全 文 ：doi10. 16473 / j. cnki. xblykx1972. 2015. 04. 026
36 年生顶果木人工林生态系统碳密度及其分配格局
*
卢志锋1，杜佩莲1，李元强1，吴庆标2，吕曼芳1
(1. 广西国有维都林场，广西 来宾 546100;2. 广西大学林学院，广西 南宁 530005)
摘要:对广西来宾市维都林场 36 年生顶果木人工林生态系统碳含量、碳密度及其分配格局进行了研究。结果表
明，乔木层不同器官平均碳含量为 501. 7 g /kg，介于 483. 40 ～ 516. 95 g /kg之间，表现为:树叶 ＞树干 ＞根兜 ＞
粗根 ＞枯枝 ＞中根 ＞鲜枝 ＞细根 ＞树皮;生态系统碳密度为 554. 89 t·c /hm2，其中乔木层和土壤层为主要的碳
库，分别为 406. 60 t·c /hm2、143. 72 t·c /hm2;不同层次表现为乔木层 (占总量 73. 28 %) ＞土壤层 (25. 90
%) ＞灌木层 (0. 55 %) ＞凋落物层 (0. 25 %) ＞草本层 (0. 02 %)。顶果木年净固碳量为 32. 18 t·c / (hm2
·a) ，净碳素累积量为 11. 29 t·c / (hm2·a) ，具有很高的固碳能力。
关键词:顶果木;人工林;碳含量;碳密度;分配格局
中图分类号:S 792. 99 文献标识码:A 文章编号:1672 － 8246 (2015)04 － 0137 － 05
The Carbon Density and Distribution Patterns of 36-year-old
Acrocarpus fraxinifolius Plantation Ecosystem
LU Zhi-feng1，Du pei-lian1，Li yuan-qiang1，Wu qing-biao2，Lv man-fang1
(1. Guangxi State-owned Weidu Forestry Farm，Laibin Guangxi 546100，P. Ｒ. China;
2. Guangxi University Forestry College，Nanning Guangxi 530005，P. Ｒ. China)
Abstract:The carbon content，accumulation and distribution of 36-year-old standing forest of Acrocarpus fraxinifo-
lius plantation ecosystem was studied in Guangxi State-owned Weidu Forestry Farm，Laibin City． The results
showed that the average carbon content in different organs of the tree layer was 501. 7 g /kg，ranged from 483. 40
g /kg to 516. 95 g /kg，with the order of leaf ＞ trunk ＞ root tip ＞ coarse root ＞ dead branch ＞ middle root ＞ flesh
branch ＞ fine root ＞ bark． The total carbon density in Acrocarpus fraxinifolius plantation ecosystem was 554. 89 t·
c /hm2，tree layer and soil layer were the main carbon pool，both reached 406. 60 t·c /hm2，143. 72 t·c /hm2，
respectively;different gradations showed tree layer (account for 73. 28 % of the total) ＞ soil layer (25. 90 %) ＞
shrub layer (0. 55 %) ＞ litter layer (0. 25 %)＞ herb layer (0. 02 %)． The annual carbon fixation of Acrocarpus
fraxinifolius plantation was 32. 18 t·c / (hm2·a) ，and net carbon accumulation was 11. 29 t·c / (hm2·a) ，
being related with high carbon sequestration ability．
Key words:Acrocarpus fraxinifolius;plantation;carbon content;carbon density;distribution pattern
