伊犁河谷农田防护林生物量及碳储量研究

朱甜甜　朱玉伟　张云　桑巴叶　王秀梅

摘要：研究3种主要农田防护林树种杨树（Populus sp.）、榆树（Ulmus pummila）和沙枣（Elaeagnus angustifolia）不同林龄的生物量、碳储量、碳密度及其分布规律，为今后估算新疆伊犁河谷农田防护林生态系统碳储空间提供基础。根据2014年新疆的森林资源二类调查数据，利用研究区三大树种的样本数据，估算各树种的生物量、碳储量及碳密度变化特征，讨论三大树种的固碳能力。结果表明，3种主要农田防护林树种的面积以幼龄林和中龄林为主，占总面积的82.72%，其中杨树占绝对优势，为总面积的92%;各树种碳储量大小杨树（3 690.72×103 t）>榆树（382.68×103 t）>沙枣（261.49×103 t）;各树种不同龄组的碳密度大小为幼龄林（129.41 t/hm2）<中龄林（388.16 t/hm2）<近熟林（639.36 t/hm2）<成熟林（2 012.04 t/hm2）。这说明伊犁河谷农田防护林的生长潜力和未来的固碳空间巨大，研究结果可为伊犁河谷农田防护林经营管理和碳汇功能评价提供参考。

关键词：农田防护林;林龄;生物量;碳储量;碳密度

中图分类号： S718.5文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）09-0298-05

如何解决温室气体不断积累造成的恶果已经成为近30年来国际上广泛关注的话题之一，各国积极签署气候变化协定（巴黎协定）也进一步表明人类应对气候变化的决心。研究学者曾在2013年政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告中明确提出，若是不顾气候变化自由发展，它将对人类和生态系统造成严重、普遍和不可逆转的影响[1]，为此，各国都在积极寻求将温室气体浓度控制在安全水平内的途径。逐步扩大森林面积是近50年内各国公认的低成本“碳吸收”手段。随着我国国际影响力的日益增强，来自国际社会的“减排”压力也越来越大，经济发展与生态气候环境之间的平衡关系受到了更多限制。为实现可持续发展，我国除了严格控制工业的节能减排和开展清洁能源的利用外，更投入大量资金发展造林和再造林产业，作为改善生态气候环境、扩大森林资源的有力手段，人工造林的成果也逐渐显现[2]。新疆维吾尔自治区是全国面积最大的干旱区域，生态自然环境较差，造林减排见效慢，伊犁河谷作为干旱区生态环境条件较好的“湿地”，是新疆綠洲的主要组成部分，其人工林碳汇能力的强弱直接影响着新疆森林生态系统碳储量的大小。

农田防护林是新疆人工林的主要组成部分，在保证农作物丰产、稳产的同时，在周围一定范围内形成的小气候对改善当地生态气候条件也起到了很大的促进作用，分析伊犁河谷农田防护林的生物量以及碳储量特征对今后进一步开展干旱区碳储量研究工作具有重大的意义[3-4]。生物量是反映森林生态功能高低最直观的表现，定量估算生物量的大小是进一步研究碳储量的基础。经过几十年的发展，已经有大量学者对不同气候环境、不同地域以及不同造林树种的各个器官的生物量和碳储量进行了大量的研究分析比对[5-10]，但是关于农田防护林方面的研究，学者们主要关注点在其生态服务价值以及其与农田关系方面[11-14]，而关于生物量与碳储量分布特征方面的研究报道还不够完善。本研究以伊犁河谷主要农田防护林树种杨树（Populus sp.）、榆树（Ulmus pumila L.）、沙枣（Elaeagnus angustifolia）为对象，根据各树种实测的数据，分析评价其生物量、碳密度和碳储量特征以及不同器官生物量、碳储量、碳密度随林龄的变化规律。探讨不同林龄的固碳能力，为今后伊犁河谷的人工林和农田防护林更好的发挥碳储功能提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

1.1.1 环境概况 伊犁河谷坐落于天山西部（80°09′42″～91°01′45″ E，40°14′16″～49°10′45″ N）。年平均气温为 10.5 ℃，1月最冷，7月最热，年日照2724.8 h，无霜期149 d。年降水量从西向东205.8～590.0 mm，年蒸发量1 800～1 250 mm，降水在季节间分配不均，冬、春降水少，夏、秋降水多，夏秋两季雨量占总雨量的80%，日照资源丰富、自然条件得天独厚，是全球难得的生态地带和农业产业带。土壤分布主要有黑褐土、粟钙土、灰钙土、黄土、沙土、沼泽土和河谷草甸土等。

1.1.2 样地概况 伊犁河谷农田防护林对保护当地农田耕地以及保障农产品稳产和增产发挥了很大的作用，以杨树为主的农田防护林面积占比达80%以上，其次有榆树和沙枣，其他一些如小叶白蜡、山桃和水曲柳等硬阔叶树种和软阔叶树种由于面积较少，本研究将其中的硬阔叶树种并入榆树，软阔叶树种并入杨树中计算。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置 本研究选取伊犁河谷地区3个主要农田防护林树种的幼龄、中龄、近熟林、成熟林和过熟林，近几年随着更新的加快，过熟林面积很少，因此，本研究中过熟林生物量按成熟林计算。经过实地踏查，于2014年4—10月在伊犁河谷地区的察布查尔县和新源县选取3个主要农田防护林树种（杨树、榆树、沙枣），选择长100 m、宽度据林带宽度而定的不同龄级的样地，每个林龄2个重复的样地，共24个样地，保证其生境等环境条件与营林措施相同。对选定样地进行调查记录，具体见表1。

1.2.2 标准木选取 根据样地调查数据结合二类资源清查数据，确定伊犁河谷农田防护林各树种不同龄级的平均树高和胸径，选择平均标准木作为测定生物量的标准样木，各树种每个龄级选择标准木2株。

1.2.3 生物量的测定 采用解析木法测定树干生物量。将解析木树干分段并截取圆盘记录测定各部分鲜质量。将圆盘置于烘箱（80 ℃）中烘干，记录干质量，计算树干生物量;采用分层标准枝法测定枝、叶的生物量，选取3个标准枝称其带叶枝的鲜质量并带回各样品烘干（80 ℃）称质量，最终计算枝、叶生物量;采用分层分段挖掘法测定根生物量，以伐木根中心点为中心，分层挖取树木全部根系，清洁根系表面，再分层分类称质量，随机取定量样品，带回实验室烘干（80 ℃）称质量，计算根系生物量。