短期间伐对杉木人工林生态系碳储量的影响

丁 波 ，丁贵杰 ，李先周 ，杨永章

（1. 贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025；2. 贵州省林业科技推广总站，贵州 贵阳 550001；3.榕江县营林总站，贵州 榕江 557200）

短期间伐对杉木人工林生态系碳储量的影响

丁 波1，2，丁贵杰1，李先周1，杨永章3

（1. 贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025；2. 贵州省林业科技推广总站，贵州 贵阳 550001；3.榕江县营林总站，贵州 榕江 557200）

间伐迫使林分环境改变，影响林分生长、生物量及碳储量，准确评估杉木人工林短期间伐后碳储量变化对碳汇林业的发展具有重要意义。在贵州榕江县开展了4种间伐处理{T00[未间伐（0.0%），1 800 株·hm-2]、T11[轻度（16.7%），1 500 株·hm-2]、T22[中度（33.3%），1 200 株·hm-2]和 T33[强度（50.0%），900 株·hm-2]对18年生杉木人工林碳储量及其组分分配影响的研究。结果表明：经间伐3 a后杉木人工林乔木层碳储量随间伐强度增加而减小，T00、T11、T22和 T33样地依次为 194.32、174.39、153.74 和 125.12 t·hm-2，T33、T22和 T11较 T00降低了35.61%、20.88%和10.25%，T33间伐强度显著低于对照T00；杉木林下植被层碳储量随着间伐强度的增加而显著增加，占生态系统总碳储量的0.24%～1.98%；对其凋落物层碳储量无显著差异；杉木林地土壤有机碳储量随着间伐强度的增大也是逐渐增大，且有机碳储量在不同间伐处理间差异显著，除对照与轻度不显著外。间伐第三年杉木人工林生态系统总碳储量与凋落物现存量、土壤层和林下植被层碳储量呈负相关关系，且与林下植被层碳储量呈显著负相关；短期间伐后杉木人工林生态系统碳储量随着间伐强度的增加而逐渐降低，T00、T11、T22和T33样地分别为294.16、282.65、279.24和273.31 t·hm-2，T33与T00样地差异显著，表明间伐3 a样地仍处于恢复期，杉木人工林短期间伐试验会降低生态系统总碳储量。

人工林；生态系统；碳储量；杉木；短期间伐

杉木Cunninghamia lanceolata是我国最主要用材树种之一，具有生长迅速、生物产量高、材质优良和经济效益高等特点[1]，在缓解木材供需矛盾发挥了重要作用，它的碳汇功能[2,3]，连栽引起林地土壤肥力下降[4]和土壤环境质量退化[5]等备受学者们关注。

间伐是森林经营的重要措施之一，对森林生态系统功能服务及过程演变[6]具有较大作用。目前，关于间伐对杉木人工林生态系统的养分[7-8]和生物产量[9]的动态以及水文学效应[10-11]、林下植被多样性[12]、生物量和土壤理化性质[4]的影响研究报道较多。而间伐对杉木人工林生态系统碳储量影响[13-14]的相关研究报道较少，为此，在榕江县定威村开展不同间伐强度对18年生杉木人工林生态系统碳储量的影响，为科学制定杉木人工林经营技术措施和掌握间伐对碳储量的影响提供科学依据。

1 研究地区概况

研究地位于贵州省黔东南州榕江县定威乡定旦村，地处108 °17 ′E，北纬25 °53 ′N，最高海拔547 m，最低海拔531 m。年极端最高温39.5 ℃，年极端最低温-5.8 ℃，年均温18.3 ℃，无霜期328 d，年均相对湿度80%，年均降水量1 100～1 600 mm，年平均日照时数1 214.3 h，属亚热带季风湿润气候。

试验林下灌木主要有：菝葜Smilax china、盐肤木Rhus chinensis、山桐子Idesia polycarpa、茅栗Castanea seguinii、毛叶南烛Lyonia villosa、水竹Cyperus alternifolius、红锥Castanopsis hystrix、红毛悬钩子Rubus pinfaensis、湘桂柿Diospyros xiangguiensis、野漆树Toxicodendron succedaneum等。草本主要有：五节芒Miscanthus floridulu、狗尾巴草Setaira viridis、何首乌Fallopia multi flora、狗脊蕨Woodwardia japonica、铁芒萁Dicranopteris linearis、金星蕨Parathelypteris glanduligera、凤尾蕨Spider brake、红盖鳞毛蕨Dryopteris erythrosora、乌蕨Stenoloma chusana等。