顶果木 (Acrocarpus fraxinifolius)属国家三级
重点保护稀有种，是苏木科顶果木属落叶大乔木，
分布于广西南部、西部，贵州西部 (六盘水)和
云南南部、西南部至西部;国外分布于缅甸、斯里
兰卡、印度、印度尼西亚、马来西亚等热带和南亚
热带地区［1 ～ 3］。其树干材通直圆满，材质好，少有
第 44 卷 第 4 期
2015 年 8 月
西 部 林 业 科 学
Journal of West China Forestry Science
Vol. 44 No. 4
Aug. 2015
* 收稿日期:2015 － 03 － 04
基金项目:国家自然科学资金项目《赤红壤区粘土矿物及铁铝氧化物对土壤有机碳的稳定机制》(31260121) ，广西林业科技项目
《珍贵树种顶果木人工林综合技术研究》(桂林科字 ［2013］ 第 19 号)。
第一作者简介:卢志锋 (1969 －) ，男，工程师，主要从事营林技术与管理研究。E-mail:Lzf3977662830@ 163. com
通讯作者简介:吴庆标 (1977 －)男，副教授，博士，主要从事碳循环研究。E-mail:wuqb2003@ 163. com
分支，常用做家具、装修用材;树形美观，常用于
道路两旁绿化。此外，顶果木具有发达的根系、宽
大的冠幅和丰富的林分凋落物，在涵养水源、保持
水土和改良土壤等方面具有很强的功效，用于石山
岩溶地区石漠化治理和荒山绿化效果显著［4 ～ 5］。
2011 年广西壮族自治区印发了 《自治区林业厅关
于加快珍贵树种发展的意见》，其中顶果木属于重
点发展珍贵树种之一。目前对顶果木的研究集中在
形态特征及林学特性［6］、病虫害［7］、育苗造
林［2 ～ 3，8］、种子及苗木的栽培技术［9］、人工林生长
规律［10］、生产力及木材材性及耐旱抗旱性等方
面［11］。此外，吕曼芳研究了 36 年生的顶果木的生
物量，结果显示单株平均生物量为 1 463. 87
kg /株［12］。截至目前尚未见有关顶果木碳汇功能研
究的报道。
本研究在已有的生物量研究基础上，通过对
36 年生顶果木人工林生态系统碳含量、碳密度及
其分配格局进行研究，旨在深入了解顶果木林碳汇
潜力及其分配规律，同时估算其年净固碳量及碳素
累积量，为珍贵树种顶果木保护和发展提供理论依
据，也为碳汇森林营造提供参考。
1 材料与方法
1. 1 样地概况
试验地位于广西来宾市维都林场，属于亚热带
季风气候区，气候温和，雨量充沛，日照充足，具
备典型的亚热带季风气候特征。平均海拔 125 m，
年均日照 1 325 ～ 1 734 h;平均年降水量1 225 ～
1 942 mm;年平均气温 18. 1 ～ 21. 2℃。土壤为砂
页岩红壤，土层平均厚度 80 cm以上。顶果木人工
林于 1976 年春季采用实生苗造林，林分密度 550
株 /hm2，平均胸径和树高分别为 37. 37 cm、28. 73
m，郁闭度为 0. 8。林下植被比较丰富，其中灌木
以阴香 (Cinnamomum burmannii)幼树、小叶女贞
(Ligustrum quihoui)、翻白叶 (Pterospermum hetero-
phyllum)幼树为优势种，分布有少量的水苎麻
(Boehmeria macrophylla)、猪肚簕 (Ｒandia spi-
nosa)、玉叶金花 (Mussaenda pubescens)等;草本
层以半边旗 (Pteris semipinnata)、渐尖毛蕨 (Cy-
closorus acuminata)、弓果黍 (Cyrtococcum patens)
为优势种，还有少量的茅莓 (Ｒubus parvifolius)、
凤尾蕨 (Pteris cretica)等;枯落物层厚度约为 2 ～
3 cm［10］。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 植被采集
在林地内选择具有代表性的 3 个标准样地
(面积为 400 m2)进行每木检尺，得到 3 株平均
木，采用收获法测定其生物量，具体测定方法如
下: (1)树干和树皮采用 Monsic 分层切割法，切
割后分段称取鲜重，于树干的上中下位置各锯取厚
度 5 cm左右的圆盘作为样品待测，现场测定树皮
率;枝条和树叶采用全测法，现场将树叶全部剥离
树枝称重，并将鲜枝和枯枝分开称取全重，再分别
取约 500 g的待测样品;根系采用全根挖掘法，按
照其直径大小分为根兜、粗根 (d≥2. 0 cm)、中
根 (0. 5 cm ＜ d ＜ 2. 0 cm)和细根 (d≤0. 5 cm)
进行取样［13］。(2)布设 3 个 5 m ×5 m的样方对林
下灌木进行调查，采用收获法测定其生物量，并分
别对灌木层叶子、枝条和主干、根系分开取样待
