贵州黔东南主要森林类型碳储量研究

李默然，丁贵杰

（贵州大学 造林生态研究所， 贵州 贵阳 550025）

贵州黔东南主要森林类型碳储量研究

李默然，丁贵杰

（贵州大学 造林生态研究所， 贵州 贵阳 550025）

通过样地实测生物量和采用重铬酸钾法测定植物地上部分各器官含碳率，对贵州黔东南主要森林类型碳储量进行了研究。结果表明：黔东南5种主要森林类型的碳储量介于334.32～566.79 t·hm-2之间，且马尾松纯林（566.79 t·hm-2）＞杉木纯林（403.74 t·hm-2）＞落叶阔叶林（374.07 t·hm-2）＞常绿阔叶林（352.35 t·hm-2）＞针阔混交林（334.32 t·hm-2）；同类森林生态系统中土壤层的碳储量最高，介于286.66～481.49 t·hm-2之间；乔木层次之（15.23～74.58 t·hm-2），枯落物层再次，林下灌木及草本层碳储量最小；乔木层的碳储量以马尾松纯林最大（74.58 t·hm-2），以杉木纯林最小（15.23 t·hm-2）；林下灌木及草本层与枯落物层碳储量相对较小且相差不大；中幼林年均固碳能力表现为针阔混交林＞马尾松纯林＞落叶阔叶林＞杉木纯林＞常绿阔叶林；不同类型林分土壤含碳率随土层深度的增加呈逐步下降的趋势，其中表层土的含碳率呈现为马尾松纯林＞针阔混交林＞常绿阔叶林＞落叶阔叶林＞杉木纯林。土壤层和乔木层是黔东南整个森林生态系统中最大的碳库。

森林碳储量；森林类型；含碳率；黔东南

近年来，全球气候变化的问题引起了国际社会的广泛关注。大力发展森林固碳，对我国生态建设和经济发展具有重要作用。根据最新的全国资源连续清查结果显示，我国人工林居世界首位，我国森林生态系统会成为较大的碳汇，并且林业碳汇项目为我国林业发展提供了新的投融资渠道，通过碳汇项目的交易，为我国带来一定数量的林业建设资金，促进社会经济和环境的可持续发展[1-2]。

贵州黔东南森林覆盖率高达62.2%，对其主要的森林类型碳储量进行研究，可以评价区域内不同森林生态系统碳汇功能，从而为区域内森林生态系统应对全球气候变化做出贡献[3]。我国学者对森林生态系统生物量及碳储量方面的研究多集中在国家尺度或局部典型的森林生态系统上[4,6-11]。而对区域上的不同森林类型碳储量研究较少，加之森林生态的多样性和复杂性[12-16,18]，不同学者在相同范围内的计算结果也不尽相同，如：刘国华等[19]以4次全国森林资源清查资料为基础，推算出近20 a我国的森林碳储量分别是3.75、4.12、4.06和4.20 PgC；方精云等[20-21]得出森林碳储量由20世纪70年代末期4.38 PgC增加到1998年4.75 PgC；王效科等[17]以各龄级森林类型为统计单元,估算出碳储量在3.255～3.724 PgC之间；赵敏等[22]利用多元线性回归模型和第四次森林资源清查资料，测算出我国森林植被的总碳储量为3.778 PgC。本研究主要从区域尺度，选择中美森林健康项目区的森林作为研究对象，利用样地实际调查测定资料对黔东南主要森林生态系统碳储量进行了研究，为开展森林对碳吸收能力的评价、探求森林固碳量的最大化、森林资源管理、植树造林的树种选择和规划提供依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究地位于贵州省黔东南州麻江县龙山乡，也是中美合作森林健康示范区。地理位置为东经 107°36′16″～ 107°41′50″， 北 纬 26°27′30″～26°29′02″，平均海拔 700 m 左右。龙山乡属于亚热带季风气候，年均降水量1 265 mm，年均温度16.2 ℃。年日照时数1 800 h，≥10 ℃有效积温4 770 ℃，年无霜期296 d。该区域现有森林植被为次生林和人工林，包括马尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia lanceolata 、柏木Cupressus funebris、樟树 Cinnamomum camphora、光皮桦Betula luminifera、栎类Quercus、檫木Sassafras tzumu等。灌草层包括山胡椒Lindera communis、枇杷Eriobotrya japonica、粗壮女贞Ligustrum robustum、淡竹叶Lophatherum sinense Rendle、铁芒萁Dicranopteris dichotoma、五节芒Miscanthus fl oridulu、艾纳香Blumea balsamifera 等，研究区内土壤种类较多，有黄壤、棕壤、石灰土、紫色土等[5]，其中由砂页岩和石灰岩发育而来的黄壤和石灰土最为常见，各样地基本情况见表1。

