桂西北馬尾松成熟人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分配研究

莫霞苗

（廣西環(huán)江毛南族自治縣華山林場(chǎng)，廣西 環(huán)江 547100）

目前國(guó)際上提出碳人工林的概念，其意義可理解為一種超越以木材收獲為主的傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，以同時(shí)追求木材收獲和碳吸存效益為雙重目標(biāo)的新型人工林經(jīng)營(yíng)模式[1-2]。在保護(hù)樹(shù)種、提供木材及最大限度地實(shí)現(xiàn)固碳，降低二氧化碳濃度，維護(hù)生態(tài)環(huán)境平衡，緩解國(guó)際對(duì)中國(guó)二氧化碳釋放壓力，履行《京都議定書(shū)》規(guī)定的減排義務(wù)已成為當(dāng)今林業(yè)探索方向和必然的趨勢(shì)。眾多學(xué)者從不同尺度上對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳循環(huán)的作用及不同森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分配格局都進(jìn)行了研究[3-4]。而在對(duì)人工林系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分配格局的研究方面主要集中于相思、巨尾桉、楠木及杉木等人工林生態(tài)系統(tǒng)上[5-8]。馬尾松（Pimus massoniana）是我國(guó)南方主要的人工林樹(shù)種，具有很高的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值[9]。近年來(lái)許多學(xué)者以馬尾松為研究對(duì)象，取得了較多研究成果。但目前有關(guān)馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的研究并不多，對(duì)單一地區(qū)馬尾松成熟林純林森林碳儲(chǔ)量的研究較少。因此，筆者選擇同一區(qū)域馬尾松成熟人工林作為研究對(duì)象，綜合分析馬尾松林碳儲(chǔ)量及其分配格局，為馬尾松碳儲(chǔ)量研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)林位于廣西環(huán)江毛南族自治縣華山林場(chǎng)（25°6′9″ N、108°15′40″ E），屬亞熱帶氣候區(qū)。試驗(yàn)林地海拔315~410 m，光照充足，年平均氣溫21.7℃，1月氣溫最低，平均氣溫為7.3℃，7月氣溫最高，平均氣溫為34.4℃，年平均日照1 525~2 150 h，年無(wú)霜期301 d，年平均降雨量1 325~1 843 mm，5月下旬至9月上旬為雨季。土壤為砂頁(yè)巖紅壤，土壤平均厚度80 cm 以上。

所設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地為30年生馬尾松人工純林，調(diào)查時(shí)林分保存密度為615 株/hm2，林分郁閉度為0.8。林下灌木等常見(jiàn)植物主要有桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、野牡丹（Melastoma candidum）、漸尖毛蕨（Cyclosorus acuminata）等。

1.2 樣地設(shè)置及標(biāo)準(zhǔn)木樣品采集

在30年生的馬尾松人工林中設(shè)置3 個(gè)400 m2的臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)樣地，分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)的每株樹(shù)木進(jìn)行編號(hào)及測(cè)定樹(shù)高和胸徑。根據(jù)林分生長(zhǎng)調(diào)查結(jié)果，在標(biāo)準(zhǔn)樣地選擇6 株標(biāo)準(zhǔn)徑階木，采集其中的4 株標(biāo)準(zhǔn)木樣品進(jìn)行碳元素分析。喬木層不同器官（樹(shù)葉、活枝、樹(shù)干、樹(shù)皮、根蔸、粗根、中根和細(xì)根），灌木層（葉、枝和根）、草本層（地上和地下混合）和凋落物層樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理，經(jīng)切碎、烘干、粉碎、過(guò)篩后裝瓶待測(cè)。采用收獲法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)木的生物量[10]。

標(biāo)準(zhǔn)木樣品的碳素含量采用中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的元素分析儀（Vario EL Ⅲ，德國(guó)）測(cè)定，每個(gè)樣品均做3 次重復(fù)試驗(yàn)。

1.3 土壤樣品采集及處理

在各標(biāo)準(zhǔn)樣地中分別設(shè)置8 個(gè)代表性采樣點(diǎn)，按0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm 分 層 采 集 土 壤 樣品，把相同標(biāo)準(zhǔn)樣地同一層次土壤按重量比例混合，帶回實(shí)驗(yàn)室于室內(nèi)自然風(fēng)干和粉碎過(guò)篩后裝瓶待測(cè)。同時(shí)用環(huán)刀采集各層土壤的原狀土，帶回實(shí)驗(yàn)室用環(huán)刀法測(cè)定土壤密度。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

原始數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007 軟件，同時(shí)采用SPSS 19 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松人工林林下地被層碳含量

林下植被是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是在測(cè)定生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量時(shí)不容忽視的一部分。通過(guò)研究分析，馬尾松人工林地被層的碳含量較喬木層和土壤層偏低。地被層的碳含量在410.2~478.6 g/kg，其中草本層含量最低，灌木枝條含量最高，其含量由大到小依次為灌木枝＞灌木葉＞灌木根＞凋落物＞草本（表1）。

