不同林龄桤木人工林生态系统的碳素密度

杨丽丽，文仕知

(中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

不同林龄桤木人工林生态系统的碳素密度

杨丽丽，文仕知

(中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

对不同年龄阶段桤木人工林生态系统碳素密度进行研究,结果表明：3年生桤木各器官的平均碳素密度变化范围为0.3955～0.5199gC/g，5年生为0.4199～0.5435gC/g，8年生为0.4337～0.5453gC/g，14年生为0.4250～0.5513gC/g，变异系数均在0.25%～9.58%之间。不同年龄桤木各器官碳素密度表现大致为：树干>树枝>树叶>树根>树皮。随着桤木林年龄的增长,林下植被各组分、死地被物的碳素密度变化规律不明显。同一林分中各层次植物的碳素密度高低排列顺序为:乔木层>活地被物层>死地被物层。不同年龄桤木人工林生态系统土壤层平均碳素密度随着年龄的增加逐渐增加，且土壤各层的碳素密度随着土层深度的增加而逐渐下降。

桤木人工林； 生态系统； 年龄阶段； 碳素密度

四川桤木(Alnuscremastogyne)属桦木科(Betulaceae)桤木属(Alnus)，为中国特有种，是喜温、喜湿、耐水和耐瘠薄的优良纤维材和水土保持树种，是适合湖南退耕还林工程和生态建设工程的优良树种。但目前我国对桤木的研究只限于桤木改良土壤效应、群落特征及生物量分析、桤木光合生理特性研究、扦插繁殖技术、氮素积累与生物循环等，至今未见有关桤木林碳固定能力的研究。本文旨在为能准确估算桤木林生态系统的碳素贮量和在区域或国家尺度上估算森林生态系统碳素贮量以及碳平衡提供基础数据。

1 试验地自然概况

试验地设置于湖南省湘西自治州花垣县，地理坐标为东经109°15′—109°38′，北纬28°10′—28°38′，地处云贵高原东缘、武陵山脉南段中部地区，多为山地地貌。本区属亚热带季风气候，四季分明，平均气温16℃，无霜期约270d，年均降雨量1420.9mm，日照时数1324.5h，太阳辐射值76.96～78.76千卡/cm2,海拔212～1197m，相对高度达985m，成土母岩主要以石灰岩为主，土壤主要为红壤和山地黄壤；土壤呈微酸性至中性，地带植物为常绿阔叶林。试验地林分特征如表1所示。

表1 花垣县桤木林分的基本特征林龄(年)采样地点密度(棵/hm2)平均胸径(cm)平均树高(m)3董马库乡16117.538.25董马库乡163310.8511.58董马库乡169711.0213.314龙潭镇195013.3415.2

2 样品采集和分析方法

2007年8月，在花垣县桤木林集中分布地董马库乡、龙潭镇分别选择3年生、5年生、8年生、14年生桤木林固定样地各两块，样地面积均为30m×20m，在每木调查的基础上，因桤木人工林各径阶分化不明显，每年龄段选取5株平均木伐倒，在测定生物量的同时，分别采集树干、树皮、树枝、树叶、树根(按粗度分为<0.2cm、0.2～0.5cm、>0.5cm三级及根蔸样品。在每个标准样方对角线离4个角各1m处和样方中心设1m×1m 小样方5个，调查地被物情况,分活地被物层(地上部分、地下部分)、死地被物层分别采样。 在各个样地内，按离土表深度0～15cm、15～30cm、30～60cm三个层次采集3～4处的土壤分析样品。

植物、土壤样品中的碳素密度采用重铬酸钾-水合加热法测定[2]。平均值差异显著性分析采用SPSS13.0 软件包进行。

3 结果与分析

3.1桤木不同器官碳素密度的动态变化

从表2可以看出，不同年龄桤木不同器官碳素密度平均值不同，随着林龄的增加，桤木碳素密度也在增加，但增加程度不大，3年生桤木器官平均值为0.4613gC/g，5年生为0.4788gC/g，8年生为0.4857gC/g，14年生为0.4958gC/g，变异系数变化范围为3.46%～5.84%。

