桂西南尾巨桉中齡林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其分布格局

盧開成， 張明慧， 李春寧， 何 斌

(1.廣西國有派陽山林場，廣西寧明 532500；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西南寧 530004)

桂西南尾巨桉中齡林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其分布格局

盧開成1， 張明慧1， 李春寧1， 何 斌2*

(1.廣西國有派陽山林場，廣西寧明 532500；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西南寧 530004)

摘要[目的]評價桂西南尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力和生態(tài)效益。[方法]采用標(biāo)準(zhǔn)樣地法對廣西寧明縣4年生尾巨桉人工林的碳含量、碳儲量及其空間分布格局進行研究。[結(jié)果]尾巨桉不同器官碳含量范圍為454.80～478.50 g/kg ，各器官碳含量從大到小依次為干材、樹葉、干皮、樹枝、樹根。灌木層、草本層和凋落物層碳含量分別為463.50、442.70和453.40 g/kg。0～80 cm厚土層碳含量為8.89 g/kg，其中表土層(0～20 cm厚)的碳含量明顯高于其他土層。尾巨桉中齡林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量為156.27 t/hm2，其中喬木層為46.02 t/hm2，占29.44%；灌木層為0.86 t/hm2，占0.55%；草本層為0.74 t/hm2，占0.47%；凋落物層為3.30 t/hm2，占2.11%；土壤層為105.35 t/hm2，占67.42%。尾巨桉人工喬木層林年凈生產(chǎn)力為24.30 t/(hm2·a),年凈固碳量為11.50 t/(hm2·a)，折合CO2量為42.17 t/(hm2·a)。[結(jié)論] 桂西南尾巨桉人工林具有較強的碳吸存能力。

關(guān)鍵詞尾巨桉；中齡林；碳含量；碳儲量；碳分配

森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，在維持全球碳平衡、調(diào)節(jié)全球氣候等方面起著重要的作用[1]。人工林是森林的重要組成部分，科學(xué)發(fā)展、利用和保護人工林，提高生產(chǎn)力，對促進區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和保護生態(tài)環(huán)境都具有重要的作用和意義。近年來，國內(nèi)學(xué)者先后對我國馬尾松(Pinusmassoniana)[2]、杉木(Cunninghamialanceolata)[3]、楊樹(PopulusL.)[4]、馬占相思(Acaciamangium)[5]、禿杉(Taiwaniaflousiana)[6]等用材林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其分布格局進行了研究，為正確評價森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能提供了科學(xué)依據(jù)。

尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E．grandis)具有生長迅速、干形通直和無性繁殖容易等特點，目前已成為我國華南地區(qū)廣泛推廣種植的主要桉樹優(yōu)良品種之一，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。我國科技人員先后對尾巨桉的生物學(xué)及生態(tài)學(xué)特性、種群演變規(guī)律、育苗及造林技術(shù)、生長規(guī)律以及混交效益等方面進行了研究[7-10]。筆者以廣西西南部寧明縣4年生(中齡林)尾巨桉人工林為研究對象，通過對該人工林生態(tài)系統(tǒng)碳含量、碳儲量和年凈固碳量及其分布特征的研究，試圖揭示該區(qū)域尾巨桉人工林固碳特性，為正確評價該區(qū)域人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳潛力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于廣西西南部的寧明縣城中鎮(zhèn)懷利村。寧明縣處北回歸線以南,地理坐標(biāo)為106°38′～107°36′E、21°51′～22°58′N，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，光、熱、水充足；年平均氣溫22.1 ℃，雨量充沛，年平均降雨量1 200 mm，年平均日照時數(shù)1 700 h。試驗地屬低丘陵地貌類型，海拔120 ～150 m,土壤為砂巖夾紫色頁巖發(fā)育形成的赤紅壤，土層平均厚度約80 cm。

