周弘愿，龐贊松，何 斌，廖倩苑，李春寧，李遠(yuǎn)航，舒 凡，劉 俊

(1.廣西國有派陽山林場，廣西 寧明 532500； 2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

南亞熱帶米老排成熟林碳庫及其分布格局

周弘愿1，龐贊松1，何 斌2，廖倩苑2，李春寧1，李遠(yuǎn)航2，舒 凡2，劉 俊2

(1.廣西國有派陽山林場，廣西 寧明 532500； 2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

以南亞熱帶地區(qū)廣西寧明縣米老排成熟林(34年生)為研究對象，采用標(biāo)準(zhǔn)樣地法對其碳庫及其分布格局進(jìn)行研究。結(jié)果表明：①米老排不同器官碳素含量在472.6～509.3 g·kg-1之間，各器官碳素含量排序依次為樹葉、干材、干皮、樹枝、樹根。灌木層、草本層、凋落物層碳素含量分別為480.4、469.1、483.2 g·kg-1。土壤(0～100 cm)土層中碳素含量為8.94 g·kg-1，隨土層加深土壤中碳素含量逐漸減少。②米老排人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫為272.80 t·hm-2，其中喬木層為143.47 t·hm-2，占52.59%；灌木層為0.44 t·hm-2，占0.18%；草本層為0.18 t·hm-2，占0.07%；凋落物層為5.07 t·hm-2，占1.86%；土壤層為123.64 t·hm-2，占45.32%。③米老排成熟林年凈生產(chǎn)力為10.17 t·hm-2·a-1，碳素年凈固定量為5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2的量為19.69 t·hm-2·a-1。

米老排；成熟林；碳庫；碳分配

森林是地球陸地生物圈的主體，森林生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)全球氣候、維持全球C平衡，減緩大氣中CO2等溫室氣體濃度上升等方面具有重要的作用[1-3]。人工林作為森林的重要組成部分，科學(xué)地發(fā)展、利用和保護(hù)人工林，提高生產(chǎn)力，對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)都具有重要的意義。我國南方的中南亞熱帶常綠闊葉林帶是我國適合開展CDM造林再造林碳匯項目的優(yōu)先發(fā)展區(qū)域[4]。近年來，國內(nèi)已有不少學(xué)者對在上述地區(qū)的人工林樹種如馬尾松(Pinusmassoniana)[5]、杉木(Cunninghamialanceolata)[6]、桉樹(Eucalyptus)[7]、馬占相思(Acaciamangium)[8]、厚莢相思(Acaciacrassicarpa)[9]、灰木蓮(Magnoliaceaeglanca)[10]等人工林碳庫及其分配格局進(jìn)行研究，為正確評價森林尤其是人工林碳匯功能和生態(tài)效益提供參考。

米老排(Mytilarialaosensis)為金縷梅科常綠喬木，是我國南亞熱帶地區(qū)優(yōu)良速生用材樹種，天然分布于廣東西部、廣西西南部和云南南部，以及東南亞越南和老撾等地，具有生長迅速、干形通直、材質(zhì)優(yōu)良、用途廣泛以及培肥土壤、保持水土和涵養(yǎng)水源等優(yōu)點，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，成為我國南亞熱帶地區(qū)重點發(fā)展的營造速生豐產(chǎn)林樹種和珍貴及鄉(xiāng)土樹種之一，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。我國于20世紀(jì)60年代就開始對米老排進(jìn)行研究，但隨后的20多年間研究內(nèi)容主要集中在引種和栽培技術(shù)方面。近年來，有關(guān)學(xué)者對米老排的研究不斷深入，研究內(nèi)容涉及生長特性、育種、栽培、木材材性與利用開發(fā)以及碳貯量等方面[11-15]，但少見有關(guān)米老排人工林碳素積累及其分布特征的報道。本文以南亞熱帶地區(qū)廣西寧明縣國有派陽山林場米老排成熟林(34年生)為研究對象，擬通過對其碳庫及其分布格局的研究，以揭示該區(qū)域米老排人工林的固碳特性，為準(zhǔn)確評價該區(qū)域人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫和固碳潛力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗地概況

