廣西壯族自治區(qū)平果縣退耕還林植被碳儲(chǔ)量特征

趙 瑞, 孫保平, 于明含, 果 超

(北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院, 北京 100083)

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廣西壯族自治區(qū)平果縣退耕還林植被碳儲(chǔ)量特征

趙 瑞, 孫保平, 于明含, 果 超

(北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院, 北京 100083)

摘要：[目的] 明確廣西壯族自治區(qū)平果縣6種不同林種的喬木層、地被層、枯枝落葉層碳儲(chǔ)量差異，為南方退耕還林工程區(qū)森林生態(tài)效益的評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。 [方法] 以野外樣地調(diào)查和數(shù)理為基礎(chǔ),結(jié)合基本統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。 [結(jié)果] 平果縣不同退耕還林地喬木含碳率相差不大,除早熟桃之外,其他樹(shù)種地上平均含碳率均在0.49到0.52之間。不同林分之間和相同林分的各器官之間均存在較大差異。6類(lèi)退耕還林地的林地植被層總儲(chǔ)碳密度由大到小依次為:八角26.864 t/hm2,板栗23.120 t/hm2,桉樹(shù)22.863 t/hm2,馬尾松16.686 t/hm2,早熟桃15.393 t/hm2,任豆9.956 t/hm2,退耕還林地植被層總碳儲(chǔ)量為1.4374×105t。 [結(jié)論] 平果縣喬木層的平均儲(chǔ)碳密度值遠(yuǎn)低于中國(guó)及世界各地森林平均儲(chǔ)碳密度估計(jì)值。

關(guān)鍵詞：退耕還林,不同林地,含碳率,碳儲(chǔ)量

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，儲(chǔ)存了全球陸地植被碳庫(kù)的77%和全球土壤碳庫(kù)的39%[1]，為解決因大氣中以CO2為主的溫室氣體濃度大幅度增加而導(dǎo)致全球氣候變暖所引發(fā)的嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能研究已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題[2]。人工造林作為一種“碳匯”形式，以生物量形式固定和儲(chǔ)存CO2，將在中國(guó)未來(lái)森林碳匯發(fā)揮巨大作用。退耕還林工程是中國(guó)林業(yè)生態(tài)建設(shè)史上規(guī)模最大的生態(tài)建設(shè)工程，是全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分。因此，研究退耕還林工程森林碳儲(chǔ)量十分重要。

近些年，學(xué)者們從不同尺度、用不同方法對(duì)森林林分生物量、碳儲(chǔ)量做了大量研究[3-12]，但針對(duì)重大生態(tài)工程本身的固碳能力的研究還較缺乏，胡會(huì)峰，魏亞偉等人對(duì)天然林保護(hù)工程區(qū)森林碳儲(chǔ)量進(jìn)行了研究[13-14]，申家朋，劉迎春等人研究了黃土丘陵區(qū)退耕還林工程主要樹(shù)種的碳儲(chǔ)量及其固碳潛力[15-16]。本研究以中國(guó)廣西省平果縣退耕還林工程區(qū)森林植被為對(duì)象，通過(guò)對(duì)平果縣主要退耕地主要造林樹(shù)種進(jìn)行調(diào)查，對(duì)植被碳儲(chǔ)量進(jìn)行估算，研究了中國(guó)喀斯特地區(qū)人工生態(tài)工程的森林碳儲(chǔ)量特征，以期豐富喀斯特特殊環(huán)境下人工恢復(fù)植被的生物量與碳儲(chǔ)量的相關(guān)研究，并為南方退耕還林工程區(qū)森林生態(tài)效益的評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。

