盱眙县墨西哥柏人工林含碳率与碳储量研究

张 涛, 万福绪, 谈正鑫

(南京林业大学, 南京 210037)



盱眙县墨西哥柏人工林含碳率与碳储量研究

张 涛, 万福绪, 谈正鑫

(南京林业大学, 南京 210037)

选取盱眙县墨西哥柏人工林为研究对象，对其灌木层、草本层、枯枝落叶层、土壤层进行了碳储量研究。结果表明：灌木层枝、干、叶、根的含碳率依次48.92%，48.49%，49.74%和48.04%，器官含碳率大小表现为C叶>C枝>C干>C根，草本层是地上部分含碳率大于地下部分含碳率，枯枝落叶层的含碳率表现为C叶>C枝，土壤层的含碳率随着土壤深度的增加而降低，0—10 cm和10—20 cm土层之间土壤含碳率的差异性显著。墨西哥柏人工林生态系统现存碳储量67.31 t/hm2，其中灌木层1.21 t/hm2，占总碳储量的1.8%；草本层0.08 t/hm2，占总碳储量的0.12%；枯枝落叶层0.02 t/hm2，占总碳储量的0.03%；土壤层66 t/hm2，占总碳储量的98.05%，可见碳储量主要集中在土壤层中。

墨西哥柏人工林; 含碳率; 碳储量; 盱眙县

森林生态系统是陆地生态系统中最大的碳贮存室，储存了陆地生态系统76%～98%的有机碳，其地上部分碳库和土壤碳库分别占全球地上部分碳库和土壤碳库的80%和70%[1-2]，森林生态系统的碳储量是研究森林生态系统与大气间碳交换的基本参数[1]，也是估算森林生态系统向大气吸收和排放含碳气体的关键因子，如何准确地定量研究森林生态系统在全球CO2收支平衡中的作用是全球碳循环研究的重点和难点之一[3]，自从20世纪50年代国外对森林生态系统的碳贮量开始研究以来，很多学者采用不同方法对区域森林植被生物量、含碳率和碳储量以及土壤碳储量开展大量研究工作[4-5]，中国学者在20世纪90年代初才开始进行大规模的研究，但对森林群落含碳率和碳储量的研究还处于起步阶段，近年来，国内学者对甜槠凋落物[6]、养分循环[7]、生物量等进行了研究，但至今未见有关盱眙县墨西哥柏碳储量方面的研究。鉴于此，本研究以盱眙县墨西哥柏人工林为对象，对其含碳率以及碳储量进行了计算和分析，为进一步研究该生态系统的碳循环及碳汇大小提供基础数据，并为其他树种碳贮量的研究和林业碳汇评价指标体系的建立提供科学依据。

1　试验地概况

研究区位于江苏省盱眙县月亮山，地处北亚热带与暖温带过渡区域，属季风性湿润气候。四季分明，季际、年际变异性突出，年平均日照总量2 222.4 h，平均气14.7℃，无霜期215 d，年平均降水量1 005.4 mm。温差0.4℃，土壤由火山岩发育形成，其中黄棕壤面积最大，占36.2%，其次是火山灰土和水稻土以及部分潮土和沙姜土。盱眙全县现有成片林11 867万hm2，农田林网2 169万hm2，“四旁”树木保存1 058万株，森林覆盖率18.3%。活立木总蓄积量90.3万m3，年生长量16.85万m3，主要灌木层是墨西哥柏，草本层有里白、狗脊等。墨西哥柏在灌木层中占绝对的优势。

2　研究方法

2.1人工林生物量的调查

在20 m×20 m的3个样地里对墨西哥柏进行每木调查，测定样地内所有墨西哥柏的树高、地径，并按径阶分组登记，按所测地径值，每隔0.3 cm为一个径阶，每个径阶平行取3个样，共取18株墨西哥柏作为标准木，将其伐倒，分层次分干、叶、枝、根采集标准木作为分析样品，并用挖掘法测定根系生物量。

2.2人工林不同层含碳率的测定

2.2.1植被含碳率的测定在测植被的生物量时，分别抽取不同层次不同器官500 g样品，带回实验室，烘干测定后换算成为干重质量；再经粉碎、过筛后，用全自动碳氮分析仪测定其含碳率。

2.2.2土壤含碳率的测定在设置的样地内按“S”形随机选取5个样点，在每个取样点按0—10，10—20，20—30，30—50，50—100 cm分层取样，土样在室内风干后过0.149 mm筛，采用重铬酸钾加热法测定土壤含碳率；同时用环刀取原状土，带回室内测定不同层次土壤的容重。

