以亚热带东部地区48年生樟(Cinnamomum camphora)人工林为研究对象, 探讨不同林下植被处理方式对植被和土壤碳储量的影响。研究结果表明: 1)林下植被抚育增加了植被的碳储量, 增幅为48.87%, 平均每年比未抚育林分增加了0.62 t·hm-2; 2)林下植被抚育降低了土壤有机碳含量, 降低幅度介于4.79%-34.13%之间, 其中0-10 cm、10-20 cm土层比未抚育林分分别降低了10.16 g·kg-1和8.58 g·kg-1, 差异达到显著水平(p < 0.05); 3)林下植被抚育降低了森林土壤碳储量, 降低幅度介于1.98%-43.45%之间, 其中0-10 cm和10-20 cm土层分别降低了15.39 t·hm-2和11.58 t·hm-2, 差异达到极显著水平(p < 0.01)和显著水平(p < 0.05); 4)林下植被抚育降低了森林生态系统总碳储量, 降低幅度为4.27%, 但差异不显著。因此, 林下植被抚育虽有利于植被碳储量的积累, 但降低了土壤有机碳含量和储量。
Aims Our objective was to document the effects of different forest management strategies on carbon storage in both vegetation and soil in a Cinnamomum camphora plantation. Methods We investigated the biomass of trees, shrubs, herb and the litter layer to calculate the carbon storage of vegetation and collected soil samples of 0-60 cm depth to analyze the soil carbon storage in a C. camphora plantation. Important findings The carbon storage of vegetation was higher in understory removal stands than that of non-removal stands, with an increase of 48.87% and an increment of 0.62 t·hm-2·a-1. The soil carbon content was lower when the understory vegetation was removed, with a significant decrease ranging from 4.79% to 34.13%, and a significant decline of 10.16 g·kg-1 and 8.58 g·kg-1 in the 0-10 and 10-20 cm layers, respectively (p < 0.05). Carbon storage in soil was reduced by understory removal treatment in each interval of 0-60 cm depth with a decrease ranging from 1.98% to 43.45% and an especially sharp decline of 15.39 t·hm-2 and 11.58 t·hm-2 in 0-10 cm (p < 0.01) and 10-20 cm (p < 0.01) layers, respectively. However, the total forest carbon storage in the C. camphora plantation was not significantly reduced by understory removal treatment. Therefore, understory removal contributed to the accumulation of carbon storage in vegetation, but lowered the soil carbon content and storage.
全 文 :植物生态学报 2013, 37 (2): 142–149 doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00015
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2012-10-09 接受日期Accepted: 2013-01-04
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: lizccaf@126.com)
林下植被抚育对樟人工林生态系统碳储量的影响
吴亚丛 李正才* 程彩芳 刘荣杰 王 斌 格日乐图
中国林业科学研究院亚热带林业研究所, 浙江富阳 311400
摘 要 以亚热带东部地区48年生樟(Cinnamomum camphora)人工林为研究对象, 探讨不同林下植被处理方式对植被和土壤
碳储量的影响。研究结果表明: 1)林下植被抚育增加了植被的碳储量, 增幅为48.87%, 平均每年比未抚育林分增加了0.62
t·hm–2; 2)林下植被抚育降低了土壤有机碳含量, 降低幅度介于4.79%–34.13%之间, 其中0–10 cm、10–20 cm土层比未抚育林分
分别降低了10.16 g·kg–1和8.58 g·kg–1, 差异达到显著水平(p < 0.05); 3)林下植被抚育降低了森林土壤碳储量, 降低幅度介于
1.98%–43.45%之间, 其中0–10 cm和10–20 cm土层分别降低了15.39 t·hm–2和11.58 t·hm–2, 差异达到极显著水平(p < 0.01)和显
著水平(p < 0.05); 4)林下植被抚育降低了森林生态系统总碳储量, 降低幅度为4.27%, 但差异不显著。因此, 林下植被抚育虽
有利于植被碳储量的积累, 但降低了土壤有机碳含量和储量。
关键词 碳储量, 樟人工林, 土壤有机碳含量, 林下植被抚育
Effects of understory removal on forest carbon storage in Cinnamomum camphora plantation
ecosystem
WU Ya-Cong, LI Zheng-Cai*, CHENG Cai-Fang, LIU Rong-Jie, WANG Bin, and GERI Le-Tu
Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang, Zhejiang 311400, China
Abstract
Aims Our objective was to document the effects of different forest management strategies on carbon storage in
both vegetation and soil in a Cinnamomum camphora plantation.
