桂西南连续年龄序列尾巨桉人工林碳储量及其分布特征

杨卫星+李春宁+付军+何斌+滕秋梅+吕小燕

摘 要：采用固定标准地法对广西宁明县连续年龄系列（1～4年）生尾巨桉人工林的碳储量和年碳素固定量进行了研究。结果表明：尾巨桉各器官中碳素含量范围在455.4～502.4 g/kg之间，不同器官碳素含量高低的排列顺序为树叶、树干、树皮、树枝、树根。林分中不同结构层次碳素平均含量高低的排列顺序乔木层、地表凋落物层、灌木层、草本层； 0～80 cm土壤碳素含量均随林龄的增长而增加。1、2、3和4年生尾巨桉人工林生态系统碳储量依次为88.42、106.84、122.76和135.30 t/hm2，其中乔木层碳储量占4.84 %～35.04 %，灌草层占0.38～1.14 %，现存凋落物层占为1.85 %～2.48 %、土壤层占61.77 %～92.90 %. 4个林龄杉尾巨桉人工林乔木层净生产力依次为9.02、23.26、24.56和24.30 t/（hm2·a），碳素年净固定量分别为4.30、11.12、11.92和11.84 t/（hm2·a）.

关键字：尾巨桉人工林 碳贮量 碳分配 年龄序列 桂西南

森林作为陆地生态系统的主体，是陆地碳库的主要主持部分，其中地上部分碳贮量占全球陆地碳库的80 %，土壤部分碳贮量则占全球土壤碳库约40 %[1]，因此，森林生态系统在全球碳循环中起着非常重要的作用。近年来，通过造林再造林来增强碳吸存能力，从而缓解全球气候变暖已成为当前减缓大气中二氧化碳积累速度的一个重要的措施和途径[2]。近年来，我国学者已先后对中国南方的主要营林树种马尾松（Pinus massoniana）[3]、杉木（Cunninghamia lanceolata） [4]、西南桦（Betula alnoides）[5]、马占相思（Acacia mangium）[6]、米老排（Mytilaria laosensis）[7]等人工林的碳吸存能力进行了研究，为合理评估人工林碳汇功能和生态效益提供了基础数据。

桉树（Eucalyptus）原产澳大利亚及其邻近岛屿，是世界三大人工林树种之一。我国自1890年开始引种桉树，至今已有120多年历史，广西作为中国桉树种植面积最大的省区，其种植面积达到约200 万hm2，种植面积和蓄积量均居全国第一位[8]。尾巨桉（Eucalyptus urophylla ×E.grandis） 由巨桉（Eucalyptus. grandis）和尾叶桉（Eucalyptus urophylla）杂交获得的杂交种，具有速生丰产、抗病能力强，干形圆满通直和经济效益好等优点，成为目前中国南方大規模推广种植要桉树优良品种（品系）之一，经济效益和社会效益极为显著。国内有关桉树人工林碳贮量的研究已有一些报道[9-11]。桂西南是我国桉树速丰林建设的重要基地，本文通过对位于该区域的广西宁明县尾巨桉人工林生态系统碳素含量、储存量和年碳固定量进行连续4年的定位观测，以揭示该人工林生态系统碳素储量及其分布格局的变化特征，为正确评价该人工林生态系统碳汇功能提供了科学依据。

1 研究区概况

研究区位于广西西南部的宁明县城中镇怀利村。宁明县处北回归线以南，地理坐标为北纬21°51′～22°58′，东经106°38′～107°36′，属亚热带季风气候区，气候温和，光、热、水充足。年平均气温22.1℃，雨量充沛，年平均降雨量1200 mm，年平均日照时数1700 h，试验地属低丘陵地貌类型，海拔120 ～150 m，，土壤为砂岩夹紫色页岩发育形成的赤红壤，土层厚度70 ～120 cm。前茬为马尾松（Pinus massoniana）纯林，于2010年7月采伐马尾松林，经炼山和整地后于2011年11月初用尾巨桉DH32-29组培苗定植，造林密度约1920 株/hm2（株行距约2 m×2.6 m）。定植前每穴施0.50 kg桉树专用基肥，造林后当年7月底结合铲草抚育施0.10 kg尿素，9 月中旬及2013年4月再结合铲草抚育分别施0.50 kg桉树专用追肥。各不同林龄尾巨桉人工林林分特征见表1。

