秃杉人工林植被碳库和氮库的分配格局

陈金章

（泉州市林业局，福建 泉州 362000）

秃杉人工林植被碳库和氮库的分配格局

陈金章

（泉州市林业局，福建 泉州 362000）

对福建德化葛坑国有林场1996年种植的秃杉Taiwania flousiana人工林植被碳库和氮库分配格局进行调查。结果表明，秃杉人工林各器官碳含量在442.86～488.72 g·kg-1之间，而各器官氮含量在2.26～8.93 g·kg-1之间。20年生秃杉人工林单株碳库和氮库分别为96.10 kg和0.679 kg。各器官碳库大小顺序为树干（64.56 kg） ＞树根（16.11 kg） ＞ 树叶（8.18 kg） ＞ 树枝（7.25 kg）。各器官中氮库大小顺序为树干（0.379 kg） ＞ 树叶（0.157 kg） ＞ 树根（0.085 kg） ＞ 树枝（0.058 kg）。乔木层的碳库和氮库主要集中在树干，分别占67.18%和55.82%。20年生秃杉人工林林分植被碳储量和氮储量分别为84.29 t·hm-2和0.60 t·hm-2。

秃杉；碳库；氮库；分配格局

国际上早已提出碳人工林（carbon plantation）的概念，即同时追求木材收获和碳吸存双重目标的新型人工林经营模式［1—2］。南方集体林区是我国商品林以及用材林的重要基地，既能在供给木材的同时又能最大限度地发挥贮碳和贮氮能力。

杉木Cunninghamia lanceolata是南方重要的人工林用材树种，在我国整个森林资源结构中占有重要地位。然而，随着杉木林连续多代连栽，出现了人工林地力衰退以及木材产量下降等诸多问题。因此，研发和推广其他既可速生丰产维持地力，又可作为杉木林二代更替的树种成为南方林业发展面临的重要课题。

秃杉Taiwania flousiana是珍稀的孑遗树种［3］，分布于云南、湖北、四川和贵州等省，缅甸北部也有少量分布，生长在海拔500～2300 m山地沟谷林中。从80年代开始，经过几十年的引种栽培，秃杉已作为杉木采伐迹地更新替换的优良树种之一。目前有关秃杉人工林生物生产力、养分循环及涵养水源等功能的报道较多［4—9］，然而，有关秃杉人工林碳库和氮库大小及分配格局的相关报道较少［10］。本文研究秃杉人工林的碳氮贮量及其分配格局，并了解其碳库和氮库的空间分配特征，为我国南方集体人工林区开展“碳人工林”的经营管理提供基础数据。

1　试验区概况

研究地位于福建省戴云山北麓德化葛坑国有林场龙塔工区，地理坐标118°08′10″E、25°51′53″N，林班号044大班号06小班号060，坡向东北坡，海拔450 m；土壤为山地红壤、黄红壤；年平均气温17 ℃（近两年为20.3 ℃），最高气温34.8 ℃，最低气温-9 ℃；年降水量1800～2000 mm，属中亚热带南缘低山气候类型。林种为实验林，于1996年造林，初植密度2505株·hm-2，混交造林，9秃1杉（杉木）。2004年第一次间伐，强度8%，平均胸径11.2 cm，平均树高7.5 m；2010年第二次间伐，强度19%，平均胸径16.4 cm，平均树高11.2 m。在第二次间伐时发现杉木普遍生长不好，被列为间伐对象。2014年样地调查时，秃杉的保存密度为870株·hm-2，平均胸径22.9 cm，平均树高14.9 m。

2　研究方法

对20年生秃杉人工林进行林分踏查，根据典型选样原则，在林分内设置4个10 m × 20 m的样地，进行每木检尺，测定样地内所有活立木的树高、胸径、枝下高及冠幅等。根据调查结果选取秃杉人工林林分标准木2株进行树干解析，2株标准木的胸径分别为22.3和20.4 cm，树高分别为15.1和15.0 m。用Monsi分层切割法测定地上部分各器官的生物量；采用全挖法测定根系生物量，根系分为根桩（＞100 mm）、粗根（21 mm～100 mm）、中根（2 mm～20 mm）和细根（＜2 mm）四个部分。在每个样地内分别设置3 个1 m × 1 m小样方，采用样方收获法收集凋落物，对样方内的凋落物进行全部收集，称重并测定其含水量。植株样品经烘干、粉碎，分别装入样品袋中备用。碳氮含量采用德国的Elemantar碳氮元素分析仪进行测定。

