張志明，常 帥，張亞珍

(1.山西省呂梁山國(guó)有林管理局，山西 臨汾 041000;2.介休市園林局，山西 介休 032000;3.孝義市社會(huì)保險(xiǎn)事業(yè)中心，山西 孝義 032300)

不同類型油松林生物量碳密度的研究

張志明1，常 帥2，張亞珍3

(1.山西省呂梁山國(guó)有林管理局，山西 臨汾 041000;2.介休市園林局，山西 介休 032000;3.孝義市社會(huì)保險(xiǎn)事業(yè)中心，山西 孝義 032300)

綜合分析了油松林生物量碳密度的估算方法，對(duì)油松人工林與天然林、純林與混交林碳密度進(jìn)行比較，結(jié)果顯示:油松天然林喬木層的碳密度(63.34 t/hm2)是人工林(42.14 t/hm2)的1.5倍，且其變化幅度大于人工林;油松天然林生態(tài)系統(tǒng)的碳密度(154.98 t/hm2)大于人工林(103.46 t/hm2)，其變化幅度也較人工林大。油松純林喬木層碳密度(42.60 t/hm2)大于混交林(28.31 t/hm2)，而生態(tài)系統(tǒng)碳密度(95.89 t/hm2)小于混交林(109.26 t/hm2)。

油松生物量;碳密度;人工林;天然林;混交林;純林

森林生態(tài)系統(tǒng)是最大的碳庫(kù)之一(1 146 GtC)，約占地球陸地碳庫(kù)的46%，在調(diào)節(jié)全球碳平衡、維護(hù)全球氣候等方面具有不可替代的作用。油松林是中國(guó)暖溫帶落葉林區(qū)域重要的森林類型，其分布范圍橫跨遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、河北省、北京市、天津市、山西省、陜西省、寧夏回族自治區(qū)、甘肅省、青海省、四川省、河南省、山東省、湖北省14個(gè)省市;地理范圍為東經(jīng) 103°20'～ 124°45'，北緯 31°13'～43°33';垂直分布范圍為海拔400 m～1 000 m．油松天然林多為單層純林，混交林較少，常見混交樹種有蒙古櫟、遼東櫟、槲櫟、槭、椴、山楊、白樺等。筆者搜集不同研究地區(qū)油松標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查數(shù)據(jù)，包括郁閉度、單位面積喬木層生物量、土壤容重、土壤中有機(jī)質(zhì)含量等。以油松天然林和人工林、油松純林和混交林為研究對(duì)象，對(duì)不同類型油松林生物量碳密度進(jìn)行比較分析，為油松林人工撫育提供理論基礎(chǔ)。

1 資料來源

筆者搜集到的文獻(xiàn)資料中提供了北京八達(dá)嶺、太岳地區(qū)、老頂山、岷江上游、秦嶺火池塘、黃陵縣雙龍林場(chǎng)、甘肅武都等研究區(qū)的油松林生物量估測(cè)模型，見第12頁(yè)表1．同時(shí)還收集山西省晉中市林業(yè)局、山西省呂梁山國(guó)有林管理局和北京市西山等地的樣地資料來補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫(kù)，共400組有代表性的生物量數(shù)據(jù)。所搜集的油松樣地資料涵蓋了我國(guó)油松 的主要分布區(qū)，具有一定的代表性。

表1 研究區(qū)油松生物量估測(cè)模型

2 研究方法

2.1 植被生物量的估算

將油松生物量分為喬木層和林下植被層(包括灌木和草本)兩個(gè)層次進(jìn)行估算。

2.1.1 喬木層生物量的估算

喬木層植被生物量采用材積源生物量法進(jìn)行估算。根據(jù)具體文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行不同的處理，未提及喬木層生物量的資料，將根據(jù)樣地所在縣或林場(chǎng)的地理位置，從文獻(xiàn)給出的喬木生物量估測(cè)模型中選擇其所在地區(qū)的喬木生物量估測(cè)模型來估算其單位面積各組分的生物量;內(nèi)蒙古、遼寧、四川地區(qū)可根據(jù)文獻(xiàn)“中國(guó)油松生物量的研究”中該地區(qū)的生物量估測(cè)模型進(jìn)行估算。由于有些地區(qū)只提供了樹干(帶樹皮)的生物量估測(cè)模型，而有些地區(qū)提供了樹干、樹皮的生物量估測(cè)模型。所以，筆者將兩者合并為1組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。一些文獻(xiàn)只提供了部分生物量，筆者將根據(jù)其它文獻(xiàn)提供的該地區(qū)各部分生物量之間的比例求得平均值。

