2种更新方式4年生尾巨桉人工林碳储量及其分布特征

银彬吾，刘奇林，陆滟灵，何 斌，黄振格，谢敏洋

（1.广西国有派阳山林场，宁明 532500；2.广西大学林学院，南宁 530004）

森林是陆地生态系统中最大的碳库，其有机碳储量达到1万亿t，约占整个陆地生态系统的70%[1]，森林生态系统在调节全球碳平衡中发挥着重要作用[2-3]。人工林作为森林生态系统的重要组成部分，开展碳汇造林已成为当前推进碳汇林业发展的重要途径，营造具有收获木材和固碳双重功能的人工林是其重要固碳手段之一[4]。目前，中国人工林面积达6 933万hm2，居全球首位[5]。近年来，随着国内外森林碳平衡研究的逐步深入，有关人工林碳汇功能的研究逐渐增多，主要包括马尾松（Pinus masso⁃niana）[6]、杉 木（Cunninghamia lanceolata）[7]、杨 树（Populus）[8]、桉 树（Eucalyptus）[9]、落 叶 松（Larix gmelinii）[10]和西南桦（Betula alnoides）[11]等，为准确估算我国人工林生态系统碳汇计量提供了重要的基础数据。

桉树具有适应性强、生长迅速、轮伐期短和经济效益高等特点，已成为我国南方短周期工业用材林的主要造林树种[12]。目前，桉树人工造林的更新方式有植苗更新和萌芽更新，关于桉树人工林碳汇功能的研究已有较多报道，主要集中在植苗林方面[13-16]，关于萌芽林碳汇功能的研究鲜见报道。尾巨桉（Eucalyptus urophylla×E.grandis）因其具有适应性广、萌芽能力强和生长快速等优点[17]，成为当前主要推广种植的桉树优良杂交品种（品系）之一。本研究以广西宁明县4年生（中龄林）尾巨桉植苗林和萌芽林为研究对象，通过对其碳含量、碳储量及分布格局进行比较分析，揭示2种更新方式尾巨桉人工林碳汇功能特点与差异，为合理评价2种更新方式下尾巨桉人工林的生态效益提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广西宁明县的广西国有派阳山林场大王山分场（106°38'～107°36'E，21°51'～22°58'N），地处北回归线以南，属南亚热带季风气候，年均气温22.1～22.9℃，年均降水量1 200～1 750 mm，降雨多集中在5—8月。属低丘陵区，海拔120～150 m，土壤为砂岩、夹页岩发育形成的赤红壤，土层厚度70～120 cm，腐殖质层厚度10～18 cm。

植苗林和萌芽林造林及抚育管理措施参考文献[18]。2017年3月调查时2种更新方式尾巨桉人工林林分特征见表1。

表1 不同更新方式尾巨桉人工林林分特征Tab.1 Stand features of Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations with different regeneration modes

1.2 研究方法

1.2.1 林分生长与生物量测定

于2017年3月在立地条件相似、生长良好的4年生尾巨桉植苗林和萌芽林中各设置3块20 m×30 m标准样地，进行每木检尺和调查，详细记录林木的胸径、树高和冠幅等。根据林分生长统计结果，在样地外围选择代表林分生长指标平均值的3株平均木，采用Monsic 分层切割法分别测定其地上部分树叶、树枝、树皮和树干鲜质量；采用全根挖掘法测定地下部分即树根鲜质量；在各标准地内设置3个1 m×1 m样方，采用样方收获法测定林下灌木层、草本层鲜质量，以及凋落物层现存量。采集林木各器官和灌木层、草本层、凋落物层样品各300～400 g，在80℃恒温下烘干，测定和计算各组分生物量[12]。

1.2.2 植物、土壤样品的采集及其碳含量测定

将部分进行林分生物量测定后的尾巨桉植苗林和萌芽林不同器官、灌木层、草本层和凋落物层样品，经重新烘干、粉碎后装入自封袋内待测。在每块标准地内按对角线设置代表性采样点各3个，以每层深度20 cm 分层采集0～80 cm 土层混合样品各1 kg，于室内经自然风干和粉碎过筛后装瓶待测。

