深圳市经济林生物量与碳储量及其空间分布*

文伟，谭一凡，史正军，彭友贵

(1．华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州510640;2．深圳市仙湖植物园，广东 深圳518004)

经济林是以生产干鲜果品、食用油料、饮料、调香料、工业原料和药材等为主要目的的林木，是森林资源的重要组成部分，主要分为油料林、特种经济林、果树林和其他经济林等类型［1］。根据第8次全国森林资源清查结果，全国现有经济林面积2 056×104hm2，占全国森林总面积的10%。经济林除了为人类提供林木、林副产品等直接经济效益外，还具有涵养水源、固碳制氧、净化环境等生态服务价值，在协调区域经济、环境和社会可持续发展中起重要作用。据研究估算，全国经济林固碳量为2 674．44×104t/a，占整个森林生态系统固碳量的7．5%，其生态服务功能总价值每年达7 569．35×108元［2～3］。

经济林是深圳市的主要林分类型之一，占全市森林面积的30．34%，其生物量和碳储量是深圳市森林生态系统生物量和碳储量的重要组成。深圳市经济林以荔枝 (Litchi chinensis)林为主，荔枝林面积占全市经济林总面积的92．02%。关于荔枝林生物量和碳储量，陈菁等［4］研究了3年生和9年生荔枝的单株生物量;陈步峰等［5］研究了广州太和荔枝林100 cm深土壤的有机碳密度;李国良等［6～7］、孙娟等［8］分别从肥力角度研究了广东、广西、福建和海南中西部的荔枝林土壤有机质含量。对荔枝林生态系统生物量和碳储量的测算未见报道。本项研究主要通过对荔枝林生物量、含碳率以及土壤有机碳含量等进行调查，基于2013年度森林资源二类调查档案更新数据，对深圳市经济林生物量、碳储量及其空间分布进行测算，为评估深圳市森林生态系统碳汇功能与固碳潜力、监测碳汇动态提供依据。

1 研究区概况

深圳市位于广东省南部沿海、北回归线以南，东经 113°45'44″～ 114°37'21″，北纬 22°26'59″～22°51'49″，陆地面积 194 963．5 hm2。属于南亚热带海洋性气候，光、热和水资源充沛，年均气温和降雨量分别为22．8℃和1 984 mm。全市地势东南高、西北低，地貌以低山丘陵为主，其次为平缓的台地，西部沿海一带为滨海平原。深圳市林地土壤类型主要有山地黄壤、山地红壤、赤红壤、滨海砂土和滨海盐渍沼泽土等，其中以赤红壤分布最广。深圳市2013年林业用地面积77 438．2 hm2，其中有林地面积73 496．3 hm2，森林覆盖率41．50%;经济林面积22 301．0 hm2，主要类型有果树林、食用原料林和其他经济林，其中99．8%为果树林，优势树种为荔枝和龙眼 (Dimocarpus longan)等。

2 材料与方法

2.1 数据来源

经济林资源数据来源于深圳市2013年森林资源二类调查档案更新数据，主要为全市分区的不同类型和优势树种的经济林面积。

2.2 研究方法

森林生态系统碳库由植被碳储量、枯落物碳储量和土壤碳储量等三大碳库组成。本项研究分别对荔枝、龙眼、其他木本果树、茶叶 (Camellia sinensis)和其他经济林估算生物量和各碳库碳储量。

2．2．1 植被生物量与碳储量测算

植被生物量和碳储量仅指经济林木的生物量与碳储量，由于深圳市经济林林下植被不断被清理，分布稀少，其生物量和碳储量忽略不计。

(1)荔枝林生物量与碳储量

荔枝林生物量测算采用平均生物量法。根据深圳市荔枝林分布特点，在主要分布区随机设置25．82 m×25．82 m的调查样地25个，其中宝安区和龙岗区各7个，南山区5个，福田区3个，罗湖区2个，盐田区1个，对样地内林木进行每木调查，调查因子包括胸径、树高、枝下高和冠幅。依据调查结果选取5株平均木 (平均树龄22年)伐倒后，采用分层切割法，以2 m分段测定树干、树枝和树叶的鲜质量;地下根系挖掘采用四分法［9］，去土后测定鲜质量;收集各组分样品300～500 g，带回实验室测定含水率;计算平均木各组分生物量，荔枝林单位面积生物量=平均木整株生物量×林分密度。取上述烘干样品30～50 g粉碎，采用重铬酸钾氧化-外加热法测定各组分有机碳含量，以各组分生物量为权重计算全株平均有机碳含量。荔枝林单位面积碳储量=单位面积生物量×平均有机碳含量。