2 试验设计与方法

2.1 试验设计

试验地于1992年明火炼山，进行穴状整地（穴大小为40 cm×30 cm×30 cm），造林用的1年生杉木裸根苗，株行距2.3 m×2 m，连续抚育3 a（每年2次），以刀抚和锄抚相结合。2012年春季，按随机区组沿等高线根据保留株数设置4种处理开展间伐试验，即为T00[未间伐（0%），1 800株·hm-2]、T11[轻度（16.7%），1 500株·hm-2]、T22[中度（33.3%），1200株·hm-2]和 T33[强度（50.0%），900 株·hm-2），每种间伐强度重复3次，样方面积600 m2（30 m×20 m），2014年8月，对4个处理3个重复分别选择标准样木进行林分生物量及碳储量的调查，间伐前后样地基本情况见表1。

表1 试验林分概况间伐前后对照表Table 1 Basic status of the experimental stands before and after thinning

2.2 研究方法

（1）乔木生物量的测定：根据样地每木检尺的数据，尽量选取接近林分的平均标准样木，各处理选取标准样木1株，共4株。（2）林下植被生物量和凋落物量按常规方法测定：营对角线设置3个灌木和草本样方，面积为2 m×2 m和1 m×1 m，凋落物样方三个1 m×1 m，采用全部收集。（3）土壤样品采集用常规方法：挖取3个具有代表性的土壤剖面，采样分为4层（腐殖质层、0～15 cm、15～30 cm和30～45 cm）。（4）样品碳含量的测定：土壤和植物中碳含量采用常规的重铬酸钾——水合加热法测定。（5）平均值和标准差用WPS2010处理，单因素（ANOVA）方差分析用SPSS21.0处理。各组分碳储量的计算参考文献[6]，并适当做了调整。

3 结果与分析

3.1 间伐对杉木乔木层碳储量分配的影响

间伐对杉木乔木层碳储量的测定结果（见表2）显示，T00、T11、T22和T33强度间伐后乔木层碳储量分别为 194.32、174.39、153.74 和 125.12 t·hm-2。T33、T22和 T11碳储量较T00低 35.61%，20.88%和10.25%，各处理乔木层碳储量分配均以树干最大，碳储量依次为69.92%，66.71%，64.69%和67.21%；树皮次之，分别为9.41%，10.07%，10.22%和10.19%，再次是主根和树枝，较小的树叶，均小于10%，最小的是针叶和侧根基本小于3%。T11间伐强度略高于T00是主根、侧根的碳储量，杉木其他各器官碳储量均低于T00。可见，短期间伐导致杉木乔木层碳储量的降低，主要由于株数少的原因，但对乔木层各器官碳储量的分配有一定影响。

表2 间伐强度对杉木乔木层碳储量分配的影响Table 2 Effect of carbon storage and their distribution of arborous layer under thinning intensity

3.2 间伐对杉木林下植被和凋落物层碳储量的影响

不同间伐强度下林下植被和凋落物碳储量测定结果见表3，随间伐强度的加大，林下植被层碳储量显著增加，灌木层T33、T22和T11样地碳储量分别较T00高12.60、4.76和3.56倍，草本层碳储量分别比T00高5.07、4.64和4.07倍。灌木和草本层地上部分、地下部分碳储量均随着间伐强度的增大逐渐增加，凋落物层碳储量T33、T22和T11样地为T00样地的0.99、0.96和0.91倍，与林下植被层碳储量变化趋势不同。

表3 间伐强度对林下植被和凋落物层碳储量的影响Table 3 Effect of carbon storage of the understory layer and litter layer under thinning intensity

3.3 间伐对杉木人工林土壤层碳储量的影响

通过3 a间伐试验，杉木人工林土壤碳储量随着间伐强度的增大而增大（见表4），T33、T22和T11和T00样地碳储量分别135.41、117.05、100.63和 94.37±5.68 t·hm-2，除 T11和 T00样地无显著差异外，T33和T22与T00达差异显著（P ＞0.05），相同土层碳储量与土壤总碳储量表现方式基本一致，可见间伐对杉木林土壤层碳储量有显著影响，T33、T22和T11较T00杉木林样地土壤碳储量分别高43.48%、24.3%和6.63%。

