基于碳儲量分布狀態分析黑龍江省典型林型碳匯結構

李丹 王文帆 劉強 李靖彤 張亞楠

摘要： ?基于碳儲量分布狀態分析黑龍江省典型林型，對黑龍江省小興安嶺地區典型樹種進行碳匯測定分析。結果表明，不同樹種間不同組分（根、干、冠）碳比例存在顯著的差異，但同一樹種不同組分的碳密度比例不存在顯著差異。不同林型不同樣地針闊混交林垂直空間上不同組分（根、干、冠）的碳密度比例存在一定的差異，垂直空間碳比例平均值差異不明顯，樹根、樹冠、樹干的平均垂直碳密度比例平均值分別為：25.05±1.14%、16.35±0.96%、58.59±1.62%。

關鍵詞： ?碳儲量； ?小興安嶺； ?碳匯樹種

中圖分類號： ? Q 945. 11 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ? A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：１００1 － 9499（２０23）02 － 0042 － 03

Analysis on Carbon Sink Structure of Typical Forest Types in Heilongjiang Province Based on Carbon Storage Distribution

LI Dan WANG Wenfan LIU Qiang LI Jingtong ZHANG Yanan**

（Heilongjiang Academy of Forestry， ?Heilongjiang Harbin 150081）

Abstract Based on the distribution of carbon reserves， the typical tree species in Heilongjiang Province were analyzed. There are significant differences in the carbon proportion of different components （root， stem and crown） among different tree species， but there is no significant difference in the carbon density proportion of different components of the same tree species. The carbon density proportion of different components （roots， trunks and crowns） in vertical space of coniferous and broad-leaved mixed forests in different forest types and different plots has certain differences. The average vertical carbon density proportion of roots， crowns and trunks is 25.05 ±1.14%， 16.35 ±0.96% and 58.59 ±1.62% respectively.

Key words carbon storage; Xiaoxing′an Mountain; carbon sink tree species

黑龍江省小興安嶺地區是我國東北地區主要的地帶性森林植被、典型的溫帶針闊混交林，具有建群種獨特、物種多樣性豐富、空間結構復雜等特點，從尺度變化的角度入手分析空間分異規律是空間異質性研究的基本手段，也是揭示不同尺度陸地碳循環過程相互作用機理的基礎，目前森林植被碳儲量的研究對空間異質性的分析不夠深入，主要原因就是沒有充分考慮尺度效應[ 1 - 4 ]。

不同樹種碳匯分布起到直接影響其碳匯能力的重要因素，不同結構特征也會對森林其他組分（ 如土壤等） 的碳匯起到影響作用，基于碳儲量分布狀態分析黑龍江省典型樹種，對黑龍江省小興安嶺地區典型樹種進行碳匯測定分析，對東北林區碳匯研究以及全國環境保護作用有著重要意義[ 5 - 9 ]。對于調節全球碳循環起到關鍵作用，森林結構，多樣性及生物量的變化不僅是自然過程和人為干擾，很大程度上也受氣候環境變化的影響。明確森林植物組成，結構，多樣性及碳匯功能對人為控制及氣候變化的響應對預測未來森林對全球環境變化及干擾的應對至關重要。

1 ?研究區域概況

豐林國家級自然保護區位于中國東北小興安嶺南段，伊春市五營區境內。地理坐標為128°58'～

129°15'E， N 48°02'～48°12'，東西長20 km，南北寬16 km，總面積18 165 hm2。本區屬典型紅松林的北緣，因不同的光照，溫濕度和不同的立地環境等因子，為各種不同的植被資源創造了多樣的生態環境，使原始森林植物仍保存著很多第三紀的孑遺種，如紅松（Pinus koraiensis）、水曲柳（Fraxinus mandshu- rica）、核桃揪（Juglans mandshurica）、黃檗（Phelloden-dron amurense）、紫鍛和色木槭（Acer mono）等古老樹種；以及本區特有的樹種青楷槭（Acertegmemtosum）、

大青楊（Populus ussuriensis）等闊葉樹種又有喜暖的藤本植物，如葡萄科的山葡萄（Vitis amurensis）、木蘭科的五味子（Schizandrachinensis）、稱猴桃科的狗棗稱猴桃（A. kolomikta）等混生其間，使古老的原始闊葉紅松林具有明顯南方亞熱帶植被景觀。

2 試驗方法

選取黑龍江省豐林自然保護區及下屬麗林實驗林場內的原始林、輕度采伐的紅松-云冷杉林，落葉松-云冷杉林、過伐林和裸地次生林為研究對象。對研究區域內的針闊混交林進行了樹種、數量和胸徑調查，根據巢式樣方法[ 10 ]確定樣地面積為 20 m × 30 m，每塊樣地內設定 5 m× 5 m 小樣方 24 個。