研究區(qū)于廣西寧明縣國有派陽山林場鴻鴣分場。寧明縣地處北緯21°51′—22°58′、東經(jīng)106°38′—107°36′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，熱量充沛。年平均氣溫21.9 ℃，年無霜期達(dá)350 d以上，年均降水量1500 mm，年均相對濕度82.5%。試驗地土壤為砂頁巖發(fā)育形成赤紅壤，土層深厚，厚度100 cm以上，其中腐殖質(zhì)層約15～20 cm以上。2014年5月調(diào)查時米老排人工林林齡34 a，郁閉度0.9，保留密度580 株·hm-2，平均胸徑28.2 cm，平均樹高24.7 m。由于林分郁閉度較大，林下植被較少，主要有鴨腳木(Alstoniaconstricta)、杜莖山(Maesajaponica)、金毛狗(Cibotiumbarometz)、東方烏毛蕨(Blechnumorientale)等，總蓋度為20%，凋落物層厚度約3.5 cm。

2 研究方法

2.1 試驗地設(shè)置和林分生物量測定

在34年生米老排人工林內(nèi)設(shè)置3個面積為 20 m×20 m的代表性標(biāo)準(zhǔn)樣地，對標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)林木進(jìn)行每木檢尺，測定樹高、胸徑、冠幅等因子。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取平均木1株，伐倒樹木后采用Monsic分層切割法分別測定樹干、樹皮、樹枝和樹葉等地上部分鮮重；采用全根挖掘法，按根樁、粗根(根系直徑≥2.0 cm ) 、中根(0.5～2 cm)、細(xì)根(< 0.5 cm )分級測定地下部分(根系)鮮重；分別采集林木各組分混合，帶回實驗室內(nèi)測定含水率和干重，估算各組分生物量。同時分別在每個標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)設(shè)置3個1 m×1 m的小樣方，采用樣方收獲法測定灌木層、草本層的地上和地下生物量以及凋落物層(包括未分解和半分解凋落物) 的現(xiàn)存量，計算各層次植物樣品的生物量。

2.2 樣品采集處理與碳素含量的測定

分別采集喬木層和林下植被層不同組分樣品，于80 ℃烘干，經(jīng)粉碎、過篩后測定碳素含量。同時在各樣地中隨機設(shè)置3個代表性土壤采樣點，沿土壤剖面按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層采集各層土壤樣品，把相同樣地同一土層樣品按質(zhì)量比例混合，帶回實驗室于室內(nèi)自然風(fēng)干，粉碎過篩后測定土壤有機碳含量，同時用不銹鋼環(huán)刀(100 cm3)采集原狀土測定土壤容重。上述植物和土壤有機碳含量均用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[16]。

2.3 米老排人工林碳庫和喬木層碳素年凈固定量的計算

根據(jù)喬木層和林下植被層不同組分生物量與其碳含量的乘積即為其相應(yīng)的碳庫，土壤有機碳庫則是土壤有機碳含量、土壤容重及土壤厚度三者的乘積，喬木層、灌木層、草本層、枯落物層和土壤層碳庫之和為米老排人工林總碳庫。林分碳素年凈固定量為喬木層各組分年平均生物量(凈生產(chǎn)力)與其相應(yīng)碳素含量計算而得，其中樹葉按其在樹枝上著生的時間2 a計算平均凈生產(chǎn)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 米老排人工林不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量

從表1可以看出，米老排人工林各器官碳素含量存在一定差異，其范圍在472.6～509.3 g·kg-1之間，變動系數(shù)為2.38%～3.57%，平均含量為489.0 g·kg-1。按各器官碳素含量由大到小排序為：樹葉、干材、干皮、樹枝、樹根，但不同器官碳素含量的差異不顯著(P>0.05)。

米老排人工林灌木層、草本層和凋落物層的碳素含量分別為480.4、469.1、483.2 g·kg-1。就林分不同結(jié)構(gòu)層次碳素含量的變化趨勢而言，表現(xiàn)出隨植物個體高度或組織木質(zhì)化程度的降低而下降的趨勢，即喬木層碳素含量最高，其次是灌木層，最低是草本層。

米老排人工林0～100 cm土壤有機碳平均含量為8.94 g·kg-1，表現(xiàn)出隨土層加深而明顯下降的趨勢。由于米老排人工林凋落物較豐富，且主要以容易分解的樹葉為主，凋落物和植物根系分解所形成的有機碳主要聚集在表層土壤，因而造成0～20 cm土層有機碳含量明顯高于土壤其他土層，分別是其他土層的1.81～5.92倍，而隨著土壤深度的增加，相鄰?fù)翆娱g有機碳含量的差異逐漸減少。

