桂西南尾巨桉中龄林生态系统碳储量及其分布格局

卢开成， 张明慧， 李春宁， 何 斌

(1.广西国有派阳山林场，广西宁明 532500；2.广西大学林学院，广西南宁 530004)

桂西南尾巨桉中龄林生态系统碳储量及其分布格局

卢开成1， 张明慧1， 李春宁1， 何 斌2*

(1.广西国有派阳山林场，广西宁明 532500；2.广西大学林学院，广西南宁 530004)

摘要[目的]评价桂西南尾巨桉人工林生态系统固碳能力和生态效益。[方法]采用标准样地法对广西宁明县4年生尾巨桉人工林的碳含量、碳储量及其空间分布格局进行研究。[结果]尾巨桉不同器官碳含量范围为454.80～478.50 g/kg ，各器官碳含量从大到小依次为干材、树叶、干皮、树枝、树根。灌木层、草本层和凋落物层碳含量分别为463.50、442.70和453.40 g/kg。0～80 cm厚土层碳含量为8.89 g/kg，其中表土层(0～20 cm厚)的碳含量明显高于其他土层。尾巨桉中龄林生态系统碳储量为156.27 t/hm2，其中乔木层为46.02 t/hm2，占29.44%；灌木层为0.86 t/hm2，占0.55%；草本层为0.74 t/hm2，占0.47%；凋落物层为3.30 t/hm2，占2.11%；土壤层为105.35 t/hm2，占67.42%。尾巨桉人工乔木层林年净生产力为24.30 t/(hm2·a),年净固碳量为11.50 t/(hm2·a)，折合CO2量为42.17 t/(hm2·a)。[结论] 桂西南尾巨桉人工林具有较强的碳吸存能力。

关键词尾巨桉；中龄林；碳含量；碳储量；碳分配

森林生态系统作为陆地生态系统的主要组成部分，在维持全球碳平衡、调节全球气候等方面起着重要的作用[1]。人工林是森林的重要组成部分，科学发展、利用和保护人工林，提高生产力，对促进区域经济的可持续发展和保护生态环境都具有重要的作用和意义。近年来，国内学者先后对我国马尾松(Pinusmassoniana)[2]、杉木(Cunninghamialanceolata)[3]、杨树(PopulusL.)[4]、马占相思(Acaciamangium)[5]、秃杉(Taiwaniaflousiana)[6]等用材林生态系统碳储量及其分布格局进行了研究，为正确评价森林生态系统碳汇功能提供了科学依据。

尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E．grandis)具有生长迅速、干形通直和无性繁殖容易等特点，目前已成为我国华南地区广泛推广种植的主要桉树优良品种之一，具有显著的经济效益和社会效益。我国科技人员先后对尾巨桉的生物学及生态学特性、种群演变规律、育苗及造林技术、生长规律以及混交效益等方面进行了研究[7-10]。笔者以广西西南部宁明县4年生(中龄林)尾巨桉人工林为研究对象，通过对该人工林生态系统碳含量、碳储量和年净固碳量及其分布特征的研究，试图揭示该区域尾巨桉人工林固碳特性，为正确评价该区域人工林生态系统碳储量和固碳潜力提供基础数据。

1材料与方法

1.1研究区概况研究区位于广西西南部的宁明县城中镇怀利村。宁明县处北回归线以南,地理坐标为106°38′～107°36′E、21°51′～22°58′N，属亚热带季风气候区，气候温和，光、热、水充足；年平均气温22.1 ℃，雨量充沛，年平均降雨量1 200 mm，年平均日照时数1 700 h。试验地属低丘陵地貌类型，海拔120 ～150 m,土壤为砂岩夹紫色页岩发育形成的赤红壤，土层平均厚度约80 cm。

2010年7月采伐杉木林，经炼山和整地后于2011年11月初用尾巨桉DH32-29组培苗定植，定植前施0.50 kg/穴桉树专用基肥，2012年7月底结合铲草抚育施0.10 kg/穴尿素，9 月中旬及2013年4月再结合铲草抚育分别施0.50 kg/穴桉树专用追肥。2015年11月调查时4年生尾巨桉人工林林分保留密度为1 650 株/hm2，平均树高为16.7 m，平均胸径为11.6 cm，林分郁闭度为0.8。林下灌木主要有盐肤木(Rhuschinenesis)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)、毛桐(Mallotusbarbatus)、潺槁树(Litseaglutinosa)等，草本主要有五节芒(Miscanthusfloridulus)、蔓生莠竹(Microstegiumvegans)、淡竹叶(Lophatherumgracile) 等，现存凋落物层厚度为2～3 cm。