(2)龙眼林生物量与碳储量

龙眼与荔枝属同科植物，树形相似，通过样地调查，龙眼林的平均胸径、树高和冠幅与荔枝林相近，龙眼单位面积生物量参照荔枝林计算，取样实测有机碳含量。

(3)茶叶林生物量与碳储量

深圳市茶叶林面积小，为近成熟林。有研究表明茶叶林生物量与碳密度的地区差异性不显著［10～12］。本研究茶叶林的植被生物量和碳储量分别以李延升等［11］研究的均值52．3 t/hm2(地上部34．70 t/hm2，地下部17．60 t/hm2)和22．73 t/hm2(地上部16．08 t/hm2，地下部6．65 t/hm2)计算。

(4)其他木本果树和其他经济林的生物量与碳储量

其他木本果树和其他经济林的生物量取值35．21 t/hm2，其中地上部分 28．01 t/hm2，地下部分7．20 t/hm2［13］，碳储量采用 《全国林业碳汇计量监测技术指南 (附件)》推荐的经济林含碳率0．47 计算。

2．2．2 枯落物生物量与碳储量测算

(1)荔枝林、龙眼林枯落物生物量与碳储量

在调查样地的东南西北方向随机选择3个方向分别设置面积为1 m2的小样方进行枯落物收集，称重后混合均匀取样300～500 g，带回实验室测定含水率，计算枯落物单位面积生物量。取烘干样品30～50 g粉碎，采用重铬酸钾氧化-外加热法测定有机碳含量。单位面积枯落物碳储量=单位面积枯落物生物量 ×枯落物含碳率%。

(2)茶叶林枯落物生物量与碳储量

茶叶林枯落物生物量与碳储量分别取值6．81 t/hm2［14］和 4．91 t/hm2［12］，枯落物包括茶树采摘新梢、落叶量和修剪物生物量。

(3)其他木本果树和其他经济林枯落物碳储量

参照荔枝林枯落物生物量与有机碳含量计算。

2．2．3 土壤碳储量测算

土壤碳储量采用经济林土壤平均有机碳密度计算。某种类经济林的土壤碳储量等于该经济林面积乘以经济林土壤平均有机碳密度。

土壤有机碳密度通过土壤取样分析求得。在样地调查时按照《森林下层植被和土壤碳库调查技术规范 (试行)》(国家林业局林业碳汇计量监测中心，2012)设置土壤调查剖面与取样，每个剖面按I层 (0～10 cm)、II层 (10～30 cm)和III层 (30～100 cm)划分土层，土层厚度不到100 cm，按实际厚度分层取样，超过100 cm按100 cm分层取样。每个土层采用环刀取样测定土壤的含水率和容重，每层另取土样经风干、研磨等预处理后采用重铬酸钾氧化-外加热法测定土壤有机质含量。

土壤有机碳密度(SOCi，kg/m2)SOCi=0．58·，式中:i为土层代号，C为ii层土壤有机质含量(g/kg)，Di为土壤容重(g/cm3)，Ei为土壤厚度 (cm)，Gi为直径≥2 mm的石砾所占体积百分比 (%)。

3 结果与分析

3.1 植被生物量与碳储量

3．1．1 荔枝林单位面积生物量与含碳率

深圳市荔枝林主要为近、成熟林分，林龄15～30年，每公顷300～350棵，每棵1．3 m以下分叉3～5株 (枝)，树高5．5～6．5 m，胸径10～13 cm，郁闭度0．8～0．9。平均木单株生物量128．98 kg(见表1)，树干生物量占的比例最大，达50．15%，其余依次为树枝、树根和树叶生物量。单位面积生物量为42．95 t/hm2。荔枝各器官有机碳含量以树叶最高，其余依次为树枝、树根和树干，全株平均含碳率为48．63%。

表1 荔枝各器官的生物量与含碳率Tab．1 Biomass and carbon content of different organs of Litchi chinensis

