廣西不同林齡杉木、馬尾松人工林根系生物量及碳儲(chǔ)量特征

韓 暢,宋 敏,杜 虎,曾馥平,彭晚霞,王 華,陳 莉,蘇 樑

1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 長沙 410128 2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 長沙 410128 3 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長沙 410125 4 中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站, 環(huán)江 547100

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廣西不同林齡杉木、馬尾松人工林根系生物量及碳儲(chǔ)量特征

韓 暢1,3,4,宋 敏2,3,4,杜 虎3,4,曾馥平3,4,彭晚霞3,4,王 華1,*,陳 莉1,3,4,蘇 樑1,3,4

1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 長沙 410128 2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 長沙 410128 3 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長沙 410125 4 中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站, 環(huán)江 547100

為了解不同林齡杉木、馬尾松人工林地地下根系生物量及碳儲(chǔ)量特征,以廣西杉木、馬尾松主產(chǎn)區(qū)5個(gè)不同林齡階段(幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林)的人工林為研究對(duì)象,采用全根挖掘法和土鉆法獲取標(biāo)準(zhǔn)木根系生物量、灌草根系生物量和林分細(xì)根生物量,并測(cè)定其碳含量,分析其不同林齡階段地下根系生物量和碳儲(chǔ)量分配特征。結(jié)果表明：杉木、馬尾松林地下根系總生物量分別在9.06—31.40 Mg/hm2和7.91—53.40 Mg/hm2之間,各林齡階段根系總生物量總體上呈現(xiàn)隨林齡增加而增加的趨勢(shì),杉木林細(xì)根生物量隨林齡的增加呈現(xiàn)出先減后增的趨勢(shì),馬尾松呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)；林分各層次根系碳含量表現(xiàn)為喬木灌木草本、細(xì)根；杉木、馬尾松地下根系碳儲(chǔ)量變化趨勢(shì)與生物量變化趨勢(shì)相同,杉木、馬尾松林不同林齡階段各層次根系和土壤細(xì)根總碳儲(chǔ)量分別在7.56—21.97 Mg/hm2和8.86—29.95 Mg/hm2之間；地下根系碳儲(chǔ)量總體上以喬木根系占優(yōu)勢(shì),且隨林齡的增大其比例呈增加的趨勢(shì)。

碳儲(chǔ)量；根系；林齡；杉木；馬尾松

根系是植株適應(yīng)陸地生活并對(duì)其生長起關(guān)鍵作用的重要器官,它不但為林木的地上部分提供固定和機(jī)械支撐作用,而且為植物吸收、輸導(dǎo)養(yǎng)分和水分,通過呼吸和周轉(zhuǎn)消耗光合產(chǎn)物,向土壤輸入有機(jī)物質(zhì),在森林生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中扮演著重要角色[1- 3]。由于根系深埋地下,具有不易觀察和測(cè)量的特性,其研究力度相對(duì)薄弱。20世紀(jì)中期以來,森林根系的研究逐漸受到關(guān)注,加深了人們對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)功能和效應(yīng)的了解[4]。近年來,國內(nèi)外學(xué)者圍繞根系生態(tài)學(xué)、根系分布與結(jié)構(gòu)、根系生物學(xué)、根系生理學(xué)等研究熱點(diǎn),展開了一系列研究[3,5- 7]。在根系生物量與碳儲(chǔ)量方面,國外研究結(jié)果表明：根系生物量占總生物量的10%—20%,足見其重要性；而以森林蓄積數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)的森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量估算存在較大的不確定性,常未包括林下植被、地表枯落物、根系以及土壤等組分的碳量,因此森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量計(jì)算和評(píng)估的研究需進(jìn)一步深入[8- 10]。

