全 文 ：Vol. 32 No. 12
Dec. 2012
第 32卷 第 12期
2012年 12月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Journal of Central South University of Forestry & Technology
收稿日期：2012-06-13
基金项目：国家“十二五”科技支撑项目（2011BAD3813B0604）“华北低山丘陵区低效保持林改造与调控技术研究与示范”
作者简介：高喜荣（1961-），女，河北石家庄人，教授级高工，本科，主要从事林业工程与生态工程研究
通讯作者：樊 巍（1964-），男，河南商丘人，研究员，硕士生导师，博士，主要从事林业生态工程研究；E-mail:fanw2004@163.com
外来树种火炬树 Rhus typhina作为干旱石质山
地植被恢复和水土保持林营造植物材料，已在各
地广泛应用。围绕其生物学特性、造林技术、克
隆繁殖和扩散能力 [1-6]等相继进行了大量的研究，
还有一些关于火炬树是入侵种问题的质疑 [7]。但对
火炬树群落结构和功能，特别是对其群落生物量、
碳存贮方向的研究较少。为此，我们在太行山南
端低山丘陵区开展了火炬树生物量和碳贮量的研
太行山低山丘陵区外来种火炬树群落
生物量与碳贮量
高喜荣 1，赵 辉 1，杨海青 2，凌晓明 1，樊 巍 1
（1. 河南省林业科学研究院，河南 郑州 450008；2. 河南省生态林业工程技术研究中心，河南 郑州 450008）
摘 要：为全面了解外来种火炬树的生态服务功能，研究了太行山南端低山丘陵区岩石裸露地和自然荒坡二种
生境营造的 11年生火炬树人工林的生物量与碳贮量。主要结果为：建立了火炬树各器官生物量和基径、树高的
回归方程，回归系数均在 0.92以上，都达到极显著水平，可以用于研究地区火炬树生物量的测算；石裸地和荒
坡地火炬树群落生物量分别达到 13.395 4 t·hm-2和 29.106 4 t·hm-2，高于同地区乡土灌丛的生物量；火炬树平均含
碳率 44.56%，石裸地和荒坡地火炬树群落植物层碳贮量分别达 5.915 5 t·hm-2和 12.975 1 t·hm-2，荒坡 0～ 20 cm
土壤碳密度为 2.172 2 kg·m-2，荒坡 11年生火炬树群落总碳贮量达 34.697 1 t·hm-2。从物质生产和碳存贮能力来看，
外来种火炬树优于当地同生境的乡土灌木树种。
关键词：火炬树；生物量；碳贮量；太行山低山丘陵区；外来种
中图分类号：S718.54 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2012)12-0172-04
Biomass and carbon storage of Rhus typhina in hilly area of Taihang
Mountain
GAO Xi-rong1, ZHAO Hui1, YANG Hai-qing2, LING Xiao-ming1, FAN Wei1
(1. Henan Academy of Forestry, Zhengzhou 450008, Henan, China; 2. Ecological Forestry Engineering Research Center of Henan
Province, Zhengzhou 450008, Henan, China)
Abstract: In order to comprehensively understand the service function of Rhus typhina (an exotic species), the biomass and carbon storage
of eleven-year-old R. typhina community in bare land and desolate sloping field in the hilly area of Taihang Mountain were investigated.
The results were as follows: The exponential equations of biomass of different components about the basal diameter and tree height were
established, and the regression coefficient reached more than 0.92, which achieved significantly positive levels. It was calculated that the
biomass of R. typhina community in bare land and desolate sloping fi eld were 13.395 4 t•hm-2 and 29.106 4 t•hm-2 respectively, and higher than
that of native shrub in this area. The average carbon content of R. typhina was 44.56% and the vegetation carbon stock in these two kinds of R.
typhina community were 5.915 5 t•hm-2 and 12.975 1 t•hm-2 respectively. In addition, the top soil (0～ 20 cm) carbon stock in barren sloping
fi eld was 2.172 2 kg•m-2 and the total carbon stock of eleven-year-old R. typhina community achieved at 34.697 1 t•hm-2, so it was obvious that R.
typhina was superior to native shrub in the aspects of material production and carbon sequestration ability.