3．1．2 龙眼含碳率

龙眼各器官含碳率见表2。有机碳在龙眼各器官中的分布特征与荔枝相似，含碳率为树叶＞树枝＞树根＞树干，全株含碳率48．27%。

表2 龙眼各器官的含碳率Tab．2 Carbon content rate of different organs of Dimocarpus longan %

3．1．3 各种类经济林植被生物量与碳储量

各种类经济林的植被生物量与碳储量见表3。经济林植被总生物量与总碳储量分别为94．74×104t和45．98×104t，其中荔枝林所占比例最大，分别达93．03%和93．23%，其次为其他木本果树。深圳市经济林单位面积植被生物量42．48 t/hm2，生物量有机碳密度20．62 t/hm2。

表3 深圳市不同种类经济林植被的生物量与碳储量Tab．3 Biomass and carbon storage of different type of economic forest in Shenzhen

3.2 枯落物生物量与碳储量

荔枝林单位面积枯落物生物量为3．99 t/hm2，有机碳含量50．91%;龙眼林单位面积枯落物生物量为3．36 t/hm2，有机碳含量48．08%。

深圳市经济林枯落物生物量和碳储量见表4。荔枝林占的比例最大，分别为91．91%和91．87%;经济林枯落物平均碳密度为2．03 t/hm2。

表4 深圳市经济林枯落物生物量与碳储量Tab．4 Litter biomass and carbon storage of economic forest in Shenzhen

3.3 土壤碳储量

深圳市经济林土壤有机碳含量见表5。由表5可知，土壤有机碳含量由表层往下逐渐降低，I层土壤有机碳含量为II层土壤的2．65倍，是III层土壤的5．67倍。按土壤厚度100 cm计算，土壤有机碳密度平均为 81．52 t/hm2，土壤有机碳储量181．79×104t，其中表层10 cm土壤的碳储量占31．64%。

表5 深圳市经济林土壤的有机碳含量Tab．5 Organic carbon content of soil layers of economic forest in Shenzhen

3.4 经济林生态系统总碳储量与碳密度

深圳市经济林生态系统总碳储量为232．31×104t(见表6)，其中土壤碳储量占总碳储量的78．25%，植被碳储量占19．79%，枯落物碳储量占 1．96%。

表6 深圳市经济林生态系统的碳储量Tab．6 Carbon storage of economic forest ecosystem in Shenzhen

在各种类经济林中，荔枝林碳储量最大，在经济林碳库中的贡献达92．26%;其次为其他木本果和龙眼;茶叶和其他经济林占的比例很小，只有0．21%。

经济林生态系统平均碳密度为104．17 t/hm2，各种类经济林的碳密度差异不显著。

3.5 经济林生物量与碳储量空间分布

深圳市经济林生物量与碳储量在各行政区的分布见表7。由于深圳市各行政区的经济林分布极不均衡，经济林生物量与碳储量在各行政区的分布相差较大，其中生物量的变动幅度为0．94×104～41．54 ×104t，碳储量的变动幅度为1．99× 104～94．07×104t。宝安区 (含光明新区和龙华新区)的经济林生物量和碳储量在全市总量中占的比例最大，分别为40．08%和40．49%;其次为龙岗区(含坪山新区和大鹏新区)，经济林生物量占全市经济林总生物量的39．69%，碳储量占39．46%;盐田区经济林最少，其生物量和碳储量分别仅占全市总量的0．90%和0．86%。

表7 深圳市各区经济林生物量与碳储量Tab．7 Biomass and carbon storage of economic forest of each district in Shenzhen

从不同种类经济林来看，荔枝在各个行政区均有分布，其碳储量变动幅度在1．57×104～89．03×104t之间，其中龙岗区所占比例最大，为41．54%，最少的是盐田区，仅占0．73%;其他木本果的碳储量有92．26%分布在宝安区，余下少量分布在龙岗区;龙眼、茶叶和其他经济林的碳储量比例小，仅分布在龙岗区、宝安区、罗湖区和盐田区。

4 结论与讨论

(1)近成熟荔枝林单株生物量可达128．98 kg，树干、树枝、树叶、树根生物量分别占50．15%、23．79%、10．51%和 15．55%。与陈菁等［4］的研究结果比较，是3年生单株生物量的22．65倍、9年生单株生物量的3．05倍。随着林龄的增长，荔枝各器官生物量所占比例显著变化，树叶和树枝的生物量占全株生物量的比例随树龄的增长而降低，3年、9年和22年生植株的树叶生物量占全株生物量的比例分别为37．81%、20．40%和10．37%，树枝生物量占全株生物量的比例分别为35．37%、32．18%和23．58%;树干生物量占全株生物量的比例随树龄的增长而增加，3年、9年和22年生植株的树干生物量占全株生物量的比例分别为9．08%、26．96%和50．33%。这主要是由于荔枝幼龄时期基部的部分分枝长成树干，加之产果以后定期的修剪枝条，使树枝、树叶生物量比例下降，树干生物量比例增加。