2.1.2 林下植被層生物量的估算

綜合林下植被(包括灌木和草本)層的生物量數(shù)據(jù)，采用Systat 10.0軟件將其林下植被層的生物量與林分郁閉度建立回歸方程，得到回歸方程如下:

式中:W——林下植被層的生物量，單位為t/hm2;

B——樣地的郁閉度。

2.2 枯落物現(xiàn)存生物量的估算

將收集到的各樣地有關(guān)枯落物現(xiàn)存儲(chǔ)量的平均值作為該油松林分布區(qū)的枯落物現(xiàn)存儲(chǔ)量，見表2．采用吳剛等提供的內(nèi)蒙古赤峰的數(shù)據(jù)0.08 t/hm2作為內(nèi)蒙古油松林分布區(qū)的枯落物現(xiàn)存量，山東省泰山的數(shù)據(jù)4.82 t/hm2作為山東省油松林分布區(qū)的枯落物現(xiàn)存量。收集到的混交林?jǐn)?shù)據(jù)共7組，取其平均值12.45 t/hm2作為各研究地區(qū)混交林下枯落物的現(xiàn)存量。

表2 各油松林分布區(qū)枯落物的現(xiàn)存量 t/hm2

2.3 油松林碳密度的估算

森林生態(tài)系統(tǒng)的碳庫(kù)由植被、枯枝落葉和土壤三部分組成。

2.3.1 喬木層碳密度的估算

喬木層碳密度根據(jù)最新的研究成果，油松純林采用0.503 0的比例系數(shù)計(jì)算其喬木層的碳密度;混交林視其混交比例而定，根據(jù)油松0.503 0，側(cè)柏0.505 3，白樺0.500 8的比例系數(shù)來計(jì)算混交林的喬木層碳密度;油松與刺槐的混交林中，刺槐的含碳量暫用國(guó)際上通用的估算森林含碳率的比例系數(shù)0.5進(jìn)行估算。計(jì)算公式如下:

式中:C——喬木層的碳密度(t/hm2);

W——1 hm2喬木層的生物量(t/hm2);

Ti——i樹種的碳含量比例系數(shù)。

2.3.2 林下植被層碳密度的估算

林下植被層碳密度的計(jì)算公式為:

式中:C——林下植被層的碳密度(t/hm2);

W——1 hm2林下植被層的生物量(t/hm2)。

2.3.3 枯落物碳密度的估算

林下枯落物碳密度的計(jì)算公式為:

式中:C——枯落物層的碳密度(t/hm2);

W——1 hm2枯落物的現(xiàn)存量(t/hm2)。

2.3.4 土壤碳密度的估算

文獻(xiàn)中對(duì)土壤碳密度的研究集中在0 cm～60 cm土層，筆者將油松人工林與天然林、純林與混交林分別估算，用其平均值代替該林分類型的土壤碳密度。根據(jù)調(diào)查結(jié)果可分別計(jì)算出各種林分類型單位面積土壤層0 cm～60 cm的碳密度，油松人工純林為5.288 t/hm2，油松天然純林為4.859 t/hm2，混交林為6.9 t/hm2．

3 結(jié)果與分析

3.1 油松天然純林和人工純林碳密度對(duì)比

油松純林按起源分為天然林和人工林。將油松人工林齡組劃分為:幼齡林Ⅰ0 a～20 a，中齡林Ⅱ21 a～30 a，近熟林Ⅲ31 a～40 a，成熟林Ⅳ41 a～60 a;天然林齡組劃分為:幼齡林Ⅰ0 a～30 a，中齡林Ⅱ31 a～50 a，近熟林Ⅲ51 a～60 a，成熟林Ⅳ61 a～80 a．油松人工林、天然林喬木層碳密度比較見圖1．

圖1 油松人工林與天然林喬木層碳密度的比較

從圖1可以看出，隨著林齡的增長(zhǎng)，油松人工林喬木層碳密度逐漸增大;天然林喬木層碳密度先增大，到成熟林時(shí)期又降低。天然成熟林喬木層碳密度小于天然近熟林和天然中齡林。文獻(xiàn)資料所調(diào)查的天然成熟林分布在海拔1 500 m～1 700 m，林分密度比較小，可能是因?yàn)槿藶榛顒?dòng)頻繁、干擾嚴(yán)重，故其喬木層生物量小，儲(chǔ)存的碳素低于近熟林和中齡林。不同林齡天然林喬木層碳密度均高于人工林，說明，現(xiàn)有的油松人工林需要進(jìn)行人工撫育，使其碳密度接近天然林分，儲(chǔ)存更多的碳，推進(jìn)“近自然林業(yè)”的發(fā)展。