2 研究方法

2.1 标准地设置和林分生物量测定

于2012年11月即定植后1年的尾巨桉人工林中，选择立地条件基本一致、林木生长中等的地段设置3块20 m×20 m 固定样地，于2012年至2015年的每年11月月底分别对各固定样地林木生长指标（树高和胸径）进行观测，根据林分生长调查结果，分别在固定样地外围选择3株平均木，地上部分采用Monsic分层切割法分别收集树叶、树枝、树皮和树干；地下部分采用全根挖掘法收集[12]。分别测定各器官鲜质量，然后采集不同器官样品500～600 g带回实验室于80°C 恒温下烘至恒重，测定含水率和干质量，计算乔木层生物量；同时在各标准样地内设置5个1 m×1 m样方，采用样方法测定灌木、草本层和现存凋落物层鲜质量， 同时分别取样测定其含水率和干重，计算灌木层、草本层和凋落物层生物量。

2.2 样品采集和养分元素分析

将于80°C 恒温下烘干的乔木层各器官样品以及灌木层、草本层和凋落物层部分样品分别粉碎、装瓶待测。在每块标准地按上、中、下设置3个采样点，用取土器分层按每层次20 cm 采集0～80 cm深土壤，同一标准地相同层次土壤混合后按四分法取样约500 g，带回实验室，经晾干和粉碎后装瓶待测。

植物、土壤样品中碳素含量均采用重铬酸钾氧化-外加热法测定[13]。

2.3 数据处理与分析

植物碳储量（t/hm2）=植物生物量（t/hm2）×植物碳素含量（g/kg）÷1000；

土壤碳储量（t/hm2）= hm2面积（m2）×土层厚度（m）×土壤容重（g/cm3）×有机碳含量（g/kg）÷1000；

乔木层各器官年净固碳量{t/（hm2·a）}=乔木层各器官年平均生物量（t/hm2）×各器官碳素含量（g/kg）÷1000，其中乔木层各器官年平均生物量均按林分年龄即31年计算。

利用Excel2003软件进行常规数据处理，应用SPSS17.0进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 生态系统不同结构层次碳素含量

3.1.1 乔木层各器官碳素密度 从表2可见，尾巨桉中不同器官碳素含量为455.4～502.4 g/kg。不同林龄各器官碳素含量由高到低排序大致为树叶、树干、树枝或树根、树皮。各器官碳素含量与林龄增长的变化规律存在一定差异，树根碳素含量表现出随林龄增长而缓慢增加，树叶和树干碳素含量呈现随林龄增加而先逐渐增加（1年生至3年生）再下降（3年生至4年生）的变化，树枝和干皮则呈现先下降（1年生至2年生）再逐渐升高（2年生至4年生）的变化趋势。总的来看，不同林龄尾巨桉中平均碳素含量表现出随林龄增长而缓慢升高的变化趋势，但不同林龄之间碳素含量的差异均不显著（ p>5）。

3.1.2 林下植被和土壤层碳素含量 尾巨桉人工林不同结构层次林下植被碳素含量存在一定差异，灌木层为436.2～450.5 g/kg，草本层为422.5～428.0 g/kg，现存凋落物层为459.7～468.5 g/kg（表3）。林分植物层中不同结构层次碳素含量总体表现为：乔木层>凋落物层>灌木层>草本层。受表层土壤凋落物分解作用的影响，不同林龄桉树人工林土壤有机碳含量在剖面垂直分布上均以0～20 cm土层有机碳含量最高，且明显高于其它土层，随着土层加深，相邻土层有机碳含量的差异逐渐减小。

3.2 生态系统碳储量及其分配

3.2.1 植被层碳贮量 从表4可见，桂西南1、2、3和4年生尾巨桉人工林生态系统植被层碳贮量分别为6.26、24.88、39.80和52.01 t/hm2，其变化呈现随林龄增加而增大，其中乔木层碳储量分别为4.30、22.23、35.79和47.33 t/hm2，依次占生态系统植被层碳贮量的68.69 %、89.35 %、89.92 %和91.00 %。灌草层碳储量虽然呈现出与乔木层相碳贮量相同的变化趋势，但由于受抚育除草等人为干扰的影响，1～4年生尾巨桉人工林灌草层生物量和碳储量均较小，其碳储量（0.34～1.55 t/hm2）仅占生态系统植被层碳贮量的2.98 %～5.43 %，均随林龄增长而逐渐减少。1～4年生尾巨桉人工林凋落物层碳储量为1.64～3.35 t/hm2，表现出林龄增长而增加的趋势。

3.2.2 土壤层碳贮量 1、2、3和4尾巨桉人工林土壤碳储量分别为82.16、81.96、82.83和83.57 t/hm2（表4），表现出随林龄增长先缓慢下降（1～2年生）再逐渐增加（2～4年生）的趋势。不同林龄土壤碳储量在土壤剖面垂直分布上均表现出随土层加深而减少的趋势，其中0～20 cm土层碳储量占土壤总碳储量的34.35 %～34.94 %，均明显高于其他土壤层次，而不同林龄尾巨桉人工林土壤碳储量之间的差异均较小。

