抚育间伐对兴安落叶松天然林乔木层碳储量的影响

摘要[目的]研究抚育间伐对兴安落叶松（Larix gmelinii）天然林乔木层碳储量的影响。[方法]以大兴安岭林区70年兴安落叶松天然林为研究对象，采用测树学方法、样地调查法等，研究经过2次平均株数强度为38%的抚育间伐后林分乔木层碳储量的变化。[结果]兴安落叶松天然林乔木层各器官碳储量从大到小依次为干、根、枝、叶。兴安落叶松林木个体平均含碳率为49.48%，抚育间伐使兴安落叶松天然林乔木层碳储量显著增加（P<0.05）。[结论]该研究可为大兴安岭兴安落叶松天然林抚育提供技术支撑。

关键词兴安落叶松；碳储量；抚育间伐；乔木层

中图分类号S753文献标识码A文章编号0517-6611（2017）14-0141-03

Abstract[Objective]To study the effect of thinning on tree layer carbon storage of the natural Larix gmelinii forest.[Method]70 a natural Larix gmelinii forest was as the test object，and 38% thinning was taking by 2 times in this forest，the change of carbon storage in tree layer after thinning was studied.[Result]The results showed that the carbon storage of each organ from large to small was stem，root，branch and leaf.The individual tree average carbon content of Larix gmelinii was 49.48%.The carbon storage of tree layer was higher after forest thinning （P<0.05）.[Conclusion]The research can provide technical support for the natural forest tending of Larix gmelinii in Great Xingan Mountains.

Key words Larix gmelinii；Carbon storage；Thinning；Tree layer

森林是陸地生态系统的主体，森林植物在生长演替过程中会大量吸收CO2，并可将碳长期贮存[1-2]。森林生态系统在降低大气CO2浓度[3-4]及减缓全球气候变暖[5]方面具有重要作用。方精云等[6]研究发现，北半球中高纬度森林植被是一个重要的碳汇，这一地区森林在减小碳收支不平衡中起着关键作用。全球森林植被和土壤储存了1 146 Pg碳，其中37%在低纬度森林，14%在中纬度森林，49%在高纬度森林[7]。位于北半球中高纬度的大兴安岭森林生态系统在固碳方面发挥着重要作用。大兴安岭地区温度低，植物生长期短。研究表明，1972—2005年大兴安岭平均气温呈显著升高趋势。如何提高大兴安岭地区森林生长效率和质量，仍是东北地区森林培育的研究重点之一。

兴安落叶松（Larix gmelinii）是大兴安岭林区森林生态系统的重要树种之一，是天然更新和人工造林的主要树种。因此，科学合理地经营管理大兴安岭兴安落叶松林，提出适宜的抚育技术措施对于培育优质落叶松干材，提高林分固碳效率具有重要意义。笔者通过调查分析经过2次间伐后的兴安落叶松天然林乔木层碳储量的变化，研究抚育间伐对中龄兴安落叶松天然林乔木层碳储量的影响，旨在为大兴安岭兴安落叶松天然林抚育提供技术支撑，也为碳汇林营建提供理论依据。

1研究区概况与研究方法

1.1研究区概况图强林业局（121°55′38″～123°29′00″ E，52°15′55″～53°33′44″ N）位于大兴安岭北坡，黑龙江上游额木尔河流域。地貌属低山丘陵类型，南北走向，南高北低，平均海拔500 m左右。属寒温带大陆性气候，夏季短暂，冬季寒冷漫长，雨雪少，植物生长期短。年平均气温-4.94 ℃，年无霜期82～109 d；年结冰期达220 d；年平均降水量432 mm，年平均蒸发量894 mm；年日照时数2 404 h；≥10 ℃年均积温1 400 ℃左右。地带性土壤为棕色针叶林土，土层浅，呈酸性。立地类型条件较差，主要立地类型以草类林、杜鹃林、矶踯躅林为主。全局地位级在IV级以上的面积占63%，林地生产力偏低[8-9]。

研究林分位于大兴安岭地区图强林业局潮河林场，属坡地湿润林型组、杜香泥炭藓兴安落叶松林林型，林龄70～80 a。试验样地位于山地下腹，地势较平坦，坡度<5°。乔木层主要有兴安落叶松、樟子松（Pinus sylvestris）、白桦（Betula platyphylla）；灌木和草本层主要有越橘（Vaccinium uliginosum）、乌苏里绣线菊（Spiraea chamaedryfolia）、羊胡子草（Eriophorum latifolium）等；苔藓层以泥炭藓（Sphugnum magellanicum）为主。