表1 样地基本情况†Table 1 Basic conditions of sampling sites

根据森林资源二类调查技术规定，将试验区划分为马尾松纯林（A）、杉木纯林（B）、针阔混交林（C）、常绿阔叶林（D）及落叶阔叶林（E）5种森林类型。在上述5种森林类型中，选择立地条件相近（海拔、坡向、坡位等）且具有代表性的中、幼龄林分内分别设置400 m2的调查样地。

1.2 研究方法

1.2.1 生物量的测定

根据巣氏样方法确定样地面积并通过罗盘仪固定样地之后，对样地内立木进行每木检尺，调查树高等测树因子。根据Huber B提出的平均木标准法选取1～3株胸径、树高接近均值且干形良好的立木作为标准木，将选定的标准木伐倒，分别按枝、皮、叶、干4种器官实测标准木各组分的生物量，然后计算各种森林类型地上乔木层每公顷生物量(W)，公式为：

W=W1×N×(10000/400)。

式中：W为乔木层每公顷生物量；W1为标准木生物量；N为样地总株数。

灌草层则在每块样地选取3个4 m×4 m的灌木样方及5个草本和枯落物样方，采用样方收获法将灌木层、草本层以及地面枯落物分别进行全部收获，然后经过换算得到林下植被及枯落物的生物量。

1.2.2 植物碳储量的计算

将样品经烘干、粉碎、过筛后用重铬酸钾加热法测定枝、皮、叶、干的含碳率，林下草灌层及枯落物层分别取混合样测定其含碳率。乔木层与灌木层的碳储量分别依据各器官的生物量和含碳率计算而得。

1.2.3 土壤碳储量的计算

在每个样地选2个点,每个点挖1个土壤剖面，分层(0～10、10～20、20～40 cm)采集土样，同时分层采集用于分析有机碳的土样，烘干至恒质量,过筛,采用重铬酸钾外加热氧化法测定土壤有机碳浓度。土壤碳储量由 Ssco=Σi=1（Ci×pi×Ti）×10-1计算得出。式中：Ssco为土壤碳储量；Ci为第i层的有机质含量；Pi为第i层的土壤容重；Ti为第i层的土层厚度。

1.2.4 数据统计与分析

用Excel 2007软件对原始数据进行整理和统计分析，用SPSS18.0软件进行方差分析。

表2 不同森林类型地上生物量比较Table 2 Comparison of aboveground biomass in different forest types

表3 各器官及各层次所占比例Table 3 Proportion of each organ and layer

2 结果与分析

2.1 不同森林群落地上部分生物量分布

2.1.1 森林群落生物量水平分布特征

由表2、表3可知，在5种森林类型当中，乔木层以马尾松纯林的生物量（152.95 t·hm-2）最高，其中干所占比例最大（80.64 %），皮次之（12.66%），叶所占比重最小（2.05%）。其它森林类型乔木层地上生物量大小依次为针阔混交林＞落叶阔叶林＞常绿阔叶林＞杉木纯林。杉木纯林林下灌木层生物量略大于其它森林类型；5种森林类型的草本层生物量相差较小。针阔混交林各器官所占比例由大到小依次为干（72.18%）＞皮（11.55%）＞枝（10.01%）＞叶（6.26%）；落叶阔叶林为干（51.93%）＞枝（21.45%）＞叶（14.01%）＞皮（12.61%）；常绿阔叶林为干（63.85%）＞枝（19.59%）＞叶（10.11%）＞皮（6.44%）；杉木纯林为干（46.45%）＞叶（25.63%）＞枝（22.19%）＞皮（5.75%）。枯落物及地上总生物量均以马尾松纯林最大，针阔混交林次之。

