盱眙縣墨西哥柏人工林含碳率與碳儲量研究

張 濤, 萬福緒, 談正鑫

(南京林業大學, 南京 210037)

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盱眙縣墨西哥柏人工林含碳率與碳儲量研究

張 濤, 萬福緒, 談正鑫

(南京林業大學, 南京 210037)

選取盱眙縣墨西哥柏人工林為研究對象，對其灌木層、草本層、枯枝落葉層、土壤層進行了碳儲量研究。結果表明：灌木層枝、干、葉、根的含碳率依次48.92%，48.49%，49.74%和48.04%，器官含碳率大小表現為C葉>C枝>C干>C根，草本層是地上部分含碳率大于地下部分含碳率，枯枝落葉層的含碳率表現為C葉>C枝，土壤層的含碳率隨著土壤深度的增加而降低，0—10 cm和10—20 cm土層之間土壤含碳率的差異性顯著。墨西哥柏人工林生態系統現存碳儲量67.31 t/hm2，其中灌木層1.21 t/hm2，占總碳儲量的1.8%；草本層0.08 t/hm2，占總碳儲量的0.12%；枯枝落葉層0.02 t/hm2，占總碳儲量的0.03%；土壤層66 t/hm2，占總碳儲量的98.05%，可見碳儲量主要集中在土壤層中。

墨西哥柏人工林; 含碳率; 碳儲量; 盱眙縣

森林生態系統是陸地生態系統中最大的碳貯存室，儲存了陸地生態系統76%～98%的有機碳，其地上部分碳庫和土壤碳庫分別占全球地上部分碳庫和土壤碳庫的80%和70%[1-2]，森林生態系統的碳儲量是研究森林生態系統與大氣間碳交換的基本參數[1]，也是估算森林生態系統向大氣吸收和排放含碳氣體的關鍵因子，如何準確地定量研究森林生態系統在全球CO2收支平衡中的作用是全球碳循環研究的重點和難點之一[3]，自從20世紀50年代國外對森林生態系統的碳貯量開始研究以來，很多學者采用不同方法對區域森林植被生物量、含碳率和碳儲量以及土壤碳儲量開展大量研究工作[4-5]，中國學者在20世紀90年代初才開始進行大規模的研究，但對森林群落含碳率和碳儲量的研究還處于起步階段，近年來，國內學者對甜櫧凋落物[6]、養分循環[7]、生物量等進行了研究，但至今未見有關盱眙縣墨西哥柏碳儲量方面的研究。鑒于此，本研究以盱眙縣墨西哥柏人工林為對象，對其含碳率以及碳儲量進行了計算和分析，為進一步研究該生態系統的碳循環及碳匯大小提供基礎數據，并為其他樹種碳貯量的研究和林業碳匯評價指標體系的建立提供科學依據。

1　試驗地概況

研究區位于江蘇省盱眙縣月亮山，地處北亞熱帶與暖溫帶過渡區域，屬季風性濕潤氣候。四季分明，季際、年際變異性突出，年平均日照總量2 222.4 h，平均氣14.7℃，無霜期215 d，年平均降水量1 005.4 mm。溫差0.4℃，土壤由火山巖發育形成，其中黃棕壤面積最大，占36.2%，其次是火山灰土和水稻土以及部分潮土和沙姜土。盱眙全縣現有成片林11 867萬hm2，農田林網2 169萬hm2，“四旁”樹木保存1 058萬株，森林覆蓋率18.3%。活立木總蓄積量90.3萬m3，年生長量16.85萬m3，主要灌木層是墨西哥柏，草本層有里白、狗脊等。墨西哥柏在灌木層中占絕對的優勢。

2　研究方法

2.1人工林生物量的調查

在20 m×20 m的3個樣地里對墨西哥柏進行每木調查，測定樣地內所有墨西哥柏的樹高、地徑，并按徑階分組登記，按所測地徑值，每隔0.3 cm為一個徑階，每個徑階平行取3個樣，共取18株墨西哥柏作為標準木，將其伐倒，分層次分干、葉、枝、根采集標準木作為分析樣品，并用挖掘法測定根系生物量。

2.2人工林不同層含碳率的測定

2.2.1植被含碳率的測定在測植被的生物量時，分別抽取不同層次不同器官500 g樣品，帶回實驗室，烘干測定后換算成為干重質量；再經粉碎、過篩后，用全自動碳氮分析儀測定其含碳率。

