雷州半岛尾巨桉生长固碳及蒸腾耗水特征

周建辉，王占印，刘国粹，王志超，杜阿朋＊

(1. 宁夏回族自治区固原市原州区叠叠沟林场，宁夏 固原 756000；2. 江西省林业调查规划研究院，江西 南昌 330046；3. 国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022)

雷州半岛尾巨桉生长固碳及蒸腾耗水特征

周建辉1，王占印2，刘国粹3，王志超3，杜阿朋3＊

(1. 宁夏回族自治区固原市原州区叠叠沟林场，宁夏 固原 756000；2. 江西省林业调查规划研究院，江西 南昌 330046；3. 国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022)

以2年生尾巨桉为研究对象，对其年内生长固碳和蒸腾耗水特征进行了研究。结果表明：2年生尾巨桉年内平均生长固碳速率为0.022 kg·d-1，1 a生长固碳量为7.9 kg；2年生尾巨桉单株年内平均蒸腾耗水3.67 L·d-1，其林分(株行距 2 m × 3 m) 1 a蒸腾耗水量为221.8 mm。2年生尾巨桉年内生长固碳水分利用效率平均为7.04 g·kg-1，变化范围为2.21 ～ 16.27 g·kg-1，旱季明显高于雨季。

尾巨桉；固碳；蒸腾耗水；水分利用效率

森林固碳作为温室气体控制的重要措施之一，在减少大气CO2浓度上升、减缓全球温室效应方面具有不可替代的作用，已经成为相关学科的研究热点[1]。人工林作为新增固碳的重要手段之一，具有收获木材和固碳双重功能，其固碳功能被认为是减缓全球气候变化的一种最有希望的选择[2-3]，在全球碳循环中发挥越来越重要的作用。桉树(Eucalyptus)是我国华南地区重要的战略树种之一，截至2013年全国种植面积已达450万hm2，接近全国人工林总面积的6%[4]，年产木材超过2 000万m3，其碳汇功能不容忽视。但大面积的桉树人工林种植也使得其对区域水文循环及地下水资源安全的影响成为公众和业界广泛争论和关注的焦点[5]，面对这些问题亟需利用水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)这一指标来客观评价桉树耗水与其干物质生产之间的关系[6]。

本研究以2年生尾巨桉(E. urophylla × E. grandis)人工林为研究对象，对其年内的生长固碳特征及蒸腾耗水特征进行研究，分析其生长固碳水分利用效率年内变化规律，以期为客观、公正地评价桉树人工林碳汇功能及桉树人工林水资源管理提供理论依据和数据支持。

1 试验地概况

研究地点位于广东湛江桉树林生态系统国家定位观测研究站。该站位于广东湛江遂溪县，地理位置为21°16 N，110°05 E，属北热带湿润大区雷琼区北缘，为海洋性季风气候，年均温23.1℃，年相对湿度达80.4%，年均降雨量1 567 mm，主要集中在5—9月(降雨量占全年的85.5%)，年均蒸发量1 763 mm，无霜期362 d。该地区地势平坦，属台地及低丘陵缓坡地形，螺岗岭为最高峰，海拔 220.8 m，山体呈扇状向东、南、西三面倾斜。试验林地为平地，面积3 hm2，前茬为托里桉(Corymbia torelliana)林分，2012年 5月造林，造林幼苗均为尾巨桉DH32-29无性系组培苗，株行距为1.5 m × 4 m，初始造林密度为1 666株·hm-2，造林时未施基肥，于3月生、1.5年生时追施桉树专用肥各1次，用量分别为150 g·株-1和300 g·株-1。2年生时林分基本特征见表1。

表1 尾巨桉人工林地概况

2 研究方法

2.1 尾巨桉生长及碳含量测定

在尾巨桉林地中分别设置20 m × 20 m的样地9个，进行每木检尺(调查频率为每月1次)。2年生时在各样地选取2株平均木，共18株平均木，将其伐倒进行树干解析，树干胸径处取圆盘测定出边材长度，得出胸径(DBH, cm)与边材面积(SA, cm2)回归方程：SA=0.438 2 DBH2− 0.027 DBH + 0.001 8 (R2=0.809 6)，并依此方程计算样树边材面积，进而计算液流通量。另在尾巨桉人工林固定样地，对样树进行每木检尺，使用胸径尺对胸径进行测量，使用雷达测高器(Vertex Ⅳ)对树高(m)进行测量。

