摘要[目的]研究撫育間伐對興安落葉松（Larix gmelinii）天然林喬木層碳儲量的影響。[方法]以大興安嶺林區(qū)70年興安落葉松天然林為研究對象，采用測樹學(xué)方法、樣地調(diào)查法等，研究經(jīng)過2次平均株數(shù)強(qiáng)度為38%的撫育間伐后林分喬木層碳儲量的變化。[結(jié)果]興安落葉松天然林喬木層各器官碳儲量從大到小依次為干、根、枝、葉。興安落葉松林木個體平均含碳率為49.48%，撫育間伐使興安落葉松天然林喬木層碳儲量顯著增加（P<0.05）。[結(jié)論]該研究可為大興安嶺興安落葉松天然林撫育提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞興安落葉松；碳儲量；撫育間伐；喬木層

中圖分類號S753文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）14-0141-03

Abstract[Objective]To study the effect of thinning on tree layer carbon storage of the natural Larix gmelinii forest.[Method]70 a natural Larix gmelinii forest was as the test object，and 38% thinning was taking by 2 times in this forest，the change of carbon storage in tree layer after thinning was studied.[Result]The results showed that the carbon storage of each organ from large to small was stem，root，branch and leaf.The individual tree average carbon content of Larix gmelinii was 49.48%.The carbon storage of tree layer was higher after forest thinning （P<0.05）.[Conclusion]The research can provide technical support for the natural forest tending of Larix gmelinii in Great Xingan Mountains.

Key words Larix gmelinii；Carbon storage；Thinning；Tree layer

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林植物在生長演替過程中會大量吸收CO2，并可將碳長期貯存[1-2]。森林生態(tài)系統(tǒng)在降低大氣CO2濃度[3-4]及減緩全球氣候變暖[5]方面具有重要作用。方精云等[6]研究發(fā)現(xiàn)，北半球中高緯度森林植被是一個重要的碳匯，這一地區(qū)森林在減小碳收支不平衡中起著關(guān)鍵作用。全球森林植被和土壤儲存了1 146 Pg碳，其中37%在低緯度森林，14%在中緯度森林，49%在高緯度森林[7]。位于北半球中高緯度的大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)在固碳方面發(fā)揮著重要作用。大興安嶺地區(qū)溫度低，植物生長期短。研究表明，1972—2005年大興安嶺平均氣溫呈顯著升高趨勢。如何提高大興安嶺地區(qū)森林生長效率和質(zhì)量，仍是東北地區(qū)森林培育的研究重點之一。

興安落葉松（Larix gmelinii）是大興安嶺林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的重要樹種之一，是天然更新和人工造林的主要樹種。因此，科學(xué)合理地經(jīng)營管理大興安嶺興安落葉松林，提出適宜的撫育技術(shù)措施對于培育優(yōu)質(zhì)落葉松干材，提高林分固碳效率具有重要意義。筆者通過調(diào)查分析經(jīng)過2次間伐后的興安落葉松天然林喬木層碳儲量的變化，研究撫育間伐對中齡興安落葉松天然林喬木層碳儲量的影響，旨在為大興安嶺興安落葉松天然林撫育提供技術(shù)支撐，也為碳匯林營建提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況圖強(qiáng)林業(yè)局（121°55′38″～123°29′00″ E，52°15′55″～53°33′44″ N）位于大興安嶺北坡，黑龍江上游額木爾河流域。地貌屬低山丘陵類型，南北走向，南高北低，平均海拔500 m左右。屬寒溫帶大陸性氣候，夏季短暫，冬季寒冷漫長，雨雪少，植物生長期短。年平均氣溫-4.94 ℃，年無霜期82～109 d；年結(jié)冰期達(dá)220 d；年平均降水量432 mm，年平均蒸發(fā)量894 mm；年日照時數(shù)2 404 h；≥10 ℃年均積溫1 400 ℃左右。地帶性土壤為棕色針葉林土，土層淺，呈酸性。立地類型條件較差，主要立地類型以草類林、杜鵑林、磯躑躅林為主。全局地位級在IV級以上的面積占63%，林地生產(chǎn)力偏低[8-9]。

研究林分位于大興安嶺地區(qū)圖強(qiáng)林業(yè)局潮河林場，屬坡地濕潤林型組、杜香泥炭蘚興安落葉松林林型，林齡70～80 a。試驗樣地位于山地下腹，地勢較平坦，坡度<5°。喬木層主要有興安落葉松、樟子松（Pinus sylvestris）、白樺（Betula platyphylla）；灌木和草本層主要有越橘（Vaccinium uliginosum）、烏蘇里繡線菊（Spiraea chamaedryfolia）、羊胡子草（Eriophorum latifolium）等；苔蘚層以泥炭蘚（Sphugnum magellanicum）為主。