3　结果与分析

3.1秃杉人工林单株各部位碳库和氮库的分配格局

通过不同组分碳（氮）库之和分别求得地上或地下部分的碳（氮）库，利用地上/地下部分碳（氮）库除以地上/地下部分生物量获得地上/地下部分的碳（氮）含量。从表1可见，秃杉人工林各部位碳含量在442.86～488.72 g·kg-1之间，其大小顺序为树枝＞ 树干＞ 树叶＞ 树根；而各部位氮含量在2.26～8.93 g·kg-1之间，其大小顺序为树叶＞ 树枝＞ 树干＞ 树根。秃杉人工林单株碳库和氮库分别为96.10 kg和0.679 kg。其中地上部分碳库和氮库分别为 79.99 kg和0.594 kg；地下部分碳库和氮库分别为16.11、0.085 kg。各部位碳库依次为树干（64.56 kg） ＞树根（16.11 kg）＞树叶（8.18 kg） ＞树枝（7.25 kg）。其中秃杉地下部分的碳库主要集中在根桩，占地下部分的80.58%。各器官中氮库大小顺序为树干（0.379 kg） ＞ 树叶（0.157 kg） ＞ 树根（0.085 kg） ＞ 树枝（0.058 kg）。

表1　秃杉单株不同部位的碳库和氮库Table 1　Carbon and nitrogen pool of different parts ineach tree of Taiwania flousiana

3.2秃杉人工林乔木层地上部分碳库和氮库分配特征

由表2可以看出，秃杉不同部位的碳库分配特征存在差异，树干的碳库主要集中在0～5.6 m处，占73.08%；树枝的碳库主要集中在3.6～11.6 m处，占80.36%；树叶的碳库主要集中在7.6～13.6 m处，占80.05%。秃杉氮库不同器官的分配特征亦存在差异，树干的氮库主要集中在0～5.6 m处，占73.21%；树枝的氮库主要集中在5.6～13.6 m处，占77.19%；树叶的氮库主要集中在 7.6～13.6 m处，占80.25%。如上所述，树干的碳库和氮库主要集中在0～5.6 m处，这主要与树型结构相关， 随着树高的增加，树干生物量逐渐下降；树叶的碳氮库则主要集中在 7.6～13.6 m处，这主要是由于林木需要靠树叶进行光合作用来维持正常生长，在林木较高处的树叶接受阳光照射多，故生长茂盛，而林木底端由于光线较弱，树叶量较少甚至出现林木自我整枝的现象［10］，故秃杉的碳库和氮库主要分布在其较高处。树叶的存在相应需要树枝这一载体，故树枝的分布与树叶大体一致。

3.3秃杉人工林林分碳库和氮库分配格局从表3可见，20年生秃杉人工林林分总碳储量和总氮储量分别为84.29 t·hm-2和0.60t·hm-2；乔木层的碳储量和氮储量都远大于植被层，占林分总碳储量和总氮储量的 99.19%和98.33%。乔木层地上部分的碳储量和氮储量都远大于地下部分，占乔木层总碳储量和总氮储量的83.23%和88.14%，占林分总碳储量和总氮储量的82.56%和86.67%，其中地上部分的碳储量和氮储量主要集中在树干，分别达到56.17 t·hm-2和0.33 t·hm-2，占乔木层地上部分的80.72%和63.46%，其次是树叶。秃杉人工林凋落物层碳氮储量较小，不利于土壤肥力的恢复、维持与改善，应采取适合的造林措施，例如增加林下生物多样性以及促进林下凋落物的分解等，加快养分循环速率，以提高秃杉林地生产力，实现秃杉人工林可持续经营的目的。

表2　秃杉不同高度各器官碳库和氮库Table 2　Carbon and nitrogen pool of different organs at different height of Taiwania flousiana

表3　林分碳储量和氮储量分布格局Table 3　Distribution pattern of carbon and nitrogen storage in Taiwania flousiana plantation