测;另布设有 5 个面积为 1 m × 1 m 的小样方对草
本层和凋落物层进行调查，分别称取样方内二者鲜
重并采集样品待测。 (3)将采集的植物样品在
80℃恒温下烘至恒重、粉碎装瓶待测。
1. 2. 2 土壤采集
本研究统一计算 1 m深度土壤碳密度。分别于
每个标准地内布设 3 个采样点，兼顾上中下坡，于
采样点内挖开大于 100 cm 深度剖面，采集 0 ～ 20
cm、20 ～ 40 cm、40 ～ 60 cm、60 ～ 80 cm、80 ～ 100
cm层土壤样品，将同一样地内相同层次土壤样品
按比例混合，共 3 个重复，经风干、研碎，过筛后
装瓶待测。用环刀法测定土壤密度。
1. 2. 3 碳素测定
本研究采用元素分析仪 (Vario EL Ⅲ)测定
植物和土壤样品碳素含量。
1. 2. 4 相关计算
(1)植被碳密度 植物和地表现存凋落物碳密
度以其生物量或现存量乘以其碳素含量计算得到，
即:碳密度 (t·c /hm2) = ∑ (Ci × Mi) /1 000。
其中，Ci 为植被各器官 /组分碳含量 (g /kg) ，Mi为
植被各器官 /组分对应生物量 (t·c /hm2)。
(2)土壤碳密度 土壤有机碳含量、土壤容
重和土壤厚度三者的乘积［14］。即:As =∑0. 1 × Hi
× Bi × Oi。式中，As 为土壤碳或其他元素储量
(t·c /hm2) ;0. 1 为单位换算系数，Hi为第 i 层土
壤的平均厚度 (cm) ;Bi 为第 i层土壤的平均容重
(g /cm3) ;Oi 为第 i层土壤的平均碳含量 (g /kg)。
(3)年净固碳量 年净固碳量即为植物各器
831 西 部 林 业 科 学 2015 年
官碳密度除以对应器官的年龄累加而得。即:年净
固碳量〔t·c / (hm2·a)〕 =∑ (T /a)。其中，T
为乔木层各个器官碳密度 (t·c /hm2) ，a 为用于
计算各个器官的年龄 (树叶、鲜枝和枯枝用 4 年
计算，其余器官均按 36 年计算)。
(4)净碳素累积量 植物各器官碳密度除以
植物实际年龄。计算公式同 (3)。
1. 2. 5 数据处理
原始数据的分析整理采用 Excel 2003 和统计软
件 SPSS进行统计分析。
2 结果与分析
2. 1 顶果木人工林生态系统碳含量
2. 1. 1 乔木层碳含量
如图 1 所示，36 年生顶果木人工林乔木各器
官碳含量介于 483. 40 ～ 516. 95 g /kg 之间，平均含
量为 501. 7 g /kg，表现为树叶 (516. 95 g /kg) ＞
树干 (510. 19 g /kg) ＞根兜 (503. 83 g /kg) ＞粗
根 (503. 38 g /kg) ＞枯枝 (501. 22 g /kg) ＞中根
(497. 63 g /kg) ＞ 鲜枝 (496. 34 g /kg) ＞ 细根
(490. 45 g /kg) ＞树皮 (483. 40 g /kg) ，各器官间
差异显著 (P ＜ 0. 05)。多重比较显示，除树叶和
树皮外，顶果木其他器官平均碳含量比较均匀，其
中的差异可能与器官的生理代谢、纤维化、木质化
或老化程度有关。树叶作为固碳场所其碳含量最
高，代谢活动最弱的树皮则最低。
图 1 顶果木人工林乔木层不同器官及林下植被碳含量
Fig. 1 Carbon content in tree layers and undergrowth of
Acrocarpus fraxinifolius plantation ecosystem
2. 1. 2 林下植被、凋落物及土壤层碳含量
由图 1 可知，顶果木人工林林下灌木、草本及
凋落物碳含量分别为 501. 40 g /kg、352. 00 g /kg、
486. 00 g /kg，表现为灌木 ＞ 凋落物 ＞ 草本;灌木
和凋落物与乔木各器官碳含量水平接近，草本要明
显偏低，可能与草本以蕨类为主有关。土壤层 0 ～
20 cm、20 ～ 40 cm、40 ～ 60 cm、60 ～ 80 cm、80 ～
100 cm层碳含量分别为 14. 89 g /kg、13. 71 g /kg、
8. 83 g /kg、5. 82 g /kg、5. 72 g /kg。由图 2 可知，
土壤 0 ～ 40 cm 含量较为接近且明显高于下层，表
层土壤在淋溶作用、根系枯死、土壤动物和微生物
等共同作用下，能吸附和固存更多的碳;60 ～ 100
cm含量较低且相对稳定。
图 2 顶果木人工林土壤层碳含量
Fig. 2 Carbon content in soil layers of Acrocarpus fraxinifolius
plantation ecosystem
2. 2 顶果木人工林生态系统碳密度
2. 2. 1 乔木层碳密度
由表 1 可知，36 年生顶果木人工林植被层碳