Key words: Rhus typhina; biomass; carbon storage; hilly area in Taihang Mountain; exotic species
究，以期为科学评价火炬树的作用，筛选太行山
南端低山丘陵区水土保持林营造模式提供依据。
1 材料与方法
1.1 研究地概况
研究是在国家林业局黄河小浪底森林生态系
统定位研究站植被恢复试验研究基地进行的。中
DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2012.12.040
173第 32卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
心位于河南省济源市黄河小浪底库区，地理坐标
为：北纬 35°01′，东经 112°28′。地带性植被属暖
温带落叶阔叶林，年平均气温 14.3 ℃，年平均降
雨量 641 mm，≥ 0℃年积温 5 282 ℃，≥ 10℃年
积温 4 629 ℃，太阳辐射量 494.1 kJ·m-2a-1。
1.2 试验材料
2009年 7月～ 10月，在广泛踏查的基础上，
选择了二种生境 11 年生火炬树纯林为研究对
象。一种是在紫色砂页岩裸露地经爆破整地营
造的火炬树林，以下称石裸地，基本上没有表
土；另一种为自然荒坡，以下简称荒坡，土壤
为紫色砂页岩形成的山地褐土，土层厚度 10 ～
30 cm。两生境均为阳坡，坡度相当，初植密度
均为 1 660 株·hm-2，林分基本情况及火炬树测
树因子列于表 1。
表1 二种生境11年生火炬树群落基本情况
Table 1 Information of 11 year Rhus typhina community
in different sites
生境
类型
基株状况 分株状况 郁闭
度
灌草
盖度株数
/(株·hm-2)
平均地
径 /cm
平均高
/m
株数
/(株·hm-2)
平均地
径 /cm
平均高
/m
裸露
山地 908 7.5 3.02 9981 1.41 1.07 0.56 0.18
荒坡 1 003 9.78 4.23 13169 2.38 1.24 0.84 0.48
1.3 试验方法
1.3.1 生物量测定
采用标准地分级标准株分层切割法测定生物
现存量 [8]。分别在二种生境上，选择坡度、坡位基
本相同的地点各设置了 3块 20 m×20 m的标准地，
对标准地进行每株检尺，区分基株和分株，测定
火炬树地径和树高，确定平均标准株和径阶标准
株，将标准株全株挖出，采用分层切割法测定林
木生物量的现存量。挖根时尽量做到完全、彻底。
若基株和分株相连时，则自中间分开。
1.3.2 凋落物测定和分析样品采集　
在标准地内按“品”字形布设了 3个 1 m×1 m
小样方，测定灌、草层生物现存量和火炬树枯落
物量。采集火炬树叶、根、干、枝及灌草、枯落
物样品，荒坡地采集 0～ 20 cm土壤样品。
1.3.3 试验仪器　
意大利产 EA3000　CHNS/0元素分析仪测定植
物和土壤碳素含量。测定范围 100×10-6～ 100%。
1.3.4 统计分析　
采用 Excel 2003和 SPSS16.0软件进行数据处
理分析。
2 结果与分析
2.1 火炬树相对生长方程的建立
根据标准地调查资料，利用通用的生物量模
型 [8]Lgw=Lga+b Lg (D2H)，建立了火炬树各器官
与全株生物量与地径（D）、树高（H）的回归方
程（表 2）。各方程相关系数均在 0.926 6以上，
都达到极显著水平，说明这些方程可以很好地用
于研究地区火炬树生物量的测算。
表2　火炬树生物量相对生长方程
Table 2 Exponential equations of biomass of Rhus typhina
器官 回归方程 相关系数 范围
根 Lgw=1.899 0+0.651 3Lg (D2H) 0.964 9
D:0.70～ 15.23
H:0.53～ 5.53
枝干 Lgw=2.044 7+0.713 7Lg (D2H) 0.976 0
叶 Lgw=1.512 7+0.612 7Lg (D2H) 0.926 6
全株 Lgw=2.353 4+0.680 1Lg (D2H) 0.971 3
2.2 火炬树群落生物量及其分配
2.2.1 火炬树单株生物量分配特征
两种生境 11年生火炬树平均标准木单株及各
器官生物量列于表 3。从表中可以看出，生于石
裸地和荒坡地 11 年生火炬树单株生物量分别为
7 331.63 g和 13 282.60 g，后者是前者的 1.8倍多。
两生境火炬树各器官生物量也达到极显著差异。
比较两种生境火炬树各器官生物量所占比例的差
异可以看出，石裸地根系生物量所占比例高于荒
坡，而荒坡地上部所占比例略高于石裸地，但差
异不显著。就根系而言，石裸地中根和小细根比
例达到 49.65%，高于荒坡地，而荒坡地粗根达到
54.85%，高于石裸地。这可能是火炬树生长对立
地条件的一种反应。
但在两种生境中火炬树分株生物量地上和地
下部分的分配比例和基株正好相反，如表 4。在石
表3 不同生境11年生火炬树基株单株生物量分配特征†
Table 3 Biomass distribution of single maim tree of Rhus typhina /g