2010年7月采伐杉木林，經(jīng)煉山和整地后于2011年11月初用尾巨桉DH32-29組培苗定植，定植前施0.50 kg/穴桉樹專用基肥，2012年7月底結(jié)合鏟草撫育施0.10 kg/穴尿素，9 月中旬及2013年4月再結(jié)合鏟草撫育分別施0.50 kg/穴桉樹專用追肥。2015年11月調(diào)查時4年生尾巨桉人工林林分保留密度為1 650 株/hm2，平均樹高為16.7 m，平均胸徑為11.6 cm，林分郁閉度為0.8。林下灌木主要有鹽膚木(Rhuschinenesis)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)、毛桐(Mallotusbarbatus)、潺槁樹(Litseaglutinosa)等，草本主要有五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、蔓生莠竹(Microstegiumvegans)、淡竹葉(Lophatherumgracile) 等，現(xiàn)存凋落物層厚度為2～3 cm。

1.2研究方法

1.2.1標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置和林分生物量測定。在立地條件相似、生長中等的4年生尾巨桉人工林內(nèi)設(shè)置3塊面積400 m2(20 m × 20 m)的標(biāo)準(zhǔn)樣地，測定各樣地林木樹高、胸徑和冠幅等。分別在各樣地選取1株平均木，樹木伐倒后，采用Monsic分層切割法分別收集樹葉、樹枝、干皮和干材；地下部分采用全根挖掘法收集[9]。測定各器官鮮重后，采集不同器官樣品帶回實驗室測定含水率和干重，計算喬木層生物量。在各標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)設(shè)置5個1 m×1 m樣方，先用樣方法收割并稱量灌木層和草本層地上部分鮮重,然后挖掘、收集和稱量樣方地下灌木層和草本層的根；稱量樣方內(nèi)凋落物鮮重,取樣測定其含水率和干重，計算灌木層、草本層和凋落物層生物量。

1.2.2樣品采集及其碳含量測定。分別采集灌木層、草本層和凋落物層的樣品，經(jīng)烘干、粉碎、過篩、裝瓶后待測。在各標(biāo)準(zhǔn)地中分別設(shè)置3個代表性土壤剖面，以每20 cm為1層，采集0～80 cm深度的4層土壤樣品，將同一標(biāo)準(zhǔn)地相同土層樣品混合后取約1 kg，放置室內(nèi)自然風(fēng)干，粉碎過篩后裝瓶。用不銹鋼100 cm3環(huán)刀采集各土層原狀土壤，用環(huán)刀法測定土壤容重。植物和土壤樣品碳含量均用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[10]。

1.2.3數(shù)據(jù)處理與分析

植物碳儲量(t/hm2)=植物生物量(t/hm2)×植物碳素含量(g/kg)/1 000；

土壤碳儲量(t/hm2)=面積(hm2)×土層厚度(m)×土壤容重(g/cm3)×有機碳含量(g/kg)/1 000;

喬木層各器官年凈固碳量[t/(hm2·a)]=喬木層各器官年平均生物量(t/hm2)×各器官碳含量(g/kg)/1 000，其中喬木層各器官年平均生物量均按林分年齡即4 a計算。

喬木層各器官年凈固碳折合CO2量[t/(hm2·a)]=各器官年凈固碳量[t/(hm2·a)]×CO2分子量/碳原子量。

利用Excel2003軟件進行常規(guī)數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用SPSS17.0進行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1生態(tài)系統(tǒng)不同層次碳含量由表1可知，尾巨桉人工林各器官生物量為4.67～63.48 t/hm2;碳含量為454.80～478.50 g/kg ，平均碳含量為473.50 g/kg。各器官碳含量由大到小為干材、樹葉、干皮、樹枝、樹根。林下植被中灌木層、草本層和凋落物層碳含量分別為463.50、442.70和453.40 g/kg。按生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)組成表現(xiàn)為隨植物個體高度或者組織木質(zhì)化程度降低，其碳含量下降，即喬木層最高，其次是灌木層，草本層最低。林地土壤(0～80 cm)碳含量平均值為8.89 g/kg，并隨土層深度增加而呈明顯下降的趨勢。由于凋落物和植物根系分解所形成的碳素主要聚集在表層土壤，因此0～20 cm厚土層碳含量(14.97 g/kg)明顯高于其他土層碳含量(4.82～9.88 g/kg)，且隨著土層深度增加，相鄰?fù)翆娱g碳含量的差異逐漸減少。

