桂西北马尾松成熟人工林生态系统碳储量分配研究

莫霞苗

（广西环江毛南族自治县华山林场，广西 环江 547100）

目前国际上提出碳人工林的概念，其意义可理解为一种超越以木材收获为主的传统经营目标，以同时追求木材收获和碳吸存效益为双重目标的新型人工林经营模式[1-2]。在保护树种、提供木材及最大限度地实现固碳，降低二氧化碳浓度，维护生态环境平衡，缓解国际对中国二氧化碳释放压力，履行《京都议定书》规定的减排义务已成为当今林业探索方向和必然的趋势。众多学者从不同尺度上对森林生态系统对碳循环的作用及不同森林生态系统碳储量及其分配格局都进行了研究[3-4]。而在对人工林系统碳储量及其分配格局的研究方面主要集中于相思、巨尾桉、楠木及杉木等人工林生态系统上[5-8]。马尾松（Pimus massoniana）是我国南方主要的人工林树种，具有很高的经济和生态价值[9]。近年来许多学者以马尾松为研究对象，取得了较多研究成果。但目前有关马尾松林生态系统碳储量的研究并不多，对单一地区马尾松成熟林纯林森林碳储量的研究较少。因此，笔者选择同一区域马尾松成熟人工林作为研究对象，综合分析马尾松林碳储量及其分配格局，为马尾松碳储量研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验林位于广西环江毛南族自治县华山林场（25°6′9″ N、108°15′40″ E），属亚热带气候区。试验林地海拔315~410 m，光照充足，年平均气温21.7℃，1月气温最低，平均气温为7.3℃，7月气温最高，平均气温为34.4℃，年平均日照1 525~2 150 h，年无霜期301 d，年平均降雨量1 325~1 843 mm，5月下旬至9月上旬为雨季。土壤为砂页岩红壤，土壤平均厚度80 cm 以上。

所设标准地为30年生马尾松人工纯林，调查时林分保存密度为615 株/hm2，林分郁闭度为0.8。林下灌木等常见植物主要有桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、野牡丹（Melastoma candidum）、渐尖毛蕨（Cyclosorus acuminata）等。

1.2 样地设置及标准木样品采集

在30年生的马尾松人工林中设置3 个400 m2的临时标准样地，分别对标准样地内的每株树木进行编号及测定树高和胸径。根据林分生长调查结果，在标准样地选择6 株标准径阶木，采集其中的4 株标准木样品进行碳元素分析。乔木层不同器官（树叶、活枝、树干、树皮、根蔸、粗根、中根和细根），灌木层（叶、枝和根）、草本层（地上和地下混合）和凋落物层样品，带回实验室进行处理，经切碎、烘干、粉碎、过筛后装瓶待测。采用收获法测定标准木的生物量[10]。

标准木样品的碳素含量采用中国科学院生态环境研究中心的元素分析仪（Vario EL Ⅲ，德国）测定，每个样品均做3 次重复试验。

1.3 土壤样品采集及处理

在各标准样地中分别设置8 个代表性采样点，按0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm 分 层 采 集 土 壤 样品，把相同标准样地同一层次土壤按重量比例混合，带回实验室于室内自然风干和粉碎过筛后装瓶待测。同时用环刀采集各层土壤的原状土，带回实验室用环刀法测定土壤密度。

1.4 统计分析方法

原始数据分析采用Excel 2007 软件，同时采用SPSS 19 软件对数据进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 马尾松人工林林下地被层碳含量

林下植被是生态系统的重要组成部分，是在测定生态系统碳储量时不容忽视的一部分。通过研究分析，马尾松人工林地被层的碳含量较乔木层和土壤层偏低。地被层的碳含量在410.2~478.6 g/kg，其中草本层含量最低，灌木枝条含量最高，其含量由大到小依次为灌木枝＞灌木叶＞灌木根＞凋落物＞草本（表1）。