Methods We investigated the biomass of trees, shrubs, herb and the litter layer to calculate the carbon storage of
vegetation and collected soil samples of 0–60 cm depth to analyze the soil carbon storage in a C. camphora plan-
tation.
Important findings The carbon storage of vegetation was higher in understory removal stands than that of
non-removal stands, with an increase of 48.87% and an increment of 0.62 t·hm–2·a–1. The soil carbon content was
lower when the understory vegetation was removed, with a significant decrease ranging from 4.79% to 34.13%,
and a significant decline of 10.16 g·kg–1 and 8.58 g·kg–1 in the 0–10 and 10–20 cm layers, respectively (p < 0.05).
Carbon storage in soil was reduced by understory removal treatment in each interval of 0–60 cm depth with a de-
crease ranging from 1.98% to 43.45% and an especially sharp decline of 15.39 t·hm–2 and 11.58 t·hm–2 in 0–10 cm
(p < 0.01) and 10–20 cm (p < 0.01) layers, respectively. However, the total forest carbon storage in the C. cam-
phora plantation was not significantly reduced by understory removal treatment. Therefore, understory removal
contributed to the accumulation of carbon storage in vegetation, but lowered the soil carbon content and storage.
Key words carbon storage, Cinnamomum camphora plantation, content of soil organic carbon, understory re-
moval
20世纪以来, 大气CO2浓度逐渐升高、全球气
候变暖等因素逐渐改变着地球环境, 严重威胁着人
类的生存和发展。陆地, 特别是森林生态系统作为
大气重要的源与汇, 在维持全球碳收支方面起着重
要作用。森林生态系统碳储量约占全球陆地总碳储
量的46%, 森林生态系统除通过绿色植被吸收固持
生物量碳(约占全球植被碳库的77%)外, 森林土壤
也是一个不容忽视且稳定的有机碳库(约占全球土
壤碳库的39%) (IPCC, 2000)。
从20世纪70年代末开始, 我国森林碳储量和碳
密度的增加主要源于人工林面积的增加(方精云和
陈安平, 2001)。随着人工林面积和蓄积量的持续增
吴亚丛等: 林下植被抚育对樟人工林生态系统碳储量的影响 143
doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00015
加, 人工林在全球碳循环中占据了越来越重要的地
位。与天然林相比, 人工林是受人为控制的生态系
统类型, 其经营和管理是影响碳收支平衡的重要因
素(Jandl et al., 2007)。人工林土壤碳库是其整个生
态系统碳库的重要组成部分, 造林后的经营管理对
土壤碳库的微小改变都可能在很大程度上影响陆
地碳收支(Johnson, 1992; Sartori et al., 2007; Ber-
throng et al., 2009)。林下植被抚育是人工林经营中
利于目的树种生长的有效措施。目前, 林下植被抚
育对土壤养分影响的研究较多(杨承栋等, 1995; 俞
元春 , 1998; 何艺玲 , 2000; 莫江明等 , 2002;
Bret-Harte et al., 2004; Matsushima & Chang, 2007;
