老河沟自然保护区中山地段几种林分的乔木特征及碳储存

李德文，盛晓琼

（1.四川省林业调查规划院，四川成都 610081；2.旺苍县林业和园林局，四川旺苍 622800）

老河沟自然保护区中山地段几种林分的乔木特征及碳储存

李德文1，盛晓琼2

（1.四川省林业调查规划院，四川成都 610081；2.旺苍县林业和园林局，四川旺苍 622800）

为了解川西北中山地段不同森林的林分结构和碳储存与分配特征，本研究以位于平武县老河沟自然保护区中山地段的日本落叶松林、黄柏林、华山松林、野核桃林和混交林为对象，对其林分结构、乔木碳储存及分配进行了研究。结果表明：几种森林的物种组成和林分结构存在极大差异。林分的碳储量介于96.88±2.20 MgC hm－2和282.61±7.94 MgC hm－2之间，林木中的碳主要储存在地上部分；林分及各部分的碳储量具有极大的差异。仅就碳储量现状而言，野核桃林最优，混交林次之。

森林群落特征；林分结构；碳储存与分配；中山地段；老河沟

前言

人为活动导致全球碳失衡已致使过去100多年全球空气温度的持续上升，对全球生态系统、社会福祉和人类安全造成极大的威胁［1］。如何应对全球气候变化已成为科学家、各国政要关注的焦点。森林是陆地森林碳汇的主体，在减缓全球变化的过程中具有举足轻重的作用。在过去的几十年间，不同尺度的森林植被的碳功能也陆续得以评估：四川［2］、我国［3］乃至北半球［4］的森林都表现为明显的碳汇。不同尺度森林土壤的碳储存［5］、不同树种中的碳含量［6］、森林生态系统的碳储量及潜力［7］也得以量化。这些研究表明：森林生态系统的碳功能具有明显的区域［5，8］、森林类型［7］、树种差异［6，8］和尺度效应［3～5］。已有许多学者的研究表明，在生态系统尺度上，土壤有机碳的储量变化不大［9］，植被（特别是乔木层的树木）对生态系统碳储存具有决定作用［7，10］。因此，全面地理解和预测森林生态系统在全球变化的作用需要对各种森林生态系统的碳功能（特别是乔木层的碳功能）进行有效评估。

位于＂世界第三极＂——青藏高原东缘的四川省森林植被是我国第二大林区——西南林区的主体，多样的生境孕育着多样的森林生态系统，历来是生态学家和林学家研究的重点和热点。四川省级尺度上森林植被碳储存动态［2，11］及其区域差异［12］已得到有效评估；生态系统尺度的森林碳储存研究主要集中于亚高山［7］，低山地段也有涉及［13，14］，而对中山的森林少有涉及。四川省人工林省级尺度的碳储存也得到评估［11］、样地尺度的人工林碳评估更多关注于森林土壤有机碳的储存［5，15］。现有研究尚不足以全面理解和预测四川森林植被在全球变化中的减缓作用。因此，本研究在少有关注的川西北中山山地、选取位于岷山山系摩天岭山脉东部老河沟自然保护区（下文简称老河沟）原林场时期采伐后形成的次生林和几种常见人工林为研究对象，对其森林植被碳储存进行评估，以期为四川省应对全球变化、实现区域碳排放和碳汇林业管理等方面提供基础数据和科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地设在四川省平武县境内的老河沟，位于东经104°32′42″～104°45′25″北纬32°36′22″～32° 25′52″之间，总面积约110 km2，海拔1 250 m～3 504 m。老河沟属北亚热带山地湿润季风气候，冬季干燥寒冷，盛夏湿润凉爽，7月平均温度最高（23.37℃），1月温度最低（平均2.77℃），7月气温最高（平均25℃），年均温13.7℃左右。保护区地势西北高、东南低，海拔1 250 m～d3 504fm。