林分的一部分分别于1999年和2009年进行2次下层抚育间伐，每次的株数间伐强度平均为38%，另一部分作为对照，不做任何处理。

1.2研究方法

1.2.1标准地设立。2011年10月在抚育间伐林分和未间伐林分分别设置3块样地，样地面积均为20 m×20 m，相邻样地间隔20 m以上。

1.2.2碳儲量测定。采用收获法中的等断面积径级法。乔木层包含兴安落叶松、樟子松和白桦3个树种，在每个样地内分树种进行每木检尺，获得所有单株林木的胸径数据。兴安落叶松单株林木碳储量，通过17株林木拟合的碳储量-胸径模型计算获得。通过前人研究的胸径一元生物量模型[10-11]得到樟子松和白桦的生物量，再乘以常用的生物量-碳储量转化系数0.5，计算得到其碳储量。

17株兴安落叶松解析木碳储量的测定：①在6块样地周围选择长势良好、无病虫害、无断稍、非林缘的兴安落叶松林木，2、4、6、8、10、12、14 cm 7个径阶每径阶各选取2株，16、18、20 cm 3个径阶每个径阶各选取1株，合计选出17株。②地上部分采用分层切割法，地下部分采用全根挖掘法[12-14]。在野外称取叶、枝、干、根的鲜重，并分别取部分样品带回实验室，在65 ℃下烘干测定含水率和含碳率，进而测定17株解析木各器官及全株生物量和碳储量。③样品含碳率的测定：采用VARIO Macro 元素分析仪进行植物样品含碳率测定。

1.2.3数据处理。采用SPSS 18.0 （SPSS Ine.，Standard Version）统计分析软件对数据进行描述统计和正态检验，然后进行单因素方差分析。

2结果与分析

2.1兴安落叶松17株解析木全株及各器官生物量所选17株兴安落叶松解析木的胸径为2.8～20.1 cm，对应全株生物量1 344.99～217 623.44 g（表1）。对照林分的平均胸径为（5.44±0.30）cm，间伐林分的平均胸径为（9.67±0.37）cm，由表1可以推断，对照林分的平均单株生物量约7 400 g，间伐林分的单株生物量约32 000～35 000 g。

2.2樟子松、白桦一元生物量模型生物量是估算碳储量的基础[15]，生物量的估算一般运用生物量模型进行，胸径-生物量一元模型是简单且行之有效的估测模型。常用的估算生物量的模型有CAR （Constant Allometric Ratio） and VAR （Variable Allometric Ratio）2种[16]， CAR模型中的幂函数模型是最常使用的模型。樟子松和白桦株数在興安落叶松天然林中所占比例很小，不宜通过采伐解析木拟合模型，这2个树种的生物量模型需参考前人研究[10-12]（表2、3）。

2.3兴安落叶松各器官含碳率叶、枝、根、干的平均含碳率是通过各器官碳储量除以对应生物量得到的。兴安落叶松林木各器官含碳率从大到小依次为枝、叶、根、干，枝的含碳率最高，17株解析木的平均值为50.78%，干的含碳率最低，平均值为49.11%，叶、根的含碳率居中，平均含碳率分别为50.60%和50.09%，林木全株平均含碳率为49.48%。树皮平均含碳率为45.19%（通过8个树皮样品所测含碳率直接求平均得到）。

国内外学者通常用的植被生物量转化为碳储量的系数为0.46～0.50[15，17-18]。该研究中17株兴安落叶松解析木的平均全株含碳率为49.48%。这与景宇鹏[19]测得的兴安落叶松各器官平均含碳率（48.79%）及海龙[20]测得的兴安落叶松平均含碳率（49.96%）较接近。兴安落叶松林木各器官含碳率从大到小依次为枝、叶、根、干，这与刘婷岩[21]的研究结果一致，而与海龙[20]的研究结果（含碳率从大到小依次为叶、干、枝、根）及景宇鹏[19]的研究结果（含碳率從大到小依次为干、叶、枝、根）不同，这可能与兴安落叶松的种源、地理环境条件、取样时间等因素有关。

2.4抚育间伐对兴安落叶松天然林碳储量的影响

2.4.1兴安落叶松碳储量模型。兴安落叶松各器官碳储量模型相关系数（R2）均在0.960以上，相关性较好。5个碳储量模型中，全株碳储量模型和干碳储量模型相关性最好，R2均高于0.990，叶和枝的碳储量模型的R2最低，根碳储量模型相关系数居中（表4）。