用重铬酸钾―水合加热法测定 85℃下烘干的尾巨桉样品的含碳率。各部分的含碳率乘以其单位面积单位时间生物量(干物质量)增量得出尾巨桉单位时间的生长固碳量。

2.2 尾巨桉蒸腾速率和气象因子的测定

在尾巨桉人工林的林外空地及林下各放置1个美国CSI-Compell公司生产的CR 3000型自动气象监测系统，连续观测2014年1—12月的空气温度、湿度、风速、风向、光合有效辐射和降雨量等气象指标，每10 min自动记录1次数据，时间与热扩散树干液流测定仪同步。

在典型样地内选取5株标准木，树干液流利用热扩散 SF-21型(2针型)树干液流测定仪测得，每10 m in自动记录。单株液流通量为液流密度与边材面积的乘积[7]。

2.3 尾巨桉生长固碳水分利用效率计算

林木单株水平的水分利用效率是指消耗单位水重所形成干物质量[8]。本文是针对尾巨桉固碳量与耗水的研究，以单株单位蒸腾耗水量所形成的单株固碳量表示，即：WUE=单株植物固碳量/单株植物蒸腾量。

3 结果与分析

3.1 尾巨桉单株年内生长固碳量的变化

由图1可知，由于雷州半岛降雨量存在明显的雨季和旱季之分(基本上雨季为4月底至10月，旱季为10月底至翌年4月初)，尾巨桉年内生长固碳量的变化也有所差异。旱季中从 10月底至翌年 1月，尾巨桉生长固碳量基本呈增加的趋势，2月份为气温最低月导致尾巨桉生长较1月低，此后随着气温升高和进入雨季降雨量的增加，尾巨桉生长固碳量逐渐增加。本研究中 6—9月尾巨桉生长受到2014年7月的台风“威马逊”和9月的台风“海鸥”影响，导致本应在雨季发生的生长高峰值降低。

3.2 尾巨桉单株蒸腾耗水季节动态

由图2可知，尾巨桉单株液流通量在全年呈现出低幅度降低—升高—降低的趋势。1—4月，液流通量较小，波动幅度也较小；5月初至7月底，液流通量增大，液流通量波动较大；8月初到9月中旬，液流通量其峰值达到最大，波动最大；9月下旬到10月底，液流通量变小，波动也变小，11—12月，液流通量有所降低，变化幅度最大。这是气象因子的季节变化和植物生长随季节的变化影响所致。

3.3 尾巨桉单株生长固碳水分利用效率

由表2可知，尾巨桉单株固碳水分利用效率的年内变化趋势基本呈单峰值曲线，其变化范围在2.21 ～ 16.27 g·kg-1之间，其最小值出现在雨季结束后的10月，最大值出现在雨季开始后的4月。另外，从平均值来看在旱季尾巨桉生长固碳水分利用效率均值要高于雨季，这可能是由于雷州半岛雨季降雨多为暴雨，虽降雨量较大但由于土壤(砖红壤)粘重，渗入土壤而被尾巨桉吸收利用的水分相对较少导致的。

表2 尾巨桉生长固碳水分利用效率季节变化

4 结论与讨论

2年生尾巨桉年内平均生长固碳速率为 0.022 kg·d-1，1 a生长固碳量为7.9 kg；2年生尾巨桉单株年内平均蒸腾耗水3.67 L·d-1，其林分(株行距2 m × 3 m) 1 a蒸腾耗水量为221.8 mm。2年生尾巨桉年内生长固碳水分利用效率平均为7.04 g·kg-1，变化范围为2.21 ～ 16.27 g·kg-1，旱季明显高于雨季。

与其他树种相比，本研究中2年生尾巨桉的生长固碳水分利用效率高于马占相思(Acacia mangium) (4.36 g·kg-1)[9]、杨树(Populus) (2.19 ～ 3.01 g·kg-1)[10]、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii) (4.7 g·kg-1)[8]、杉木(Cunninghamia lanceolata) (3.41 g·kg-1)[11]。相比可知，桉树是较好的速生树种。

另外，本研究结果与邱权等[12]测定的 6—8月尾巨桉幼苗水分利用效率(2.48 ～ 2.6 g·kg-1)及华雷等[13]测定的 4个桉树无性系水分利用效率(3.13 ～4.06 g·kg-1)相比均明显偏高，这主要是由林龄和测定手段差异造成的。

[1] Fang J Y, Chen A P, Peng C H, et al. Change in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J].Science,2001(292):2320‒2322.

