汕頭地區(qū)優(yōu)良造林樹種幼齡林固碳潛力評價

紀(jì)燕玲，朱曉武，吳悅宏，肖澤鑫，柳澤鑫

(汕頭市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 汕頭 515041)

森林在全球碳循環(huán)中承擔(dān)著重要的角色，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫。森林植被的碳庫占全球植被碳庫的77.1%[1]，森林碳匯主要有森林生物固碳、林地固碳、森林植物固碳三種形式[2]，森林植物固碳最明顯的影響就是生物量的增加[3]，植物經(jīng)同化作用吸收大氣中的CO2，并以生物量的形式固定在植物體中，森林集中了全球的陸地生物量，在維護(hù)全球碳平衡中發(fā)揮著重要作用。自20世紀(jì)90年代以來，針對森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量、碳密度以及碳匯功能等方面已進(jìn)行大量研究[4-7]，也取得了顯著的進(jìn)步。隨著《京都議定書》的正式生效，全國各地也開始大力開展碳匯造林項目，幼齡林已成為碳匯的主體，而目前關(guān)于幼齡林的碳匯研究較少。汕頭地區(qū)近些年也在積極開展碳匯造林，不同樹種的碳匯潛力不同，目前，對森林碳儲量的估算通常利用林木的生物量與碳含量的乘積推算得出[8]，因此，林木生物量及碳含量是評價林木固碳潛力的重要參數(shù)。國內(nèi)外大多采用0.45或0.5作為森林的平均含碳率[9]，實際上不同植物及同一種植物不同器官的碳含量都有區(qū)別。本研究對汕頭地區(qū)常用的造林樹種生長初期的生物量變化及碳含量進(jìn)行分析，初步篩選出固碳潛力較好的樹種，旨在提高汕頭地區(qū)的碳匯造林效率。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于汕頭市潮南區(qū)隴田鎮(zhèn)崎汀山，地處北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性氣候，夏長冬短，無霜期長，日照充足，雨量充沛，四季常青。年均氣溫21.6 ℃，年均日照時間2191 h。年均降水量1700 mm左右，雨季多集中在4—9月。山地成土母巖主要為花崗巖和砂巖，自然土壤以赤紅壤為主。土壤長期受熱帶風(fēng)暴吹襲和雨水沖刷，有機質(zhì)含量少，土層薄，石質(zhì)含量高，土壤總體肥力狀況差，屬生態(tài)區(qū)位重要和生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)。由于長期人為干擾和破壞，原始植被已不復(fù)存在，原始次生植被也少見。主要植被有鴨腳木(Scheffleraoctophylla)、崗茶(Euryachinensis)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)、地稔(Melastomadodecandrum)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)，無喬木。

試驗碳匯林于2017年5月種植，面積為13.3 hm2，種植苗木為2年生幼苗，樹種為樟樹(Cinnamomumcamphora)、臺灣相思(Acaciaconfusa)、木麻黃(Casuarinaequisetifolia)、水翁(Cleistocalyxoperculatus)、山杜英(Elaeocarpussylvestris)、秋楓(Bischofiajavanica)、中華楠(Machiluschinensis)、紅錐(Castanopsishystrix)、米老排(Mytilarialaosensis)。

1.2 生長量調(diào)查

于2017年5月(種植后)、2019年12月分別對試驗林中各個樹種隨機抽樣調(diào)查30株，記錄樹高、地徑、冠幅。

1.3 樣品采集與處理

根據(jù)樹高、地徑、冠幅的平均值，每個樹種選擇3株平均木，9個樹種共27株，每個單株分別在主干、側(cè)枝、樹皮、樹葉4個器官上隨機取樣品各20 g，帶回實驗室內(nèi)烘干至恒重，稱取5 g樣品，烘干后用粉碎機打成粉末狀，用于含碳量測定。

1.4 含碳量測定方法

植物碳的測定采用濕燒法[10](重鉻酸鉀硫酸氧化法)，每個樣品重復(fù)測定3次，取均值為樣品含碳量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1.6 評價方法

利用yaahp軟件，采用層次分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合，評價各樹種固碳潛力。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹種生長情況

由表1可知，各樹種樹高大小排序為：木麻黃>臺灣相思>米老排>水翁>山杜英>紅錐>中華楠>秋楓>樟樹，地徑大小排序為：木麻黃>臺灣相思>水翁>山杜英>中華楠>秋楓>紅錐>米老排>樟樹，平均冠幅大小排序為：木麻黃>臺灣相思>山杜英>水翁>紅錐>中華楠>米老排>秋楓>樟樹。