杉木(Cunninghamialanceolate)和馬尾松(Pinusmassoniana)均是我國南方廣泛種植的樹種,在我國森林資源構(gòu)成中占據(jù)較大比例,在維持生態(tài)系統(tǒng)平衡方面具有重要地位[11-13]。20世紀(jì)后期以來,許多學(xué)者開展了杉木和馬尾松人工林生物量、碳儲(chǔ)量的研究,包括不同林分密度、不同演替階段、不同經(jīng)營管理措施、單一樹種或混交林生物量結(jié)構(gòu)特征、生產(chǎn)力水平及碳儲(chǔ)量分配[14-18]。由于林木根系的難挖掘性,人們對(duì)地下根系的研究力度往往低于地上部分。且大量森林植物碳庫研究主要以喬木層為主,對(duì)于下木層的研究相對(duì)薄弱。本研究選擇廣西杉木、馬尾松主產(chǎn)區(qū)5個(gè)不同林齡階段的人工林為研究對(duì)象,采用全根挖掘法和土鉆法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)木根系生物量、灌草根系生物量和林分細(xì)根生物量分別進(jìn)行測(cè)定和研究,分析了杉木和馬尾不同生長發(fā)育階段地下根系生物和碳儲(chǔ)量分配特征,以期為我國森林碳匯估算及森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究提供科學(xué)依據(jù),并為造林、森林生態(tài)、森林土壤學(xué)、森林立地等提供基礎(chǔ)材料。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)(104°26′—112°04′E、20°54′—26°24′N),總面積23.67萬km2,處于云貴高原東南邊緣,兩廣丘陵的西部,南邊朝向北部灣,整個(gè)地勢(shì)為四周多山地與高原,而中部與南部多為平地,地貌為山地丘陵性盆地地貌,屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),全區(qū)各地極端最高氣溫為33.7—42.5 ℃,極端最低氣溫為-8.4—2.9 ℃,年平均氣溫在16.5—23.1 ℃之間,各地年降水量均在1070 mm以上,大部分地區(qū)為1500—2000 mm,4—9月為雨季,其降水量占全年降水量的70%—85%。研究區(qū)植被類型多樣,植物物種豐富,以常綠樹種為主,植被區(qū)域主要為亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域。廣西全區(qū)森林面積達(dá)到1252.50萬hm2,森林覆蓋率52.71%,活立木總蓄積量為5.11億m3,其面積和蓄積分別占全國的6.41%和3.42%。全區(qū)森林資源主要包括杉類、松類、柏類、桉類、栲類、青岡類、軟闊類、經(jīng)濟(jì)林、竹類、城市森林、石山灌木林這11種類型,其中杉木、馬尾松兩種林型分別占廣西區(qū)用材林總面積的64.83%,蓄積的78.34%。因此,選擇這兩種林型作為人工林研究對(duì)象。

1.2 樣方選擇與建立

參照《IPCC優(yōu)良做法指南》對(duì)系統(tǒng)隨機(jī)抽樣的建議和廣西杉木、馬尾松人工林的分布特征,基于廣西第8次森林資源清查數(shù)據(jù)和廣西用材林齡、林組劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1),計(jì)算2種人工林幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林5個(gè)不同林齡在廣西各縣(市)的面積、蓄積綜合權(quán)重,選擇權(quán)重最大的縣(市)為5個(gè)不同林齡杉木、馬尾松人工林樣點(diǎn),每個(gè)樣點(diǎn)建立同一林型、同一林齡3塊重復(fù)樣地,各樣地的立地條件基本一致,相互距離100 m,樣地大小為1000 m2(50 m×20 m),每種人工林15個(gè)樣地,共計(jì)30個(gè)樣地。將每塊樣地進(jìn)一步劃分為10個(gè)100m2(10 m×10 m)的樣方,對(duì)樣方內(nèi)胸徑(DBH)≥2 cm林木的胸徑、樹高、冠幅和坐標(biāo)進(jìn)行每木調(diào)查。樣地基本情況見表2。