[2] 史军,刘纪远,高志强,等.造林对陆地碳汇影响的研究进展[J].地理科学进展,2004,23(2):58‒67.

[3] 林德荣,李智勇.中国 CDM造林再造林碳汇项目的政策选择[J].世界林业研究,2006,19(4):52‒56.

[4] 王楚彪,刘丽婷,莫晓勇.30个桉树无性系人工林碳储量分析[J].林业科学研究,2013,26(5):661‒667.

[5] 时忠杰,徐大平,张宁南,等.桉树人工林水文影响研究进展[J].林业科学,2009,45(11):135‒140.

[6] 曹生奎,冯起,司建华,等.植物水分利用效率研究方法综述[J].中国沙漠,2009,29(5):853‒858.

[7] 张宁南.广东桉树人工林耗水量研究[D].北京:中国林业科学研究院,2010.

[8] 刘延惠.六盘山香水河小流域典型植被生长固碳及耗水特征[D].北京:中国林业科学研究院,2011.

[9] 余孟好,孙谷畴,赵平.马占相思林冠层水分利用效率的气候调节[J].应用与环境生物学报,2010,16(3):309‒316.

[10] 尹伟伦,万雪琴,夏新莉.杨树稳定碳同位素分辨率与水分利用效率和生长的关系[J].林业科学,2007,43(8):15‒22.

[11] 梁瑞友,黄志宏,周光益,等.南岭杉木人工林光合-蒸腾作用特征研究[J].中南林业科技大学学报,2009,29(4):79‒82.

[12] 邱权,潘昕,李吉跃,等.速生树种尾巨桉和竹柳幼苗耗水特性和水分利用效率[J].生态学报,2014,34(6):1401‒1410.

[13] 华雷,何茜,李吉跃,等.桉树无性系和华南乡土树种秋枫苗木耗水特性的比较[J].应用生态学报,2014,25(6):1639‒1644.

Grow th, Carbon Sequestration and Transpiration Water Consum ption of Eucalyptus urophylla × E. grandis Plantations on the Leizhou Peninsula

ZHOU Jian-hui1, WANG Zhan-yin2, LIU Guo-cui3, WANG Zhi-chao3, DU A-peng3
(1. Diediegou Forest Farm of Yuanzhou District in Guyuan City, Guyuan 756000, Ningxia, China; 2. Jiangxi Province Forestry Survey Planning Institute, Nanchang 330046, Jiangxi, China; 3. China Eucalypt Research Centre, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

Grow th, carbon sequestration and water consumption of Eucalyptus urophylla × E. grandis plantations were studied over a 2-year period. The results showed that the average rate of carbon sequestration of E. urophylla × E. grandis over two years was 0.022 kg·d-1, the grow th of carbon accumulation in 1-year was 7.9 kg. The average transpiration rate of 2-year-old E. urophylla × E. grandis was 3.67 L·d-1, the transpiration of the stand was 221.8 mm over a 1-year period. Average water use efficiency of two year old E. urophylla × E. grandis for grow th over a 1-year period ranged from 2.21 g·kg-1to 16.27 g·kg-1, and the mean value was 7.04 g·kg-1. The water use efficiency in dry season was significantly higher than that during the wet season.

Eucalyptus urophylla × E. grandis; carbon sequestration; transpiration water consumption; water use efficiency

S718.51+2.3

A

2015-11-20

国家自然科学基金项目(31300383)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(CAFYBB2014QB024)；广东湛江桉树林生态系统国家定位观测研究站(2015-LYPT-DW-006)

收稿日期：周建辉(1981— )，男，助理工程师，主要从事人工林培育工作

＊通讯作者：杜阿朋(1979— )，副研究员，主要从事桉树人工林生态系统定位研究. E-mail:dapzj@163.com