陈彩虹等, 2010; 李媛良等, 2011; Li et al., 2012)。此
外, 对土壤微生物影响(杨承栋等, 1995; Xiong et
al., 2008; Wu et al., 2011; Zhao et al., 2011)、对凋落
物影响(莫江明等, 2002; 李媛良等, 2011; Liu et al.,
2012)、对土壤理化性质影响(Kobayashi et al., 2006;
邓宝珍, 2007; 王文杰等, 2008; Yildiz et al., 2011)的
研究也有报道, 但林下植被抚育对人工林生态系统
碳储量的影响还很欠缺。因此, 开展林下植被抚育
对人工林生态系统碳储量影响的研究, 尤其在亚热
带地区, 对于全球森林碳储量和碳循环有着重要意
义, 同时, 为更好地经营和管理人工林、提高人工
林碳密度和碳储量提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
研究区域位于浙江省富阳市中国林业科学研
究院亚热带林业研究所内的实验林场 (119°56′–
120°02′ E, 30°03′–30°06′ N), 属于北亚热带季风气
候, 气候湿润, 雨量充沛, 年平均气温16.2 , ℃ 年
降水量1 464 mm, 无霜期237天。土壤为石英、长石
砂岩上发育的微酸性红壤。该地区历史上为森林地
带, 顶级群落是亚热带常绿落叶阔叶林。由于过去
对木材、薪炭需求量的增加以及农业活动的频繁,
该地区天然原始林大多已遭到破坏, 森林被砍伐,
转化为次生林、农业用地和人工林等。该区域地处
山地丘陵地带 , 试验样地樟 (Cinnamomum cam-
phora)人工林是通过皆伐残次次生林改造而来的,
人工造林时间在1964年冬季, 初植密度为4 m × 4
m。造林后林下植被抚育(understory removal, 简称
UR)的试验林分, 每4–5年进行一次林下植被抚育
管理, 伐倒林下灌木, 割除林下草本(灌木和草本植
物均保留于林分地表)。林下植被抚育和未抚育的林
分除了受到雪灾和风灾等自然因素的干扰以外, 均
没有受到其他人为因素的干扰。目前, 林下植被未
抚育(understory unremoval, 简称UU)的林分形成了
以樟、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、檵木(Lorope-
talum chinensis)为主的复层混交林林分结构, 而林
下植被抚育的林分则形成了樟纯林。样地的基本情
况见表1。
1.2 样地调查和土壤采集分析
2012年7月, 在研究区域林下植被抚育的樟林
内设立5个调查样地(20 m × 20 m), 同时, 在未进行
林下植被抚育的林分内, 选取相似的立地条件(坡
向均为阳坡, 坡度均为15°左右, 成土母质为石英、
长石砂岩发育的微酸性红壤)且具有可比性的调查
样地5个(20 m × 20 m)。在每个样地内进行每木调查
(测量树高、胸径), 计算出平均树高、胸径, 再根据
计算结果确定标准木, 按生物量模型法估算乔木树
种生物量, 对选中的标准木根据树干(去皮)、干皮、
枝条、叶片和根系的大小和部位, 取一部分带回实
验室, 测定样品的含碳率。在每个样地内按S形布设
2 m × 2 m、1 m × 1 m的小样方各5个, 采用收获法
表1 研究样地基本情况(平均值±标准偏差)
Table 1 Basic situation of experimental plots (mean ± SD)
林分类型
Stand type
主要植物
Main plant species
树高
Tree height
(m)
胸径
DBH
(cm)
立木密度
Stem density
(株·hm–2)
林龄
Stand age
(a)
郁闭度
Canopy
density
坡向
Slope
aspect
林下植被
Understory
vegetation
抚育
UR
樟
Cinnamomum camphora
13.5 ± 1.07 18.96 ± 1.98 917 ± 88 48 0.9 阳坡
Sunny
slope
无灌木, 少量草本
With few shrubs
and a few herbs
未抚育
UU
樟、青冈、檵木
Cinnamomum camphora,
Cyclobalanopsis glauca, and
Loropetalum chinensis
10.0 ± 0.59 10.58 ± 2.62 1 658 ± 300 48 0.9 阳坡
Sunny
slope
灌草丛生
With lots of shrubs
and herbs
DBH, diameter at breast height; UR, understory removal; UU, understory unremoval.