3.2.3 生态系统碳贮量及其空间分配

从表3可见， 1、2、3和4年生尾巨桉人工林生态系统碳储量分别为88.42、106.71、122.63和135.08 t/hm2，呈现随林龄增长而增大的趋势。其中乔木层碳储量分别占4.86 %、20.81 %、29.18 %和34.83 %，随林龄增长而增大；灌草层碳储量分别占0.38 %、0.42 %、1.12 %和1.15 %，现存凋落物层碳储量依次占1.85 %、2.06 %、2.24 %和2.48 %；土壤层（0～80 cm）碳储量（82.16～83.57 t/hm2）随林龄增加的的变化幅度虽然不大，但其所占比例（61.50 %～92.92 %）表现出随林龄增长而逐渐下降。可见各林龄尾巨桉人工林生态系统碳贮量的差异主要表现在乔木层碳贮量的差异，其他结构层次的影响并不大。

3.3 乔木层碳素年净固定量

从表5可见， 1、2、3和4年生尾巨桉人工林乔木层年净生产力分別为9.02、23.26、24.56和24.30 t/（hm2·a），年碳净固定量依次为4.30、11.12、11.92和11.84 t/（hm2·a），其中1～2年生快速增长，2～3年生增速减慢，3～4年年生基本保持较高的碳素年净固定量。乔木层各器官的碳素年净固定量均以干材最大，占乔木层年净固定量为39.53%～65.79 %，最小是树叶或树皮。

4 结论与讨论

桂西南1，2、3和4年生尾巨桉人工林生态系统总碳贮量分布为88.42、106.71、122.63和135.30 t/hm2，其中乔木层碳储量分别为4.30、22.23、35.79和47.33 t/hm2，分别占生态系统碳储量的4.86 %、20.81 %、29.18 %和34.83 %。由于受到人工除草抚育的影响，灌草层生长较差，其碳储量分别为0.34、0.45、1.40和1.55 t/hm2，占生态系统碳储量仅分别为0.38 %、0.42 %、1.12 %和1.15 %，现存凋落物层灌草层碳储量分别为1.64、2.20、2.75和3.35 t/hm2，依次占生态系统碳储量的1.85 %、2.06 %、2.24 %和2.48 %。

1～4年生尾巨桉人工林土壤储量（82.16～83.30 t/hm2）均较低，明显低于中国森林土壤平均碳贮量（193.55 t/hm2）和世界土壤平均碳贮量（189.00 t/hm2）[14]，也低于中国热带林土壤碳贮量（116.49 t/hm2），但略高于同处于南亚热带地区的广东鼎湖山50年以上的马尾松林土壤碳储量（73.71 t/hm2） [15]，而1～4年生尾巨桉人工林土壤有机碳含量和储量总体上呈现缓慢的增长趋势，说明尾巨桉人工林生长过程对土壤有机质的生物积累具有一定的促进作用。

1、2、3和4年生尾巨桉人工林年碳净固定量依次为4.30、11.12、11.92和11.84 t/（hm2·a）以上。与本研究相比，相近区域广西南丹县速生阶段秃杉林乔木层碳素年净固定量为3.82 t/（hm2·a） [5]，广西天峨县速生阶段（12年生）西南桦人工林乔木层碳素年净固定量为4.77 t/（hm2·a） [16]，广西中部丘陵区14年生马尾松人工林乔木层碳素年净固定量为3.85 t/（hm2·a） [17]，浙江临安竹林乔木层碳素年净固定量为5.10 t/（hm2·a） [18]1，福建省建瓯县第一代杉木中龄林（20年生）林乔木层碳素年净固定量为5.55 t/（hm2·a） [19]广东雷州（广东省廉江市）4.5年生尾巨桉人工林乔木层乔木层碳素年净固定量为5.03 t/（hm2·a） [11]。可见， 桂西南尾巨桉人工林具有很强的碳吸存能力。由于本研究中4年生尾巨桉人工林还处于快速生长阶段，还具有较大生物量积累和固碳潜力，而短轮伐期经营桉树人工林不利于林地地力的恢复和维持。因此，在适地适树的前提下，采取科学的经营管理措施在桂西南地区合理经营和发展尾巨桉人工林，如适当延长轮伐期以培育经济价值更高的桉树大径材，将有利于林地地力的恢复和维持，充分发挥桉树人工林兼具经济效益和生态效益功能，促进尾巨桉人工林的可持续经营和发展。

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