4　讨论

本研究秃杉人工林各部位碳含量在442.86～488.72 g·kg-1之间，其大小顺序为树枝＞ 树干＞ 树叶＞树根，这与何斌等［4］研究广西11年生秃杉人工林的结论相似，但与格氏栲Castanopsis kawakamii［1］、杉木［1］、福建柏Fokienia hodginsii［11］和马尾松Pinus massoniana［12］等树种各器官碳含量的大小顺序并不完全一致，表明树种的差异可能是影响不同器官碳含量的重要因素。本研究的秃杉人工林各部位氮含量在2.26～8.93 g·kg-1之间，树叶氮含量最高，与王卫霞等［12］的研究结果类似，他们认为氮的含量与树木器官、年龄及其生理特性关系较为明显。

秃杉人工林单株碳库和氮库分别为96.1 kg和0.679 kg，各器官碳库大小依次为树干 ＞ 树根 ＞ 树叶＞ 树枝；各器官氮库大小依次为树干 ＞ 树叶 ＞ 树根 ＞ 树枝。采伐后林地剩余物的处理方法以及造林前选择的整地方式对生态系统尤其是对土壤的碳库和氮库将产生比较大影响。

本研究秃杉人工林乔木层生物量为 176.23 t·hm-2，略低于湖南会同 20年生第 1代杉木人工林（209.5 t·hm-2）［13］和福建福州20～23年生杉木人工林（194.21 t·hm-2）［14］的乔木层生物量，而高于广西北部的23年生杉木人工林（131.245 t·hm-2）［15］和侯振宏等［16］总结的国内20～25年杉木人工林（141.698 t·hm-2）的乔木层生物量，表明秃杉人工林的生物量并不差于同林龄的杉木。

杉木人工林经过多代连栽，会出现地力衰退及生产力下降等现象［17］，秃杉是杉木采伐迹地进行更新的优良树种。与杉木人工林相比，秃杉人工林成熟期较晚（一般需要40年以上），除了能快速积累生物量和碳素，同时具有积累时间长且衰退时间晚等特点，更有利于碳氮贮存。另外，秃杉凋落物组成中树叶比重较大且碳素含量较低，分解速度快，有利于土壤有机碳的积累，促进土壤肥力的快速恢复、维持和提高，避免地力衰退［4，6］。因此，合理科学经营秃杉人工林，加强对秃杉人工林研究，对目前因长期连续栽培杉木而导致地力衰退，以及增强人工林的碳汇功能，调节大气 CO2，维护生态环境，提高林农经济效益，实现珍稀树种的永续保存和高效利用等都具有重要作用。

致谢：泉州市林业局黄金玲，福建省林业科学研究院丁珌、肖祥希、黄石德、高楠和何文广，福建省德化葛坑国有林场林贤山、连勇机等同志参与试验，在此一并致谢。

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Distribution Patterns of Vegetation Carbon and Nitrogen Pool in Taiwania flousiana Plantations

CHEN Jin-zhang
（Quanzhou Bureau of Forestry， Quanzhou 362000， Fujian China）

The distribution patterns of vegetation carbon and nitrogen pool of Taiwania flousiana plantations planted in 1996 at the Dehua Gekeng National Forest Farm were studied. The results showed that carbon contents of different organs were ranged from 442.86 to 488.72 g·kg-1， and nitrogen contents of different organs were ranged from 2.26 to 8.93 g·kg-1. The carbon and nitrogen pool per tree was 96.10 and 0.679 kg in the 20 a T. flousiana plantation， respectively. The carbon pool of different organs followed an order as trunk （64.56 kg） ＞root （16.11 kg） ＞leaf （8.18 kg） ＞branch （7.25 kg）， while the nitrogen pool followed as trunk （0.379 kg） ＞leaf （0.157 kg） ＞root （0.085 kg）＞branch （0.058 kg）. The vegetation carbon and nitrogen pool of tree layer mainly distributed in trunk，which occupied 67.18% and 55.82%， respectively. The carbon and nitrogen storages of 20 a T. flousiana plantations were 84.29 t·hm-2and 0.60 t·hm-2， respectively.

Taiwania flousiana； carbon pool； nitrogen pool； distribution pattern

10.3969/j.issn.1009-7791.2015.03.011

Q948

A

1009-7791（2015）03-0231-04

2015-06-17

泉州市科技计划项目（2013N15）

陈金章，高级工程师，从事森林培育研究。E-mail： qzlykj@163.com