3.4 不同间伐强度下杉木人工林生态系统总碳储量的影响

间伐3 a后，不同间伐强度下杉木人工林生态系统碳储量T33、T22和T11和T00样地分别为273.31、279.24、282.65 和 294.16 t·hm-2，方差分析表明，T33和T00样地生态系统总碳储量达显著差异（P＞0.05），T22、T11和T00未达差异水平，主要原因是间伐后株数较少，造成乔木层碳储量较低所致。T33、T22和T11间伐样地杉木林生态系统总碳储量分别低于T00样地7.77%、5.07%和3.91%。结果表明，间伐后短期内有降低杉木林生态系统总碳储量的趋势。杉木林生态系统在4种间伐强度下均以乔木层碳储量最大，随间伐强度（保留株数的增加）的降低所占的比重越来越大，T33、T22和T11和T00样地占总碳储量的46.12%、55.06%、61.70%和66.06%；土壤层与乔木层相反，随间伐强度的增大碳储量逐渐增大，T33、T22和T11和T00分别占49.91%、41.92%、35.60%和32.08%，林下植被和凋落物层占总碳储量的比例较小，林下植被层占生态系统碳储量分别为1.98%、1.15%、0.95%和0.24%，凋落物层分别占1.99%、1.87%、1.75%和1.62%，表明杉木生态系统总碳储量各组分分配与间伐措施有较大影响（见表5）。

表4 间伐对杉木林土壤层碳储量的影响Table 4 Effect of soil carbon storage on thinning under Cunninghamia lanceolata forest

表5 间伐对杉木人工林生态系统各组分碳储量的影响Table 5 Effect of carbon storage on thinning in Cunninghamia lanceolata plantation ecosystem

3.5 不同间伐强度杉木人工林生态系统各组分碳储量的相关性

通过皮尔逊分析间伐后杉木人工林生态系统各组分碳储量之间相关性（见表6）表明，间伐第3年杉木人工林生态系统总碳储量与凋落物层、土壤层和林下植被层碳储量呈负相关关系，且与林下植被层碳储量呈显著负相关；凋落物层与林下植被层和土壤层呈正相关，与乔木层呈负相关；林下植被层与乔木层呈极显著负相关，与土壤层呈极显著正相关；乔木层与土壤层呈极显著负相关，表明间伐对杉木人工林生态系统碳储量有重要影响。

4 结论与讨论

经间伐3 a后杉木人工林乔木层碳储量随间伐强度增加而减小，T33、T22和T11和T00样地依次 为 125.12、153.74、174.39 和 194.32 t·hm-2，T33、T22和 T11较 T00降低了35.61%、20.88% 和10.25%，T33显著低于对照T00，与方晰研究杉木间伐5a后乔木层碳储量下降17.4%[13]的结论基本一致，徐金良等[15]研究间伐杉木人工林碳储量的长期影响有所降低，但不显著。成向荣等对麻栎人工林间伐5 a 后中度和强度间伐处理乔木层碳储量显著高于对照[1]，存在这些差异主要是树种特性和密度差异所致。

表6 不同间伐强度下杉木人工林生态系统各组分碳储量的相关性分析†Table 6 Correlation analysis of the carbon storage on Cunninghamia lanceolata plantation ecosystem under different thinning intensities

杉木林下植被层碳储量随着间伐强度的增加而显著增加，占生态系统总碳储量的0.24%～1.98%，与王祖华等[12]对杉木人工林间伐4 a 后的结果相似，杉木间伐11 a 后随间伐强度增加而增大[16]，熊有强等认为间伐调整了林分结构[16]，改变林内光、温、水等环境条件，林下植被有了良好的营养生长空间，增加了林下植被的生物量，导致不同间伐处理林下植被层碳储量差异显著。杉木间伐15 a[15]、挪威云杉（Piceaabies）[17]间伐33 a后以及兴安落叶松[18]间伐26 a 后林下植被层碳储量在不同间伐强度间差异不显著。但已有研究认为地中海地区海岸松间伐26 a 后导致植被层碳储量显著降低[19]。

不同间伐处理间凋落物层碳储量差异显著，海岸松间伐26 a 后不同间伐处理凋落物层碳储量也得到相似结论[19]。田大伦等研究表明随着间伐强度的增加凋落物量减少[8-12]，导致凋落物生物量降低[1-20]， 从而减少凋落物层碳储量[21]，原因是林分密度减小，增加了林冠开阔度，郁闭度降低，地面温度升高，因而会加快枯枝落叶的分解[8-12]。

杉木林地土壤有机碳储量也随着间伐强度的增大也是逐渐升高，且T33和T22有机碳储量与T00样地差异显著。可能是杉木人工林间伐后林分密度减小，增加了林冠开阔度，郁闭度降低，林下植被生长迅速恢复，大量增加了林下草本和灌木生物量，枯枝落叶量增加，从而提高土壤有机碳的含量。Vargas R等对亚热带森林[22]间伐5 a和油松[23]人工林间伐3 a 后，土壤有机质含量随间伐强度增大逐渐升高，但有研究表明长期（＞10 a）间伐对土壤有机碳储量没有显著影响[17,19,24]。