林分的一部分分別于1999年和2009年進(jìn)行2次下層撫育間伐，每次的株數(shù)間伐強(qiáng)度平均為38%，另一部分作為對照，不做任何處理。

1.2研究方法

1.2.1標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)立。2011年10月在撫育間伐林分和未間伐林分分別設(shè)置3塊樣地，樣地面積均為20 m×20 m，相鄰樣地間隔20 m以上。

1.2.2碳儲量測定。采用收獲法中的等斷面積徑級法。喬木層包含興安落葉松、樟子松和白樺3個樹種，在每個樣地內(nèi)分樹種進(jìn)行每木檢尺，獲得所有單株林木的胸徑數(shù)據(jù)。興安落葉松單株林木碳儲量，通過17株林木擬合的碳儲量-胸徑模型計算獲得。通過前人研究的胸徑一元生物量模型[10-11]得到樟子松和白樺的生物量，再乘以常用的生物量-碳儲量轉(zhuǎn)化系數(shù)0.5，計算得到其碳儲量。

17株興安落葉松解析木碳儲量的測定：①在6塊樣地周圍選擇長勢良好、無病蟲害、無斷稍、非林緣的興安落葉松林木，2、4、6、8、10、12、14 cm 7個徑階每徑階各選取2株，16、18、20 cm 3個徑階每個徑階各選取1株，合計選出17株。②地上部分采用分層切割法，地下部分采用全根挖掘法[12-14]。在野外稱取葉、枝、干、根的鮮重，并分別取部分樣品帶回實驗室，在65 ℃下烘干測定含水率和含碳率，進(jìn)而測定17株解析木各器官及全株生物量和碳儲量。③樣品含碳率的測定：采用VARIO Macro 元素分析儀進(jìn)行植物樣品含碳率測定。

1.2.3數(shù)據(jù)處理。采用SPSS 18.0 （SPSS Ine.，Standard Version）統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計和正態(tài)檢驗，然后進(jìn)行單因素方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1興安落葉松17株解析木全株及各器官生物量所選17株興安落葉松解析木的胸徑為2.8～20.1 cm，對應(yīng)全株生物量1 344.99～217 623.44 g（表1）。對照林分的平均胸徑為（5.44±0.30）cm，間伐林分的平均胸徑為（9.67±0.37）cm，由表1可以推斷，對照林分的平均單株生物量約7 400 g，間伐林分的單株生物量約32 000～35 000 g。

2.2樟子松、白樺一元生物量模型生物量是估算碳儲量的基礎(chǔ)[15]，生物量的估算一般運用生物量模型進(jìn)行，胸徑-生物量一元模型是簡單且行之有效的估測模型。常用的估算生物量的模型有CAR （Constant Allometric Ratio） and VAR （Variable Allometric Ratio）2種[16]， CAR模型中的冪函數(shù)模型是最常使用的模型。樟子松和白樺株數(shù)在興安落葉松天然林中所占比例很小，不宜通過采伐解析木擬合模型，這2個樹種的生物量模型需參考前人研究[10-12]（表2、3）。

2.3興安落葉松各器官含碳率葉、枝、根、干的平均含碳率是通過各器官碳儲量除以對應(yīng)生物量得到的。興安落葉松林木各器官含碳率從大到小依次為枝、葉、根、干，枝的含碳率最高，17株解析木的平均值為50.78%，干的含碳率最低，平均值為49.11%，葉、根的含碳率居中，平均含碳率分別為50.60%和50.09%，林木全株平均含碳率為49.48%。樹皮平均含碳率為45.19%（通過8個樹皮樣品所測含碳率直接求平均得到）。

國內(nèi)外學(xué)者通常用的植被生物量轉(zhuǎn)化為碳儲量的系數(shù)為0.46～0.50[15，17-18]。該研究中17株興安落葉松解析木的平均全株含碳率為49.48%。這與景宇鵬[19]測得的興安落葉松各器官平均含碳率（48.79%）及海龍[20]測得的興安落葉松平均含碳率（49.96%）較接近。興安落葉松林木各器官含碳率從大到小依次為枝、葉、根、干，這與劉婷巖[21]的研究結(jié)果一致，而與海龍[20]的研究結(jié)果（含碳率從大到小依次為葉、干、枝、根）及景宇鵬[19]的研究結(jié)果（含碳率從大到小依次為干、葉、枝、根）不同，這可能與興安落葉松的種源、地理環(huán)境條件、取樣時間等因素有關(guān)。

2.4撫育間伐對興安落葉松天然林碳儲量的影響

2.4.1興安落葉松碳儲量模型。興安落葉松各器官碳儲量模型相關(guān)系數(shù)（R2）均在0.960以上，相關(guān)性較好。5個碳儲量模型中，全株碳儲量模型和干碳儲量模型相關(guān)性最好，R2均高于0.990，葉和枝的碳儲量模型的R2最低，根碳儲量模型相關(guān)系數(shù)居中（表4）。