表1 樹種生長量變化

從方差分析結(jié)果可看出，種植后的第一次本底測量，各樹種間苗高除木麻黃、秋楓外，其它樹種間差異不顯著；地徑除樟樹外，其它樹種間差異不顯著；冠幅各樹種間差異均不顯著。經(jīng)過2.5 a的生長，各樹種的生長情況不同，表現(xiàn)較好的樹種有木麻黃、臺灣相思、水翁、山杜英。

2.2 不同樹種含碳量變化

由表2可知，各樹種含碳量的變化范圍為416.45～565.40 g·kg-1，地上部分平均含碳量大小排序為：中華楠>臺灣相思>樟樹>米老排>木麻黃>紅錐>秋楓>山杜英>水翁。其中中華楠、臺灣相思的地上部分含量最高，分別為520.00、517.74 g·kg-1；含碳量較低的秋楓、山杜英、水翁分別為472.14、472.12、467.85 g·kg-1，變異系數(shù)也較大，分別為6.82%、5.14%、6.53%。

表2 不同樹種、不同器官含碳量

同一樹種不同器官的碳含量也不盡相同，從各器官含碳量的總體均值來看：枝(504.7 g·kg-1)>葉(497.9 g·kg-1)>干(497.3 g·kg-1)>皮(473.0 g·kg-1)，變異系數(shù)分別為2.57%、8.68%、1.12%、6.19%。表明不同樹種的葉片、樹皮含碳量有一定的差異。

從方差分析結(jié)果來看，不同樹種之間及不同器官之間的碳含量有一定差異(P<0.05)，說明不同樹種生長早期在碳含量方面具有較大的選擇潛力，為選擇優(yōu)良固碳樹種提供了條件。地上部分平均含碳量在460～480 g·kg-1的樹種有水翁、秋楓、山杜英，在480～500 g·kg-1的樹種有紅錐、米老排、木麻黃，在500～520 g·kg-1的樹種有樟樹、臺灣相思、中華楠。

2.3 樹種固碳潛力評價

2.3.1 樹種固碳潛力評價指標(biāo)構(gòu)建 植物長期進(jìn)行光合作用將大氣中CO2轉(zhuǎn)化為有機碳儲存在植物體內(nèi)，這部分有機碳就是森林碳儲量。目前，森林碳匯估算最常用的就是生物量法，即通過林木的生物量和碳含量來計算固碳量，最后估算森林碳匯量。因此，進(jìn)行樹種生長初期固碳潛力的評價應(yīng)該包括生物量(即生長量)和碳含量2類指標(biāo)，林木生長量主要由樹高、地徑、冠幅等因素決定，碳含量是林木各器官每單位干物質(zhì)所含碳元素的質(zhì)量，包括樹葉、樹干、側(cè)枝、樹根、樹皮。本次評價只分析地上部分(葉、干、枝、皮)生長量和碳含量2類指標(biāo)對樹種的固碳潛力的影響，參照林瑋等[11]對優(yōu)良碳匯樹種的評選方法，構(gòu)建樹種固碳潛力的評價指標(biāo)和評分標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表3 樹種固碳潛力評分標(biāo)準(zhǔn)

2.3.2 綜合評價線性模型 利用層次分析法及輔助分析軟件yaahp計算得到指標(biāo)權(quán)重，建立樹種生長初期固碳潛力的綜合評價線性模型：A=0.7684B+0.2316C=0.3971B1+0.1459B2+0.2254B3+0.0695C1+0.0990C2+0.0390C3+0.0241C4。

2.3.3 樹種固碳潛力綜合評分 根據(jù)線性模型計算各樹種的綜合評分，結(jié)果見表4。得分大小排序為：木麻黃>臺灣相思>中華楠>米老排>紅錐=水翁>山杜英>秋楓>樟樹。大于2.5分樹種有木麻黃、臺灣相思，2～2.5分的樹種有中華楠、米老排、紅錐、水翁、山杜英，小于2分的樹種有秋楓、樟樹。