间伐第三年杉木人工林生态系统总碳储量与凋落物现存量、土壤层和林下植被层碳储量呈负相关关系，且与林下植被层碳储量呈显著负相关，由于间伐后乔木层株数减少，林下植被大量繁育所致；凋落物现存量与林下植被层和土壤层呈正相关，与乔木层呈负相关，可能是间伐后随强度的增加残留的枝叶较多；林下植被层与乔木层呈极显著负相关，与土壤层呈极显著正相关，乔木层与土壤层正好相反，表明间伐对杉木人工林生态系统碳储量有重要影响。

短期间伐后杉木人工林生态系统碳储量随着间伐强度的增加而逐渐降低，T33、T22和T11和T00样地分别为 273.31、279.24、282.65 和 294.16 t·hm-2，T33与T00样地差异显著，这与Ruiz-Peinado[19]研究海岸松以及研究杉木间伐5 a[13]的结果相似，徐金良等[15]对杉木间伐15 a后各处理间差异不显著，认为生态系统碳储量不会降低；但有些学者认为是中度间伐碳储量最高，对照最低[1,22,23]，但不同处理间差异不显著。杉木人工林间伐至少15 a[15]或更长时间生态系统碳储量才能和对照相当。

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Effects of short-term thinning on the carbon storage in Cunninghamia lanceolata plantation ecosystem

DING Bo1,2, DING Gui-jie1, LI Xian-zhou1, YANG Yong-zhang3
(1. College of Forestry, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China; 2. General Station of Forestry Science and Technology Popularization of Guizhou Province, Guiyang 550001, Guizhou, China; 3. Forestry Station of Rongjiang County, Rongjiang 557200,Guizhou, China)

Thinning changed the forest environment, affected forest growth, biomass and carbon, accurate assessment of Cunninghamia lanceolata plantationcarbon changed after short-term thinning was of great significance to the development of forestry carbon sequestration. This study in Rongjiang county in Guizhou province has carried out four kinds of thinning processing {T00[not thinning(0.0%), 1800 strains, hm-2], T11[mild (16.7%), 1 500 strains, hm-2], T22, moderate (33.3%), and 1200 strains, hm-2) and T33[intensity(50.0%), 900 strains, hm-2)} to 18 years in Cunninghamia lanceolata plantation research on the effects of distribution of carbon and its components. The results showed that three years after the thinning of Cunninghamia lanceolata plantation tree layer carbon decreases with the increase of thinning intensity, and T00, T11，T22and T33order sample area was194.32 , 174.39 ,153.74 and125.12 t·hm-2,33, T22and T11to T00was reduced by 35.61%, 20.88% and 10.25%,33thinning intensity was significantly lower than control T00; Cunninghamia lanceolata undergrowth layer carbon increased with the increase of thinning intensity increased significantly, 0.24 ～ 1.98% of the total ecosystem carbon; there was no significant difference on the litter layer carbon; Cunninghamia lanceolata forest soil organic carbon also increased with the increase of thinning intensity, and significant difference between organic carbon in different thinning processing,except with T33was not significant.The thinning of the third year in a Cunninghamia lanceolata plantation ecosystem total carbon reserves and litter layer and soil layer and undergrowth layer are negatively related with carbon, and carbon has significant negative correlation with undergrowth layer; Short-term after thinning of Cunninghamia lanceolata plantation ecosystem carbon increased with the increase of thinning intensity decreases gradually, and T00, T11,T22and T33samples were294.16, 282.65, 279.24, and 273.31t·hm-2, T33and T00sample to significant difference, suggested that the thinning three years sample area was still in the recovery period, Cunninghamia lanceolata plantation short-term thinning experiment would reduce total carbon ecological system.

plantation; ecosystems; carbon deposits; Cunninghamia lanceolata; short-term thinning

S718.55+4；S791.27

A

1673-923X(2016)08-0066-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.08.013

2015-10-29

贵州省重大专项(黔科合重大专项字[2012]6011号)；贵州省林业重大专项(黔林科合[2010]重大03号、黔林科合[2011]重大0l号)；贵州省农业科技攻关 (黔科合NY字[2012]3027号)

丁 波，高级工程师，博士研究生

丁贵杰，教授，博士生导师；E-mail：gjdinggzu@126.com

丁 波， 丁贵杰，李先周，等. 短期间伐对杉木人工林生态系碳储量的影响 [J].中南林业科技大学学报，2016,36(8):66-71.

[本文编校：文凤鸣]