2.2.2土壤含碳率的測定在設置的樣地內按“S”形隨機選取5個樣點，在每個取樣點按0—10，10—20，20—30，30—50，50—100 cm分層取樣，土樣在室內風干后過0.149 mm篩，采用重鉻酸鉀加熱法測定土壤含碳率；同時用環刀取原狀土，帶回室內測定不同層次土壤的容重。

2.3人工林不同層碳儲量的計算

2.3.1植被層碳儲量的計算根據灌木層、草本層和枯枝落葉層各器官的生物量乘各組分的轉換系數，不同組分的轉換系數是所取得樣品的含碳率。

2.3.2土壤層碳儲量的計算由于本次調查天然林分布的土層厚度在100 cm左右，因此本研究對土壤碳貯量的估算限定在土層100 cm的深度范圍，不包括地表枯枝落葉，具體采用下面的公式：

式中：S——土壤表層i深度內單位面積土壤碳儲量(t/hm2)；Di——第i土層的容重(t/m3)；Ci——第i土層的含碳率(%)；Ei——第i土層的厚度(m)。

3　結果與分析

3.1人工林不同層植物含碳率

(1)解析木地徑對含碳率的影響。分析數據后發現解析木地徑對其含碳率的影響是單一的，因此分別分析解析木地徑大小對含碳率的影響，由表1可知，解析木地徑對各個器官(樹干、樹枝、樹葉和樹根)含碳率沒有顯著影響(p<0.05)，因此可以將6株解析木當作一個整體分析解析木地徑對各器官含碳率的影響，結果表明，以簡單的線性關系表示樹干、樹枝、樹葉和樹根隨地徑增大時的變化情況發現，樹干、樹根、樹葉、樹枝含碳率的變化均在0.45～0.50之間，樹葉的含碳率大于其它器官的含碳率，與地徑的增長成正比關系，相關系數達到了0.695 8，樹根、樹干以及樹枝的含碳率都相對比較穩定，與地徑的增長不成正相關。

表1　不同徑級樹木各器官含碳率比較

注：(1) 表中數據均為平均值；(2) 同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)，下同。

(2)人工林不同植被層含碳率。由表2可知，墨西哥柏林灌木層不同器官含碳率在48.04%～49.74%，變化幅度不大，排序為C葉>C枝>C干>C根，草本層的含碳率在37.63%～38.96%波動，地上部分的含碳率大于地下部分，整體明顯低于灌木層的含碳率，不同層次含碳率之間的差異性均達到顯著水平(p<0.05)，其大小順序為C灌>C草。枯枝落葉不同組分的含碳率在46.93%～47.39%，其大小順序為C葉>C枝，這表現出和灌木C葉>C枝的相似規律。

表2　墨西哥柏林植被層含碳率　%

(3) 人工林不同土壤層含碳率。土壤層的含碳率在垂直方向上表現出隨著土壤深度的增加而降低的趨勢，不同土層含碳率的差異均達到了顯著水平(p<0.05)，墨西哥柏林10—20，20—30，30—50，50—100 cm這四個土層的含碳率分別是0—10 cm土層的53.01%，35.51%，19.13%，10.38%，由此可知，土壤表層的含碳率明顯高于其他土層的含碳率。

3.2人工林不同層碳儲量

(1) 植被層碳儲量。灌木層的總碳儲量為1.21 t/hm2，樹枝碳儲量為0.52 t/hm2，占地上碳儲量的46.42%，占總碳儲量的43.26%，地上部分的碳儲量是地下部分的12倍，其次是葉，占總碳儲量的40.73%，然后依次是干和根，說明枝和葉是灌木層碳儲量的主要部分。草本層的碳儲量為0.08 t/hm2，地上部分碳儲量大于地下部分碳儲量，灌木層、草本層和枯枝落葉層的總碳貯量比例順序和生物量表現為相同的規律，它們之間的差異性達到了顯著的水平(p<0.05)，可見不同層次的碳儲量對墨西哥柏人工林總碳儲量的貢獻是不同的(表3)。

表3　墨西哥柏林各層次碳儲量

(2) 枯枝落葉層碳儲量。墨西哥柏人工林枯枝落葉層的總碳儲量為0.02 t/hm2，各個器官碳儲量大小順序為：C葉>C枝>C干>C根，葉和枝是枯枝落葉層的主要部分，說明葉和枝是枯枝落葉層中向土壤歸還有機質的主體。

(3) 土壤層碳儲量。土壤的容重隨著土層深度的增加而增加，而土壤碳儲量表現出與土壤容重相反的規律，即隨著土壤深度的增加而降低，不同層次土壤碳儲量差異均達到了顯著水平(p<0.05)(見表3)，土壤的總碳儲量為66 t/hm2，各土層的碳儲量占總碳儲量的33%，18.94%，13.20%，14.00%，20.84%。0—50 cm土層的碳儲量是50—100 cm土層的3.79倍，說明土壤的碳儲量主要集中在土壤的表層。

