45、19.22 t·hm-2，碳蓄積量在各器官中的分布呈樹干＞樹枝＞樹葉；土壤層重度、中度和輕度沙化區(qū)碳蓄積量分別為0.59、0.9、1.3 t·hm-2，碳蓄積量主要集中在表層0～10 cm土層中；凋落物層重度、中度和輕度沙化區(qū)碳蓄積量分別為0.12、0.59、1.22 t·hm-2；林下植被層碳含量明顯低于喬木層，范圍在365.8～475.9 mg·g-1之間，不同沙化程度（以單葉蔓荊為例重度、中度、輕度碳含量依次為446.3、441.1、469.8 mg·g-1）和不同物種之間差異不大（重度沙化區(qū)單葉蔓荊和狗牙根碳含量依次為446.3、416.5 mg·g-1）。

（2）濕地松人工林在生態(tài)條件較好的輕度沙化區(qū)更容易恢復(fù)成功。輕度沙化區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力更強(qiáng)、效益更好，但由于輕度沙化區(qū)濕地松人工林成林時(shí)間早，形成了高密度的單一群落，影響了林下植被的存活與擴(kuò)展。建議沙化土地生態(tài)治理應(yīng)該由易（輕度沙化區(qū)）到難（重度沙化區(qū)）逐步推進(jìn)，同時(shí)在先鋒物種濕地松定居后要適時(shí)引進(jìn)其他植物物種，合理控制濕地松林的栽植密度，完善群落結(jié)構(gòu)，為林下植被層的生長創(chuàng)造良好環(huán)境，增加沙化土地恢復(fù)區(qū)人工林的碳蓄積量。

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Study on Carbon Storage of Pinus elliottii Artificially Forests in Sandy Desertification of Poyang Lake

CAO Yun1,2*,YANG Jie2,ZHU Yue2,WANG Xiuwen2
1.Key Laboratory of Poyang Lake Wetland and Watershed Research,Ministry of Education,Jiangxi Normal University,Nanchang 330022,China; 2.School of Geography and Environment,Jiangxi Normal University,Nanchang 330022,China

Abstract:This paper investigated the ecological restoration of desertification land in Poyang Lake area through field survey and laboratory analyses.The goals are to (1) measure the carbon content and carbon storage of the planted Pinus elliottii forests in severe,moderate,and mild desertification areas; (2) investigate the spatial distribution of carbon storage,and (3) analyze its causes.From 2008 to 2010, 110 hm2ecological restoration area for desertification land was established at Poyang Lake Area,which provides access to the detailed data.The results showed that:in the desertification control engineering the spatial distribution of carbon stock of Pinus elliottii plantation ecology system were:mild desertification area ＞ medium desertification area ＞ severe desertification area.(1) The aboveground carbon storage of the tree layer in severe,moderate and mild desertification areas were:1.88,3.45,19.22 t·hm-2,the order of each component carbon storage in mild and moderate was trunk ＞ branch ＞ tree leaves; (2) The carbon storage of the soil layer in severe,moderate and mild desertification areas were 0.59,0.9,1.3 t·hm-2,the carbon accumulated mainly in the surface layer for 0-10cm,with the soil layer deeper,the soil carbon and soil carbon density was diminishing,but in mild desertification area,the tendency shows that surface layer ＞ deep soil ＞ middle soil; (3) The carbon storage of the litter layer in severe,moderate and mild desertification areas were 0.12,0.59,1.22 t·hm-2; (4) The carbon content of undergrowth layer are significantly lower than tree layer,there are little difference in the carbon content of undergrowth layer in different desertification degree and different species.The mild desertification area,where has a better ecological environment with a greater carbon sequestration capacity,is more suitable for vegetation restoration.The high-density simple community structure makes the survival and expansion of understory vegetation more difficult.The land desertification control should start from easy to difficult (from mild desertification area to severe desertification area).After the pioneer species (Pinus elliottii) get settled,other herbaceous and broad-leaved vegetation species should be timely introduced so as to improve community structure and enhance the carbon storage of the desertification area’s planted forest.

Key words:Poyang Lake; sand desertification; Pinus elliottii; vegetation restoration; carbon storage

收稿日期：2015-09-28

作者簡介：曹昀（1974年生），男，副教授，從事植物生態(tài)與環(huán)境生態(tài)修復(fù)研究。E-mail:yun.cao@163.com*通信作者

基金項(xiàng)目：江西省科技成果重點(diǎn)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化計(jì)劃（20142BBI90022）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41361017）；江西省教育廳科技落地計(jì)劃項(xiàng)目“鄱陽湖沙化土地與水土流失治理技術(shù)推廣與示范（2012）”

中圖分類號(hào)：Q948; X17

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-5906（2016）01-0015-07

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.01.003

引用格式：曹昀,楊杰,朱悅,王秀文.鄱陽湖沙化土地濕地松人工林碳蓄積量研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2016,25(1):15-21.