植物与土壤碳含量的测定采用重铬酸钾氧化-外加热法，分别测定植物各组分样品碳含量与土壤有机碳含量[18]。

1.3 数据统计与分析

利用Excel 2003 进行相关数据处理，利用SPSS 17.0进行统计分析。采用单因素方差分析进行相关数据的差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 生态系统不同结构层次碳含量

尾巨桉植苗林和萌芽林乔木层各器官碳含量分别为461.8～485.3和456.5～479.5 g/kg，不同更新方式同一器官碳含量间差异均不显著，且各器官碳含量均以树叶最高，其次为树干、树枝和树根，树皮最低（表2）。2种更新方式尾巨桉人工林林下植被与凋落物层中的碳含量均以现存凋落物层最高，其次为灌木层，草本层最低。2种更新方式尾巨桉人工林群落各植物结构层次碳含量表现为随植物个体高度的下降而降低，即为乔木层＞灌木层＞草本层。

尾巨桉植苗林0～20、20～40、40～60和60～80 cm 土层有机碳含量分别为10.87、7.78、5.74和4.57 g/kg，萌芽林相应为10.63、7.66、5.69和4.52 g/kg，均表现出随土壤深度增加而下降的变化趋势，随着深度增加，相邻土层间有机碳含量的差异逐渐减小（表3）。在同一土层，植苗林土壤有机碳含量均高于萌芽林，但未达到显著差异。

表2 不同更新方式尾巨桉人工林乔木层和林下植被层碳含量Tab.2 Carbon contents of arbor layer and understory in Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations with different regeneration modes(g/kg)

表3 不同更新方式尾巨桉人工林土壤有机碳含量Tab.3 Organic carbon contents of soil in Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations with different regeneration modes(g/kg)

2.2 生态系统碳储量及其分配

2.2.1 植被层碳储量

尾巨桉植苗林和萌芽林乔木层碳储量分别为48.83和58.81 t/hm2，不同器官碳储量的分配均以树干为主，分别占乔木层碳储量的65.47%和63.98%，其次为树根、树枝和树皮，分别占乔木层碳储量的13.27%、8.38%、7.70%和18.94%、7.53%、5.82%；树叶最少，分别占5.18%和3.73%（表4）。

受树种生物学特性、林分结构和抚育铲草等人为干扰的影响，尾巨桉植苗林和萌芽林林下植物较少，其相应的生物量和碳储量也较少，其中灌木层碳储量分别为0.68和0.35 t/hm2，草本层碳储量分别为0.54和0.81 t/hm2。凋落物层在土壤有机碳形成和生物量积累过程中起着重要的作用，尾巨桉植苗林和萌芽林凋落物层碳储量分别达到2.67和3.09 t/hm2，明显高于灌木层和草本层。2种更新方式林分植被层相同结构层次间碳储量的差异均达到显著水平（P＜0.05）。

表4 不同更新方式尾巨桉人工林乔木层和林下植被层碳储量Tab.4 Carbon storage of arbor layer and understory in Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations with different regeneration modes(t/hm2)

2.2.2 土壤层碳储量

尾巨桉植苗林和萌芽林土壤（0～80 cm）有机碳储量分别为77.63和78.85 t/hm2（表5）。受地表凋落物聚积与分解的影响，2种更新方式林分土壤有机碳储量在剖面垂直分布上均随土壤深度增加而下降，其中植苗林0～20 cm 土层碳储量（27.18 t/hm2）占土壤层碳储量的35.01%，分别为20～40、40～60和60～80 cm 土层的1.32、1.67和2.00 倍；萌芽林0～20 cm 土层碳储量（25.51 t/hm2）占土壤层碳储量的33.63%，分别为20～40、40～60和60～80 cm 土层的1.24、1.54和1.93 倍。不同林分间相同土层碳储量间的差异均不显著。

表5 不同更新方式尾巨桉人工林土壤有机碳储量Tab.5 Organic carbon storage of soil in Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations with different regeneration modes(t/hm2)

2.2.3 生态系统碳储量及其分配

尾巨桉植苗林和萌芽林生态系统碳储量分别为130.35和138.81 t/hm2，不同结构层次碳储量分配基本一致，植苗林为土壤层（59.56%）＞乔木层（37.46%）＞凋落物层（2.05%）＞灌木层（0.52%）＞草本层（0.41%），萌芽林为土壤层（54.64%）＞乔木层（42.30%）＞凋落物层（2.23%）＞草本层（0.58%）＞灌木层（0.25%）（表6）。