1研究區(qū)概況

平果縣地處廣西壯族自治區(qū)西部，其地理位置為107°21′—107°51′E，23°12′—23°51′N(xiāo)，全縣地勢(shì)中高、南北低，紅水河支流平治河流經(jīng)北部，沿岸海拔 200～300 m，中部大石山區(qū)平均海拔280～450 m，是右江河與平治河的分水嶺。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏長(zhǎng)冬短，光照較強(qiáng)。年平均氣溫 21.5 ℃，降雨量多集中在6—9月，年平均降雨量達(dá)1 200～1 500 mm，年均蒸發(fā)量為1572 mm，相對(duì)濕度約80%。土壤主要為砂頁(yè)巖紅壤與棕色石灰土。退耕還林植被多為南方鄉(xiāng)土樹(shù)種，造林時(shí)間為2002年至2004年，主要有馬尾松(Pinusmassoniana)、桉樹(shù)(Eucalyptus)、任豆(Zeniainsignis)、板栗(Castaneamollissima)、八角(Illiciumverum)和早熟桃 (Amygdaluspersica)等。

2研究方法

2.1　植被群落調(diào)查及生物量測(cè)定

在試驗(yàn)區(qū)不同退耕林種內(nèi)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地(20 m×20 m)，在標(biāo)準(zhǔn)地對(duì)角線(xiàn)及中心位置設(shè)置喬木樣方大小為5 m×5 m，以天然草地作為對(duì)照樣地，草本樣方大小為1 m×1 m。對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)地的喬木進(jìn)行每木尺檢，選出代表該標(biāo)準(zhǔn)地最接近這兩個(gè)平均值的樹(shù)木作為標(biāo)準(zhǔn)木，采用全挖實(shí)測(cè)法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)木的生物量，按林木的組織器官分別稱(chēng)取鮮質(zhì)量，同時(shí)采集分析樣品1.0 kg。記錄每個(gè)樣方內(nèi)草本植物種類(lèi)，采用全挖實(shí)測(cè)法分別測(cè)定每個(gè)樣方內(nèi)各種植物的生物量，并分別采集分析樣品1.0 kg。將各樣地內(nèi)的枯枝落葉全部選出稱(chēng)質(zhì)量，分別采集分析樣品1.0 kg。分別取樣稱(chēng)重，把樣品帶回實(shí)驗(yàn)室置于80 ℃的烘箱24 h，稱(chēng)重，求出干鮮重比率，進(jìn)而換算各種植物、枯枝落葉層的生物量(表1)，試驗(yàn)樣品采集時(shí)間為2010年。

表1　不同退耕林地樹(shù)木各器官生物量

2.2　化學(xué)分析方法及數(shù)據(jù)處理

樣品的有機(jī)含碳率測(cè)定采用干燒法，具體采用Elementar Vario EL元素分析儀進(jìn)行樣品分析，每次測(cè)3個(gè)平行樣，測(cè)定結(jié)果取平均值。喬木層、草本層、枯枝落葉層的平均含碳量均為加權(quán)平均值。其碳儲(chǔ)量用它們的生物量與其相應(yīng)碳含量的乘積求得。

3結(jié)果與分析

3.1　不同退耕林地生物量

喀斯特環(huán)境極為特殊，巖石裸露率高，土層淺薄且不連續(xù)，土壤多散布于石縫中，環(huán)境容量低，由此造成植物生長(zhǎng)緩慢，個(gè)體數(shù)量雖多，但普遍偏小，喀斯特森林為低生物量森林，即使是茂蘭喀斯特頂極群落常綠闊葉林群落其綠色生物量也只有為149 t/hm2，遠(yuǎn)低于同生態(tài)位的非喀斯特森林，只相當(dāng)于沙漠邊緣或北泰加林(150 t/hm2)[17]，人為干擾破壞嚴(yán)重的喀斯特峰叢洼地的生物量更小[18]。

3.2　不同樹(shù)種含碳率

表2表明，各樹(shù)種不同器官中的碳含率不同，基本表現(xiàn)為：枝葉>干>根，6種退耕樹(shù)種且因種類(lèi)不同而碳含率不同。喬木以馬尾松含碳率最高(0.518)，早熟桃最低(0.479)。

可知，在同一林分的相同環(huán)境條件下，各植被層的各種植物，因植物種類(lèi)不同或同一植物不同器官，其碳含量均不相同，這主要取決于植物的生物學(xué)特性。且針葉樹(shù)種各組分的含碳率普遍高于闊葉樹(shù)種，所有針葉樹(shù)種各組分的平均含碳率均高于闊葉樹(shù)和草本。