不同年龄桤木各器官碳素密度表现大致为：树干>树枝>树叶>树根>树皮，这与杉木、马尾松、楠木有所不同[3-5]。 原因可能是树种不同，各个器官的碳素固定率也各不相同。树根变化中，均以根头碳素密度最大，大根次之，细根含量最小。而细根是土壤碳的影响因子之一。随着桤木林龄的增长，各器官的碳素密度变化规律不明显，这可能与各器官的老化程度以及老化器官所占的比例有关。平均值差异显著性分析表明：叶和根差异极不显著；相关性分析表明：叶和根成极显著相关。这可能是由于叶和根作为植物体的同化器官和吸收器官，必须处于一种动态平衡状态才能满足自身生长需要所决定的[6]。

3年生桤木器官碳素含量变化范围为：0.3955～0.5199gC/g，变异系数变化为：3.79%～6.94%；5年生桤木器官碳素含量变化范围为：0.4199～0.5435gC/g，变异系数变化为：2.95%～8.61%；8年生桤木器官碳素含量变化范围为：0.4337～0.5453gC/g，变异系数变化为：0.25%～9.58%；14年生桤木器官碳素含量变化范围为：0.4250～0.5513gC/g，变异系数变化为：3.93%～9.30%。研究表明，桤木树枝中的碳素密度高于杉木[3,7-8]、马尾松[9]、栓皮栎[10]，但是树根中碳素密度低于杉木[3,7-8]、马尾松[9]、热带山地雨林[11]。同时可以看出，同一地区的不同树种以及不同地区的同一树种，其各器官的碳素密度存在一定的差异，但它们的变化范围大都在0.4500～0.5500gC/g。

表2 不同年龄桤木不同器官的碳素密度器官3年生5年生8年生14年生碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)树叶0.48113.860.48343.450.49886.200.50994.95树枝0.50134.320.51302.950.49884.320.51645.12树干0.51995.630.54354.640.54532.050.55138.35树皮0.39556.410.41996.690.43379.580.47626.77根蔸0.47354.540.51627.500.54622.980.50487.05大根0.44465.510.51226.420.53307.680.44745.95粗根0.37166.760.36946.660.38123.140.41059.30细根0.34526.940.33958.610.34707.630.33718.05树根平均0.40874.090.43435.150.45190.250.42503.93器官平均0.46133.790.47883.460.48571.460.49585.84

平均值差异显著性分析表明：3年生与5年生、8年生、14年生桤木各器官碳素密度未达到显著差异(P>0.05)、5年生与8年生、14年生桤木各器官碳素密度、8年生与14年生桤木各器官碳素密度差异性均不显著。

图1 不同年龄桤木各器官碳素密度变化

随着林龄的增长，桤木人工林各器官碳素密度变化趋势见图1。从图1可以看出，桤木各器官碳素密度随林龄的增加发生变化，桤木3年生到5年生阶段，桤木各个器官的碳素密度均有小幅度增加；5年生到8年生阶段，树叶、树枝、树皮、树根的碳素密度处于增加状态，树枝有略微下降趋势；8年生到14年生阶段，树叶、树枝、树干碳素密度有较小的增长，树皮碳素密度增长幅度较大，树根碳素密度则处于下降状态。树叶、树干、树皮的碳素密度从3年生到14年生

之间一直处于增长状态。14年生桤木根系碳素密度偏小的原因可能是：3年生、5年生、8年生桤木林样地均位于董马库乡，而14年生桤木位于龙潭镇，由于采样地点的不同，立地条件可能稍有差别，加之各地土壤状况不一，导致了14年生桤木林根系碳素密度偏小。

3.2桤木林下活地被物、死地被物中碳素密度的变化

不同年龄桤木人工林林下活地被物、死地被物中碳素密度的变化情况见表3。由表3可知,随着年龄的增长，林下植被活地被物、死地被物碳素密度变化规律不明显。林下地被物各器官碳素密度变异系数较大，这是由于草本层植物种类较多所决定的。3、5、8、14年生桤木林下地被物的碳素密度均表现为活地被物层>死地被物层，活地被物层中碳素密度又表现为地上部分>地下部分。

表3 不同年龄桤木林下地被物的碳素密度层次3年生5年生8年生14年生碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)活地被物层地上部分0.42226.980.43256.640.41609.350.49247.72地下部分0.40383.610.38777.920.378013.030.37706.56平均0.41303.170.41016.950.39706.900.43473.65死地被物层0.362410.07 0.39132.900.3324 9.960.31866.09