經(jīng)計(jì)算得出，油松人工林喬木層碳密度為42.14 t/hm2，生態(tài)系統(tǒng)碳密度為103.46 t/hm2;天然林喬木層碳密度為63.34 t/hm2，生態(tài)系統(tǒng)的碳密度為154.98 t/hm2，變化幅度較人工林大。

3.2 油松純林與混交林的對(duì)比分析

油松混交林與純林喬木層碳密度的比較見圖2．

圖2 油松混交林與純林喬木層碳密度的比較

由圖2可以看出，油松純林的喬木層碳密度(42.60 t/hm2)大于混交林(28.31 t/hm2)。因?yàn)榛旖涣志侨斯ち?，林齡小。純林中有一部分是天然林，林齡大，積累的碳量多。通過分析發(fā)現(xiàn)，油松與側(cè)柏的混交林喬木層碳密度最大，而油松與白樺混交林的碳密度最小。可見，選擇適宜的混交樹種，安排恰當(dāng)?shù)幕旖槐壤翘岣呋旖涣痔济芏鹊淖詈棉k法。

收集到的混交林其樹齡均為25 a左右，計(jì)算得出油松混交林喬木層碳密度為28.31 t/hm2，生態(tài)系統(tǒng)總碳密度為109.26 t/hm2，與純林(21 a～30 a)喬木層碳密度(37.07 t/hm2)及生態(tài)系統(tǒng)總碳密度(95.89 t/hm2)相比，混交林喬木層碳密度偏小，而生態(tài)系統(tǒng)總碳密度較大。原因是油松混交林的枯落物、土壤碳密度大于純林，雖然其喬木層生物量小于純林，但混交林在改良土壤方面的作用大于純林，使其下土壤能儲(chǔ)存更多的碳素。說明油松混交林的碳匯功能大于純林，且其碳匯功能主要表現(xiàn)在林下枯落物層和土壤方面。

4 結(jié)論

1)油松天然林喬木層碳密度(63.34 t/hm2)是人工林(42.14 t/hm2)的1.5倍，變化幅度大于人工林;油松天然林生態(tài)系統(tǒng)的碳密度(154.98 t/hm2)大于人工林(103.46 t/hm2)，變化幅度也較人工林大。2)油松純林喬木層碳密度(42.60 t/hm2)大于混交林(28.31t/hm2)，而生態(tài)系統(tǒng)碳密度(95.89 t/hm2)小于混交林(109.26 t/hm2)。

［1］劉國(guó)華，傅伯杰，方精云．中國(guó)森林碳動(dòng)態(tài)及其對(duì)全球碳平衡的貢獻(xiàn)［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20(5):733-740.

［2］馬欽彥，謝征鳴．中國(guó)油松林儲(chǔ)碳量基本估計(jì)［J］．北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，18(3):31-34.

［3］吳 剛，馮宗煒．中國(guó)油松林群落特征及生物量的研究［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，1994，14(4):415-422.

［4］馬欽彥，陳遐林，王 娟，等．華北主要森林類型建群種的含碳率分析［J］．北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(Z1):100-104.

Research on Biomass Carbon Density of Different Kinds of Pinus tabulaeformis Forests

Zhang Zhiming1，Chang Shuai2，Zhang Yazhen3
(1.National Forestry Management Bureau of Lvliang Mountain in Shanxi，041000 Linfen，China;2.Jiexiu Garden Bureau，032000 Jiexiu，China;3.Xiaoyi Social Insurance Business Center，032000 Xiaoyi，China)

Carbon densities of P．tabulaeformis planted forest and natural forest，pure forest and mixed forest were compared respectively by P．tabulaeformis forest biomass carbon density estimation method．The results showed that carbon density of tree layer(63.34 t/hm2)of P．tabulaeformis natural forest was 1.5 times than the planted(42.14 t/hm2)，and the variance was larger than the planted forest．Ecosystem carbon density of P．tabulaeformis natural forest(154.98 t/hm2)was more than the planted forest(103.46 t/hm2)，and the variance was larger than the planted forest．Carbon density of tree layer of P．tabulaeformis pure forest(42.60 t/hm2)was more than mixed forest(28.31 t/hm2)，while ecosystem carbon density of P．tabulaeformis natural forest(95.89 t/hm2)was less than mixed forest(109.26 t/hm2)．

Biomass of P．tabulaeformis;carbon density;planted forest;natural forest;mixed forest;pure forest

S791.254

A

1007-726X(2012)03-0011-04

2012-05-17

張志明(1976— )，男，山西祁縣人，2000年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，助理工程師。