2.2生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其分配尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量包括喬木層、灌木層、草本層、凋落物層和土壤層碳儲量。由表2可知，尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量為156.27 t/hm2，其中喬木層碳儲量為46.02 t/hm2，占總碳儲量的29.44%；灌木層、草本層和凋落物層碳儲量分別為0.86、0.74和3.30 t/hm2，依次占總碳儲量的0.55%、0.47%和2.11%；林地土壤層(0～80 cm)碳儲量105.35 t/hm2，占總碳儲量的67.42%。喬木層中各器官碳儲量所占比例與其生物量所占比例相對應(yīng)，其中干材的生物量最大，為63.48 t/hm2，其碳儲量也最大，占喬木層碳儲量的66.01%；其次是樹根、樹枝和干皮，它們的碳儲量依次占喬木層碳儲量的12.95%、8.39%和7.84%；樹葉最少，其碳儲量僅占喬木層碳儲量的4.80%。林地土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳儲庫，在平衡大氣CO2中有著重要作用。尾巨桉人工林土壤層(0～80 cm)碳儲量為105.35 t/hm2，其中0～20 cm厚土層碳儲量占土壤層碳儲量的38.94%，20～40、40～60和60～80 cm厚土層碳儲量依次占土壤層碳儲量的27.38%、19.32%、14.36%。

表1　尾巨桉中齡林生態(tài)系統(tǒng)碳含量

注:*為加權(quán)平均。

Note:* stands for weighted mean.

2.3喬木層年凈固碳量根據(jù)尾巨桉人工林各器官年凈生產(chǎn)力及碳含量計算其年凈固碳量，結(jié)果表明4年生尾巨桉人工林年凈生產(chǎn)力為24.30 t/(hm2·a)，年凈固碳量為11.50 t/(hm2·a)，折合成CO2固定量42.17 t/(hm2·a)；林木各器官中年凈固碳量以干材最大，占年凈固碳量的66.09%，最小是樹葉，僅占4.78%(表3)。

3結(jié)論與討論

(1)由于不同樹種的生物學(xué)及生態(tài)學(xué)特性差異，其碳含量及在各器官中的分布也會存在一定差異。該研究中尾巨桉各器官碳含量范圍為454.80～478.50 g/kg，不同器官中碳含量由大到小依次為干材、樹葉、干皮、樹枝、樹根，與馬尾松[2]、杉木[3]、禿杉[6]和馬占相思[5]等樹種不完全一致，反映了不同樹種碳累積與分布特性的差異。

表2　尾巨桉中齡林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其分配

表3尾巨桉中齡林喬木層年凈固碳量

Table 3Annual net carbon fixation of overstorey ofE.urophylla×E.grandismiddle-aged plantationt/(hm2·a)

器官Organic年凈生產(chǎn)力Annualnetproductivity年凈固碳量Annualnetcarbonfixation折合CO2EquivalentCO2樹葉Leaf1.170.552.02樹枝Branch2.070.963.52干皮Bark1.920.903.30干材Stem15.877.6027.87樹根Root3.281.495.46合計Total24.3011.5042.17

(2)桂西南4年生尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量為156.27 t/hm2，其中喬木層碳儲量占生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量的29.44%；灌草層、凋落物層和林地土壤層碳儲量分別占總碳儲量的0.55%、2.11%和67.42%。喬木層中各器官碳儲量所占比例，與其生物量所占比例相對應(yīng)，其碳儲量由大到小依次為干材、樹根、樹枝、干皮和樹葉。