144 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2013, 37 (2): 142–149
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测量灌木(2 m × 2 m)、草本和凋落物(1 m × 1 m)生
物量, 并取部分新鲜的灌木、草本和凋落物带回实
验室, 85 ℃烘干至恒重, 测定其含水率和含碳率,
根据现场实测灌木、草本和凋落物的鲜重, 分别估
算其生物量。
在每个样地内, 用S形布设法, 于样地内布设5
个点, 除去枯枝落叶层后, 用5 cm内径的土钻按
0–10 cm、10–20 cm、20–30 cm、30–40 cm、40–50 cm、
50–60 cm 6个层次分层采集土壤样品, 然后将每个
样地内同一层次的土样进行混合, 按四分法取土,
带回实验室, 自然风干, 去杂质, 过2 mm筛, 用重
铬酸钾外加热法测定土壤总有机碳(中国科学院土
壤研究所, 1978)。采用环刀法分别测定0–60 cm各层
土壤容重(每一种林下植被处理类型各重复5次)。
1.3 计算方法
本次试验中, 樟树种生物量根据樟各器官生物
量与胸径的回归模型(姚迎九等, 2003)来测算, 青
冈、檵木等常绿伴生乔木树种生物量的估算详见冯
宗炜等(1999)的论著。植被和枯落物碳储量的估算
方法都是在测定出生物量的基础上乘以含碳率求
得的。不同森林植被因其群落组成、年龄结构、林
分起源的差异, 含碳率略有不同, 本文采用实测含
碳率进行植被和凋落物碳储量的估算。
根据土壤有机碳含量、土壤容重和土层深度来
计算土壤有机碳储量:
土壤有机碳储量=∑
=
××
n
i
iii DdC
1
)(
式中, i表示土壤层次, Ci表示土壤有机碳含量, di表
示土壤容重, Di表示土层深度。
1.4 统计分析方法
实验数据用Excel进行处理, 通过SPSS 19.0软
件的t检验两样本均数比较的方法对不同林下植被
处理的各项指标进行差异显著性检验。
2 结果和分析
2.1 不同处理林分植被有机碳储量比较
表2表明, 除林下灌木外, 抚育处理林分中乔
木层、草本层和凋落物层有机碳储量均高于未抚育
处理林分, 植被总碳储量的差异达到显著水平, 其
中, 乔木各器官(树叶除外)和灌木中有机碳储量的
差异达到显著水平。抚育处理林分植被总碳储量比
未抚育处理林分净增加29.75 t·hm–2, 平均每年比未
抚育林分多积累0.62 t·hm–2; 未抚育处理林分中灌
木虽未被清除, 但其碳储量所占植被总碳储量的比
例较小(1.43%), 草本层有机碳储量几乎没有差别;
抚育处理林分中凋落物有机碳储量比未抚育处理
林分高0.45 t·hm–2, 但差异不显著; 抚育处理林分
植被总碳储量比未抚育处理林分高48.87%, 地上植
被碳储量主要集中在乔木层, 占植被总碳储量的
90%以上。
2.2 不同处理下林分土壤有机碳含量的比较
表3表明, 在0–60 cm土壤各层中, 抚育处理林
分土壤有机碳含量低于未抚育处理林分, 变化幅度
介于4.79%–34.13%之间, 0–10 cm和10–20 cm土层
有机碳含量比未抚育林分分别降低2 8 . 0 4 %和
34.13%, 且差异达到显著水平(p < 0.05)。土壤有机
碳含量在表层(0–10 cm)均为最高, 并随土层的加深
而呈现出降低趋势, 但抚育和未抚育林分土壤有机
表2 不同处理下林分植被有机碳储量比较(平均值±标准偏差)
Table 2 Comparison of vegetation organic carbon storage in the stands under different treatments (mean ± SD)
乔木层
Arborous layer
林下植被
Understory vegetation
处理
Treatment
树干 Trunk 树皮 Bark 树枝 Branch 叶 Leaf 根 Root 灌木 Shrub 草本 Herb
凋落物层
Litter layer
合计
Total
抚育 UR (t·hm–1) 36.64 ± 5.25a 6.06 ± 0.85a 26.36 ± 4.14a 3.40 ± 0.45 14.55 ± 1.98a 0.07 ± 0.01a 0.06 ± 0.02 3.48 ± 0.86 90.62 ± 12.53a
未抚育 UU (t·hm–1) 23.88 ± 3.29b 4.05 ± 0.52b 16.00 ± 2.72b 2.65 ± 0.24 10.33 ± 1.13b 0.87 ± 0.48b 0.05 ± 0.05 3.03 ± 0.21 60.87 ± 8.19b
增加幅度
Increment (%) 53.43 49.68 64.78 28.09 40.85 –92.18 2.96 14.80 48.87
年变化量
Annual variation
(t·hm–1·a–1)
0.27 0.04 0.22 0.02 0.09 0.62
同列中不同小写字母表示差异显著(p < 0.05)。
UR, understory removal; UU, understory unremoval. Values within the same column with different lowercase letters are significantly different at p <
0.05.