表2　不同植被各組成器官的含碳率

3.3　退耕還林地植被碳儲(chǔ)量估算

3.3.1喬木層碳儲(chǔ)量及其變異規(guī)律利用平果縣不同林分的喬木層生物量及不同植被各器官的含碳率(表2)，計(jì)算出平果縣6種退耕還林地各器官的儲(chǔ)碳

密度(單位面積碳儲(chǔ)量)和碳儲(chǔ)量(表3)。各退耕還林樹(shù)種面積見(jiàn)以下各表。

研究表明，平果縣退耕還林地各個(gè)器官的儲(chǔ)碳密度總量分別為：馬尾松5.871 t/hm2，桉樹(shù)10.392 t/hm2，八角14.226 t/hm2，板栗11.903 t/hm2，早熟桃1.911 t/hm2，任豆1.646 t/hm2，總碳儲(chǔ)量為5.699×105t。其中，八角、桉樹(shù)和板栗樹(shù)干的儲(chǔ)碳密度顯著大于馬尾松、早熟桃和任豆，桉樹(shù)和早熟桃的枝葉儲(chǔ)碳密度顯著低于其他林分。不同林分根部的儲(chǔ)碳密度和干的儲(chǔ)碳密度呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，同樣是八角、桉樹(shù)和板栗樹(shù)干的儲(chǔ)碳密度顯著大于馬尾松、早熟桃和任豆。綜合地上部分的總儲(chǔ)碳密度而言，八角最大為14.226 t/hm2，早熟桃和任豆顯著低于其他林分。

表3　平果縣不同退耕還林地喬木層各器官碳儲(chǔ)量密度及碳儲(chǔ)量

3.3.2地被物層(草本層)碳儲(chǔ)量本研究中只是對(duì)草本層生物量進(jìn)行研究，不包括地衣、苔鮮層。利用平果縣不同退耕林地間草本層生物量的實(shí)測(cè)結(jié)果，計(jì)算出平果縣6類(lèi)退耕還林地林分草本層各組分的儲(chǔ)碳密度和碳儲(chǔ)量(表4)。

表4　不同退耕還林地草本層各器官碳儲(chǔ)量密度及碳儲(chǔ)量

表4顯示，平果縣退耕還林地6類(lèi)林分草本層的儲(chǔ)碳密最大的是馬尾松和桉樹(shù)，總碳儲(chǔ)量分別為7.327 t/hm2和6.068 t/hm2，顯著大于其他林分下的碳儲(chǔ)量，碳儲(chǔ)量最小的為板栗和早熟桃，早熟桃的碳儲(chǔ)量顯著低于其他林分，只有0.055 t/hm2。平果縣退耕還林地草本層總碳儲(chǔ)量4.685×104t，其中桉樹(shù)和任豆的草本層碳儲(chǔ)量總量最大。

3.3.3森林生態(tài)系統(tǒng)凋落物碳儲(chǔ)量表5顯示，平果縣6類(lèi)退耕還林地林分枯落物層的儲(chǔ)碳密度依次為：板栗，桉樹(shù)，早熟桃，任豆，馬尾松和八角，其中板栗和桉樹(shù)的儲(chǔ)碳密度顯著大于其他林分下枯落物的儲(chǔ)碳密度，其次為早熟桃，任豆和馬尾松的儲(chǔ)碳密度較為接近，儲(chǔ)碳密度最小的林分枯落物層為八角，只有2.860 t/hm2。所有林分下枯落物層儲(chǔ)碳密度總量為3.990×104t，其中桉樹(shù)和任豆枯落物層總碳儲(chǔ)量顯著大于其他林分下的枯落物層。

表5　不同退耕還林地枯落物碳儲(chǔ)量密度及碳儲(chǔ)量

3.3.4退耕還林植被總碳儲(chǔ)量及其分配特征根據(jù)以上對(duì)平果縣各類(lèi)退耕還林地植被各部分碳儲(chǔ)量的估算結(jié)果，將其匯總于表6。