(3)我國森林年凈固碳量平均值為5.54 t/(hm2·a)，其中落葉闊葉林平均值為4.60 t/(hm2·a)[11]。該研究相近區(qū)域的廣西南丹縣山口林場11、14年生杉木和禿杉人工林喬木層年凈固碳量分別為2.82、3.29 t/(hm2·a)和3.82、4.64 t/(hm2·a)[2-3]；廣西南寧市3.5年生和7年生厚莢相思人工林喬木層年凈固碳量分別為5.84 t/(hm2·a)[12]和6.71 t/(hm2·a)[13]。該研究中尾巨桉4年生人工林喬木層年凈固碳量為11.50 t/(hm2·a)，可見桂西南尾巨桉人工林具有很強碳吸存能力。由于4年生尾巨桉人工林處于速生階段，具有較強生物量積累能力和碳匯潛力，而短輪伐期經(jīng)營桉樹人工林不利于林地地力的恢復(fù)和維持，因此合理經(jīng)營和發(fā)展尾巨桉人工林，采取科學(xué)的經(jīng)營管理措施，如增施有機肥，注意保留林地凋落物和草本、灌木等林下植被，同時適當(dāng)延長輪伐期以培育經(jīng)濟價值更高的桉樹大徑材，將有利于林地地力的恢復(fù)和維持，促進尾巨桉人工林的可持續(xù)經(jīng)營和發(fā)展。

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Carbon Storage and Distribution of Middle-agedEucalyptusurophylla×E.grandisPlantation Ecosystem in Southwest Guangxi

LU Kai-cheng1,ZHANG Ming-hui1,LI Chun-ning1,HE Bin2*et al

(1.Guangxi Paiyangshan State Forest Farm,Ningming,Guangxi 532500;2. Forestry College of Guangxi University, Nanning,Guangxi 530004)

Abstract[Objective]To evaluate carbon sequestration ability and ecological benefits of Eucalyptus urophylla ×E.grandis plantation in southwest Guangxi.[Method] Standard plot method was taken to study the content,storage and distribution of carbon in 4-year-old E.urophylla ×E.grandis plantation in Ningming County of Guangxi Province.[Result] The carbon content in different organs of E.urophylla ×E.grandis trees ranged from 454.80 g/kg to 478.50 g/kg,which was in order as follow:stem>leaf>bark>branch>root.The carbon content in shrub,herb,litter floor were 463.50,442.70 and 453.40 g/kg,respectively.Carbon content in the soil (0-80 cm) was 8.89 g/kg,of which the carbon content of the topsoil (0-20 cm) was significantly higher than the other layers.The total carbon storage in E.urophylla ×E.grandis plantation ecosystems amounted to 156.27 t/hm2,of which overstorey of E.urophylla ×E.grandis trees stored 46.02 t/hm2 and accounted for 29.44%,and shrub layer stored 0.86 t/hm2 and accounted for 0.55%,herb layer plant stored 0.74 t/hm2 and accounted for 0.47%,litter floor plant stored 3.30 t/hm2 and accounted for 2.11%,and soil stored 105.35 t/hm2 and accounted for 67.42%.The annual net productivity of E.urophylla ×E.grandis trees was 24.30 t/(hm2·a),and annual net carbon fixation was up to 11.50 t/(hm2·a) ,amounted CO2 to 42.17 t/(hm2·a).[Conclusion] The E.urophylla ×E.grandis plantation in southwest Guangxi has a high capability in carbon sequestration.

Key wordsEucalyptus urophylla × E.grandis ; Middle-aged forest; Carbon content; Carbon storage; Carbon distribution

基金項目國家自然科學(xué)基金項目(31160152，31560206)；廣西大學(xué)、廣西國有派陽山林場重大科技合作項目(2013-3-8)。

作者簡介盧開成(1975- )，男，廣西那坡人，工程師，從事人工林培育技術(shù)工作。*通訊作者，教授，從事森林生態(tài)研究。

收稿日期2016-03-16

中圖分類號S 718.55

文獻標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)12-171-03