1.2研究方法

1.2.1标准地设置和林分生物量测定。在立地条件相似、生长中等的4年生尾巨桉人工林内设置3块面积400 m2(20 m × 20 m)的标准样地，测定各样地林木树高、胸径和冠幅等。分别在各样地选取1株平均木，树木伐倒后，采用Monsic分层切割法分别收集树叶、树枝、干皮和干材；地下部分采用全根挖掘法收集[9]。测定各器官鲜重后，采集不同器官样品带回实验室测定含水率和干重，计算乔木层生物量。在各标准样地内设置5个1 m×1 m样方，先用样方法收割并称量灌木层和草本层地上部分鲜重,然后挖掘、收集和称量样方地下灌木层和草本层的根；称量样方内凋落物鲜重,取样测定其含水率和干重，计算灌木层、草本层和凋落物层生物量。

1.2.2样品采集及其碳含量测定。分别采集灌木层、草本层和凋落物层的样品，经烘干、粉碎、过筛、装瓶后待测。在各标准地中分别设置3个代表性土壤剖面，以每20 cm为1层，采集0～80 cm深度的4层土壤样品，将同一标准地相同土层样品混合后取约1 kg，放置室内自然风干，粉碎过筛后装瓶。用不锈钢100 cm3环刀采集各土层原状土壤，用环刀法测定土壤容重。植物和土壤样品碳含量均用重铬酸钾氧化-外加热法测定[10]。

1.2.3数据处理与分析

植物碳储量(t/hm2)=植物生物量(t/hm2)×植物碳素含量(g/kg)/1 000；

土壤碳储量(t/hm2)=面积(hm2)×土层厚度(m)×土壤容重(g/cm3)×有机碳含量(g/kg)/1 000;

乔木层各器官年净固碳量[t/(hm2·a)]=乔木层各器官年平均生物量(t/hm2)×各器官碳含量(g/kg)/1 000，其中乔木层各器官年平均生物量均按林分年龄即4 a计算。

乔木层各器官年净固碳折合CO2量[t/(hm2·a)]=各器官年净固碳量[t/(hm2·a)]×CO2分子量/碳原子量。

利用Excel2003软件进行常规数据处理，应用SPSS17.0进行统计分析。

2结果与分析

2.1生态系统不同层次碳含量由表1可知，尾巨桉人工林各器官生物量为4.67～63.48 t/hm2;碳含量为454.80～478.50 g/kg ，平均碳含量为473.50 g/kg。各器官碳含量由大到小为干材、树叶、干皮、树枝、树根。林下植被中灌木层、草本层和凋落物层碳含量分别为463.50、442.70和453.40 g/kg。按生态系统群落结构组成表现为随植物个体高度或者组织木质化程度降低，其碳含量下降，即乔木层最高，其次是灌木层，草本层最低。林地土壤(0～80 cm)碳含量平均值为8.89 g/kg，并随土层深度增加而呈明显下降的趋势。由于凋落物和植物根系分解所形成的碳素主要聚集在表层土壤，因此0～20 cm厚土层碳含量(14.97 g/kg)明显高于其他土层碳含量(4.82～9.88 g/kg)，且随着土层深度增加，相邻土层间碳含量的差异逐渐减少。

2.2生态系统碳储量及其分配尾巨桉人工林生态系统碳储量包括乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层碳储量。由表2可知，尾巨桉人工林生态系统总碳储量为156.27 t/hm2，其中乔木层碳储量为46.02 t/hm2，占总碳储量的29.44%；灌木层、草本层和凋落物层碳储量分别为0.86、0.74和3.30 t/hm2，依次占总碳储量的0.55%、0.47%和2.11%；林地土壤层(0～80 cm)碳储量105.35 t/hm2，占总碳储量的67.42%。乔木层中各器官碳储量所占比例与其生物量所占比例相对应，其中干材的生物量最大，为63.48 t/hm2，其碳储量也最大，占乔木层碳储量的66.01%；其次是树根、树枝和干皮，它们的碳储量依次占乔木层碳储量的12.95%、8.39%和7.84%；树叶最少，其碳储量仅占乔木层碳储量的4.80%。林地土壤作为森林生态系统中重要的碳储库，在平衡大气CO2中有着重要作用。尾巨桉人工林土壤层(0～80 cm)碳储量为105.35 t/hm2，其中0～20 cm厚土层碳储量占土壤层碳储量的38.94%，20～40、40～60和60～80 cm厚土层碳储量依次占土壤层碳储量的27.38%、19.32%、14.36%。

表1　尾巨桉中龄林生态系统碳含量

注:*为加权平均。

Note:* stands for weighted mean.