表1 兩種人工林的林齡劃分

表2 兩種人工林不同林齡的樣地分布及概況

1.3 根系生物量獲取

1.3.1 喬木層

在每木調(diào)查的基礎(chǔ)上,充分考慮徑級(jí)分布,遵循中央徑級(jí)數(shù)量多、兩端徑級(jí)數(shù)量少的原則,在樣地外選擇不同林齡和胸徑的杉木15株、馬尾松21株作為樣木,進(jìn)行生物量的測(cè)定。測(cè)定其基徑、胸徑、樹高和冠幅并按2 m分段鋸斷稱量,并分別稱取枝條、葉片和花果的鮮質(zhì)量；根的生物量采用全挖法,稱鮮重；然后將根混合取樣500 g帶回實(shí)驗(yàn)室在105 ℃烘箱內(nèi)殺青2 h,調(diào)至75 ℃下烘干至恒重,求出根系干鮮質(zhì)量之比,由此換算出樣木根系的干質(zhì)量,然后建立根系干質(zhì)量與樣木胸徑(D)的冪回歸方程(W=aDb)、多項(xiàng)式方程(W=a+bD+cD2和W=a+bD+cD2+dD3)和指數(shù)方程(W=aebD),擇優(yōu)選擇。根據(jù)樣地每木調(diào)查的結(jié)果及相應(yīng)的回歸方程計(jì)算喬木層各個(gè)體的根系生物量,并由此獲得喬木層的根系總生物量。

1.3.2 灌木層、草本層

按“品”字型在樣地內(nèi)設(shè)置3個(gè)2 m×2 m的小樣方,調(diào)查所有灌木種類、株叢數(shù)、高度、基徑、覆蓋度,在每個(gè)2 m×2 m的小樣方內(nèi)各取1個(gè)1 m×1 m的小樣框,調(diào)查草本種類、株叢數(shù)、平均高度、覆蓋度。采用全挖法收獲樣框內(nèi)所有灌木根、草本根,測(cè)定其鮮重,烘干換算成干質(zhì)量,由此計(jì)算單位面積灌木、草本根系生物量。

1.3.3 細(xì)根(直徑≤2 mm根系)

采用土鉆法(內(nèi)徑5 cm)在樣地10個(gè)小樣方中心采集0—20,20—40 cm 的土芯10個(gè),分層混合裝袋；將樣品用流動(dòng)水浸泡、漂洗、過篩,揀出細(xì)根,風(fēng)干后稱鮮重。然后烘干至恒重,保存樣品。

1.4 根系全C含量測(cè)定

野外所采集植物根樣品經(jīng)粉碎過篩后用于植物全C測(cè)定,植物全C采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)及多重比較分析、回歸方程模型建立均在Excel 2010和SPSS 18.0中進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 喬木根系生物量回歸模型建立

大量森林群落生物量的研究顯示,喬木各器官及總生物量與測(cè)樹因子間普遍存在著相關(guān)關(guān)系,這種相關(guān)關(guān)系可用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合。常見的生物量回歸模型有三大類,分別是以胸徑(D)、樹高(H)或胸徑平方與樹高的乘積(D2H)為自變量的冪函數(shù)方程、多項(xiàng)式方程以及指數(shù)函數(shù)方程。鑒于樹高的估測(cè)值誤差較大,故選擇單變量為樹木胸徑(D)的回歸模型作為本研究根系生物量預(yù)測(cè)方程。同時(shí),通過分析各模型,擇出最優(yōu)模型。本研究中杉木、馬尾松根系生物量回歸模型分別為WR= 0.01D2.469和WR=0.023D2.241,經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)二者的決定系數(shù)分別為0.904和0.984,表明模型擬合效果非常好,能夠使用它對(duì)兩種人工林的根系生物量進(jìn)行估測(cè)。

表3 根系生物量回歸模型

2.2 生物量分配

2.2.1 林分各層次根系生物量分配

由表4可知,杉木人工林喬木根系生物量在6.71—30.30 Mg/hm2之間,總體上表現(xiàn)為隨林齡增大而增加的趨勢(shì),除中齡林至近熟林階段生物量有所下降且差異不顯著外,其他各林齡間差異均達(dá)到顯著水平。馬尾松人工林喬木根系生物量在0.14—51.16 Mg/hm2之間,隨林齡增大而增大,除近熟林和成熟林間差異不顯著外,其他各林齡階段均達(dá)到顯著性水平。除在成熟林和過熟林階段杉木根系生物量低于馬尾松外,其他林齡階段生物量均高于馬尾林。