以上分析表明：马尾松群落较其它森林群落具有更高的生产力和生态适应性，是黔东南地区主要的生态公益林和重要用材林。

2.1.2 森林群落生物量垂直分布特征

由表2、表3可以看出，5种森林类型的生物量主要集中于乔木层，并且都占有相当大的比重（81.60%～91.70%）。表明在黔东南主要森林类型生态系统中，乔木层是绝对的优势层。除杉木纯林枯落物层生物量略小于草本层外，其它森林类型均是枯落物层生物量大于草本层。总体看，乔木层所占比例最大（81.60%～91.70%），枯落层次之（4.69%～16.62%），草本层位居第三（0.82%～5.02%），灌木层最小（0.05%～3.10%）。

2.2 不同森林群落各层次含碳率分析

2.2.1 主要乔木树种含碳率

由表4可知，黔东南主要乔木树种各器官含碳率主要集中在34.78%～56.95%之间，同一树种的不同器官也是存在差异的。杉木干、枝、皮含碳率分别为44.93%、45.58%、45.44%，彼此间差异不显著，但与叶含碳率（40.75%）差异显著。同样，马尾松干、枝、叶的含碳率分别为49.89%、50.59%、49.46%，彼此间差异不显著，但与皮（40.72%）差异显著。白栎、枫香、光皮桦的干、枝、叶的含碳率在各树种间均差异显著；麻栎、油茶在干、枝、皮间也差异显著。

表4 不同森林类型主要树种各器官含碳率Table 4 Carbon rate of each organ in main species in different forest types

各树种的干、枝、叶含碳率均以马尾松最高（分别为49.89%、50.59%、49.46%），树皮含碳率以麻栎最高(56.95%)。树干含碳率方面：除杉木与光皮桦，马尾松与麻栎、枫香和油茶差异不显著外，其余两两间均差异显著；各树种含碳率在枝、叶、皮方面的差异情况见表4。总体看，在黔东南的几种主要乔木树种中，马尾松的固碳能力相对较强，碳汇贡献较大。

2.2.2 林下植被及枯落物含碳率

灌木层含碳率在41.32%～54.64%之间，落叶阔叶林的灌木层含碳率最高；林下草本层含碳率在39.61%～50.34%之间，杉木林下草本层含碳率最高；枯落物含碳率范围在37.00%～69.58%之间，常绿阔叶林枯落物层含碳率最高。

在同种森林类型中，马尾松纯林灌、草、枯层的含碳率在39.62%～42.91%之间，彼此间差异不显著。其余4种类型，林下灌木及草本层与枯落物层之间含碳率均差异显著。杉木林下草本层含碳率最高，灌木层次之；针阔混交林下灌木层含碳率最高，枯落物层次之；常绿阔叶林枯落物含碳率最高，灌木层次之；落叶阔叶林灌木层含碳率最高，其次是草本层（见表5）。

表5 林下灌草层及枯落物层含碳率Table 5 Carbon content in shrub and herbage plant and litter layer

2.3 不同森林类型碳储量分配规律

从表6可以看出，5种森林类型的乔木层碳储量在15.23～74.58 t·hm-2之间，而草灌层碳储量相对较少（0.011～1.560 t·hm-2），在整个群落中所占的比例均相对较小。枯落物层的碳储量在0.881 7～9.439 7 t·hm-2之间，尽管枯落物层的碳储量略高于灌草层，但并不是群落碳储量的主体。由表6可明显看出：土壤层的碳储量在各个森林类型中均占主导地位（杉木95.74%，马尾松84.95%，针阔混交林85.74%，常绿阔叶林92.46%，落叶阔叶林91.76%），表明土壤是森林生态系统最大的有机碳库。

