吊皮錐人工林碳貯量的研究

吳宏揚

（廣西壯族自治區(qū)國有維都林場，廣西來賓546100）

吊皮錐（Castanopsis kawakamii Hayata）為殼斗科常綠高大喬木，星散分布在我國東南沿海至臺灣的南亞熱帶常綠闊葉林中，具有樹干高大、樹形優(yōu)美、材質(zhì)優(yōu)良、適應力強且生長較快等特點，其木材廣泛用于家具生產(chǎn)、建筑材料以及工藝品加工等方面[1-4]。前人對于吊皮錐的研究主要集中在苗期管理[5-6]，天然林和人工林結(jié)構(gòu)分布規(guī)律[7-9]，吊皮錐與針葉混交林的碳貯量研究等方面[10-11]，但對于吊皮錐人工純林的研究卻未見報道。吊皮錐適應力非常強，在廣西的石山地區(qū)海拔500 m處也有一部分的天然林零星分布，因此，研究吊皮錐的碳貯量將有利于了解其栽培技術(shù)的規(guī)律，緩解目前我區(qū)的石漠化問題，同時有利于改善人工林單一、大面積種植而引起的生態(tài)環(huán)境惡化的狀況?；诖耍P者研究了吊皮錐人工林的碳貯量方面的情況，揭示了吊皮錐人工林在碳循環(huán)中的積極作用，旨在為該樹種的推廣提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西壯族自治區(qū)國有維都林場永?？h堡里鎮(zhèn)造林點（24°47′17.89″N，110°4′4.23″E），屬亞熱帶季風氣候區(qū)，冬短夏長，氣候溫和，日照充足，雨量充沛。年平均氣溫為20.6℃，極端最高溫度為40℃，極端最低溫度-3.5℃，≥10℃的年積溫在7 100℃以上，年均降雨量在1 180 mm以上，且多集中在5—9月，占全年降雨量的74.1%，年無霜期達322 d。試驗地平均海拔504 m，平均坡度約25°，土壤則由第三系中的不同母巖和母質(zhì)發(fā)育而成，山多、丘陵多，屬于典型的喀斯特地貌。以赤紅壤居多，土層平均厚度在80 cm以上。所調(diào)查林分保存密度為515株/hm2，林分郁閉度0.85。林分的灌木層以越南懸鉤子（Rubus cochinchinensis）、九節(jié)芒（Psychotria rubra）為優(yōu)勢，少量分布三叉苦（Crescentia alata H.B.K.）、鴨腳木（Schefflera octophy）等；草本層以金毛狗（Cibotium baromerz）、東方烏毛蕨（Blechnum oriental）為優(yōu)勢，少量分布海金沙（Lygodium japonicum.sw）、五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）等。

1.2 試驗方法

對吊皮錐人工林進行樣地調(diào)查，經(jīng)實地踏查后，根據(jù)實際林分調(diào)查數(shù)據(jù)分析，在吊皮錐人工林林分內(nèi)選擇海拔、坡向、坡位等立地條件相同選定3塊面積為400 m2（20 m×20 m）的方形標準地，并做好記號。選定標準地之后，對標準地內(nèi)的林木進行每木檢尺，測定各樹木胸徑和樹高，胸徑用胸徑圍尺測量，樹高用電子測高器逐株測量。測定過程中從上到下采取“之”字形的方式進行，并在每顆樹上用油漆標注其樹高和胸徑，以便快速確定平均木。記錄每個樣地海拔、小地形、坡向、坡位、土壤類型等因子以及各樣地林冠下植物的種類和覆蓋度。

樣品碳含量的測定，將所采集的喬木（根、干、枝、葉）、灌木層、草本層、凋落物層樣品，經(jīng)烘干、粉碎、過篩后裝瓶待測。

土壤樣品的采集及碳含量的測定：在標準地中設(shè)置3個具有代表性的土壤采樣點，按0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm分層采集土壤樣品，并把同一層次土壤按重量比例混合，帶回實驗室于室內(nèi)自然風干和粉碎過篩后裝瓶待測。用元素分析儀（Vario ELⅢ，德國）測定碳含量。同時用環(huán)刀（100 cm3）采集各層土壤的原狀土，帶回實驗室用環(huán)刀法測定土壤密度。