表4 不同林齡階段各層次根系生物量/(Mg/hm2)

Ⅰ：杉木Cunninghamialanceolataplantations；Ⅱ：馬尾松Pinusmassonianaplantations. Similarly here in after

不同林型不同林齡灌木層生物量的大小不同,由于個(gè)體小、空間大、陽光充足有利于灌木生長,處于幼齡林時(shí)期的杉木和馬尾松人工林的灌木根生物量高于其它林齡。其中,杉木人工林的灌木根生物量大小依次為幼齡林成熟林過熟林中齡林近熟林,馬尾松為幼齡林成熟林中齡林近熟林過熟林。除杉木幼齡林灌木根系生物量極顯著高于杉木林其他林齡階段外,杉木、馬尾松其他林齡階段差異均未達(dá)到顯著水平。同一林齡不同林型灌木層生物量大小不同,除過熟林馬尾松灌木根系生物量略小于杉木林外,其他林齡階段灌木根系生物量均為馬尾松大于杉木。

杉木林草本層根系生物量隨林齡增長的變化規(guī)律不明顯,近熟林階段生物量最高,達(dá)到5.76 Mg/hm2,馬尾松草本層根系生物量則隨林齡增大呈逐漸減小的趨勢(shì),但兩人工林各林齡階段差異均未達(dá)到顯著水平。杉木、馬尾松兩者間除近熟林馬尾松草本層根系生物量低于杉木林外,其余階段均高于杉木林。

杉木、馬尾松林地下根系總生物量分別在9.06—31.40,7.91—53.40 Mg/hm2之間,各林齡階段根系總生物總體上呈現(xiàn)隨林齡增加而增加的趨勢(shì),但馬尾松成熟林階段(23.33 Mg/hm2)略低于近熟林階段生物量(24.68 Mg/hm2)。杉木根系總生物量在幼齡林、中林齡和成熟林階段高于馬尾松,在近熟林和過熟林階段則低于馬尾松林。

2.2.2 細(xì)根生物量分配

通過對(duì)杉木林不同土層深度細(xì)根生物量的研究發(fā)現(xiàn),不同林齡杉木林0—20、20—40、0—40 cm土層深度植物細(xì)根總生物量的大小順序總體上為過熟林成熟林近熟林幼齡林中齡林,呈現(xiàn)出先減后增的趨勢(shì)(表5)。0—40 cm細(xì)根生物量在1.04—9.64 Mg/hm2之間,除中齡林0—20 cm土層細(xì)根生物量略低于20—40 cm土層外,其余林齡段0—20 cm土層的生物量均高于20—40 cm土層。馬尾松人工林不同林齡各土層細(xì)根生物量均隨著林齡的增加呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì),0—40 cm細(xì)根生物量在1.44—12.32 Mg/hm2之間,上層土壤(0—20 cm)細(xì)根生物量均大于下層(20—40 cm)細(xì)根生物量。

2.3 根系碳含量

如表5所示,不同林型不同林齡各層次根系碳含量不同。杉木人工林喬木根、灌木根、草本根、0—20 cm土層細(xì)根、20—40 cm土層細(xì)根的碳含量分別在583.730—514.770、481.31—544.73、586.81—386.34、575.50— 352.80、569.18—377.51 g/kg之間,其平均含量分別是548.09、503.73、440.35、456.20、434.84 g/kg,表現(xiàn)為喬木根灌木根0—20 cm土層細(xì)根草本根20—40 cm土層細(xì)根。馬尾松人工林喬木根、灌木根、草本根、0—20 cm土層細(xì)根、20—40 cm土層細(xì)根的碳含量分別在552.82—526.99、528.14—489.61、476.92—441.12、479.86—384.01、468.28—425.94 g/kg,平均含量分別為539.33、501.25、459.66、433.34、443.29 g/kg,表現(xiàn)為喬木根灌木根草本根20—40 cm土層細(xì)根0—20 cm土層細(xì)根。杉木人工林幼齡林各層次碳含量均高于其他林齡階段,其中草本根碳含量最高(586.81 g/kg)。

表5 不同林齡階段細(xì)根生物量/(Mg/hm2)