表6 不同森林类型碳储量分配及其比例Table 6 Carbon storage distribution and percentage in different forest types

乔木层当中，马尾松纯林的乔木层碳储量最高，占到整个马尾松森林生态系统碳储量的13.16%；灌草层碳储量较小，且相互之间相差不大；枯落物层以马尾松的碳储量最大，由于杉木林和落叶阔叶林为当地主要的用材林和薪炭林，受人为活动干扰比较严重，因此枯落物层的碳储量略低于其它几种森林类型。

2.4 不同森林类型固碳能力的比较

由于试验区包含了天然次生林及人工次生林，林龄结构不一。因此本研究所涉及的5种森林类型虽都属于中幼林，但林龄略有不同，仅通过5种森林群落的碳储量来对比各个类型固碳能力不够准确客观。文章根据5种森林群落的平均林龄，换算出黔东南5种主要森林类型在中幼林时期的年平均固碳量并加以比较（见表7）。

表7 不同森林类型年固碳量Table 7 Annual carbon sequestration capacity in different forest types /(t·hm-2a-1)

由表7可知，各森林类型乔木层在中幼林时期年平均固碳量远大于灌草层，灌木草本层年固碳量较小且相互之间相差不大。不同的森林群落之间以针阔混交林最大（3.732 t·hm-2a-1），马尾松纯林较之略小（3.161 t·hm-2a-1），然后是落叶阔叶林和杉木纯林（分别为1.973和1.359 t·hm-2a-1），而常绿阔叶林年固碳量相对最小（为1.115 t·hm-2a-1）。

3 结论与讨论

研究表明：贵州省黔东南地区主要森林类型碳储量（包含土壤层）以马尾松纯林（566.794 0 t·hm-2）最大，其次为杉木纯林（403.740 3 t·hm-2)，然后是落叶阔叶林(374.073 8 t·hm-2)，而常绿阔叶林与针阔混交林相对较小，分别为352.358 5、334.324 2 t·hm-2。与肖英等[11]对湖南 4种森林生态系统碳汇功能研究结果基本一致。中幼林时期年平均固碳能力方面排序为针阔混交林＞马尾松纯林＞落叶阔叶林＞杉木纯林＞常绿阔叶林。

对于黔东南主要的几种森林生态系统，乔木层固碳能力小于林下土壤，绝大部分碳存在土壤层中，分别占到了各自森林生态系统的84.95%～95.74%；其次是乔木层，为15.231 7～74.584 1 t·hm-2。若不考虑无机碳库，即土壤固碳能力，森林生态系统乔木层和地面枯落物固碳能力较强。黔东南5种森林类型中乔木层碳储量占整个森林碳储量的比例由大到小依次为：马尾松纯林（13.16%）＞针阔混交林（11.68%）＞落叶阔叶林（7.63%）＞常绿阔叶林（5.59%）＞杉木纯林（3.77%）。其中马尾松的碳储量与陶玉华等[12]在广西柳州测定的马尾松碳储量比较接近，而王兵等[13]估算我国1977～2003年4个时期杉木林生态系统的各个层次的碳储量，乔木层碳储量占9.38%～10.63%， 林下植被占0.6%～ 0.7%，土壤占87.99%～89.20%，枯落物占0.68%～ 0.78%。本研究与之相比较，乔木层和枯落物层的比例相对偏低，而林下植被与土壤层的比例相对较高。这可能是所调查的杉木纯林的林龄仍处中幼龄阶段有关，此外，立地条件及林分密度也可能会影响到各部分的碳储量变化。

地面枯落物层的碳储量也是森林生态系统主要的碳库之一，在所调查的森林类型中，以常绿阔叶林的地面枯落物层碳储量占整个森林生态系统的比例最大，马尾松纯林次之，针阔混交林再次，然后是落叶阔叶林，杉木纯林最小。而不同森林类型之间，林下灌木层和林下草本层的碳储量均比较小，且森林类型间差异不显著。