吴亚丛等: 林下植被抚育对樟人工林生态系统碳储量的影响 145
doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00015
表3 不同处理下林分土壤有机碳含量比较(平均值±标准偏差)
Table 3 Comparison of content of soil organic carbon in the stands under different treatments (mean ± SD)
同列中不同小写字母表示差异显著(p < 0.05)。
UR, understory removal; UU, understory unremoval. Values within the same column with different lowercase letters are significantly different at p <
0.05.
表4 不同处理下林分土壤有机碳储量比较(平均值±标准偏差)
Table 4 Comparison of storage of soil organic carbon in the stands under different treatments (mean ± SD)
土层 Soil layer 处理
Treatment 0–10 cm 10–20 cm 20–30 cm 30–40 cm 40–50 cm 50–60 cm
合计
Total
抚育 UR (t·hm–1) 25.56 ± 3.72A 15.07 ± 2.74a 12.88 ± 1.34 13.99 ± 1.53 12.23 ± 2.18 11.86 ± 2.33 91.59a
未抚育 UU (t·hm–1) 40.95 ± 4.19B 26.65 ± 4.01b 18.09 ± 3.78 18.06 ± 5.65 13.62 ± 4.31 12.10 ± 4.20 129.47b
降低幅度 Decrease (%) 37.58 43.45 28.80 22.54 10.21 1.98 29.26
年变化量
Annual variation (t·hm–1·a–1)
–0.32 –0.24 –0.11 –0.08 –0.03 –0.01 –0.79
同列中不同小写字母表示差异显著(p < 0.05); 同列中不同大写字母表示差异极显著(p < 0.01)。
UR, understory removal; UU, understory unremoval. Values within the same column with different lowercase letters are significantly different at p <
0.05. Values within the same column with different uppercase letters are significantly different at p < 0.01.
碳含量随土层的加深降低的程度不同。相比于未抚
育处理林分, 抚育林分0–10 cm土层有机碳含量平
均每年减少0.21 g·kg–1, 0–60 cm土壤各层年均降低
幅度介于0.01–0.21 g·kg–1之间。
2.3 不同处理下林分土壤有机碳储量比较
表4表明, 种植48年后, 抚育处理林分的土壤
有机碳储量比未抚育处理林分少积累了 37.88
t·hm–2, 差异达到显著水平, 在0–60 cm土壤各层中,
抚育处理林分土壤碳储量均低于未抚育处理林分,
降低幅度介于1.98%–43.45%之间, 其中, 0–10 cm和
10–20 cm土层有机碳储量比未抚育处理分别降低
37.58%和43.45%, 差异达到显著(p < 0.05)或极显著
水平 (p < 0.01), 分别占减少总量的 40.63%和
30.57%; 两种处理中, 表层(0–10 cm)碳储量均达到
最大, 且有机碳储量主要集中于0–20 cm, 分别占
土壤总碳储量的44.36%和52.21%; 同时, 土壤碳储
量随土壤深度的增加而呈降低趋势, 但降低幅度不
同。与未抚育处理林分相比, 抚育处理林分在0–10
cm层土壤碳储量平均每年少积累0.32 t·hm–2, 0–60
cm各层平均每年比未抚育处理林分减少0.01–0.32
t·hm–2。
2.4 不同林下植被处理方式森林生态系统碳储量
的比较
森林生态系统有机碳库包括植被(乔木、灌木、