老河沟地处岷山山系大熊猫（Ailuropoda melanoleuca）栖息地腹心地带，东面、西面与北面分别与唐家河（四川省青川县）、王朗（四川省平武县）和白水江（甘肃省文县）等国家级大熊猫保护区相邻。海拔1 800 m以下低中山河谷，原有植被破坏后，常天然更新形成野核桃（Juglans cathayensis）林为主的低山次生落叶阔叶林、海拔较高的地段常形成水青冈（Fagus longipetiolata）、椴树（Tilia miqueliana）、桦木（Betula spp.）、槭树（Acer spp.）等落叶阔叶混交林；地势较平坦地段则在采伐后人工种植形成华山松（Pinus armandi）、日本落叶松（Larix kaempferi）、黄柏（Phellodendron amurense）等人工林。海拔1 800 m～2 600 m地段的原生植被被采伐后常形成大量的桦木等次生落叶阔叶林。2 600 m～3 200 m的亚高山地区，尚有部分以岷江冷杉（Abies faxoniana）、麦吊云杉（Picea brachytyla）为优势种的暗针叶林。3 200 m以上为以禾本科（Gramineae）、菊科（Compositae）、毛茛科（Ranunculaceae）、蔷薇科（Rosaceae）植物为主亚高山草甸和流石滩植被。

1.2 样地布设与调查

在广泛踏查的基础上，于2014年4月选择人工更新形成的日本落叶松、黄柏、华山松人工林为研究对象，以天然更新的野核桃林和以栓皮栎（Quercus variabilis）、水青冈为主要优势种的落叶阔叶混交林（下文简称混交林）为对照。选择坡向、坡度和坡位基本一致的区域，每个群落各设置各3个样地（20 m×20 m）对乔木层树种（胸径，DBH≧5 cm）进行调查（调查指标包括树种、DBH、树高、冠幅等）、每个样地内按对角线设置3个2 m×2 m样方对下层木本植物进行调查（调查指标包括植物种类、盖度、高度等）。

1.3 数据分析

乔木层各树种的重要值＝（相对多度＋相对频度＋相对显著度）／3［16］。森林植被碳储量为森林生物量乘以含碳量确定［2］。各树种生物量采用唐宵［17］的方法估算、各器官含碳率采用唐宵等［6］和黄从德等［2］的方法计算。本文计算的森林植被碳储量是指乔木层碳储量，不包括灌木层、草本层以及枯落物层碳储量。样地各树种碳储量的累加即为林分碳贮量。利用SPSS 20.0软件（SPSS Inc.，Chicago IL，USA）对数据样地间碳储量差异进行显著性（ANOVA，P＜0.05）分析。

2 结果与分析

2.1 林分特征

本研究涉及到3种常见的人工林和两种天然更新的落叶阔叶林（其特征见表1）。黄柏和日本落叶松人工林中，基本只有人工栽植的目标植物，林下层中也仅有少量喜阴悬钩子（Rubusmesogaeus）侵入，前者的草本层基本以莎草为主，后面林下因凋落物积累较多而少有草本出现。华山松人工林，尽管同为人工林，但因栽植时间相对较久，华山松基本进入成过熟阶段，乔木层中有亮叶桦（Betula luminifera）、水青冈、漆树（Toxicodendron vernicifluum）、山胡椒等伴生（表2）；林下木本植物种类繁多，常见的有楤木（Aralia chinensis）、野樱桃（Cerasus tomentosa）、山胡椒（Lindera glauca）、棣棠花（Kerria japonica）和异叶榕（Ficus heteromorpha），偶见木姜子（Litsea pungens）、灯台（Bothrocaryum controversum）、水青冈，糙花箭竹（Fargesia scabrida）呈块状零星分布其中。落叶阔叶混交林则以多种落叶阔叶树为主，栓皮栎、水青冈相对占优势（表2），其他常见的乔木植物还有鸡爪槭（Acer palmatum）、木姜子、灯台、华西枫杨（Pterocarya insignis）、色木槭（Acermono）、红桦（Betula albo-sinensis）等；林下木本植物以糙花箭竹为主，华西茶藨子（Ribes maximowiczii）亦常见，有槭树、水青冈、野樱桃等乔木树种的幼树，居于糙花箭竹之上，因糙花箭竹的强烈遮荫，林下乔木幼苗更新较少。

表1 林分特征

华山松林混交林物种重要值物种重要值物种重要值华山松45.56栓皮栎20.38鸡爪槭5.78野核桃21.92水青冈10.84黑壳楠5.57亮叶桦9.27台湾水青冈10.31亮叶桦4.57山胡椒8.13椴树8.84野樱桃4.14水青冈6.35华西枫杨7.89糙皮桦3.43漆树5.77灯台5.92漆树3.38糙皮桦3.00红桦5.87木姜子3.07