表6表明，平果縣6類(lèi)退耕還林地林分的森林植被層總儲(chǔ)碳密度從小到大順序依次為：任豆<早熟桃<馬尾松<桉樹(shù)<板栗<八角，由此可見(jiàn)部分林地儲(chǔ)碳密度較低，主要原因可能是退耕地人為干擾較嚴(yán)重，且馬尾松、早熟桃、任豆林地成活率低，林分密度小，長(zhǎng)勢(shì)較差，生物量低。八角、板栗、桉樹(shù)生物量大，長(zhǎng)勢(shì)良好，儲(chǔ)碳密度較高。植被層總碳儲(chǔ)量以桉樹(shù)林的最大，占平果縣退耕還林地植被層總碳儲(chǔ)量的54.03%。

表6　平果縣退耕還林地林分總碳儲(chǔ)量及其分配特征

4結(jié)論與討論

平果縣不同退耕還林地喬木含碳率相差不大，除早熟桃之外，其他樹(shù)種地上平均含碳率均在0.49～0.52，對(duì)照草本含碳率最低，為0.392。不同林分之間和相同林分的各器官之間均存在較大差異，如馬尾松干占26.34%，枝葉占62.50%，根占11.16%；桉樹(shù)干占81.72%，枝葉占5.41%，根占12.87%。無(wú)論是相同林分的不同器官之間，還是不同林分的相同器官之間均呈現(xiàn)出較大的差異性。

平果縣6類(lèi)退耕還林地的林地植被層總儲(chǔ)碳密度由大到小依次為：八角26.864 t/hm2，板栗23.120 t/hm2，桉樹(shù)22.863 t/hm2，馬尾松16.686 t/hm2，早熟桃15.393 t/hm2，任豆9.956 t/hm2，退耕還林地植被層總碳儲(chǔ)量為1.4374×105t，平均碳密度19.147 t/hm2，喬木層的平均儲(chǔ)碳密度值遠(yuǎn)低于中國(guó)及世界各地森林平均儲(chǔ)碳密度的一些估計(jì)值，如中國(guó)森林植被平均碳密度為38.4~49.45 t/hm2，美國(guó)56.6~61.0 t/hm2，俄羅斯33.2~47.6 t/hm2等，隨著時(shí)間推移，林地碳儲(chǔ)量將逐年增加，該地區(qū)的各類(lèi)林地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量還有很大潛力空間。

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Characterics of Carbon Storage in Forests of Grain for Green Project in Pingguo County, Guangxi Zhuang Autonomous Region

ZHAO Rui, SUN Baoping, YU Minghan, GUO Chao

(SchoolofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

Abstract：[Objective] To explore the carbon storage characteristics of arbor layer, herb layer and litter layer of six different trees of grain for green project in Pingguo County in order to provide the data support for evaluation of forest ecological benefit further. [Methods] Based on the survey of sample plots and mathematical analysis, combining with the basic statistical method, the characteristics of carbon storage were analyzed. [Results] The difference of carbon content between different arbor layers was little. In addition to theAmygdaluspersica, the average carbon rates of other species on the ground ranged from 0.49 to 0.52. There were large differences between the various organs of the same stand, and the same situation for different stands. The decreasing order of carbon densities in different stands was followed as:Illiciumverum26.864 t/hm2,Castaneamollissima23.120 t/hm2,Eucalyptus22.863 t/hm2,Pinusmassoniana16.686 t/hm2,Amygdaluspersica15.393 t/hm2,ZeniainsignisChun 9.956 t/hm2. The total carbon storage of vegetation layer was 1.4374×105t. [Conclusion] The average carbon density of arbor layer in Pingguo County was far less than the estimated value in China and other countries.

Keywords:grain for green; different woodland; carbon content rate; carbon storage

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)03-0350-04

中圖分類(lèi)號(hào)：S718.55

通信作者：孫保平(1956—),男(漢族),山西省原平市人,本科,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事荒漠化防治與水土保持相關(guān)研究。E-mail:sunbp@163.com。

收稿日期：2014-08-30修回日期：2014-10-02

資助項(xiàng)目：國(guó)家林業(yè)局公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“南方退耕還林工程建設(shè)效益監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)研究” (201004018)

第一作者：趙瑞(1990—),女(漢族),甘肅省蘭州市人,碩士研究生,研究方向?yàn)樗帘３帧-mail:wlc900127@163.com。