2.4 碳儲(chǔ)量分配

2.4.1 林分各層次碳儲(chǔ)量分配

由表6可知,杉木、馬尾松林各層次根系碳儲(chǔ)量及根系總碳儲(chǔ)量變化趨勢(shì)與生物量變化趨勢(shì)相同。杉木、馬尾松喬木層根系碳儲(chǔ)量分別在3.92—17.27 Mg/hm2和0.07—28.28 Mg/hm2之間,灌木根系碳儲(chǔ)量在0.03—0.50 Mg/hm2和0.17—1.34 Mg/hm2之間,草本根系碳儲(chǔ)量在0.28—2.34 Mg/hm2和0.87—2.32 Mg/hm2之間,根系總碳儲(chǔ)量在5.26—17.74 Mg/hm2和3.37—29.34 Mg/hm2之間。

表6 不同林齡階段各層次根系碳含量/(g/kg)

表7 不同林齡階段各層次根系碳儲(chǔ)量/(Mg/hm2)

2.4.2 細(xì)根碳儲(chǔ)量分配

由表8可知,杉木、馬尾松人工林不同土層深度細(xì)根碳儲(chǔ)量隨林齡的變化與生物量變化趨勢(shì)相似。杉木人工林0—40 cm土層細(xì)根總碳儲(chǔ)量在0.47—4.23 Mg/hm2之間,0—20 cm和20—40 cm土層深度細(xì)根碳儲(chǔ)量分別為0.23—2.31，0.24—1.93 Mg/hm2,除中齡林0—20 cm土層細(xì)根碳儲(chǔ)量略低于20—40 cm土層外,其余林齡階段碳儲(chǔ)量均為0—20 cm土層大于20—40 cm土層。不同林齡馬尾松人工林0—40 cm土層細(xì)根總碳儲(chǔ)量在0.61—4.95 Mg/hm2之間,其0—20 cm土層與20—40 cm土層細(xì)根碳儲(chǔ)量分別為0.51—2.69,0.09—2.26 Mg/hm2,均為表現(xiàn)為0—20 cm土層大于20—40 cm土層。

表8 不同林齡階段細(xì)根碳儲(chǔ)量/(Mg/hm2)

2.4.3 根系碳儲(chǔ)量分配比例

圖1 不同林齡階段各層次碳儲(chǔ)量分配比例 Fig.1 Distribution ratio of carbon storage at various levels in different stages of forest age

由表6和表8可知,杉木林不同林齡階段各層次根系和土壤細(xì)根總碳儲(chǔ)量分別為7.56、11.07、14.52、16.88、21.97 Mg/hm2,隨林齡增大呈逐漸增加的趨勢(shì)。馬尾松各林齡階段地下根系總碳儲(chǔ)量分別為8.68、13.65、15.66、13.39、29.95 Mg/hm2,除成熟林階段比近熟林階段有所下降外,總體上呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)。馬尾松成熟林階段地下根系總碳儲(chǔ)量小于杉木林,其余各階段均大于杉木林地下總碳儲(chǔ)量。

由圖1可知,杉木人工林喬木根系碳儲(chǔ)量占地下總碳儲(chǔ)量的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其比例為51.82%—78.63%,均超過50%,除中林齡所占比例達(dá)93.64%外,其余各階段基本隨林齡增加而增加；灌木根所占比例為0.23%—6.58%,草本根所占比例為1.28%—16.15%,細(xì)根所占比例為4.25%—30.43%；各林齡階段各層次所占比例均表現(xiàn)為喬木根細(xì)根草本根灌木根。除馬尾松人工林除幼齡林喬木根所占比例為0.85%外,其他階段在46.94%—94.43%之間,隨林齡的增大而增大,是地下根系碳儲(chǔ)量的主要儲(chǔ)量位置,灌木根、草本根和細(xì)根所占比例分別為0.55%—15.40%、2.98%—26.70%和2.04%—57.05%,總體上各層次所占比例表現(xiàn)為隨林齡增大而逐漸減小的趨勢(shì)。馬尾松幼齡林階段各層次碳儲(chǔ)量所占比例表現(xiàn)為細(xì)根草本根灌木根喬木根,過熟林階段表現(xiàn)為喬木根草本根細(xì)根灌木根,其他林齡階段為喬木根細(xì)根草本根灌木根。