密度为 411. 17 t· c /hm2，其中乔木层碳密度达
406. 60 t·c /hm2，占植被层的 98. 89 %，林下灌
草和凋落物仅占极小部分。乔木层不同器官碳密度
表现为树干 ＞鲜枝 ＞根蔸 ＞树皮 ＞树叶 ＞粗根 ＞枯
枝 ＞中根 ＞细根，乔木层碳密度主要集中在树干，
占乔木层 57. 23 %，与生物量有直接的关系。
2. 2. 2 林下植被、凋落物及土壤层碳密度
由表 1 可知，林下植被及凋落物碳密度表现为
灌木层 ＞凋落物层 ＞草本层，三者在人工林植被层
碳密度中所占比例小，仅占 1. 11 %，人工林碳主
要储存在乔木层。土壤容重随着深度而渐变大，碳
密度则相反。由表 2 可知，土壤总碳密度为
143. 72 t·c /hm2，其中 0 ～ 20 cm、20 ～ 40 cm、40
～ 60 cm、60 ～ 80 cm、80 ～ 100 cm 碳密度分别为
37. 08 t·c /hm2、40. 88 t·c /hm2、27. 47 t·c /hm2、
931第 4 期 卢志锋等:36 年生顶果木人工林生态系统碳密度及其分配格局
18. 73 t·c /hm2、19. 56 t·c /hm2，0 ～ 20 cm 层碳
密度稍低于 20 ～ 40 cm层，主要受土壤密度影响。
表 1 顶果木人工林生态系统植被层碳密度
Tab. 1 Carbon density in vegetation layers of Acrocarpus
fraxinifolius plantation ecosystem
器官
碳密度
/ t·c·hm －2
占乔木层
/%
占植被层
/%
树叶 6. 81 ± 0. 04 1. 67 1. 66
鲜枝 84. 09 ± 1. 23 20. 68 20. 45
枯枝 3. 10 ± 0. 05 0. 76 0. 75
树皮 19. 31 ± 0. 30 4. 75 4. 70
树干 232. 71 ± 10. 36 57. 23 56. 60
根蔸 54. 07 ± 0. 48 13. 30 13. 15
粗根 5. 68 ± 0. 03 1. 40 1. 38
中根 0. 76 ± 0. 02 0. 19 0. 18
细根 0. 08 ± 0. 00 0. 02 0. 02
小计 406. 60 ± 12. 32 100. 00 98. 89
灌木 3. 03 ± 0. 07 0. 74
草本 0. 13 ± 0. 01 0. 03
凋落物 1. 41 ± 0. 03 0. 34
总计 411. 17 ± 12. 39 100. 00
表 2 顶果木人工林生态系统土壤层碳密度
Tab. 2 Carbon density in soil layers of Acrocarpus
fraxinifolius plantation ecosystem
土壤深度 /cm
土壤密度
/g·cm －3
碳密度
/ t·c·hm －2
0 ～ 20 1. 245 ± 0. 06 37. 08 ± 1. 15
20 ～ 40 1. 491 ± 0. 08 40. 88 ± 0. 60
40 ～ 60 1. 556 ± 0. 05 27. 47 ± 0. 62
60 ～ 80 1. 609 ± 0. 03 18. 73 ± 0. 59
80 ～ 100 1. 709 ± 0. 01 19. 56 ± 0. 77
合计 143. 72 ± 2. 41
2. 3 顶果木人工林碳密度分配格局
顶果木人工林生态系统总碳密度为 554. 89
t·c /hm2。其中，乔木层、灌木层、草本层、凋落
物层及土壤层碳密度分别占总量的 73. 28 %、
0. 55 %、0. 02 %、0. 25 % 及 25. 90 % (图 3)。
乔木层是生态系统的主要碳库，其次是土壤层，林
下植被和凋落物层仅占少部分。
2. 4 顶果木年净固碳量估算
由表 3 可知，乔木层年净固碳量估算为 32. 18
t·c / (hm2·a) ，各组分表现为鲜枝 ＞树干 ＞树叶
＞树根 ＞ 枯枝 ＞ 树皮。年净碳素累计量为 11. 29
t·c / (hm2·a) ，其中各组分中树干净固碳量最
大，为〔6. 46 t·c / (hm2·a)〕，具体表现为树干
＞鲜枝 ＞树根 ＞树皮 ＞树叶 ＞枯枝。
图 3 顶果木人工林生态系统碳密度分配量
Fig. 3 Distribution of carbon density in Acrocarpus
fraxinifolius plantation ecosystem
表 3 顶果木人工林乔木净固碳量
Tab. 3 3 Average net carbon density in tree layer of
Acrocarpus fraxinifolius plantation
器官
净碳素累积量
/ t·c·hm －2·a －1
净固碳量