Gough[14]曾指出森林土壤中的有机碳贮藏量是进入土壤的植物残体经转化形成的量与土壤有机碳在微生物作用下呼吸分解的量相平衡的结果。凋落物的数量、理化性质和分解方式等方面存在的差异导致了不同森林植被类型中土壤有机碳的自然积累和保存过程也有所差异，因而形成了碳库的贮量以及特点均有所差异的森林土壤有机碳贮藏。在黔东南几种主要森林类型土壤层碳储量方面，排列顺序表现为马尾松纯林＞杉木纯林＞落叶阔叶林＞常绿阔叶林＞针叶阔叶林。而且不同森林类型的土壤含碳率随土层深度的增加呈逐步下降的趋势，表现为明显的表聚性。因为森林土壤有别于其它地类条件下的土壤，林下地表的枯枝落叶层以及小型野生动物的尸体腐蚀后，有机质率先进入林下土壤表层，使林地的表层土壤含碳率高于深层次土壤。

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Study on carbon storage of main forest types in southeast part of Guizhou province

LI Mo-ran, DING Gui-jie
(Institute of Silviculture and Ecology, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China)

The carbon storages of the main forest types in southeast of Guizhou province were investigated based on the biomass data collected from fi eld surveys and the carbon contents of each tree organ with potassium dichromate method. The results show that the carbon storages of main forest types were from 334.32 to 566.79 t·hm-2, and the contents from the maximum to minimum was: Pinus massoniana plantation (566.79 t·hm-2), Cunninghamia lanceolata plantation (403.74 t·hm-2), deciduous broad-leaved forest (374.07 t·hm-2), evergreen broad-leaved forest (352.35 t·hm-2), coniferous and broad-leaved mixed forest (34.32 t·hm-2); in the similar forest ecosystems, the carbon storages in soil layer was the largest, with the value from 286.66 to 481.49 t·hm-2, the next was the canopy, being 15.23 ～ 74.58 t·hm-2, the third was the litter layer, while the shrubs layer and herbaceous layer were the minimum; The carbon storage in arborous layer of P. massoniana plantation was the biggest (74.58 t·hm-2), that in C. lanceolata plantation was the least (15.23 t·hm-2);the carbon storages differences among in layer of litter, shrubs and herbaceous were relatively small and not that far away; the average annual carbon sequestration of young and half-mature forests ranked by magnitude: coniferous and broad-leaved mixed forest ＞P.massoniana plantation＞deciduous broad-leaved forest＞C. lanceolata plantation＞evergreen broad-leaved forest ; the average annual carbon sequestration in different forest types gradually declined with the increment of the soil thickness. The carbon content rates in top soil showed that: P. massoniana plantations＞coniferous and broad-leaved mixed forest＞evergreen broad-leaved forest＞deciduous broad-leaved forest＞C. lanceolata plantations. The soil layer and canopy layer were the largest carbon pool in the whole forest ecosystem in the southeast of Guizhou province.

forest carbon storage; forest type; carbon content rate; southeast of Guizhou

S718.5

A

1673-923X(2013)07-0119-06

2013-01-12

贵州省重大专项（黔科合重大专项字[2012]6011号）；贵州省人才基地建设项目（黔人颁发[2009]9号）；贵州省林业重大专项（黔林科合[2010]重大03号、黔林科合[2011]重大01号）；贵州省创新团队建设项目（黔科合人才团队2011)及贵州大学研究生创新基金（农科2012005）

李默然（1987-），男，内蒙古呼和浩特人，硕士研究生，主要从事森林生态研究； E-mail：limoran1987@163.com

丁贵杰（1960-），男，内蒙古兴安盟人，教授，硕士，主要从事人工林培育及生态学研究；E-mail：guijieding@yahoo.com.cn

[本文编校：谢荣秀]