2.3人工林不同层碳储量的计算

2.3.1植被层碳储量的计算根据灌木层、草本层和枯枝落叶层各器官的生物量乘各组分的转换系数，不同组分的转换系数是所取得样品的含碳率。

2.3.2土壤层碳储量的计算由于本次调查天然林分布的土层厚度在100 cm左右，因此本研究对土壤碳贮量的估算限定在土层100 cm的深度范围，不包括地表枯枝落叶，具体采用下面的公式：

式中：S——土壤表层i深度内单位面积土壤碳储量(t/hm2)；Di——第i土层的容重(t/m3)；Ci——第i土层的含碳率(%)；Ei——第i土层的厚度(m)。

3　结果与分析

3.1人工林不同层植物含碳率

(1)解析木地径对含碳率的影响。分析数据后发现解析木地径对其含碳率的影响是单一的，因此分别分析解析木地径大小对含碳率的影响，由表1可知，解析木地径对各个器官(树干、树枝、树叶和树根)含碳率没有显著影响(p<0.05)，因此可以将6株解析木当作一个整体分析解析木地径对各器官含碳率的影响，结果表明，以简单的线性关系表示树干、树枝、树叶和树根随地径增大时的变化情况发现，树干、树根、树叶、树枝含碳率的变化均在0.45～0.50之间，树叶的含碳率大于其它器官的含碳率，与地径的增长成正比关系，相关系数达到了0.695 8，树根、树干以及树枝的含碳率都相对比较稳定，与地径的增长不成正相关。

表1　不同径级树木各器官含碳率比较

注：(1) 表中数据均为平均值；(2) 同列不同字母表示差异显著(p<0.05)，下同。

(2)人工林不同植被层含碳率。由表2可知，墨西哥柏林灌木层不同器官含碳率在48.04%～49.74%，变化幅度不大，排序为C叶>C枝>C干>C根，草本层的含碳率在37.63%～38.96%波动，地上部分的含碳率大于地下部分，整体明显低于灌木层的含碳率，不同层次含碳率之间的差异性均达到显著水平(p<0.05)，其大小顺序为C灌>C草。枯枝落叶不同组分的含碳率在46.93%～47.39%，其大小顺序为C叶>C枝，这表现出和灌木C叶>C枝的相似规律。

表2　墨西哥柏林植被层含碳率　%

(3) 人工林不同土壤层含碳率。土壤层的含碳率在垂直方向上表现出随着土壤深度的增加而降低的趋势，不同土层含碳率的差异均达到了显著水平(p<0.05)，墨西哥柏林10—20，20—30，30—50，50—100 cm这四个土层的含碳率分别是0—10 cm土层的53.01%，35.51%，19.13%，10.38%，由此可知，土壤表层的含碳率明显高于其他土层的含碳率。

3.2人工林不同层碳储量

(1) 植被层碳储量。灌木层的总碳储量为1.21 t/hm2，树枝碳储量为0.52 t/hm2，占地上碳储量的46.42%，占总碳储量的43.26%，地上部分的碳储量是地下部分的12倍，其次是叶，占总碳储量的40.73%，然后依次是干和根，说明枝和叶是灌木层碳储量的主要部分。草本层的碳储量为0.08 t/hm2，地上部分碳储量大于地下部分碳储量，灌木层、草本层和枯枝落叶层的总碳贮量比例顺序和生物量表现为相同的规律，它们之间的差异性达到了显著的水平(p<0.05)，可见不同层次的碳储量对墨西哥柏人工林总碳储量的贡献是不同的(表3)。

表3　墨西哥柏林各层次碳储量

(2) 枯枝落叶层碳储量。墨西哥柏人工林枯枝落叶层的总碳储量为0.02 t/hm2，各个器官碳储量大小顺序为：C叶>C枝>C干>C根，叶和枝是枯枝落叶层的主要部分，说明叶和枝是枯枝落叶层中向土壤归还有机质的主体。

(3) 土壤层碳储量。土壤的容重随着土层深度的增加而增加，而土壤碳储量表现出与土壤容重相反的规律，即随着土壤深度的增加而降低，不同层次土壤碳储量差异均达到了显著水平(p<0.05)(见表3)，土壤的总碳储量为66 t/hm2，各土层的碳储量占总碳储量的33%，18.94%，13.20%，14.00%，20.84%。0—50 cm土层的碳储量是50—100 cm土层的3.79倍，说明土壤的碳储量主要集中在土壤的表层。

