東莞風(fēng)水林生物量與碳儲(chǔ)量徑階分布

盧澤彬

(揭陽(yáng)市林業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，廣東 揭陽(yáng) 522000)

東莞風(fēng)水林生物量與碳儲(chǔ)量徑階分布

盧澤彬

(揭陽(yáng)市林業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，廣東 揭陽(yáng) 522000)

東莞風(fēng)水林生物量與碳儲(chǔ)量的調(diào)查分析結(jié)果表明，不同徑階間生物量和碳儲(chǔ)量存在顯著性差異，從徑階1～4呈急劇增加趨勢(shì)；樹(shù)高在前2個(gè)徑階變化較大，在后2個(gè)徑階變化小，徑階1和2主要為林下層，徑階2和3主要為林冠層；林分密度隨徑階的遞增而迅速減少，林分徑階結(jié)構(gòu)呈倒J型，群落更新情況良好；碳密度隨徑階的遞增而急劇增加，大徑階樹(shù)木貢獻(xiàn)了林分的大部分碳儲(chǔ)量，保護(hù)大樹(shù)是發(fā)揮風(fēng)水林碳匯效益的必要措施；其風(fēng)水林仍有很大碳匯潛力，宜進(jìn)一步加大保護(hù)力度，增強(qiáng)林分的碳匯效益。

徑階；生物量；碳儲(chǔ)量；碳密度；風(fēng)水林

風(fēng)水林是指在村莊一定范圍內(nèi)，由當(dāng)?shù)卮迕駷榱吮３至己蔑L(fēng)水而特意保留或自發(fā)種植的樹(shù)林[1]。相對(duì)于一般森林，風(fēng)水林除了“風(fēng)水保護(hù)”的含義外，同樣具備包括景觀觀賞、森林游憩和休閑娛樂(lè)在內(nèi)的一般森林所具有的重要功能，對(duì)風(fēng)水林的人文科學(xué)領(lǐng)域研究主要集中在風(fēng)水林的歷史、文化內(nèi)涵等方面[2-3]。風(fēng)水林集科學(xué)、歷史、觀賞、文化價(jià)值于一體，除了具有很強(qiáng)的旅游觀光價(jià)值之外，其所處的特殊位置和條件，也賦予其獨(dú)特的研究?jī)r(jià)值。風(fēng)水林演替時(shí)間較長(zhǎng)，能適應(yīng)自然生境而形成較為穩(wěn)定的群落，對(duì)防止水土流失、涵養(yǎng)水源、減輕旱澇風(fēng)災(zāi)、調(diào)節(jié)小氣候和維護(hù)生物多樣性等具有重要意義[4]。國(guó)內(nèi)對(duì)華南地區(qū)風(fēng)水林的研究多集中在物種組成及多樣性等方面[5-8]，對(duì)風(fēng)水林特殊林分結(jié)構(gòu)下的林分生物量、碳儲(chǔ)量和碳密度研究較少。風(fēng)水林碳匯調(diào)查可以了解風(fēng)水林的碳儲(chǔ)量，還可以進(jìn)一步分析得到風(fēng)水林的碳匯能力，為風(fēng)水林的碳匯評(píng)價(jià)、生態(tài)效益評(píng)價(jià)等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

由于數(shù)百年來(lái)被村民們刻意保護(hù)，風(fēng)水林保留了很多原始植被的特征，但同時(shí)又由于深受人類活動(dòng)的干擾而與自然群落有一定差異。因此，對(duì)風(fēng)水林群落進(jìn)行研究和保護(hù)具有重要意義[9]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，鑲嵌在城市景觀當(dāng)中的風(fēng)水林在生境面積不斷受蠶食、環(huán)境污染和人為砍伐干擾等因素的交織作用下，受到不同程度的破壞，影響了其特有的生態(tài)功能[10]。東莞是個(gè)高度發(fā)展的工業(yè)化城市，工業(yè)化帶來(lái)的森林面積減少、森林斑塊化、“三大污染”等對(duì)風(fēng)水林也造成很大的威脅，在這種環(huán)境下保存下來(lái)的風(fēng)水林，亟需開(kāi)展保護(hù)和研究工作。碳匯效益是森林生態(tài)效益的一個(gè)重要組成部分，同樣是風(fēng)水林生態(tài)效益的重要組成部分，研究東莞風(fēng)水林的碳儲(chǔ)量、碳密度等碳匯關(guān)鍵因素，可為東莞風(fēng)水林的碳匯工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)，進(jìn)一步加強(qiáng)人們保護(hù)風(fēng)水林意識(shí)。本文通過(guò)對(duì)風(fēng)水林各徑階下生物量、碳儲(chǔ)量、碳密度的研究分析，探討其變化規(guī)律，從而為風(fēng)水林的植被保護(hù)和碳匯評(píng)價(jià)提拱科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究樣地位于東莞市中部的東坑鎮(zhèn)(23°0'9"～23°0'23" N，113°54'52"～113°55'9" E)，年平均氣溫約22.1℃，最冷月(1月)平均氣溫13.4℃，極端最低溫低于0℃，最熱月(7月)平均氣溫28.2℃，極端最高溫37.9℃；年平均降水量1800mm，4～9月為雨季，降雨量占全年的80%以上，并以臺(tái)風(fēng)雨居多。地貌類型以丘陵臺(tái)地、沖積平原為主，山地森林以赤紅壤為主，少量紅、黃壤，土層較深厚。地帶性森林植被類型為季風(fēng)常綠闊葉林，優(yōu)勢(shì)種類為殼斗科、樟科、山茶科等[10-12]。