表6 不同更新方式尾巨桉人工林生态系统碳储量的分配Tab.6 Distribution of carbon storage in ecosystems of Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations with different regeneration modes(t/hm2)

2.3 乔木层地上部分年净固碳量

根据乔木层地上部分各器官年净生产力与其相应碳含量计算出乔木层年净固碳量。尾巨桉萌芽林乔木层地上部分年净固碳量为11.91 t·hm-2·a-1，折合年净吸收CO2量43.67 t·hm-2·a-1，均比植苗林地上部分年净固碳量（10.58 t·hm-2·a-1)和年净吸收CO2量（38.79 t·hm-2·a-1）高出12.57%（表7）。尾巨桉植苗林和萌芽林地上部分不同器官年净固碳量均以树干最大，分别为7.99和9.39 t·hm-2·a-1，分别占地上部分年净固碳量的75.52%和78.84%；其次为树枝和树皮，分别占9.64%、7.22%和8.89%、9.32%；最小为树叶，分别占5.95%和4.62%。

表7 不同更新方式尾巨桉人工林乔木层地上部分年净固碳量Tab.7 Annual net carbon fixation in aboveground organs of arbor layer in Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations with different regeneration modes(t·hm-2·a-1)

3 结论与讨论

4年生尾巨桉植苗林和萌芽林生态系统碳储量分别为130.35和138.81 t/hm2，其中乔木层碳储量分别为48.83和58.71 t/hm2，分别占生态系统碳储量的37.46%和42.30%；灌草层碳储量分别为1.22和1.26 t/hm2，分别占0.93%和0.83%；凋落物层碳储量分别为2.67和3.09 t/hm2，分别占2.05%和2.23%；土壤层碳储量分别为77.63和75.85 t/hm2，分别占59.56%和54.64%。

森林土壤作为碳极重要的储存库，在平衡大气CO2过程中发挥着重要作用。我国森林土壤平均碳储量为193.55 t/hm2，约为植被碳储量（57.07 t/hm2）的3.4 倍[19]。本研究中，4年生尾巨桉植苗林和萌芽林土壤碳储量均明显低于我国森林土壤碳储量平均水平，其原因主要为本研究所处亚热带地区的良好水热条件虽有利于植被生物量的快速积累，但土壤呼吸速率较大，凋落物分解释放快，土壤有机碳积累较少[20]。萌芽林作为原植苗林采伐后萌芽更新林即第二代桉树林，其土壤碳含量和储量虽然比第一代的植苗林略有下降，但下降幅度小，与明安刚等[21]广西东门林场的桉树二代植苗林土壤有机碳明显低于一代植苗林的研究结果不同，表明与第一代桉树林采伐后重新营造植苗林相比，采用萌芽更新营造二代桉树林，减少了造林过程的炼山、挖坎整地等人为干扰所引起的地表水土流失，有利于土壤对碳的吸存，有利于维持整个生态系统的碳汇功能。

据报道，与本研究区域相近的广西15、21和32年生马尾松人工林乔木层地上部分年净固碳量分别为4.11、4.93和7.49 t·hm-2·a-1[22]；福建南平市20年生杉木人工林乔木层地上部分年净固定碳量为4.78 t·hm-2·a-1[23]；广西东南部3年生和5年生尾巨桉植苗林乔木层地上部分年净固碳量分别为9.79和8.21 t·hm-2·a-1[14]。本研究中，4年生尾巨桉植苗林和萌芽林乔木层地上部分年碳净固定量分别为10.58和11.91 t·hm-2·a-1，折合年净吸收CO2量分别为38.79和43.67 t·hm-2·a-1。由此可见，尾巨桉植苗林和萌芽林均具有较高的生物生产力和碳吸存能力。4年生尾巨桉萌芽林处于速生阶段，仍具有较高的生物量积累能力和碳汇潜力，适当延长轮伐期，培育经济价值更高的桉树大径材，不但可以提高木材产量和经济效益，对林地地力的恢复和维持、提高桉树人工林的碳汇功能和生态效益也具有重要的作用。