(2)荔枝林生物量和碳储量是深圳市经济林生物量和碳储量的主体。全市经济林总生物量103．66 ×104t，总碳储量 232．31 ×104t，其中荔枝林生物量和碳储量分别占92．93%和92．26%，其余碳储量大小依次为其他木本果 (5．97%)＞龙眼 (1．57%) ＞ 茶叶 (0．18%) ＞ 其他经济林(0．03%)。

(3)地下部分碳储量占经济林生态系统碳储量的比重大。地下部分碳储量包括根系碳储量和土壤碳储量，计189．12×104t，占总碳储量的81．41%;地上部分碳储量包括地上植被碳储量和枯落物碳储量，计43．20 × 104t，占总碳储量的18．59%。从三大碳库来看，土壤碳储量占总碳储量的78．25%，植被碳储量占19．79%，枯落物碳储量占1．96%，3部分碳储量的比约为40︰10︰1，与东莞市［15］和全国平均水平［16］相近，而珠江三角洲三大碳库中植被碳库所占比例相对高一些［17］，总的分布规律为土壤碳库 ＞植被碳库 ＞凋落物碳库。但也有研究显示，鼎湖山［18～20］和尖峰岭［21～22］三大碳库中的植被碳库贡献最大，植被碳储量与土壤碳储量的比值为1．7～2．25，可能是由于鼎湖山的土层较浅 (平均为47～76 cm)，以及不同的研究方法得出的结果存在差异。

(4)深圳市经济林碳储量的空间分布不均衡。宝安区和龙岗区是经济林的主要分布区，其碳储量分别为94．07 ×104t和 91．68 ×104t，分别占全市经济林总碳储量的40．49%和39．46%，南山区占15．80%，罗湖区、福田区和盐田区合计只占4．25%。南山区、罗湖区、福田区和盐田区属深圳市原经济特区，城市化程度高，大量土地转为建设用地，加之辖区面积较小，经济林碳储量少。按行政区面积计算经济林碳密度，南山区最高，每公顷达21．88 t，是全市平均水平的1．84倍，其余依次为宝安区13．22 t/hm2、龙岗区10．85 t/hm2、罗湖区 5．48 t/hm2、福田区 4．35 t/hm2和盐田区3．08 t/hm2。南山区的森林资源主要为经济林，经济林面积占有林地面积的73．05%，因而单位行政区面积的碳密度高。

(5)深圳市经济林生态系统的碳密度低，固碳潜力大。深圳市经济林平均碳密度为104．17 t/hm2，低于深圳市乔木林生态系统碳密度126．87 t/hm2［23］、珠三角森林生态系统碳密度136．35 t/hm2［17］和东莞市森林生态系统碳密度 179．73 t/hm2［15，23］。其中植被、枯落物和土壤碳密度分别为 20．62 t/hm2、2．03 t/hm2和 81．52 t/hm2，均低于深圳市乔木林生态系统和东莞市森林生态系统的相应碳密度，土壤有机碳密度低于我国森林生态系统土壤有机碳密度的平均水平107．8 t/hm2［24］。有研究表明，天然林土壤碳储量一般高于天然次生林和人工林［25～27］，主要原因在于人工林受到人为的经营和干扰致使生物量的大量输出。深圳市经济林主要为荔枝和龙眼等木本果树，均为人工种植和管理，需要进行定期的疏林和修剪，林下植被和凋落物也常清理，这些活动降低了枯落物层的生物量积累和碳储量。深圳市经济林占全市森林总面积的30．34%，其中近三分之一的经济林已划为生态公益林，随着人为干扰活动的降低，经济林生态系统碳密度将不断提高。同时，深圳是快速发展的城市，需要大量的建设用地，林业用地面积不断减少，其中经济林面积由2005年的25 007．5 hm2减少到2013年的22 301．0 hm2。为充分发挥经济林生态系统的碳汇功能，提高其固碳潜力，有必要将更多的经济林划为生态公益林，通过采取混交补植等改造措施，以及减少其他人为活动干扰，形成多层次群落结构、高固碳效率的经济林生态系统。

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