1.2 樣地設(shè)置與群落調(diào)查

設(shè)置1個(gè)長(zhǎng)、寬分別為40m、30m的樣地，樣地面積為1200 m2，分為12個(gè)10m×10m的小樣方。調(diào)查記錄樣地的經(jīng)緯度、群落類型、郁閉度等信息，進(jìn)行每木檢尺，起測(cè)胸徑為1cm，調(diào)查的指標(biāo)有種名、胸徑、樹(shù)高等。

每木調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行徑階劃分，分為4個(gè)徑階，分別為DBH<5cm、5cm≤DBH<10cm、10cm≤DBH<20cm、DBH≥20cm。

1.3 數(shù)據(jù)分析

單株立木材積求算公式為[13]：V=6.01228×10-5D1.87550H0.98496

式中：V為單株立木蓄積量(m3)；D為胸徑(cm)；H為樹(shù)高(m)；

單株立木生物量求算公式為[14]：BTREE_j=VTREE_j*DTREE_jBEFTREE_j(1+RTREE_j)

式中：BTREE_j為樹(shù)種j的單株立木生物量(t·株-1)；VTREE_j為樹(shù)種j的單株立木材積(m3·株-1)；DTREE_j為樹(shù)種j的基本木材密度(t·m-3)，取0.598；BEFTREE_j為樹(shù)種j的生物量擴(kuò)展因子，用于將樹(shù)干材積轉(zhuǎn)化為林木地上生物量，取1.674；RTREE_j為樹(shù)種j的地下生物量/地上生物量之比，取0.261。

單株碳儲(chǔ)量求算公式為[14]：CTREE_j=BTREE_j*CFTREE_j

式中：CTREE_j為樹(shù)種j的單株立木碳儲(chǔ)量(t·株-1)；BTREE_j為樹(shù)種j的單株立木生物量(t·株-1)；CFTREE_j為樹(shù)種j的生物量中的含碳率，取0.497；

式中，Cp為林分碳密度(t·hm-2)；C為林分碳儲(chǔ)量(t)；S為林分面積(hm2)。

以上統(tǒng)計(jì)均在軟件Excel 2007、STATISTICA 8.0中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 群落生物量與碳儲(chǔ)量徑階分布

對(duì)風(fēng)水林樣地的群落調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到(表1)，徑階1中，平均胸徑為2.65，接近徑階1的中間數(shù)值，樹(shù)木胸徑大小分布比較均勻，樹(shù)高和胸徑的變異系數(shù)較小，生物量與碳儲(chǔ)量的變異系數(shù)較大；徑階2中，平均胸徑為6.69，說(shuō)明在徑階2中小樹(shù)偏多，大樹(shù)偏少，胸徑的變異性最小；徑階3中，胸徑的平均值為14.04，說(shuō)明在徑階3中小樹(shù)偏多，胸徑的變異性最小；徑階4中，胸徑的平均值為30.29，說(shuō)明徑階4中大樹(shù)較多，反映了林分留存時(shí)間較久；從最大值看，樹(shù)高在徑階1和徑階2差距小，在徑階3和徑階4差距小，說(shuō)明徑階1和2主要為林下層植被，徑階3和4主要為喬木層植被；從平均值看，從徑階1到4，隨著胸徑的快速增加，而樹(shù)高增加的速度較少，生物量和碳儲(chǔ)量急劇增加，說(shuō)明小樹(shù)階段，樹(shù)高增長(zhǎng)較快，可能是為了突破林冠層，吸收更多外界的養(yǎng)分，發(fā)展到近熟、成熟階段，則樹(shù)高增長(zhǎng)較慢，而生物量與碳儲(chǔ)量的積累是隨著胸徑的增加而急劇增加，因此保護(hù)大樹(shù)可為碳儲(chǔ)量的保存提供有力保障；從變異系數(shù)看，從徑階1到4，胸徑、生物量和碳儲(chǔ)量均從大變小再變大，說(shuō)明徑階1和4的胸徑、生物量和碳儲(chǔ)量數(shù)值偏向兩端分布，徑階2和3的胸徑、生物量和碳儲(chǔ)量數(shù)值分布較為集中。樹(shù)高在各徑階的變異系數(shù)變化較小，說(shuō)明樹(shù)高在各徑階分布情況接近。