3 討論

森林生物量的獲取可通過直接與間接兩種途徑：前者因破壞性大,很少使用；后者是確定生物量的主要方法,也叫生物量模型法。目前常用的生物量擬合模型變量有胸徑(D)、樹高(H)、密度(S),常見的預(yù)測(cè)模型包括以胸徑為單變量的模型、以胸徑和樹高為變量的模型以及以胸徑、高度、密度為變量的模型[17,19]。由于樹高在大多數(shù)調(diào)查中存在著較大誤差,因此在森林生物量的預(yù)測(cè)中以胸徑為單變量的模型被廣泛運(yùn)用。本研究得出以胸徑為單變量的冪函數(shù)模型具有較高精度,能夠?qū)ι寄尽ⅠR尾松兩種人工林根系生物量進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。

森林生物量與許多生物學(xué)因素和非生物學(xué)因素密切相關(guān),如區(qū)域的水熱條件、土壤條件以及森林的類型、年齡、優(yōu)勢(shì)種的組成,活立木密度等[20-21]。人工林喬木根生物量往往隨林齡的增長而迅速增加,徐冰等[20]對(duì)中國36類主要森林類型研究表明,大多數(shù)森林類型生物量密度與林齡呈現(xiàn)Logistic曲線關(guān)系,即隨林齡的增加生物量、碳密度呈上升趨勢(shì)。然而,由于受林分撫育措施等的影響,其增長趨勢(shì)也會(huì)發(fā)生變化。本研究中杉木、馬尾松喬木根系生物量與林分根系總生物量(喬木根、灌木根、草本根)呈現(xiàn)出隨林齡增大而增加的趨勢(shì),而在林分撫育等管理措施下,杉木人工林喬木根系中林齡至近熟林階段生物量有所下降,在自然和人為因素的影響各林齡階段增長幅度有所不同,同鄧?yán)っ兜萚22]得出云南松林根系總生物量隨林分年齡呈遞增趨勢(shì)的結(jié)論一致。

一般而言,隨土壤層次的加深,林木根系會(huì)大幅減少[23-24]。本研究中,隨土層深度的增加,土壤質(zhì)地愈發(fā)緊實(shí),溫度愈低,養(yǎng)分含量減少,兩種人工林的細(xì)根生物量都呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì),這與云南松林根系生物量主要集中分布在0—30 cm的土層中[22]的研究結(jié)果及長白山地區(qū)3種森林類型[27]和密歇根北部闊葉林[28]的根系生物量隨土層深度分布的規(guī)律一致。細(xì)根生物量隨土層的加深而減少,且多集中分布在土壤表層,主要受土壤理化性質(zhì)和溫度、水分含量的影響[29]。土壤各層次細(xì)根分布的差異可反映出細(xì)根功能轉(zhuǎn)換及土壤資源有效性的變化情況。由于表層土壤養(yǎng)分含量高,水分充足,溫度適宜,因而細(xì)根主要集中在表層內(nèi)以獲取水分和養(yǎng)分；而分布在下層的細(xì)根主要功能為吸收水分[28]。本研究中,除中齡林0—20 cm土層細(xì)根生物量略低于20—40 cm土層外,其余林齡段0—20 cm土層的生物量均高于20—40 cm土層,符合隨土層加深而減少的規(guī)律性變化,可見生物量主要集中分布在表層土壤中。