2.4.2興安落葉松天然林喬木層碳儲量。興安落葉松天然林喬木層碳儲量由葉、枝、干、根4部分組成。對照林分和間伐林分喬木層各器官碳儲量從大到小依次為干、根、枝、葉。干的碳儲量最大，在對照和間伐林分中所占喬木層總碳儲量的比例分別為60.30%和66.30%；其次為根，在對照和間伐林分中所占喬木層總碳儲量的比例分別為18.30%和22.30%；再次為枝，在對照和間伐林分中所占喬木層總碳儲量的比例分別為6.50%和7.70%；葉的碳儲量最小，在對照和間伐林分中所占喬木層總碳儲量的比例分別為2.50%、2.50%。在對照林分和間伐林分中地上部分碳儲量（葉碳儲量+枝碳儲量+干碳儲量）占喬木層總碳儲量的比例分別為69.40%和76.54%（表5）。

興安落葉松天然林撫育間伐12年后，喬木層各器官碳儲量較未間伐林分均顯著增加（P<0.05）。葉、枝、干、根的碳儲量分別增加了70.90%、99.50%、85.80%、105.60%，喬木層的碳儲量增加了69.00%。根的碳儲量增加幅度最大，其次為枝，再次為干，葉的碳儲量增幅最?。ū?）。

3討論

碳儲量是通過生物量（或干重）乘以含碳率得到的，撫育間伐對植被層和土壤層含碳率的影響不大，因此，碳儲量的規(guī)律與生物量的規(guī)律基本一致。

該研究中興安落葉松林木全株一元碳儲量模型和干的一元碳儲量模型都具有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)（R2）均在0.990以上。說明林木胸徑的特征值與林木全株碳儲量和樹干碳儲量之間的冪函數(shù)關(guān)系密切，用這2個模型計算得到的碳儲量可信度很高。用枝和葉的一元碳儲量模型計算得到的值較前兩者要稍差一些。用根的一元碳儲量模型計算得到的值的可信度介于前2個模型和后2個模型。

70年興安落葉松天然林對照林分喬木層碳儲量達(dá)到41.92 t/hm2。無論是在對照林分，還是在撫育間伐林分，喬木層各器官的碳儲量從大到小依次為干、根、枝、葉。葉的碳儲量最小，葉是進(jìn)行光合作用的主要器官，主要通過光合作用制造碳水化合物，供給植物其他器官的生長和生物量的積累。興安落葉松和白樺葉片會隨著年四季的變化發(fā)芽、吐綠、長成、凋落，樟子松雖然是常綠喬木，其葉片也不是長生不落的，也有一定的生命周期。葉片只是制造有機(jī)物的器官，而不是積累干物質(zhì)的器官，因而其碳儲量最小，葉片量的多少受林冠層光環(huán)境等的限制。干是干物質(zhì)累積的器官，是連接根與枝葉的橋梁，是運輸碳水化合物及水、礦質(zhì)營養(yǎng)的大通道，也是植物干物質(zhì)積累的最重要器官。根是吸收水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的器官，根需要為地上部分提供充足的水分和礦質(zhì)營養(yǎng)，也需要為地上部分提供物理支撐，根的碳儲量在喬木層各器官碳儲量中占第2位。枝是連接葉和樹干的器官，是葉片著生和為葉片提供支撐的器官，其碳儲量僅比葉的碳儲量大，比干和根的碳儲量小。

撫育間伐12年后的興安落葉松天然林較對照的興安落葉松天然林喬木層總碳儲量及各器官碳儲量均顯著提高（P<0.05），說明撫育間伐后，林木冠層的光照條件和空間環(huán)境均得到了改善，林木根系的營養(yǎng)、水分條件及環(huán)境也得到了改善，有利于林木快速生長。林木的快速增長不僅彌補(bǔ)了撫育間伐時碳儲量的損失，而且喬木層總碳儲量較對照林分顯著增加?？梢姡瑩嵊g伐有助于興安落葉松天然林喬木層碳儲量的增加。

45卷14期徐慶祥撫育間伐對興安落葉松天然林喬木層碳儲量的影響4結(jié)論

興安落葉松林木各器官含碳率從大到小依次為枝、葉、根、干，枝的含碳率最高，平均為50.78%，干的含碳率最低，平均為49.11%，葉、根含碳率介于枝和干之間。林木個體平均含碳率約為49.48%。

興安落葉松天然林喬木層各器官碳儲量從大到小依次為干、根、枝、葉。對照林分喬木層總碳儲量達(dá)41.92 t/hm2。干的碳儲量最大，占喬木層總碳儲量的60.30%；其次為根，占喬木層總碳儲量的18.30%；再次為枝，占喬木層總碳儲量的6.50%；葉的碳儲量最小，占喬木層總碳儲量的2.50%。地上部分碳儲量（葉+枝+干）占喬木層總碳儲量的69.40%。撫育間伐使喬木層碳儲量量顯著增大（P<0.05），喬木層碳儲量可達(dá)70.86 t/hm2。

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