通過對研究區域內不同林型主要針葉及闊葉喬木樹種進行取樣（生長錐法鉆取木芯），對不同樹種的碳匯率進行測定，結合相關資料進行分析，最終確定碳含量轉換計算方法。

2. 1 碳含量的測定方法

將取好的木芯樣品標號放入干燥箱中，干燥箱調至（103±2）℃，每隔2 h進行稱量直至質量變化不超過0.01 g，認為是恒重。在實驗室中所有木條樣品基本干燥12 h達到恒重狀態。將干燥好的木條樣品放入粉碎機中，粉碎3～5 min，將粉末倒入200目的篩網中，篩出200目的木粉樣品，將木粉干燥至恒重后再裝入編號的密封袋里，待測量使用。采用TOC/TN（總有機碳/總氮）分析儀測定木芯碳含量。

生物量及碳含量計算采用相容性生物量方程[ 11 ]：

Ws=coDb0/（1+r2Dk2+r3Dk3+r4Dk4）

Wb=cor2Dk2+b0/（1+r2Dk2+r3Dk3+r4Dk4）

Wl=cor3Dk3+b0/（1+r2Dk2+r3Dk3+r4Dk4）

Wr=cor4Dk4+b0/（1+r2Dk2+r3Dk3+r4Dk4）

式中，Wt總量為各樹種整體的生物量；Wr、Ws、Wb、Wl分別為樹根、樹干、樹枝、樹葉等各分項的生物量；a1（D） ，b1，a2（D），b2，a3，（D），b3，a4（D），b4，c0和b0是模型參數。

碳含量計算采用試驗得到的針闊葉混合平均值（46.75%）做為碳轉換系數，即

碳含量=生物量（kg）×0.467 5

碳密度=碳含量/樣地面積

2. 2 數據統計與分析

采用SPSS 22， JMP 10， R語言vegan包。單因素方差分析（ANOVA）判斷各指標的差異顯著性。當達到顯著性（p<0.05）時，認為二者可能存在直接或者間接的相互影響，否則認為相互間不存在影響。

3 結果與分析

由于各樣地林分組成的差異，不同林型內樹種結構的差異是決定林分垂直結構的主要因素。單株林木分為樹干、樹冠和樹根三部分進行計算分析。

對不同林型所有樹種的單株碳密度比例進行分析發現，根系、樹干和樹冠的碳密度比例均存在顯著差異，即不同樹種間不同組分（干、根、冠）碳密度比例存在顯著差異。

將所有樣地內同類樹種進行分類處理，進行均值計算，同時對同一樹種所有單木的樹干、樹根和樹冠的碳密度比例進行單一樣本T檢驗，所有樹種的相伴概率均小于0.05，可以通過檢驗。同一樹種內各單株各組分碳密度比例與平均值比未出現顯著差異，即同種樹種的不同個體垂直結構（根、干、冠）的碳密度比例不存在顯著性差異（圖1）。

由圖2可以看出，不同樣地不同組分（樹冠、樹干、樹根）的碳密度在樣地整體碳含量中所占的比例存在一定的不同，特別是落葉松-云冷杉林組內差別較大。為了明確針闊混交林在垂直空間上的分布比例是否存在較大的差別，將樣地數據按照林型進行分類計算。

由圖3可知，不同林型的垂直結構上各組分的碳密度比例存在一定的差異，其中原始林和輕度采伐林的比例相近，原始林、輕度采伐的紅松-云冷杉林、輕度采伐的落葉松-云冷杉林的根部碳密度比例分別為28.16%、26.72%、26.38%，樹干碳密度比例分別為53.74%、52.99%、59.95%，樹冠比例存在差異為18.08%、20.82%、13.65%。過伐林和次生林的比例比較接近，根部碳密度比例分別為21.26%、21.87%，樹干碳密度比例分別為63.74%、58.59%，樹冠比例存在差異為18.05%、14.78%。

不同林型不同組分的碳密度存在差異的最重要的原因是樹種組成和林分結構的差異，但這種差異并不十分明顯（表1），顯著性水平均高于0.05，但樹冠的顯著性水平要高于樹根和樹干，因此，樹冠的碳密度比例的差異性要大于樹根和樹干。從針闊混交林整體水平上來看，不同林型針闊混交林不同組分垂直結構碳匯比例平均值間不存在顯著性的差異，樹根、樹冠、樹干的垂直碳比例分別為：（25.05±1.14）%、（16.35±0.96）%、（58.59±1.62）%。

4 結 論

黑龍江典型樹種不同樹種間不同組分（根、干、冠）碳比例存在顯著的差異，但同一樹種不同組分的碳密度比例不存在顯著差異。不同林型不同樣地針闊混交林垂直空間上不同組分（根、干、冠）的碳密度比例存在一定的差異，這是由樹種組成和林分結構的差異造成的，但小興安嶺針闊混交林的混交比例在大多數情況下都是比較大的，基本都可以達到中度混交，其中的大多數都可以達到重度混交，樹種的多樣和混交的程度決定了不同林型垂直空間碳密度比例的均勻性。因此，從針闊混交林整體的尺度上來看，不同林型針闊混交林垂直空間碳比例平均值差異不明顯，樹根、樹冠、樹干的平均垂直碳密度比例平均值分別為：25.05±1.14%、16.35±0.96%、58.59±1.62%。

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