2.2 林分结构

本研究涉及的老河沟的5种林分中，除了黄柏林（多达10 m～13 m之间，达73.81%）外，其余林分的乔木高度基本都在16 m以上（图1）。日本落叶松林、华山松林、野核桃林和混交林高度超过16 m的乔木百分比依次为80.49%、58.93%、41.46%和66.67%；尽管野核桃林中，超过16 m的树木株数未超过50%，但占据林分优势的树木主要为高大的野核桃。

本研究涉及的老河沟的几种林分中（图2），日本落叶松林的胸径主要分布于24 cm～30 cm之间（达56.1%），胸径太大或太小的树木均较少。黄柏林的胸径主要在10 cm～16 cm之间（83.33%），华山松林的胸径主要在16 cm～28 cm之间（69.64%）；野核桃林和混交林中的树木以大径级为主，胸径在30 cm以上的分别为达77.75%和57.78%。总体表现为人工林生长相对均一，而天然更新的林分则差异较大。

在所涉及的几种林分中，共调查到枯立木37株，日本落叶松林中最多（26株），黄柏林中10株，野核桃林中1株。这些枯立木的树高与胸径及其分布基本与几种林分平均值相当（图3和图4）。在华山松林中，尽管没有发现枯立木，但长势衰退的极多，加之病害严重，在未来几年中可能会出现大量的枯立木。混交林中，只发现1株水青冈长势较弱，没有发现枯立木，表明树木均处于健康状态。

图1 老河沟几种林分乔木层的树高分布图

图2 老河沟几种林分乔木层的胸径分布图

图3 老河沟几种林分枯立木的树高分布图

图4 老河沟几种林分枯立木的胸径分布图

2.3 森林植被碳储量

本研究中，老河沟森林植被碳储量及其分配表现出极显著的林分差异（图5，P＜0.01）。总体表现为野核桃林（282.61±7.94 MgC·hm－2）＞混交林（207.67±3.18 MgC·hm－2）＞华山松林（139.70± 4.46 MgC·hm－2）＞日本落叶松林（118.18±5.18 MgC·hm－2）＞黄柏林（96.88±2.20 MgC·hm－2）；主干碳储存表现为野核桃林（159.53±1.69 MgC· hm－2）＞混交林（120.63±2.72 MgC·hm－2）＞华山松林（79.05±2.44 MgC·hm－2）＞黄柏林（56.21 ±0.98 MgC·hm－2）＞日本落叶松林（39.59±1.74 MgC·hm－2）；根系碳储存表现为野核桃林（44.71 ±0.47 MgC·hm－2）＞混交林（34.52±1.11 MgC· hm－2）＞日本落叶松林（29.54±1.30 MgC·hm－2）＞华山松林（23.64±0.50 MgC·hm－2）＞黄柏林（16.12±0.21 MgC·hm－2）；且各林分间的这些碳储量均有极显著差异（P＜0.01）。其他各部位碳储量最大的均为野核桃林，极显著大于其他各林分（P＜0.01）。日本落叶松林主干和树皮的碳储量最小，前者极显著小于其他林分（P＜0.01），后者小于黄柏林、极显著（P＜0.01）小于其他3种林分。黄柏林枝条和叶片的碳储量均为最小，除叶片碳储量显著（P＜0.05）小于华山松林外，其余极显著小于其他林分（P＜0.01）。

图5 老河沟几种林分乔木层树木碳储量及其分配

3 结论与讨论

本研究中，所涉及的几种林分，密度均相对较大。日本落叶松林为人工栽植、其间没有经过疏伐，枯立木多为生长过程中的自疏，因而总体密度偏大；黄柏林的密度偏大，是因为树木总体不大，但一定数量的枯立木表明已有一定的竞争、自疏现象开始出现；随着时间的推移，日本落叶松和黄柏的密度将会持续下降。华山松林密度较高是因为华山松已进入成过熟时期、加之病害严重，对林冠的控制减弱、形成一些较小的林窗，给下层木提供了生长的空间和机会［18］；因而乔木层中有一定数量较小的树木，导致密度较大。混交林的密度偏大的原因是天然更新、生长竞争导致的空间生态位分化，进而形成复层林。