1.3 碳貯量的計算方法

森林生態(tài)系統(tǒng)的碳貯量由植被、凋落物和土壤碳貯量3部分組成：植被碳貯量是基于生物量乘以轉(zhuǎn)換比率，即干物質(zhì)中碳的比重計算得來；凋落物碳貯量通過凋落物的現(xiàn)存生物量乘以比例系數(shù)0.5得來；土壤有機碳貯量參照莫德祥[12]關(guān)于植物的碳貯量計算方法進行，公式為：C=∑0.1Hi×Bi×Oi，式中，C為土壤有機碳儲量（t/hm2），Hi為第i層土壤的平均厚度（cm），Bi為第i層土壤的平均容重（g/cm3），Oi為第i層土壤的平均有機碳含量（g/kg），0.1為單位換算系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 喬木層各器官碳素含量

各器官碳含量計算結(jié)果如圖1所示，可以看出27年生的吊皮錐喬木層各器官的碳含量在459.6～488.8 g/kg的范圍內(nèi)變化，樹干的碳含量最高，碳含量最低的器官為樹葉，吊皮錐各部分碳含量由大到小的順序為：樹干（488.8 g/kg）>根兜（485.2 g/kg）>中根（484.5 g/kg）>粗根（484.2 g/kg）>枝（483.4 g/kg）>細根（459.9 g/kg）>葉（459.6 g/kg）。由此可見，樹干、樹枝、根兜、粗根、中根的碳含量相當接近，各部分器官的碳含量差異可能與吊皮錐的生長、分化情況相關(guān)。

圖1 吊皮錐人工林喬木層碳素含量

2.2 林下植被、凋落物碳素含量

由圖2可看出，吊皮錐人工林林下碳含量由大到小順序為：凋落物層﹥灌木層地上﹥灌木層地下﹥草本層。各部分碳含量在412.2～469.2 g/kg之間，其中凋落物碳含量最高，草本層的碳含量最低，而灌木層地上部分和地下部分碳含量差異不大，界于草本層和凋落物層碳含量之間。凋落物碳含量為469.2 g/kg，與喬木層枝（483.4 g/kg）、葉（459.6 g/kg）的碳含量非常接近，可見吊皮錐人工林下的凋落物多為吊皮錐的枝葉，灌草的凋落物并不多。凋落物碳含率為46.62%，與觀光木人工林純林凋落物層46.13%的碳含率非常接近[13]。

圖2 灌草層及凋落物碳含量

2.3 土壤層碳含量

森林土壤碳庫在調(diào)節(jié)全球碳平衡上具有重要作用[14]。森林土壤碳貯量在整個森林生態(tài)系統(tǒng)中占有十分重要的地位，通常森林土壤碳貯量大約為植被層的2倍[13]。從表1可以看出，吊皮錐人工林土壤碳含量在0~20 cm土層最高，達到30.55 g/kg，其次為20~40 cm土層，為17.85 g/kg，碳含量最低的土層為80~100 cm，其碳含量僅為8.35 g/kg。由此看見，在吊皮錐人工林中，土壤層碳含量隨著土層深度的增加而呈現(xiàn)不同程度的遞減趨勢。在0~40 cm土層中，碳含量占總碳量的64.48%，可見土壤層碳庫主要集中在上層，這可能是由于地表凋落物在微生物分解下，有機物質(zhì)主要集中在上層土壤。在60~100 cm土層中碳含量變化不大，說明有機物質(zhì)在雨水淋溶作用下很難下滲到深層土壤。

2.4 吊皮錐人工林生物量與碳貯量

從表2可以看出，27年生的吊皮錐人工林的總生物量為272.57 t/hm2，其中喬木層的生物量為263.87 t/hm2，占林分總生物量的96.81%，是27年生觀光木人工林生物量101.26 t/hm2[14]的2.6倍，是27年生人工林山白蘭生物量117.11 t/hm2[13]的2.25倍；喬木層地上、地下部分分別占林分生物量的75.85%和20.96%。由此可見，吊皮錐人工林在近乎相同的立地條件（均位于廣西南寧良鳳江國家森林公園內(nèi)）下，同為27年生的樹種，其生物量相比于觀光木、山白蘭人工林的生物量極為豐富。而吊皮錐人工林中灌木層、草本層及凋落物層生物量所占的比例很小，分別為0.10%、0.16%和2.94%。27年生的吊皮錐人工林的碳貯量為340.25 t/hm2，其中植被層的碳貯量為132.26 t/hm2。土壤層的碳貯量為207.99 t/hm2，是植被層碳貯量的1.57倍。喬木層占植被層碳貯量的比例最大，為96.94%，其中吊皮錐地上、地下部分分別占76.02%和20.91%，可見植被層的碳貯量主要集中在喬木層的地上部分，在地上部分的碳貯量中又以樹干50.85%的比例最大。其余灌木層、草本層和凋落物層占植被層碳貯量的比例分別為0.08%、0.14%和2.84%。在碳貯量上，吊皮錐人工林的碳貯量（340.25 t/hm2）同樣高于同生長年限、立地條件相近的觀光木（180.49 t/hm2）、山白蘭（158.21 t/hm2）人工林生態(tài)系統(tǒng)[12]。由此可見，吊皮錐人工林可作為較好的碳匯樹種來發(fā)展。