2.3乔木层年净固碳量根据尾巨桉人工林各器官年净生产力及碳含量计算其年净固碳量，结果表明4年生尾巨桉人工林年净生产力为24.30 t/(hm2·a)，年净固碳量为11.50 t/(hm2·a)，折合成CO2固定量42.17 t/(hm2·a)；林木各器官中年净固碳量以干材最大，占年净固碳量的66.09%，最小是树叶，仅占4.78%(表3)。

3结论与讨论

(1)由于不同树种的生物学及生态学特性差异，其碳含量及在各器官中的分布也会存在一定差异。该研究中尾巨桉各器官碳含量范围为454.80～478.50 g/kg，不同器官中碳含量由大到小依次为干材、树叶、干皮、树枝、树根，与马尾松[2]、杉木[3]、秃杉[6]和马占相思[5]等树种不完全一致，反映了不同树种碳累积与分布特性的差异。

表2　尾巨桉中龄林生态系统碳储量及其分配

表3尾巨桉中龄林乔木层年净固碳量

Table 3Annual net carbon fixation of overstorey ofE.urophylla×E.grandismiddle-aged plantationt/(hm2·a)

器官Organic年净生产力Annualnetproductivity年净固碳量Annualnetcarbonfixation折合CO2EquivalentCO2树叶Leaf1.170.552.02树枝Branch2.070.963.52干皮Bark1.920.903.30干材Stem15.877.6027.87树根Root3.281.495.46合计Total24.3011.5042.17

(2)桂西南4年生尾巨桉人工林生态系统碳储量为156.27 t/hm2，其中乔木层碳储量占生态系统总碳储量的29.44%；灌草层、凋落物层和林地土壤层碳储量分别占总碳储量的0.55%、2.11%和67.42%。乔木层中各器官碳储量所占比例，与其生物量所占比例相对应，其碳储量由大到小依次为干材、树根、树枝、干皮和树叶。

(3)我国森林年净固碳量平均值为5.54 t/(hm2·a)，其中落叶阔叶林平均值为4.60 t/(hm2·a)[11]。该研究相近区域的广西南丹县山口林场11、14年生杉木和秃杉人工林乔木层年净固碳量分别为2.82、3.29 t/(hm2·a)和3.82、4.64 t/(hm2·a)[2-3]；广西南宁市3.5年生和7年生厚荚相思人工林乔木层年净固碳量分别为5.84 t/(hm2·a)[12]和6.71 t/(hm2·a)[13]。该研究中尾巨桉4年生人工林乔木层年净固碳量为11.50 t/(hm2·a)，可见桂西南尾巨桉人工林具有很强碳吸存能力。由于4年生尾巨桉人工林处于速生阶段，具有较强生物量积累能力和碳汇潜力，而短轮伐期经营桉树人工林不利于林地地力的恢复和维持，因此合理经营和发展尾巨桉人工林，采取科学的经营管理措施，如增施有机肥，注意保留林地凋落物和草本、灌木等林下植被，同时适当延长轮伐期以培育经济价值更高的桉树大径材，将有利于林地地力的恢复和维持，促进尾巨桉人工林的可持续经营和发展。

参考文献

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Carbon Storage and Distribution of Middle-agedEucalyptusurophylla×E.grandisPlantation Ecosystem in Southwest Guangxi

LU Kai-cheng1,ZHANG Ming-hui1,LI Chun-ning1,HE Bin2*et al

(1.Guangxi Paiyangshan State Forest Farm,Ningming,Guangxi 532500;2. Forestry College of Guangxi University, Nanning,Guangxi 530004)

Abstract[Objective]To evaluate carbon sequestration ability and ecological benefits of Eucalyptus urophylla ×E.grandis plantation in southwest Guangxi.[Method] Standard plot method was taken to study the content,storage and distribution of carbon in 4-year-old E.urophylla ×E.grandis plantation in Ningming County of Guangxi Province.[Result] The carbon content in different organs of E.urophylla ×E.grandis trees ranged from 454.80 g/kg to 478.50 g/kg,which was in order as follow:stem>leaf>bark>branch>root.The carbon content in shrub,herb,litter floor were 463.50,442.70 and 453.40 g/kg,respectively.Carbon content in the soil (0-80 cm) was 8.89 g/kg,of which the carbon content of the topsoil (0-20 cm) was significantly higher than the other layers.The total carbon storage in E.urophylla ×E.grandis plantation ecosystems amounted to 156.27 t/hm2,of which overstorey of E.urophylla ×E.grandis trees stored 46.02 t/hm2 and accounted for 29.44%,and shrub layer stored 0.86 t/hm2 and accounted for 0.55%,herb layer plant stored 0.74 t/hm2 and accounted for 0.47%,litter floor plant stored 3.30 t/hm2 and accounted for 2.11%,and soil stored 105.35 t/hm2 and accounted for 67.42%.The annual net productivity of E.urophylla ×E.grandis trees was 24.30 t/(hm2·a),and annual net carbon fixation was up to 11.50 t/(hm2·a) ,amounted CO2 to 42.17 t/(hm2·a).[Conclusion] The E.urophylla ×E.grandis plantation in southwest Guangxi has a high capability in carbon sequestration.

Key wordsEucalyptus urophylla × E.grandis ; Middle-aged forest; Carbon content; Carbon storage; Carbon distribution

基金项目国家自然科学基金项目(31160152，31560206)；广西大学、广西国有派阳山林场重大科技合作项目(2013-3-8)。

作者简介卢开成(1975- )，男，广西那坡人，工程师，从事人工林培育技术工作。*通讯作者，教授，从事森林生态研究。

收稿日期2016-03-16

中图分类号S 718.55

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)12-171-03