除黄柏林外，所有林分（无论人工栽植还是天然更新）基本都能达到当地林分的高度。说明这些树木能适应老河沟的生境。在老河沟的几种人工林长势较均匀，长势太弱的将在成长的过程中被自疏淘汰；加之树种相对单一、种源基本一致，现存林分并未表现出明显的生长分异。华山松林因为华山松大多处于成过熟阶段，其他树木侵入并达到林冠层，因而胸径差异较大。野核桃林和混交林均为天然更新，林分中的树木都是对本地最适应的树种，因而生长较快，且多以大树为主，这对森林的碳储存及其有利，同时多样的树木共存，可为动物提供多样的食物，也有利于生物多样性的保育。

本研究中，涉及的几种林分，其乔木的碳储存表现出明显的林分差异，这与鲜骏仁等［7］在川西亚高山的研究结果、黄从德等［2］对四川和重庆森林植被碳储存的评估结果一致。老河沟森林植被的碳储量大小介于鲜骏仁等［7］川西亚高山研究的5种森林之间（白桦Betula platyphylla林、红桦－岷江冷杉混交林、岷江冷杉林、紫果云杉Picea purpurea林和方枝柏Sabina saltuaria林），略高于四川和重庆地区的森林植被平均碳储量［2］。这也说明，对四川省森林植被的碳储量评估需要对不同类型的生态系统进行详细调查才能更精确地评估四川森林生态系统的碳储存现状及其潜力。

仅就森林植被的碳储存来而言，老河沟的野核桃林优于其他林分，混交林次之，黄柏林最差。显而易见的是，森林具有多种效益。因而就不同的经营目的而言，不同类型的森林都有其重要价值。老河沟是我国第一个社会公益型保护区，需要通过多种森林的保育和研究以搜索其不同的价值，以利于在将来的森林生态系统管理中，充分利用不同森林以发挥其相应的作用。比如，尽管黄柏林的碳储存量小于日本落叶松林，但前者具有药用价值，且林下草本远远多于后者。野核桃林的碳储存量大于混交林，但混交林的群落结构更完整，植物多样性更高，这必然导致其在生物多样性保育中的作用远远大于野核桃林。华山松林的现有碳储量虽大于日本落叶松林和黄柏林，但其长势将促使经营者必须清理其中的染病植株。

尽管本研究对老河沟中山地区不同林分的森林植被碳储量进行了评估，但研究对象仅限于乔木，而森林生态系统中具有碳吸存能力的部分还包括林下活植被（灌木层、草本层和地被物层）、死亡的凋落物和粗木质残体、以及森林土壤。因此，对特定森林生态系统碳储存的精确评估还必须包括更多、更详细的研究，特别是我国面临严峻的温室气体排放形势下。对森林生态系统碳功能与其他效益之间的研究也亟待展开，对森林多效益的全面理解才能让森林的所有者和经营者尽早作出正确的管理对策，以达到管理部门、环保组织、社会大众和专家学者的共同折中期望。

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Arbor Characteristics and Carbon Stock of Some Stands in Laohegou Nature Reserve in Pinwu County

LIDe-wen1SHENG Xiao-qiong2
（1.Sichuan Forest Inventory and Plan Institute，Chengdu 610081，China；2.Wangchang Forestry and garden Administration Bureau，Wangchang 628200，China）

In order to explore the forest composition and structure，tree carbon stock and allocation，researcheswere conducted on Larix kaempferi plantation，Phellodendron amurense plantation，Pinus armandii plantation，and natural second forests dominated by Juglans cathayensis，and Quercus variabilis and Fagus spp.，which were located in themiddlemountain of Laohegou Nature Reserve within the Pingwu County，northwestern Sichuan.The results showed that the composition and structure varied largely in different forests.The carbon stock of 5 kinds of forests varied from 96.88±2.20 MgC per hectare to 282.61±7.94 MgC per hectare，themost of the carbon was stocked in the aboveground part of forests.The carbon stock in the different tissues in different forests or plantations varied significantly.For the in situ carbon stock in themiddlemountain of Laohegou Nature Reserve，the first was the natural forest dominated by Juglans cathayensis，and the second was themixed forest dominated by Quercus variabilis and Fagus spp.

Forest characteristics，Forest structure，Carbon stock and allocation，Mmiddlemountain，Laohegou Nature Reserve

10.16779／j.cnki.1003－5508.2016.04.002

S718

A

1003－5508（2016）04－0008－06

2016-04-06

四川省教育厅项目资助（11ZA290）

李德文（1975-），男，重庆长寿人，硕士，高级工程师，从事林业调查规划设计工作。