2.4.2兴安落叶松天然林乔木层碳储量。兴安落叶松天然林乔木层碳储量由叶、枝、干、根4部分组成。对照林分和间伐林分乔木层各器官碳储量从大到小依次为干、根、枝、叶。干的碳储量最大，在对照和间伐林分中所占乔木层总碳储量的比例分别为60.30%和66.30%；其次为根，在对照和间伐林分中所占乔木层总碳储量的比例分别为18.30%和22.30%；再次为枝，在对照和间伐林分中所占乔木层总碳储量的比例分别为6.50%和7.70%；叶的碳储量最小，在对照和间伐林分中所占乔木层总碳储量的比例分别为2.50%、2.50%。在对照林分和间伐林分中地上部分碳储量（叶碳储量+枝碳储量+干碳储量）占乔木层总碳储量的比例分别为69.40%和76.54%（表5）。

兴安落叶松天然林抚育间伐12年后，乔木层各器官碳储量较未间伐林分均显著增加（P<0.05）。叶、枝、干、根的碳储量分别增加了70.90%、99.50%、85.80%、105.60%，乔木层的碳储量增加了69.00%。根的碳储量增加幅度最大，其次为枝，再次为干，叶的碳储量增幅最小（表5）。

3讨论

碳储量是通过生物量（或干重）乘以含碳率得到的，抚育间伐对植被层和土壤层含碳率的影响不大，因此，碳储量的规律与生物量的规律基本一致。

该研究中兴安落叶松林木全株一元碳储量模型和干的一元碳储量模型都具有很好的相关性，相关系数（R2）均在0.990以上。说明林木胸径的特征值与林木全株碳储量和树干碳储量之间的幂函数关系密切，用这2个模型计算得到的碳储量可信度很高。用枝和叶的一元碳储量模型计算得到的值较前两者要稍差一些。用根的一元碳储量模型计算得到的值的可信度介于前2个模型和后2个模型。

70年兴安落叶松天然林对照林分乔木层碳储量达到41.92 t/hm2。无论是在对照林分，还是在抚育间伐林分，乔木层各器官的碳储量从大到小依次为干、根、枝、叶。叶的碳储量最小，叶是进行光合作用的主要器官，主要通过光合作用制造碳水化合物，供给植物其他器官的生长和生物量的积累。兴安落叶松和白桦叶片会随着年四季的变化发芽、吐绿、长成、凋落，樟子松虽然是常绿乔木，其叶片也不是长生不落的，也有一定的生命周期。叶片只是制造有机物的器官，而不是积累干物质的器官，因而其碳储量最小，叶片量的多少受林冠层光环境等的限制。干是干物质累积的器官，是连接根与枝叶的桥梁，是运输碳水化合物及水、矿质营养的大通道，也是植物干物质积累的最重要器官。根是吸收水分和矿质营养的器官，根需要为地上部分提供充足的水分和矿质营养，也需要为地上部分提供物理支撑，根的碳储量在乔木层各器官碳储量中占第2位。枝是连接叶和树干的器官，是叶片着生和为叶片提供支撑的器官，其碳储量仅比叶的碳储量大，比干和根的碳储量小。

抚育间伐12年后的兴安落叶松天然林较对照的兴安落叶松天然林乔木层总碳储量及各器官碳储量均显著提高（P<0.05），说明抚育间伐后，林木冠层的光照条件和空间环境均得到了改善，林木根系的营养、水分条件及环境也得到了改善，有利于林木快速生长。林木的快速增长不仅弥补了抚育间伐时碳储量的损失，而且乔木层总碳储量较对照林分显著增加。可见，抚育间伐有助于兴安落叶松天然林乔木层碳储量的增加。

45卷14期徐庆祥抚育间伐对兴安落叶松天然林乔木层碳储量的影响4结论

兴安落叶松林木各器官含碳率从大到小依次为枝、叶、根、干，枝的含碳率最高，平均为50.78%，干的含碳率最低，平均為49.11%，叶、根含碳率介于枝和干之间。林木个体平均含碳率约为49.48%。

兴安落叶松天然林乔木层各器官碳储量从大到小依次为干、根、枝、叶。对照林分乔木层总碳储量达41.92 t/hm2。干的碳储量最大，占乔木层总碳储量的60.30%；其次为根，占乔木层总碳储量的18.30%；再次为枝，占乔木层总碳储量的6.50%；叶的碳储量最小，占乔木层总碳储量的2.50%。地上部分碳储量（叶+枝+干）占乔木层总碳储量的69.40%。抚育间伐使乔木层碳储量量显著增大（P<0.05），乔木层碳储量可达70.86 t/hm2。

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