/ t·c·hm －2·a －1
树叶 0. 19 ± 0. 00 1. 70 ± 0. 01*
鲜枝 2. 34 ± 0. 03 21. 02 ± 0. 31*
枯枝 0. 09 ± 0. 00 0. 78 ± 0. 01*
树皮 0. 54 ± 0. 01 0. 54 ± 0. 01
树干 6. 46 ± 0. 29 6. 46 ± 0. 29
树根 1. 68 ± 0. 01 1. 68 ± 0. 01
合计 11. 29 ± 0. 34 32. 18 ± 0. 62
注:* 表示以 4 年计算，其他均按 36 年计算。
3 结论与讨论
36年生顶果木人工林乔木各器官平均碳含量为
501. 7 g /kg，稍小于同地区的 32 年生阴香［15］，大于
18年生樟树 (Cinnamomum camphora)［16］、27 年生青
钩栲 (Castanopsis kawakamii)［17］、32 年生望天树
(Parashorea chinensis)［18］、26 年生火力楠 (Michelia
macclurei)［19］、27 年生观光木 (Tsoongiodendron odo-
rum)［20］等常见阔叶树种;亦大于 28 年生秃杉 (Tai-
wania flousiana )［21］，稍小于马尾松 (Pinus massoni-
ana)［22］;也稍高于常用的森林碳素含量估算值450 g /
kg或 500 g /kg［23］。可见，顶果木具有相当高的碳素
含量水平。其不同器官碳含量表现为树叶 ＞树干 ＞根
兜 ＞粗根 ＞枯枝 ＞中根 ＞鲜枝 ＞细根 ＞树皮，碳含量
差异显著 (P ＜0. 05)。林下灌木、草本及凋落物碳含
量分别为501. 40 g /kg、352. 00 g /kg、486. 00 g /kg;土
壤层碳含量变化为 5. 72 ～14. 89 g /kg。
36年生顶果木人工林生态系统碳密度为 554. 89
041 西 部 林 业 科 学 2015 年
t·c /hm2。其中，乔木层、灌木层、草本层、凋落
物层及土壤层碳密度分别占总量的 73. 28 %、
0. 55 %、0. 02 %、0. 25 %及 25. 90 %。顶果木生态
系统总碳密度及乔木层碳密度 (406. 60 t·c /hm2)
均远大于上述相近年龄的阴香 (生态系统碳密度
370. 97 t·c /hm2，乔木层生物量 456. 70 t·c /hm2，
乔木层碳密度 233. 05 t· c /hm2，下同)、樟树
(200. 44 t·c /hm2，91. 97 t·c /hm2，45. 01 t·c /hm2)、
青钩栲 (206. 96 t· c /hm2，205. 72 t· c /hm2，
81. 97 t· c /hm2)、望天树 (300. 70 t· c /hm2，
343. 86 t· c /hm2，166. 41 t· c /hm2)、观光木
(180. 49 t·c /hm2，88. 00 t·c /hm2，43. 04 t·c /hm2)
等珍贵树种人工林以及秃杉(278. 22 t· c /hm2，
247. 61 t·c /hm2，121. 27 t·c /hm2)、马尾松(154. 50
t·c /hm2，117. 29 t·c /hm2，68. 88 t·c /hm2)等常见
针叶树种［15 ～ 18，20 ～ 22］，这与顶果木较高的碳素含量
和巨大的生物量有直接关系，顶果木生物量达
805. 13 t·c /hm2［12］，均大于上述树种。其土壤层
碳密度为 143. 72 t·c /hm2，低于中国森林土壤的
平均碳密度 (193. 55 t·c /hm2)和世界土壤的平
均碳密度 (189. 00 t·c /hm2)［24］;除稍小于秃杉
林土壤碳密度外，也均大于以上所列树种，可见在
南方常见树种中顶果木对土壤固碳具有促进作用。
36年生顶果木人工林乔木层年净固碳量为 32. 18
t·c /(hm2·a)，净碳素累积量为 11. 29 t·c /(hm2·a)，
均大于青钩栲、望天树、观光木、秃杉、马尾松
等［17 ～ 18，20 ～ 22］，具有很高的固碳效率和能力。
在中国南方地区常见人工林或珍贵树种碳汇评
估中，顶果木具有很高的碳汇价值。它不仅是石漠
化治理、庭院绿化美化以及良好的用材树种，而且
也是一种极好的碳汇树种，具有广阔的应用前景，
应加以保护和科学开发利用。今后针对顶果木碳循
环等方面还需要进一步研究，以全面了解顶果木人
工林碳的固存及归还动态特征等，对顶果木的碳汇
功能准确评估及其人工林营造、可持续发展利用等
具有重要的意义。
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141第 4 期 卢志锋等:36 年生顶果木人工林生态系统碳密度及其分配格局