采伐干扰对针阔混交林碳储量和碳平衡的影响

方燕銮

（广州市中森园林绿化工程有限公司，广东广州 510000）

随着“双碳”战略的持续推进，如碳排放、碳储量、碳平衡等多个领域已成为当前的研究热点，森林生态系统碳循环作为影响全球气候变化的重要影响因素，研究分析其碳储量和碳平衡，可有效分析森林碳循环对全球气候变化的影响。针阔混交林作为我国南方林区中的重要森林类型，具有分布广、面积大等特点。自20 世纪50 年代起，我国便开始择伐原生空松阔叶林，进而形成大片的次生针阔混交林，研究分析次生针阔混交林的生态系统碳平衡，将具有一定的现实意义。为深入分析采伐对针阔混交林碳储量、碳平衡的影响，如牟长城等[1]认为，适量择伐可有效降低森林生态系统中不同物种之间的生存竞争强度，调节林木个体与群体之间的生长关系，改善森林冠层营养空间及地下水肥条件，还能促进林分生长，实现材积收获，提高木材的整体品质。

1 材料与方法

1.1 数据获取

在深圳市境内随机选取4 块采伐强度分别为0%、17.25%、34.75%、51.88%的针阔混交林研究样地，并分别于2017 年7 月和2021 年7 月全面调查分析样地内所有胸径超过1cm 且包括灌木在内的木本植物，记录所有植物的牌号、树种、树高、胸径、冠幅及实际生长情况等数据信息。同时，借助GPS 等技术，详细记录匹配所有样地内符合要求植物的位置。调查灌木等植物群体时，采用划分样方的方式，即将研究样地划分为若干个20m×20m 的样方，然后在样方内再随机选择出2 个2m×2m 的灌木样方作为灌木调查样本区域，并详细记录其中的灌木树种、地径、株高、株数、冠幅等诸多数据信息；对于草本植物，则需要在灌木样方内再设置1 个1m×1m 的草本样方，作为草本植物研究对象，并收集草本样方内的植物种类、多度、平均高度、平均盖度以及样方总盖度等多种数据。

1.2 计算方法

1.2.1 各组分碳储量计算方法。针阔混交林内常见植物及含碳率见表1。

表1 针阔混交林内常见植物及含碳率（%）

（1）乔木层碳储量计算公式如下：

式中：Tt为乔木层总碳储量；Mtij为乔木层中第i 株植物的第j 个组分内的生物总量；Ctij为乔木层内第i 株植物的第j 个组分的平均含碳率。

（2）灌木层碳储量计算公式如下：

式中：Ts为灌木层总碳储量；Msij为灌木层中第i 株植物的第j 个组分内的生物总量；Csij为灌木层内第i 株植物的第j 个组分的平均含碳率。

（3）草本层碳储量计算公式如下：

式中：Th为草本层总碳储量；Mhij为草本层中第i 株植物的第j 个组分内的生物总量；Chij为草本层内第i 株植物的第j 个组分的平均含碳率。

（4）凋落物碳储量计算公式如下：

式中：TL为凋落物总碳储量；ML为凋落物内总生物量；CL为凋落物平均含碳率。

（5）枯倒木碳储量计算公式如下：

式中：Td 为凋落层总碳储量；Mdij为第i 株枯倒木植物的生物总量；Cdij为第i 株枯倒木植物的平均含碳率。

（6）植被层各组分碳储量计算公式如下：

式中：TG为植被层各组分总碳储量。

（7）土壤层有机碳含量计算公式如下：

式中：SOCi为土壤层有机碳总含量；Ci为第i 层土壤有机碳含量，单位：%；Di为第i 层土壤容重，单位：g/cm3；Ei为第i 层土壤厚度，单位：cm；Gi为第i 层土壤中石子所占体积比，单位：%；i 为土壤层。

（8）针阔混交林生态系统总碳储量

1.2.2 生态系统净生产能力。生态系统净生产能力计算公式如下：

式中：NEP 为生态系统净生产能力，单位：t·C/hm2/a（下同）。此参数为正值时说明该生态系统发挥碳汇功能，为负值时说明该生态系统发挥碳源功能；NPP 为植被层净生产能力；Rr 为土壤层根呼吸年碳释放量；Rs 为土壤总呼吸年碳释放量，Pt 为乔木层年碳增长量；Ps 为灌木层年碳增长量；Ph 为草本层。

2 结果与分析

2.1 采伐干扰对针阔混交林碳储量的影响

2.1.1 乔木层随着乔木层的采伐强度持续增加，乔木层的总碳储量随之持续下降。由表2 可知，增加乔木层的采伐强度并没有较大改变乔木层各组分的碳储量分配比例。同时，在乔木层4 种组分中，树干的碳储量比例最高，并且此数值即便随着采伐比例提升，也没有低于过总碳储量的48%，最高值甚至达到48.96%，而其他3 种组分中，总碳储量由高到低依此为树枝、树根、树叶。此外，从碳增量角度看，在四种采伐强度中，34.75%采伐强度的碳增量最大，其次为17.25%强度，再次为0%强度，最后为51.88%强度，由此可见，碳增量与采伐强度之间并非为负相关关系，而是呈现出随着采伐比例的持续增加，碳增量先提升后下降的态势。