2.2 马尾松人工林林下土壤层碳含量

土壤层含碳量随着土壤深度的增加而逐渐降低，林分对土壤碳含量的影响随着土壤的加深越来越小（表1）。采取0~100 cm 的土壤土样，测得其含碳量范围为6.5~17.3 g/kg，其中0~20 cm 土层碳元素含量最高，可能是该层为淋溶层，腐殖质多，所以有机碳丰富，分解进入土壤表层的有机质多，也是土壤肥力主要来源，随着土壤深度增加，各种生物活动逐渐减弱，所以其碳含量呈下降趋势，达到100 cm 深度碳素含量只有6.5 g/kg。

表1 马尾松人工林地被层和土壤层碳元素含量 g/kg

2.3 马尾松人工林生态系统碳储量分配格局

马尾松人工林生态系统总碳储量为302.55 t/hm2，植被层为169.89 t/hm2，占生态系统总碳储量的56.15%，土壤层为132.66 t/hm2，占生态系统总碳储量的43.85%（表2）。在植被层中，乔木层碳储量为166.60 t/hm2，占生态系统总碳储量的55.06%；地被层碳储量为3.29 t/hm2，仅占1.09%。由此可见，整个马尾松人工林生态系统碳储量主要集中在乔木层和土壤层，其中乔木层含量最高，其次为土壤层，地被层占很少部分（图1）。

图1 马尾松人工林各层次碳储量占比

表2 马尾松人工林生态系统碳储量分配格局 t/hm2

在乔木层中，85.91%碳储存在马尾松地上部分，这与马尾松高大通直有关，其碳储量大小依次为树干＞树枝＞根蔸＞树皮＞树叶＞粗根＞中根＞细根。0~100 cm 土壤层碳储量明显低于马尾松乔木层。显然，在马尾松人工林生态系统中碳储量大小依次为乔木层＞土壤层＞凋落物层＞灌木层＞草本层，表明在马尾松人工林生态系统中乔木层是主要碳储存场所，在整个生态系统的固碳过程中占有决定性的作用，对整个生态系统碳的固定与循环具有重要意义。

根据乔木层各器官年净生产量和碳含量推算得出碳年积累量。计算得出马尾松人工林分年净生产力、净固碳量及碳素净累计量分别为23.52、11.30、5.20 t/（hm2·年）。可见，马尾松可作为一种理想的人工林碳汇造林树种。

3 结论与讨论

该研究测得马尾松人工林生态系统碳储量为302.55 t/hm2，比何斌等[11]研究的厚荚相思人工林生态系统总碳储量141.05 t/hm2要高，也明显高于我国森林生态系统的平均碳贮量（258.83 t/hm2）[12]；植被层和土壤层分配比例为1.28∶1，且乔木层的碳储量比0~100 cm 土壤层的还高，灌木层、草本层及凋落物层碳储量分别为0.38、0.35、2.56 t/hm2，地被层碳储量仅占马尾松人工林生态系统总碳储量的1.09%。在马尾松人工林生态系统中绝大部分碳储存在乔木层和土壤层，其中以乔木层为最多（占总碳储量的55.06%），而地被层仅占极少的一部分，说明马尾松生态系统中乔木层是该生态系统的主要碳库，对碳的固定起主导作用。何宗明等[13]和杨玉盛等[14]分别证实，与该试验马尾松年龄相近的33年生福建柏及格氏栲、杉木人工林的乔木层碳储量同样比土壤碳储量（92.06~105.87 t/hm2）高，三者的乔木层碳储量分别为130.460、214.692、131.204 t/hm2。该试验中马尾松人工林生态系统乔木层碳储量（166.60 t/hm2）比相近年龄格氏栲稍低，比福建柏及杉木等要高。同时，马尾松人工林生态系统0~100 cm 土壤层碳储量为132.66 t/hm2，要高于梁宏温等[15]估算的尾巨桉等速丰林的土壤表层碳储量（2 代桉树速丰林土壤碳储量分别为81.758、71.297 t/hm2），高于杉木人工林土壤表层碳储量（48.64 t/hm2）[16]。该试验土壤碳储量占马尾松人工林生态系统总碳储量的43.85%，马尾松人工林分年净生产力、净固碳量及碳素净累计量分别为23.52、11.30、5.20 t/（hm2·年）。可见，在马尾松人工林生态系统中的土壤具有更强的固碳能力，是一个碳吸存能力较强的人工林碳汇项目造林树种，具有相当高的发展潜力。