本研究中,杉木、馬尾松林各層次根系碳儲(chǔ)量、根系總碳儲(chǔ)量及各土層深度細(xì)根碳儲(chǔ)量隨林齡的變化趨勢(shì)與生物量變化趨勢(shì)相似。杉木和馬尾松人工林不同土層深度細(xì)根碳儲(chǔ)量大體上表現(xiàn)為隨土層的加深而減少,與陶玉華等[16]及黃林等[29]的研究結(jié)果一致。在根系碳儲(chǔ)量分配比例上,除馬尾松幼齡林喬木根系碳儲(chǔ)量所占比例很少外,杉木和馬尾松其他林齡喬木層根系碳儲(chǔ)量比例均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),呈現(xiàn)出隨林齡增大比例越大的趨勢(shì),而灌木和草本根系碳儲(chǔ)量很少,土壤細(xì)根也是森林生態(tài)系統(tǒng)地下碳儲(chǔ)量的重要組分?？傊?地下根系碳儲(chǔ)量是森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量估算中不可忽視的一部分,對(duì)地下過程的研究有助于更準(zhǔn)確地估算森林生態(tài)系統(tǒng)總碳庫存。

最后,本研究采用全根挖掘法和土鉆法獲取根系生物量時(shí)會(huì)產(chǎn)生某些誤差,尤其在進(jìn)行細(xì)根取樣時(shí),難以避免地會(huì)發(fā)生損失。但相較于其他耗時(shí)久、工作量大卻依舊無法保證沒有損耗的方法而言,只要在取根時(shí)足夠仔細(xì),使用全根挖掘法和土鉆法一樣能得到預(yù)期結(jié)果。

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Biomass and carbon storage in roots ofCunninghamialanceolataandPinusmassonianaplantations at different stand ages in Guangxi

HAN Chang1,3,4, SONG Min2,3,4, DU Hu3,4, ZENG Fuping3,4, PENG Wanxia3,4, WANG Hua1,*, CHEN Li1,3,4, SU Liang1,3,4

CollegeofBioscienceandBiotechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China2CollegeofAgriculture,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China3KeyLaboratoryofAgro-ecologicalProcessesinSubtropicalRegions,InstituteofSubtropicalAgriculture,ChineseAcademyofSciences,Changsha410125,China4HuanjiangObservationandResearchStationofKarstEcosystem,ChineseAcademyofSciences,Huanjiang547100,China

CunninghamialanceolataandPinusmassonianaplantations cover a large area in Guangxi. In the present study, dynamics of biomass and carbon storage in roots of the two types of plantations were investigated. The plantations were selected according to five stand ages, i.e., young forest, middle-aged forest, near mature forest, mature forest and over mature forest. Two methods, i.e., whole soil excavation and soil auger, were adopted for root sampling. Roots were divided according to trees, shrubs, or grass. The results showed that total root biomass inC.lanceolataandP.massonianaplantations ranged from 9.06 to 31.40 and 7.91 to 53.40 Mg/hm2, respectively. Total root biomass increased with stand age. The fine root biomass inC.lanceolataplantations decreased initially but then increased with stand age, but that inP.massonianaplantations decreased with stand age. Root carbon content in different soil horizons changed in the order of tree shrub herb roots. Carbon storage in roots of both types of plantations changed similarly to root biomass. The carbon storage of roots in different soil horizons ranged from 7.56 to 21.97 and 8.86 to 29.95 Mg/hm2, respectively, forC.lanceolataandP.massonianaplantations. Overall, the carbon storage of roots was dominated by tree roots that increased with forest age.

carbon storage; roots; stand age;Cunninghamialanceolata;Pinusmassoniana

10.5846/stxb201511292394

中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃STS項(xiàng)目(KFJ-EW-STS-092); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31370485, 31370623, 31400412,31460135); 廣西科技惠民計(jì)劃項(xiàng)目(桂科轉(zhuǎn)1599001- 6);廣西特聘專家資助項(xiàng)目

2015- 11- 29; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2016- 08- 30

韓暢,宋敏,杜虎,曾馥平,彭晚霞,王華,陳莉,蘇樑.廣西不同林齡杉木、馬尾松人工林根系生物量及碳儲(chǔ)量特征.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(7):2282- 2289.

Han C, Song M, Du H, Zeng F P, Peng W X, Wang H, Chen L, Su L.Biomass and carbon storage in roots ofCunninghamialanceolataandPinusmassonianaplantations at different stand ages in Guangxi.Acta Ecologica Sinica,2017,37(7):2282- 2289.

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wangchina926@163.com