卷荚相思人工林碳库及其分配特征

刘红英 ，韦 录 ，何 斌 ，刘 莉 ，覃祚玉 ，卢万鹏，廖倩苑

(1 广西大学 林学院，广西 南宁 530004;2 广西崇左市凤凰山林场，广西 扶绥 532114)

森林作为陆地生态系统的主体，储存了陆地生态系统有机碳中地上部分的80% 和地下部分的40%［1］.因此，研究森林生态系统碳循环对于了解全球碳平衡和人类活动对全球气候变化的影响均具有重要意义［2-6］.

卷荚相思Acacia cincinnata 是含羞草科植物，原产澳大利亚昆士兰东部高地，具有速生、耐贫瘠、适应强、材质优和用途广等特性，是优质的建筑、家具用材及优良的观赏绿化树种.目前，国内在卷荚相思引种、育苗、生长特性、根瘤菌特性以及养分循环等方面已有研究报道［7-9］.本文通过对8年生卷荚相思人工林生态系统的碳库及其分布特征的研究，为正确评价卷荚相思人工林生态系统的固碳能力提供基础数据.

1 试验地与林分概况

试验地位于广西南宁市北郊，试验地自然概况及卷荚相思林分概况参见文献［10］.

2 研究方法

2.1 标准地的设置与乔木层生物量的测定

在立地条件相似、长势良好的8年生卷荚相思人工林分别设置3 个20 m× 20 m 的标准地，测定标准地内树木的树高和胸径.根据林木的径级分布，按2 cm 为一径级，选取5 株平均木，按文献［10］方法测定乔木层生物量.

2.2 林下植被及凋落物层生物量调查

林下植被各层次生物量及年凋落物归还量测定参见文献［10］.

2.3 样品的采集及碳素含量的测定

采集乔木层不同组分、草本层、灌木层和凋落物层样品，经烘干、粉碎、过筛后装瓶待测.同时在各标准地中分别设置3 个代表性采样点，按0～20、20～40、40～60 和60～80 cm 分层采集土壤样品，把相同标准地同一层次土壤按质量等比例混合，于室内自然风干，粉碎过筛装瓶待测.同时，用环刀(100 cm3)采集原状土，环刀法测定土壤容重.

植物、土壤样品中碳素含量均采用重铬酸钾氧化-外加热法测定［11］，其中植物各组分样本数均为5 个，土壤各土层样本数均为3 个.

2.4 生态系统碳库和乔木层年碳积累量的估算

卷荚相思不同器官、草本层、灌木层和凋落物层生物量与其碳素含量的乘积为其相应的碳贮量，土壤碳贮量则是土壤有机碳含量、土壤容重、采样深度和面积的乘积，乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层碳贮量之和为生态系统的碳贮量.林分碳素年净固定量为乔木层各器官年平均净生产力、年凋落物量及其相应的碳素含量计算而得［12］.

3 结果与分析

3.1 卷荚相思人工林生态系统各组分碳素含量

由表1 可以看出，卷荚相思不同器官碳素质量分数变化范围为465.8～508.2 g·kg-1，林木平均碳素质量分数为486.1 g·kg-1，各器官碳素含量从高到低次序大致为干材、树叶、树枝、树根、树皮.该生态系统不同结构层次碳素含量为:乔木层＞凋落物层＞灌木层＞草本层.土壤有机碳含量则呈现随土壤深度增加而减少的趋势，其中0～20 cm 土层有机碳含量分别为20～40、40～60 和60～80 cm 土层的1.94、2.90 和3.49 倍.

表1 不同组分碳素含量Tab.1 Carbon content in different components

3.2 卷荚相思人工林生态系统碳库及其分配

从表2可以看出，卷荚相思人工林生态系统总碳库为126.07 t·hm-2，其中乔木层碳库为28.76 t·hm-2，占生态系统碳库的22.81%;灌木和草本层碳库为6.6 t·hm-2，占5.24%;现存凋落物层为1.69 t·hm-2，占1.34%;林地土壤层(0～80 cm)碳库为89.02 t·hm-2，占70.61%.

表2 生态系统碳库及其分配Tab.2 Carbon storage and spatial distributions in ecosystem

3.3 卷荚相思人工林碳素年净固定量的初步估算

从表3 可以看出，卷荚相思人工林年净生产力(包括凋落物)为10.15 t·hm-2·a-1，碳素年净固定量为5.64 t·hm-2·a-1，不同组分的碳素年净固定量以年凋落物为最大，为2.04 t·hm-2·a-1，占总量的36.2%，其次是干材，为1.90 t·hm-2·a-1，占33.69%，然后是树枝、树根和树皮，最小是树叶，仅占4.60%.

表3 碳素年净固定量Tab.3 Annual net carbon sequestration

4 讨论与结论

8年生卷荚相思人工林生态系统碳库为126.07 t·hm-2，其中乔木层为28.76 t·hm-2，明显高于广西南丹8年生和14年生杉木Cunninghamia lanceolata 二代林(17.09 和27.23 t·hm-2)［12］，略低于湖南会同11年生杉木人工林碳库(35.88 t·hm-2)［13］，占生态系统碳库总量的22.8%.灌木层和草本层的碳库为6.6 t·hm-2，占5.2%;凋落物层为1.69 t·hm-2，占1.30%.受研究区所处区域和原杉木林(前茬林分)的影响，卷荚相思人工林土壤碳库为89.02 t·hm-2，略低于我国热带林土壤碳贮量(116.49 t·hm-2)［5］，远低于我国森林土壤平均碳贮量(193.55 t·hm-2)和世界土壤平均碳贮量(189.00 t·hm-2)［5］.

据报道，广西南丹8、11 和14年生杉木二代林年净碳固定量分别为2.62、3.04 和3.74 t·hm-2·a-1［12］，福建中亚热带7年生杉木林和湖南会同11年生杉木林年净碳固定量分别为3.70 和3.49 t·hm-2·a-1［13-14］，而本研究中8年生卷荚相思人工林碳素年固定量为5.64 t·hm-2·a-1.可见，卷荚相思是碳吸存能力较强的热带树种，由于具有速生、耐贫瘠、适应性强、材质优和用途广等特性，同时兼具培肥土壤作用，因此，合理经营和发展卷荚相思人工林，丰富热带地区的造林树种，增强人工林的碳汇功能，对维护生态环境，调节大气CO2，以及改善土壤结构，恢复、提高土壤肥力和水源涵养功能都有比较重要的作用.

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