从表2和表3可以看出，乔木层中地上部分3、5、8、14年生桤木各器官碳素密度的平均值分别为：0.4745gC/g、0.4900gC/g、0.4942gC/g、0.5133gC/g，林下活地被物地上部分的碳素密度明显地低于乔木层中地上部分的碳素密度。这可能除了与林下植物种类有关外，也可能与林下的环境条件密切相关，乔木层有较长的日照时间和充足的光能，从而可以截获较多的太阳能，有利于植物的光合作用，合成、积累较多的有机物，因而其碳素密度较高；而林下地被物层基本上长期处于荫蔽生境，光照强度有所减弱，因此林下地被物光合强度低弱，有机物合成、积累少，碳素密度下降。同一林分中各层次植物的碳素密度依高低顺序排列为：乔木层>活地被物层>死地被物层。

3.3桤木人工林土壤的碳素密度

不同年龄桤木人工林土壤碳素密度研究结果见表4。

从表4可以看出，桤木人工林生态系统土壤层碳素密度随着林龄的增加逐渐增加，3年生桤木林土壤平均碳素密度为0.0083gC/g，14年生桤木达到了0.0139gC/g，且不同年龄阶段桤木人工林随着土层深度的增加，均呈现出递减趋势，14年生桤木林土壤碳素密度最高，为0.0265gC/g，这可能是由于14年生桤木地面凋落物较多，腐殖质层较厚造成的。

表4 不同年龄桤木人工林土壤的碳素密度土壤深度(cm)3年生5年生8年生14年生碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)碳素密度(gC/g)变异系数(%)0～150.01221.710.01328.990.01484.400.024521.3915～300.007511.670.007810.130.012217.950.010727.8230～600.005125.060.006513.670.00809.080.006611.97平均0.00838.010.00918.820.01176.090.01398.41

从表4中还可以看出，随着桤木年龄的增长，3年生到8年生桤木各个土层碳素密度处于上升阶段，但是14年生桤木林土壤层15～30cm、30～60cm较8年生桤木有所下降。这可能是由于14年生桤木表层土壤腐殖质层较厚，但还未分解转化为土壤有机质所致。土壤有机碳密度是取决于地上凋落物与地下细根周转量的输入和有机质的分解，而这些过程与水热条件相关。方差分析表明，各个年龄阶段、各个土层之间碳素密度差异均未达到显著水平(P>0.05)。

4 结论

不同年龄桤木各器官碳素密度表现大致为：树干>树枝>树叶>树根>树皮，树根变化中，均以根头碳素密度最大，大根次之，细根含量最小。3年生、5年生、8年生、14年生桤木各器官碳素密度平均值随着年龄的增加而增加。

3年生、5年生、8年生、14年生桤木林下地被物的碳素密度均表现为活地被物>死地被物，活地被物中又表现为地上部分>地下部分，随着年龄的增长，林下植被活地被物、死地被物碳素密度变化规律不明显。桤木林分中各层次植物的碳素密度依高低顺序排列为:乔木层>活地被物层>死地被物层。不同年龄桤木人工林生态系统土壤层平均碳素密度有随着年龄的增加逐渐增加，土壤各层的碳素密度有随着土层深度的增加而逐渐下降的趋势，但是否成为规律，尚等进一步验证。

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(责任编辑：谭著明)

CarbondensityofAlnuscremastogyneplantationecosystemwithdifferentages

YANG Lili, WEN Shizhi

(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

The carbon density ofAlnuscremastogyneplantation ecosystem with different ages was studied in this paper. The results showed that the average carbon density of different organs varied from 0.3955gC/g to 0.5199gC/g for the 3-year-old plantation, from 0.4199gC/g to 0.5435gC/g for the 5-year-old stands, from 0.4337gC/g to 0.5453gC/g for the 8-year-old stands, and 0.4250gC/g to 0.5513gC/g for the 14-year-old plantation. The variation coefficient ranged from 0.25% to 9.58%. The carbon density of different organs ranked in the order as: stems>branches>leaves>roots>bark. No obvious trends were detected for the carbon density in different groups of under-storey of plants or the litter layer as the forest aged. The carbon density of different layers within a stand varied in the following order: tree layer>ground cover>litter layer. The soil carbon density ofAlnuscremastogyneplantation ecosystem with different ages increased along with the increase of age while decreased as the soil depth increased.

Alnuscremastogyneplantation; ecosystem; different age; carbon density

S 792.14

A

1003-5710(2010)04-0005-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2010. 04. 002

2010-07-15

2010-07-17

中南林业科技大学青年基金项目2009013B资助。

杨丽丽(1982-)，女，河南平顶山人，助教，硕士，主要从事生态学、水土保持学研究。