表2 不同采伐强度对乔木层碳储量及碳增量的影响

2.1.2 灌木层。不同采伐强度对灌木层碳储量及碳增量的影响研究过程与乔木层研究过程大致相同。总体来说，针阔混交林中灌木层碳储量分析结果与乔木层分析结果相类似，但差异点在于灌木层的树枝、树干及树根的碳储量比例均相对较高，即灌木层4 种组分中，树枝、树干及树根的碳处理占比均处于30%左右，而树叶的碳储量占比却不到10%。此外，从碳增量角度来看，在4种采伐强度中，34.75%采伐强度的碳增量最大，其次为51.88%强度，再次为17.25%强度，最后为0%强度，由此可见，碳增量与采伐强度之间并非为负相关关系，而是呈现出随着采伐比例的持续增加，碳增量持续增加的态势。

2.1.3 草本层。针阔混交林中草本层碳储量研究结果与灌木层研究结果相类似，即随着采伐强度的不断提升，草木层的总碳储量也在持续增加的态势，其中总碳储量最大值为51.88%采伐强度下，其次为17.25%强度，再次为34.75%采伐强度，最后为0%强度。此外，从草本层地上部分和地下部分碳储量差异角度看，草本层的地下部分碳储量占比相对较高，平均占比约52%，而第三部分的碳储量占比则为48%。

2.1.4 凋落层。在4 种采伐强度下，凋落层的年均凋落物碳储量分别为1.180t·C/hm2、1.032t·C/hm2、1.044t·C/hm2及0.881t·C/hm2。由此可见，随着采伐强度的持续增加，针阔混交林中凋落层碳储量呈现出先下降、后增长、再下降的情况，即适当的采伐量有利于提升凋落层碳储量。

2.1.5 枯倒木。在4 种采伐强度下，枯倒木的年均碳增量分别 为0.119t·C/hm2/a、0.080t·C/hm2/a、0.069t·C/hm2/a、0.037t·C/hm2/a。由此可见，随着采伐强度持续提升，针阔混交林中枯倒木的碳增量呈现出持续下降的态势。

2.1.6 土壤碳储量。在测定土壤碳储量过程中，土壤层厚度确定为0～20cm、20～40cm、40～60cm 及60cm 以上4种不同土壤层厚度、不同采伐强度的样地作为研究对象，并测定分析其土壤层中有机含量，最终发现，不同采伐强度下，相同土壤层厚度的土壤碳储量大致相同，说明采伐强度并不会过多影响土壤层的土壤碳储量。

2.1.7 森林生态系统总碳储量。计算分析针阔混交林森林生态系统总碳储量后确定，在4 种采伐强度条件下，针阔混交林森林生态系统总碳储量依此为457.185t·C/hm2、420.310t·C/hm2、357.225t·C/hm2、360.293t·C/hm2。由此可见，随着采伐强度不同提升，针阔混交林森林生态系统总碳储量呈现先下降、后增长的态势。同时，在所有组分条件中，土壤层碳储量分配比例占森林生态系统总碳储量的1 倍以上，且随着采伐强度不断提升，占比也会持续增长。

2.2 采伐干扰对针阔混交林碳平衡的影响

2.2.1 植被层年固碳量。在四种采伐强度下，植被层的净生产能力呈现出先提升、后下降的态势（见表3）。但在此过程中，随着采伐强度不断提升，植被层中乔木层的净生产能力占比却在持续下降，而灌木层和草本层的净生产能力占比则在不断提升，尤其是草本层提升幅度最大。

表3 不同采伐强度下植被层NPP 及各组分占比 （单位：t·C/hm2）

2.2.2 土壤呼吸年碳释放量。在4 种采伐强度下，土壤呼吸年碳释放量分别为16.99t·C/hm2/a、21.19t·C/hm2/a、24.45t·C/hm2/a、16.38t·C/hm2/a。由此可见，随着采伐强度不断提升，土壤呼吸年碳释放量呈现先提升、后下降的态势。

2.2.3 森林碳平衡。4 种采伐强度下的针阔混交林森林生态系统NEP 均为正值（见表4），即均发挥碳汇功能，其中NEP 值最大的为34.75%采伐强度，其次为51.88%采伐强度，再次为17.25%采伐强度，最后为0%采伐强度。

表4 不同采伐强度下森林生态系统碳平衡

3 结论

综合以上研究结果可知，适当采伐不仅不会影响针阔混交林碳储量和碳平衡，还可以在一定程度上提升针阔混交林碳储量及维护森林生态系统碳平衡。因此，无论是从经济性角度，还是从碳平衡角度，均需要对针阔混交林进行适当择伐，以提高森林经济产出，满足社会林木资源需求的同时，也一定程度上提高森林的碳储量，保障森林生态系统碳平衡。