2.2 馬尾松人工林林下土壤層碳含量

土壤層含碳量隨著土壤深度的增加而逐漸降低，林分對(duì)土壤碳含量的影響隨著土壤的加深越來(lái)越?。ū?）。采取0~100 cm 的土壤土樣，測(cè)得其含碳量范圍為6.5~17.3 g/kg，其中0~20 cm 土層碳元素含量最高，可能是該層為淋溶層，腐殖質(zhì)多，所以有機(jī)碳豐富，分解進(jìn)入土壤表層的有機(jī)質(zhì)多，也是土壤肥力主要來(lái)源，隨著土壤深度增加，各種生物活動(dòng)逐漸減弱，所以其碳含量呈下降趨勢(shì)，達(dá)到100 cm 深度碳素含量只有6.5 g/kg。

表1 馬尾松人工林地被層和土壤層碳元素含量 g/kg

2.3 馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分配格局

馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量為302.55 t/hm2，植被層為169.89 t/hm2，占生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量的56.15%，土壤層為132.66 t/hm2，占生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量的43.85%（表2）。在植被層中，喬木層碳儲(chǔ)量為166.60 t/hm2，占生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量的55.06%；地被層碳儲(chǔ)量為3.29 t/hm2，僅占1.09%。由此可見(jiàn)，整個(gè)馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量主要集中在喬木層和土壤層，其中喬木層含量最高，其次為土壤層，地被層占很少部分（圖1）。

圖1 馬尾松人工林各層次碳儲(chǔ)量占比

表2 馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分配格局 t/hm2

在喬木層中，85.91%碳儲(chǔ)存在馬尾松地上部分，這與馬尾松高大通直有關(guān)，其碳儲(chǔ)量大小依次為樹(shù)干＞樹(shù)枝＞根蔸＞樹(shù)皮＞樹(shù)葉＞粗根＞中根＞細(xì)根。0~100 cm 土壤層碳儲(chǔ)量明顯低于馬尾松喬木層。顯然，在馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)中碳儲(chǔ)量大小依次為喬木層＞土壤層＞凋落物層＞灌木層＞草本層，表明在馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)中喬木層是主要碳儲(chǔ)存場(chǎng)所，在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的固碳過(guò)程中占有決定性的作用，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳的固定與循環(huán)具有重要意義。

根據(jù)喬木層各器官年凈生產(chǎn)量和碳含量推算得出碳年積累量。計(jì)算得出馬尾松人工林分年凈生產(chǎn)力、凈固碳量及碳素凈累計(jì)量分別為23.52、11.30、5.20 t/（hm2·年）?？梢?jiàn)，馬尾松可作為一種理想的人工林碳匯造林樹(shù)種。

3 結(jié)論與討論

該研究測(cè)得馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量為302.55 t/hm2，比何斌等[11]研究的厚莢相思人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量141.05 t/hm2要高，也明顯高于我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)的平均碳貯量（258.83 t/hm2）[12]；植被層和土壤層分配比例為1.28∶1，且喬木層的碳儲(chǔ)量比0~100 cm 土壤層的還高，灌木層、草本層及凋落物層碳儲(chǔ)量分別為0.38、0.35、2.56 t/hm2，地被層碳儲(chǔ)量?jī)H占馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量的1.09%。在馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)中絕大部分碳儲(chǔ)存在喬木層和土壤層，其中以喬木層為最多（占總碳儲(chǔ)量的55.06%），而地被層僅占極少的一部分，說(shuō)明馬尾松生態(tài)系統(tǒng)中喬木層是該生態(tài)系統(tǒng)的主要碳庫(kù)，對(duì)碳的固定起主導(dǎo)作用。何宗明等[13]和楊玉盛等[14]分別證實(shí)，與該試驗(yàn)馬尾松年齡相近的33年生福建柏及格氏栲、杉木人工林的喬木層碳儲(chǔ)量同樣比土壤碳儲(chǔ)量（92.06~105.87 t/hm2）高，三者的喬木層碳儲(chǔ)量分別為130.460、214.692、131.204 t/hm2。該試驗(yàn)中馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)喬木層碳儲(chǔ)量（166.60 t/hm2）比相近年齡格氏栲稍低，比福建柏及杉木等要高。同時(shí)，馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)0~100 cm 土壤層碳儲(chǔ)量為132.66 t/hm2，要高于梁宏溫等[15]估算的尾巨桉等速豐林的土壤表層碳儲(chǔ)量（2 代桉樹(shù)速豐林土壤碳儲(chǔ)量分別為81.758、71.297 t/hm2），高于杉木人工林土壤表層碳儲(chǔ)量（48.64 t/hm2）[16]。該試驗(yàn)土壤碳儲(chǔ)量占馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量的43.85%，馬尾松人工林分年凈生產(chǎn)力、凈固碳量及碳素凈累計(jì)量分別為23.52、11.30、5.20 t/（hm2·年）?？梢?jiàn)，在馬尾松人工林生態(tài)系統(tǒng)中的土壤具有更強(qiáng)的固碳能力，是一個(gè)碳吸存能力較強(qiáng)的人工林碳匯項(xiàng)目造林樹(shù)種，具有相當(dāng)高的發(fā)展?jié)摿Α?/p>