4　结论与讨论

目前，国际植物生物量与碳的转化系数通常在0.45～0.55 g/g[8]，木麻黄不同器官的碳密度在0.454 2～0.517 8 g/g[9]，杉木的碳密度在0.483 0～0.547 3 g/g[10]，本研究通过实测，墨西哥柏不同器官的含碳率在0.45～0.50 g/g；木麻黄不同器官的含碳率大小顺序表现为C根>C叶>C枝>C皮[9]，杉木观光木混合林的含碳率是：树叶大于树干，树干大于树枝、树皮和树根[11]，樟子松的含碳率是树枝大于树干、树皮和树根[12]，墨西哥柏不同器官的含碳率大小顺序与这些林分不同，即C叶>C枝>C干>C根，这可能是种间差异，林龄与气温、降水、树种种类等因素不同造成的。墨西哥柏人工林不同层次含碳率的大小顺序为C灌木>C草，这主要与生态系统的群落结构特征有关，灌木层位于草本层的上层，在争夺太阳光照和热量时处于绝对的优势，能够吸取足够的光照，进行充分的光合作用，积累较多的有机质。

墨西哥柏人工林生态系统现存碳储量67.31 t/hm2，其中灌木层1.21 t/hm2，占总碳储量的1.8%；草本层0.08 t/hm2，占总碳储量的0.12%；枯枝落叶层0.02 t/hm2，占总碳储量的0.03%；土壤层66 t/hm2，占总碳储量的98.05%，不同层次的碳储量对墨西哥柏人工林生态系统现存碳储量的贡献差异是显著的，大小顺序为：土壤层>灌木层>草本层>枯枝落叶层，可见墨西哥柏人工林生态系统现存碳储量主要集中在土壤层中。

不同层次土壤碳储量差异均达到了显著水平，0—50 cm土层的碳储量占总土壤碳储量的79.14%，是50—100 cm土层碳储量的3.79倍，可见土壤的碳储量主要集中在土壤的表层，在垂直分布上基本表现为随着土壤深度的增加而降低，与前人的研究结果相似[13-14]，墨西哥柏林土壤的碳储量为66 t/hm2，低于中国森林平均土壤碳储量(193.55 t/hm2)[15]，远低于长白山阔叶红松林土壤的碳储量(238.9 t/hm2)[16]，这是由于亚热带水热条件好，枯枝落叶分解速率较快，土壤呼吸速率较。

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Carbon Content and Storage of Mexican Cypress Plantation Forest in the Xuyi County

ZHANG Tao1, WAN Fuxu, TAN Zhengxin2

(Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

TheMexicancypressplantation forest was taken as a case. The carbon storage of shub layer, herbaceous layer and soil layer were investigated. the results showed that the branch, stem, leaf and root of shrub layer carbon contents is 48.92%, 48.49%, 49.74% and 48.04%,respectively, and the carbon contents of organs of shrub layer decreased in the order:wasCleaf>Cbranch>Cstem>Croot, for herbaceous layer the order wasCabove>Cbelow, and for litter fall layer the order wasCleaf>Cbranch. In the soil layer, the carbon content decreased with the increase of depth, with the most significant difference of carbon contents between the depth of 0—10 cm and the depth of 10-20 cm. Total existing carbon storage ofMexicancypressplantation forest ecosystem reached to 67.31 t/hm2, including the shrub layer 1.21 t/hm2, accounting for 1.8% of the total carbon; 0.08 t/hm2in herbaceous layer, accounting for 0.12% of total carbon, 0.02 t/hm2in litter layer, accounting for 0.03% of the total carbon and 66 t/hm2in soil layers, accounting for 98.05% of total carbon, so carbon mainly concentrated in the soil layer.

Mexicancypressplantation; carbon fraction; carbon storage; Xuyi County

2014-09-09

2014-10-08

江苏省林业三新工程(LYSX[2012]10)

张涛(1988—),男,甘肃定西人,硕士生,研究方向为林业生态工程。E-mail:576012653@qq.com

万福绪(1952—),男,江苏赣榆人,教授,研究方向为林业生态工程、城市林业。E-mail:fxwan@njfu.edu.cn

S718.5; X171.1

A

1005-3409(2015)04-0228-04