表4 樹種固碳潛力綜合評分表

3 討論與結(jié)論

造林地土壤長期受熱帶風(fēng)暴吹襲和雨水沖刷，有機質(zhì)含量少，土層薄，石質(zhì)含量高，土壤總體肥力狀況差，生態(tài)環(huán)境脆弱，由于長期人為干擾和破壞，原始植被已不復(fù)存在，原始次生植被也少見。木麻黃和臺灣相思對土壤條件要求不高，極耐干旱和瘠薄，所以生長情況好，而生長一般的樟樹和秋楓，對生長地環(huán)境要求相對較高。

樹種的碳含量是由樹種與環(huán)境之間共同作用的結(jié)果[12]，本次研究各樹種地上部分平均碳含量變化范圍為467.85～520.00 g·kg-1，同一樹種不同器官的含碳量變化范圍為416.45～565.40 g·kg-1，變異系數(shù)為1.12%～8.68%，與大多數(shù)研究基本一致[11-14]，但本研究中除水翁的各器官含碳量變化與徐期瑚等[9，11-12，15-16]研究的結(jié)果一致，即含碳量排序為：干>葉>枝>皮，其余8個樹種各器官的含碳量規(guī)律則不一致。從總體表現(xiàn)來看，紅錐、米老排、秋楓、山杜英、樟樹等5個樹種枝的含碳量最高，干的含碳量次之；而綜合評分最高的木麻黃、臺灣相思、中華楠則是葉片的含碳量最高，枝次之。不同樹種具有不同的生長特點，諸如光合作用強度及木質(zhì)化能力水平，并且樹種間的碳含量也可能受到立地條件、林分特征(如年齡)等的影響而表現(xiàn)不同[17]。試驗林的林齡低，林木在快速生長階段，因此需要大量養(yǎng)分供應(yīng)，植物主要依靠葉片的光合作用進(jìn)行養(yǎng)分積累，紅錐、米老排、秋楓、山杜英、樟樹等5個樹種表現(xiàn)為枝的含碳量最高，可能是由于此階段養(yǎng)分主要用于供應(yīng)枝的生長來擴大光合作用面積[18]。而木麻黃、臺灣相思、中華楠等3個樹種適應(yīng)性強，光合能力較強，生長較快，表現(xiàn)為葉片碳積累較高。本研究中，山杜英、米老排、秋楓、樟樹的地上部分平均碳含量分別為：472.12、499.32、472.14、502.60 g·kg-1，均高于林瑋等[11]研究中相應(yīng)樹種的碳含量，也與徐期瑚等[15]研究中的樟樹含碳率中齡林高于幼齡林的表現(xiàn)不一致。這也說明種間和種內(nèi)樹種的碳含量受到立地條件、林分特征(種群優(yōu)勢度、林齡等)及管理措施等影響而表現(xiàn)不同。

本研究結(jié)果表明，優(yōu)良碳匯樹種有豆科的臺灣相思、木麻黃科的木麻黃、樟科的中華楠，中等碳匯樹種有金縷梅科的米老排、殼斗科的紅錐、桃金娘科的水翁、杜英科的山杜英，這與林瑋等[11]的研究表現(xiàn)基本一致；而樟科的樟樹則在本研究中表現(xiàn)較差，與榮建濤等[19]的研究結(jié)果不一致，也與本研究的同屬樟科的中華楠表現(xiàn)不一致。這也進(jìn)一步說明立地條件的不同也會導(dǎo)致種間的生長機理的變化，最終表現(xiàn)不同的碳匯潛力。

由于近些年大力開展植樹造林活動，幼齡林占據(jù)很大的比例，因此評價林木生長初期的碳匯能力，對于估算森林碳儲量具有重要意義。根據(jù)植物的生長量及碳含量的變化情況，可以評價植物的生長初期碳匯能力。9個樹種中綜合評分前3名的分別是：木麻黃、臺灣相思、中華楠，說明生長初期的固碳潛力較好，尤其是針對立地條件較差的林地進(jìn)行碳匯造林，這3個樹種可以在汕頭地區(qū)廣泛應(yīng)用，表現(xiàn)較好的米老排、紅錐、水翁、山杜英則可以在保持生物多樣性角度或是立地條件較好的林地選擇應(yīng)用。碳匯造林是一個長期的過程，應(yīng)在本研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴大樹種范圍以及進(jìn)行長期的跟蹤觀察，同時應(yīng)當(dāng)針對不同立地條件和林分特征對林木碳匯能力的影響機制開展研究，為提高粵東地區(qū)的碳匯造林效率及準(zhǔn)確估算森林碳儲量提供更多的選擇依據(jù)。