表1 土壤層碳含量

表2 吊皮錐人工林生物量和碳儲量

2.5 吊皮錐人工林喬木層年固碳量估計

由表3可知，若年凈生產(chǎn)力和年固碳量枝、葉按四年計算，樹干、樹根按27年計算，吊皮錐人工林各器官年凈生產(chǎn)力在1.43~15.86 t/hm2之間，樹枝的年凈生產(chǎn)力最高（15.86 t/hm2），樹葉最低（1.43 t/hm2），整個喬木層年凈生產(chǎn)力為24.50 t/hm2；年固碳量為11.84 t/hm2，各部分年固碳量由大到小的順序為：樹枝（7.66 t/hm2）>樹干（2.49 t/hm2）>樹根（1.02 t/hm2）>樹葉（0.66 t/hm2）。如按27年計算，喬木層年凈碳素累積量為4.75 t/hm2，年凈碳素累積量最高的器官為樹干的2.49 t/hm2，最低為樹葉的0.10 t/hm2。

表3 吊皮錐人工林喬木層年凈固碳量 t/hm2

3 結(jié)論與討論

27年生的吊皮錐人工林的碳貯量為340.25 t/hm2，其中植被層的碳貯量為132.26 t/hm2，土壤層的碳貯量為207.99 t/hm2。喬木層各器官碳貯量的大小順序為：樹干>枝>根兜>葉>粗根>中根>細根。灌木層、草本層和凋落物層的碳貯量分別為0.11、0.18、3.76 t/hm2。吊皮錐人工林的碳貯量（340.25 t/hm2）同樣高于同生長年限、立地條件相近的觀光木（180.49 t/hm2）、山白蘭（158.21 t/hm2）人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳貯量[12-13]，說明吊皮錐人工林的碳貯量較為豐富，可作為較好的碳匯樹種來發(fā)展。

喬木層作為吊皮錐人工林生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，年凈生產(chǎn)力為24.50 t/hm2，高于27年生觀光木人工林林分生產(chǎn)力7.4 t/hm2[15]及26年生紅椎人工林凈生產(chǎn)力[16]；年固碳量為11.84 t/hm2。若按27年計算，年凈碳素累積量為4.75 t/hm2，高于27年生山白蘭人工林喬木層的年凈碳素累積量（1.83 t/hm2）[12]。可見，吊皮錐人工林年凈生產(chǎn)力和固碳量較為可觀，在固碳方面有較好的發(fā)展前景。

吊皮錐人工林土壤層的碳貯量為207.99 t/hm2，高于我國森林生態(tài)系統(tǒng)土壤平均碳貯量（201.76 t/hm2）[17]。吊皮錐人工林枝葉豐茂（占林分生物量的25.37%），具有豐富的凋落物，通過腐殖化作用使部分碳以有機質(zhì)的形式進入土壤，較快地增加土壤有機碳含量和貯存量，從而增加生態(tài)系統(tǒng)的碳貯量。也有部分有機物質(zhì)通過土壤呼吸作用以CO2的形式回到大氣中，每年這部分的流失碳也值得研究，了解土壤碳貯量的波動性，以便充分的認識吊皮錐人工林的碳貯量。

鑒于馬尾松與紅椎同齡混交林的碳貯量（181.936 t/hm2）>26年紅椎純林的碳貯量（158.521 t/hm2）[16]，該次研究同為殼斗科的吊皮錐人工純林，若作為生態(tài)林可間種其他耐蔭相生樹種，可通過試驗得到合理的混交方式、合適的混交比例，不僅可以提高林分的抗逆性，而且能夠充分利用林地提高林分的生產(chǎn)力和增加碳貯量，同時還能提高人工林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。