3.2 米老排人工林碳庫及其分配

從表2可以看出，米老排人工林總碳庫為272.80 t·hm-2，林分不同結(jié)構(gòu)層次碳庫以喬木層最大，為143.47 t·hm-2，占總碳庫的52.59%；灌木層、草本層和凋落物層分別為0.44、0.18、5.07 t·hm-2，依次占總碳庫的0.18%、0.07%、1.86%；林地土壤(0～100 cm)層為123.64 t·hm-2，占總碳庫的45.32%。喬木層作為森林生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，其碳庫在不同器官的分配，與各器官的生物量成正比關(guān)系(表2)，主體部分(樹干)的生物量最大，相應(yīng)的碳庫(91.70 t·hm-2)也最大，占喬木層碳庫的63.92%；其次是樹根(29.76 t·hm-2)、樹枝(13.73 t·hm-2)、干皮(5.85 t·hm-2)，依次占喬木層碳庫的20.75%、9.67%、4.08%；樹葉最少(2.43 t·hm-2)，僅占喬木層碳庫的1.69 %。林地土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)極為重要的碳貯存庫，在平衡大氣的CO2有著重要作用。米老排人工林不同土層碳庫隨土層加深而急劇減少，其中0～20 cm土層碳庫(52.25 t·hm-2) 占土壤層碳庫的42.26%，0～20 cm和20～40 cm土層碳庫則占土壤層總碳庫的67.81%。

表1 米老排不同組分碳素含量

*：*為各組分生物量或各土層重量加權(quán)平均。

表2 米老排人工林碳庫及其分配

3.3 米老排人工林碳素年凈固定量的估算

由于本研究中喬木層生物量及其碳庫所占整個米老排人工林的比例大，林下植被層的生物量及其碳庫所占整個米老排人工林比例均較少，因此，本文僅以喬木層碳素年凈固定量作為生態(tài)系統(tǒng)同化CO2能力的估算。從表3可以看出，34年生米老排人工林喬木層年凈生產(chǎn)力為10.17 t·hm-2·a-1，碳素年凈固定量為5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2固定量為19.69 t·hm-2·a-1。在林木各器官的碳素年凈固定量的分配中，以干材最大，占總碳素年凈固定量的50.28%，其次為樹葉、樹根，分別占22.70%、16.40%；干皮最小，僅占3.17%。

表3 米老排人工林喬木層碳素年凈固定量 t·hm-2·a-1

4 結(jié)論與討論

米老排各器官中碳素含量范圍在472.6～509.3 g·kg-1之間，平均含量為489.0 g·kg-1，略低于馬尾松[5]、杉木[6]、灰木蓮[10]、禿杉(Taiwania flousiana)[17]等樹種平均碳素含量，介于目前進(jìn)行森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫估算而計算植被碳庫時干物質(zhì)按450 g·kg-1[18]與500 g·kg-1[19]轉(zhuǎn)換率之間。米老排不同器官碳素含量由高到低排序為：干材、樹枝、樹葉、樹根、干皮，與馬尾松[5]、杉木[6]、禿杉[10]等樹種不同器官碳素含量的排列順序基本一致。

34年生米老排人工林碳庫為272.80 t·hm-2，其中植被層碳庫為144.09 t·hm-2，明顯高于周玉榮等[20]對我國落葉闊葉林碳庫平均水平53.60 t·hm-2(碳素含量均以45 %計)的估算，以及王紹強等[21]對我國熱帶亞熱帶針葉林植被部分平均碳庫水平51.73 t·hm-2和亞熱帶常綠闊葉林碳庫平均水平61.05 t·hm-2的估算，也高于相近區(qū)域廣西南寧市46年生灰木蓮碳庫124.69 t·hm-2[10]。其原因在于34年生米老排人工林植被層生物量積累(305.38 t·hm-2)較高，均明顯高于上述森林類型。