4　結論與討論

目前，國際植物生物量與碳的轉化系數通常在0.45～0.55 g/g[8]，木麻黃不同器官的碳密度在0.454 2～0.517 8 g/g[9]，杉木的碳密度在0.483 0～0.547 3 g/g[10]，本研究通過實測，墨西哥柏不同器官的含碳率在0.45～0.50 g/g；木麻黃不同器官的含碳率大小順序表現為C根>C葉>C枝>C皮[9]，杉木觀光木混合林的含碳率是：樹葉大于樹干，樹干大于樹枝、樹皮和樹根[11]，樟子松的含碳率是樹枝大于樹干、樹皮和樹根[12]，墨西哥柏不同器官的含碳率大小順序與這些林分不同，即C葉>C枝>C干>C根，這可能是種間差異，林齡與氣溫、降水、樹種種類等因素不同造成的。墨西哥柏人工林不同層次含碳率的大小順序為C灌木>C草，這主要與生態系統的群落結構特征有關，灌木層位于草本層的上層，在爭奪太陽光照和熱量時處于絕對的優勢，能夠吸取足夠的光照，進行充分的光合作用，積累較多的有機質。

墨西哥柏人工林生態系統現存碳儲量67.31 t/hm2，其中灌木層1.21 t/hm2，占總碳儲量的1.8%；草本層0.08 t/hm2，占總碳儲量的0.12%；枯枝落葉層0.02 t/hm2，占總碳儲量的0.03%；土壤層66 t/hm2，占總碳儲量的98.05%，不同層次的碳儲量對墨西哥柏人工林生態系統現存碳儲量的貢獻差異是顯著的，大小順序為：土壤層>灌木層>草本層>枯枝落葉層，可見墨西哥柏人工林生態系統現存碳儲量主要集中在土壤層中。

不同層次土壤碳儲量差異均達到了顯著水平，0—50 cm土層的碳儲量占總土壤碳儲量的79.14%，是50—100 cm土層碳儲量的3.79倍，可見土壤的碳儲量主要集中在土壤的表層，在垂直分布上基本表現為隨著土壤深度的增加而降低，與前人的研究結果相似[13-14]，墨西哥柏林土壤的碳儲量為66 t/hm2，低于中國森林平均土壤碳儲量(193.55 t/hm2)[15]，遠低于長白山闊葉紅松林土壤的碳儲量(238.9 t/hm2)[16]，這是由于亞熱帶水熱條件好，枯枝落葉分解速率較快，土壤呼吸速率較。

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Carbon Content and Storage of Mexican Cypress Plantation Forest in the Xuyi County

ZHANG Tao1, WAN Fuxu, TAN Zhengxin2

(Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

TheMexicancypressplantation forest was taken as a case. The carbon storage of shub layer, herbaceous layer and soil layer were investigated. the results showed that the branch, stem, leaf and root of shrub layer carbon contents is 48.92%, 48.49%, 49.74% and 48.04%,respectively, and the carbon contents of organs of shrub layer decreased in the order:wasCleaf>Cbranch>Cstem>Croot, for herbaceous layer the order wasCabove>Cbelow, and for litter fall layer the order wasCleaf>Cbranch. In the soil layer, the carbon content decreased with the increase of depth, with the most significant difference of carbon contents between the depth of 0—10 cm and the depth of 10-20 cm. Total existing carbon storage ofMexicancypressplantation forest ecosystem reached to 67.31 t/hm2, including the shrub layer 1.21 t/hm2, accounting for 1.8% of the total carbon; 0.08 t/hm2in herbaceous layer, accounting for 0.12% of total carbon, 0.02 t/hm2in litter layer, accounting for 0.03% of the total carbon and 66 t/hm2in soil layers, accounting for 98.05% of total carbon, so carbon mainly concentrated in the soil layer.

Mexicancypressplantation; carbon fraction; carbon storage; Xuyi County

2014-09-09

2014-10-08

江蘇省林業三新工程(LYSX[2012]10)

張濤(1988—),男,甘肅定西人,碩士生,研究方向為林業生態工程。E-mail:576012653@qq.com

萬福緒(1952—),男,江蘇贛榆人,教授,研究方向為林業生態工程、城市林業。E-mail:fxwan@njfu.edu.cn

S718.5; X171.1

A

1005-3409(2015)04-0228-04