草本、凋落物)和土壤两部分。由图1可知, 抚育处
理林分土壤碳储量比未抚育处理林分低29.26% (p
< 0.05), 差异显著; 地上植被碳储量比未抚育处理
林分高48.87% (p < 0.05), 差异显著, 与未抚育处理
林分相比, 经林下植被抚育处理的樟人工林生态
系统总碳储量降低了4.27% (8.13 t·hm–2), 差异不
显著。
3 结论和讨论
本文以北亚热带东部48年生樟人工林为研究
对象, 通过对不同林下植被处理方式对森林生态系
统有机碳储量影响的差异分析, 进而分析不同抚育
方式对森林生态系统碳储量的影响。
抚育处理林分植被碳储量高于未抚育处理林
分(净增加29.75 t·hm–2), 其中乔木生物量的贡献率
最大, 这是由于早期对林分进行抚育管理, 减少了
林下灌木和杂草对土壤养分和水分的竞争, 有利于
乔木树种的生长, 促进了乔木树种生物量的积累。
土层 Soil layer 处理
Treatment 0–10 cm 10–20 cm 20–30 cm 30–40 cm 40–50 cm 50–60 cm
抚育 UR (g·kg–1) 26.08 ± 3.79a 16.56 ± 3.01a 13.42 ± 1.40 12.38 ± 1.36 11.32 ± 2.02 11.52 ± 2.26
未抚育 UU (g·kg–1) 36.24 ± 3.71b 25.14 ± 3.79b 18.84 ± 3.93 15.84 ± 4.96 13.49 ± 4.27 12.10 ± 4.20
降低幅度 Decrease (%) 28.04 34.13 28.77 21.84 16.09 4.79
年变化量
Annual variation (g·kg–1·a–1) –0.21 –0.18 –0.11 –0.07 –0.05 –0.01
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图1 樟人工林生态系统总碳储量。两种林分总碳储量(植被
层和土壤层)差异不显著。
Fig. 1 Total carbon storage in Cinnamomum camphora plan-
tation ecosystem. UR, understory removal; UU, understory
unremoval. Difference of total carbon storage (vegetation and
soil layers) between the two stands are not significant.
Busse等(1996)在林下植被对西黄松(Pinus ponder-
osa)长期影响的研究中发现, 林下植被的竞争在树
木生长前12年影响断面积的增加, 前16年影响材积
增长, 前20年影响树高生长, 林下灌草的清除, 减
少了其对乔木生长所需土壤水分及养分的竞争, 在
树木生长初期有利于乔木生物量的积累。Monleon
等(1999)研究发现 , 林下草本植物在美国花旗松
(Pseudotsuga menziesii)生长的前5年显著影响其材
积生长量。这些研究表明, 林下植被抚育措施在林
分生长初期有利于树木的生长和生物量的积累, 进
而促进植被有机碳的积累。林下植被通过自身的生
命活动不断改变着林下微环境, 且林下植被凋落物
的数量和成分在很大程度上影响了凋落物的分解
和养分的归还(杨昆和管东生, 2006)。何艺玲和傅懋
毅(2002)在人工林林下植被研究中发现: 在林分未
郁闭前, 清除杂草可以明显地影响上层乔木的树
高、基面积及每hm2总材积等指标, 而灌木由于其特
有的地下系统和对水分和养分的竞争力, 比草本对
于林木生长和更新有更大的影响。因此, 林下植被
清除有利于幼龄林林木生长和生物量的积累, 林下
植被抚育对森林生态系统植被碳库的积累有一定
作用。
研究表明, 抚育处理林分0–60 cm各土壤层有
机碳含量都低于未抚育处理林分, 0–10 cm和10–20
cm土层有机碳含量分别降低了28.04%和34.13%,
且差异达到显著水平, 这与Yildiz等(2011)研究中清
除林下灌草使0–15 cm土层有机碳含量降低26.35%
的结果相接近。这主要是因为土壤有机碳含量主要
取决于植被的归还量和分解速率(刘荣杰等, 2012),
未抚育林分由于保留灌木和草本, 且灌木生物量高
(灌木林细根系数量多, 而且周转快, 根系分泌物