本研究區(qū)米老排人工林土壤較深厚，土壤(0～100 cm)碳庫為123.64 t·hm-2，明顯低于相同土壤深度的我國落葉松等多數(shù)森林類型土壤碳庫，以及我國森林土壤平均碳庫( 193.55 t·hm-2)和世界土壤平均碳庫(189.00 t·hm-2)[20]，略高于我國熱帶林土壤平均碳庫(116.49 t·hm-2)[20]，其主要原因在于研究區(qū)所處熱帶區(qū)域高溫多雨，土壤有機碳形成較快，但分解也快，因而不利于有機碳積累而導(dǎo)致土壤碳庫較低。與其他熱帶樹種人工林相似，米老排人工林0～20 cm土層有機碳庫明顯高于其它土層，占整個土壤層(0～100 cm)有機碳庫的42.26%，占整個生態(tài)系統(tǒng)碳庫19.15 %，可見其在整個人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫中貢獻(xiàn)較大，由于米老排主要適生于低山和高丘，一般坡度較大，土壤較脆弱，任何引起水土流失的活動如煉山、整地等都很容易導(dǎo)致林地尤其是山地土壤碳素?fù)p失。

34年生米老排人工林喬木層凈生產(chǎn)力為10.17 t·hm-2·a-1，年碳素凈固定量為5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2為19.69 t·hm-2·a-1。據(jù)報道，中國森林年碳素凈固定量平均值為5.54 t·hm-2·a-1[20]，而與本研究相近區(qū)域的廣西南寧市27年生觀光木(Micheliaodora)喬木層碳素年凈固定量分別為3.07 t·hm-2·a-1[22]，廣西南丹縣28年生禿杉人工林喬木層碳素年凈固定量為5.17 t·hm-2·a-1[17]。由此可見，米老排人工林具有較強的碳吸存能力，由于其兼具涵養(yǎng)水源、維持地力等功能。因此，米老排不僅是熱帶、南亞熱帶地區(qū)優(yōu)良速生用材樹種，同時也是碳匯功能高效的生態(tài)公益林樹種。

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Carbon Stock and Distribution of MatureMytilarialaosensisPlantation in South Sub-tropical Area

ZHOU Hong-yuan1，PANG Zan-song1，HE Bin2，LIAO Qian-yuan2，LI Chun-ning1，LI Yuan-hang2，SHU Fan2，LIU Jun2

(1.PaiyangshanForestryFarmofGuangxi，Ningming532500，Guangxi，China； 2.ForestryCollegeofGuangxiUniversity，Nanning530004，Guangxi，China)

The standard plot method was used to study the carbon stock and distribution of matureM.laosensisplantation(34-year-old) in Ningming County of Guangxi，China. The results showed that carbon content in different organs ofM.laosensisranged from 472.6 g·kg-1to 509.3 g·kg-1and was in the order as：leaf>stem>bark>branch>root. The carbon content in shrub layer，herb layer and litter floor were 480.4 g·kg-1，469.1 g·kg-1and 483.2 g·kg-1respectively. Carbon content in the soil(0～100 cm)was 8.94 g·kg-1and declined with soil depth. The total carbon stock inM.laosensisplantation ecosystems amounted to 272.80 t·hm-2，of which over-storey ofM.laosensisstored 143.47 t·hm-2and accounted for 52.59%，the shrub layer stored 0.44 t·hm-2and accounted for 0.18%， the herb layer stored 0.18 t·hm-2and accounted for 0.07%, the litter floor Stored 5.07 t·hm-2and accounted for 1.86%, and the soil stored 123.64 t·hm-2and accounted for 45.32%．The annual net productivity ofM.laosensistrees was 10.17 t·hm-2·a-1，and annual net carbon fixation was up to 5.37 t·hm-2·a-1，amounted CO2to 19.69 t·hm-2·a-1.

Mytilarialaosensis；mature plantation；carbon stock；carbon distribution

2014-10-27；

2014-11-27

廣西“十一五”林業(yè)科技項目(桂林科字2009[08])；國家自然科學(xué)基金項目(31160152)

周弘愿(1979—)男，廣西鳳山人，廣西國有派陽山林場工程師，從事林業(yè)科技管理與研究工作。E-mail：zhy881230@sina.com。

何斌(1962—)，男，廣西大學(xué)研究員，從事森林生態(tài)和森林培育研究。E-mail：hebin8812@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.03.009

S718.55

A

1002-7351(2015)03-0045-05