表1 生物量與碳儲(chǔ)量徑階分布

2.2 生物量和碳儲(chǔ)量徑階差異

圖1 生物量與碳儲(chǔ)量徑階差異

注： 1為DBH < 5 cm徑階，2為5 cm ≤ DBH < 10 cm徑階，3為10 cm ≤ DBH < 20 cm徑階，4為20 cm ≤ DBH徑階；

生物量和碳儲(chǔ)量徑階差異如圖1所示，可以看出，胸徑、樹(shù)高、生物量和碳儲(chǔ)量在4個(gè)徑階間的差異均極顯著。兩兩比較結(jié)果顯示，胸徑和樹(shù)高在4個(gè)徑階的兩兩比較中均有顯著性差異，生物量和碳儲(chǔ)量在4個(gè)徑階的兩兩比較除了徑階1和2沒(méi)有顯著差異，其它兩兩間均有顯著性差異。樹(shù)高從徑階1～4增長(zhǎng)比較均勻，胸徑增長(zhǎng)比樹(shù)高劇烈，生物量和碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)情況最劇烈。

2.3 不同徑階碳密度分析

圖2 不同徑階的株數(shù)及碳密度

注： 1為DBH < 5 cm徑階，2為5 cm ≤ DBH < 10 cm徑階，3為10 cm ≤ DBH < 20 cm徑階，4為20 cm ≤ DBH徑階，5為全部徑階；

4個(gè)徑階的林分密度分別為1550株/hm2、592株/ hm2、333株/ hm2、225株/ hm2，總的林分密度為2700株/ hm2，隨著徑階的增加，林分密度急劇減少。4個(gè)徑階的碳密度分別為1.76 t/ hm2、5.25 t/ hm2、18.68 t/ hm2、76.49 t/ hm2，總的碳密度為102.17 t/ hm2，隨著徑階的增加，碳密度增加趨勢(shì)加劇。王斌等[16]調(diào)查結(jié)果顯示，鼎湖山亞熱帶常綠闊葉林、西雙版納熱帶季雨林、哀牢山中山濕性常綠闊葉林、長(zhǎng)白山闊葉紅松林四地的植被層碳密度分別為149.45 t/ hm2、154.67 t/ hm2、239.40 t/ hm2、129.30 t/ hm2，本地區(qū)原生性植被類型為亞熱帶常綠闊葉林，與鼎湖山植被類型相同，而且由于地處平原，土壤、水源等養(yǎng)分相對(duì)充足，其林分碳密度應(yīng)比鼎湖山林分碳密度大，而現(xiàn)階段風(fēng)水林碳密度低于鼎湖山林分碳密度，說(shuō)明本地區(qū)風(fēng)水林的碳匯潛力仍比較大，加大保護(hù)力度，減少人為干擾，可以進(jìn)一步促進(jìn)風(fēng)水林的林分碳匯吸收能力。

3 結(jié)論與討論

風(fēng)水林生物量和碳儲(chǔ)量的徑階分布從徑階1到4呈急劇增加趨勢(shì)。不同徑階分層明顯，徑階1和2主要為林下層，徑階2和3主要為林冠層。徑階的增加代表著植物的生長(zhǎng)，樹(shù)高在初期變化較大，后期較慢，反映了植物生長(zhǎng)初期為吸收外界養(yǎng)分而趨向向上生長(zhǎng)，生物量和碳儲(chǔ)量在中后期增長(zhǎng)較快，反映了植物生長(zhǎng)中后期偏向于橫向發(fā)展。不同徑階間生物量和碳儲(chǔ)量差異明顯，樹(shù)高在徑階間的變化比較均勻，而生物量和碳儲(chǔ)量隨著徑階的增加迅速增長(zhǎng)。

林分密度隨徑階的遞增而迅速減少，說(shuō)明小樹(shù)較多，大樹(shù)較少，林分徑階結(jié)構(gòu)呈倒J型，群落更新情況良好。林分碳密度隨徑階的遞增而明顯增加，碳密度從徑階4～1占總碳密度比例分別為：74.9%、18.3%、5.1%、1.7%，大徑階樹(shù)木貢獻(xiàn)了林分的大部分碳儲(chǔ)量，因此，保護(hù)大樹(shù)是保障林分碳匯效益的必要措施。與同地區(qū)同林型的鼎湖山林分碳密度(149.45 t/hm2)相比，本次調(diào)查風(fēng)水林的林分碳密度(102.17 t/hm2)仍比較低，有較大的碳匯增長(zhǎng)潛力，因此，加大保護(hù)力度，減少人為干擾，可以進(jìn)一步促進(jìn)本地區(qū)風(fēng)水林的碳匯吸收能力，增強(qiáng)碳匯效益。

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2017-05-02

S759.2

A

DOI.∶10.13268/j.cnki.fbsic.2017.05.015