也多), 而且林下植被未抚育林分的较高的立木密
度和形成的复层林分结构也有利于增加土壤有机
碳的输入, 因此未抚育的林分土壤有机碳的输入量
要高于抚育林分。Busse等(1996)认为, 根系的分解
和周转是森林土壤有机碳输入的主要来源。而地表
有灌木和草本植物覆盖时, 凋落物和根系及其分泌
物增加了碳素的输入量。有研究表明, 土壤有机质
的稳定性(腐殖质形成)也是土壤有机碳含量增加的
原因(Johnson, 1995)。孙万吉(2000)在研究落叶松林
下植被时发现, 保留林下植被可加速枯枝落叶的分
解, 有利于土壤腐殖质的积累。刘世荣等(2011)认
为, 森林凋落物的归还数量及其质量的改变是造成
土壤有机碳含量降低的主要原因, 水土流失和营林
措施对土壤的扰动会加速土壤有机质的分解或流
失。有林下植被覆盖的森林土壤表层细根生物量比
无林下植被的森林土壤多(Kume et al., 2003), 其本
身的生物量和根系分泌物及细根对土壤稳定性的
作用均有利于土壤有机碳的积累。因此, 在一定程
度上, 林下灌草的清理降低了土壤有机碳含量。
两种不同处理林分中, 土壤有机碳储量均主要
集中于0–20 cm土层, 与已有研究(孙维侠等, 2004;
陶玉华等, 2012)结论一致。抚育处理林分中各层土
壤碳储量均低于未抚育处理林分, 其中0–10 cm、
10–20 cm土层土壤碳储量差异达到显著水平, 与未
抚育林分相比, 抚育林分土壤有机碳储量的降低主
要集中在0–20 cm土层, 占降低总量(37.88 t·hm–2)的
71.20%。土壤碳库大小取决于生物物质输入量、分
解释放碳量和进入水系统的损失碳量间的关系, 与
气候、干扰因子特征(时间、强度、方式等)及地上
部分生物量变化密切相关(马少杰等, 2010)。有研究
表明, 清除林下植被可降低凋落物的分解速率(Wu
et al., 2011; Liu et al., 2012), 减少有机碳的输入量,
同时, 清除林下植被后可使土壤温度升高(Wang et
al., 2011; Liu et al., 2012), 从而促进了微生物的活
动, 与保留林下植被的林分相比, 加快了有机质的
分解。因此, 林下植被清除所引起的光照、土壤
温度和湿度等林内条件的改变(张鼎华等 , 2011;
吴亚丛等: 林下植被抚育对樟人工林生态系统碳储量的影响 147
doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00015
Matsushima & Chang, 2006; 王文杰等, 2008; Kim et
al., 2009; Tian et al., 2010), 在一定程度上间接地影
响了土壤碳储量。
本研究提供了林下植被抚育对矿质土壤中有
机碳含量和碳储量影响的长期变化依据, 表明了林
下植被在维持和增加土壤有机碳库中的作用。虽然
林下植被抚育增加了植被的碳储量, 但林下植被的
清除降低了土壤有机碳含量和碳储量。从本研究结
果看, 林下植被清除降低了樟人工林生态系统总有
机碳储量。林下植被抚育措施对于森林生态系统碳
储量的影响需要进一步深入研究。林下植被抚育措
施要结合人工林的用途适时进行。对于薪炭林、用
材林(亚热带地区杉木、松树等)等以收获木材为主
要目的的人工林, 长期的林下植被抚育措施(特别
是早期对林分进行抚育管理)有利于目的树种的生
长和生物量的积累, 使碳以稳定的形式存在于目的
树种采伐利用后的木材加工品中。而对于防护林、
特种用途林等以生态效益为主要目的的人工林, 在
树木生长早期进行适当的林下植被抚育, 可以尽快
促使林分郁闭, 改善林地的生态环境, 提早发挥林
分生态防护功能; 在林分生长后期, 减少林下植被
抚育措施, 可以促进林内其他耐阴树种的生长, 促
使林分形成以目的树种为优势种, 同时有其他伴生
树种共存的复层混交的林分结构, 在不损失大量碳
的基础上, 能更好地发挥其森林生态服务功能。
基金项目 中国林业科学研究院亚热带林业研究
所基本科研业务费重点项目(RISF6152)、浙江省重
点科技创新团队项目(2010R50030)和浙江省自然科
学基金项目(LY12C03012)。
致谢 感谢国家林业局经济林产品质量检验检测
中心(杭州)在室内分析工作中给予的帮助。
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责任编委: 周国逸 责任编辑: 王 葳