生境 树干 树枝 叶
根
合计
小细 根 粗根 小计
石裸地 3 083.95b(42.06) 1 244.40b(16.90) 757.0b(10.33) 360.07**b(16.03) 755.20b(33.62) 1 131.01b(50.35) 2 246.28b(30.64) 7 331.63b(100)
荒坡 5 693.67a(42.80) 2 297.44a(17.30) 1 338.27a(10.08) 598.91a(15.15) 1 185.97a(30.00) 2 168.34a(54.85) 3 953.22a(29.76) 13 282.60a(100)
† *为3株平均标准株实测平均值；**为占整个根系生物量的百分比。*字母不同表示差异显著（下同）。
高喜荣，等：太行山低山丘陵区外来种火炬树群落生物量与碳贮量174 第 10期
裸地中，火炬树分株地下部分所占比例低于荒坡
分株所占比例，而地上部分则高于荒坡火炬树分
株地上部分的比例，说明石裸地的火炬树的克隆
生长，是依靠尽快扩大地上部的生存战略 [9]。
表4　不同生境火炬树基株、子株地上、地下部分
生物量分配比例†
Table 4 Above ground and below ground biomass
allocation ratio of main tree and sub tree of
Rhus typhina in different sites
生境
基株 分株
地上 /
全株
地下 /
全株
地下 /
地上
地上 /
全株
地下 /
全株
地下 /
地上
石裸地 0.694 0.306 0.441 0.643 0.357 0.555
荒坡 0.702 0.298 0.425 0.610 0.390 0.639
† 均为3株平均标准株实测值。
2.2.2 火炬树群落生物量及其分配
利用表 2的生物量回归方程，采用分级标
准株法推算了两种生境中 11年生火炬树群落生
物量（如表 5）。石裸地火炬树群落总生物量为
13.395 4 t·hm-2，其中火炬树生物量 10.432 6
t·hm-2占群落总生物量的 77.88%；枯落物量 1.388 2
t·hm-2，占群落总生物量的 10.36 %；灌草生物量
1.574 6 t·hm-2，占总生物量的 11.75%。荒坡火炬树
群落总生物量达 29.106 4 t·hm-2，其中火炬树生物
量 24.371 7 t·hm-2，占群落总生物量的 83.73%，枯
落物生物量和灌草生物量分别占总生物量的 6.35%
和 9.92%。
两生境类型火炬树群落生物量相比较，荒坡
地火炬树群落总生物量是石裸地生物量的 2倍多，
表5　不同生境11年生火炬树群落生物现存量
Table 5 Existing biomass of 11 year Rhus typhina community in different sites (t·hm-2)
生境类型
火炬树生物量
枯落物量 灌草生物量 总生物量
叶 干径 根 分株生物量 基株生物量 合计
裸露山地 1.212 7 5.867 4 3.352 1 3.705 8 6.726 8 10.432 6 1.388 2 1.574 6 13.395 4
荒坡 2.768 3 13.892 6 7.710 8 10.997 8 13.373 9 24.371 7 1.847 8 2.886 9 29.106 4
而且各组分所占比例不同，石裸地群落火炬树生物
量占总生物量 77.88%，远低于荒坡中的 83.33%。
而两生境中火炬树基株和分株生物量占火炬树生
物量的比例也不尽相同，石裸地分株生物量占群
落火炬树生物量的 35.52%，基株占 64.48%，荒坡
中分株占 45.12%，基株占 54.48％，分株所占比例
远高于石裸地，说明荒坡较好的立地条件可以通
过产生更多的克隆植株去占有资源。
2.3 火炬树群落的碳贮量
2.3.1 火炬树不同器官含碳量及植物层碳贮量
分析了火炬树不同器官的含碳量（表 6），
各器官中以树干含碳量最高为 46.04%，以根最
低为 43.51%，依次为干＞枝＞叶＞根，平均为
44.56%，数值介于文献 10中所列乔木与灌木各器
官含碳量的中间，低于豫南地区灌木树种平均含碳
量，和甘肃小陇山地区乔灌草含碳量基本相当 [12]。
表6 火炬树各器官及群落其它组分含碳量
Table 6 Carbon content of Rhus typhina organs and the
other components /％
组分 叶 根 干 枝 枯落物 灌草
含碳量 43.78 43.51 46.04 44.89 42.37 42.57
利用火炬树群落生物量测定数据，计算了二
种生境 11年生火炬树群落植物层碳存贮量（如表
7）。从表中可以看出，石裸地 11年生火炬树群
落植物层碳存贮量 5.915 5 t·hm-2，其中火炬树为
4.657 0 t·hm-2，占 78.73%，灌草植被和枯落物分别
占 11.33%和 9.94%，荒坡地 11年生火炬树群落植
物层的碳存贮量达 12.975 1 t·hm-2，其中火炬树为
10.963 2 t·hm-2，占 84.49%，灌草植被和枯落物碳
贮量分别占 9.48%和 6.03%。两生境相比较，荒
坡火炬树群落碳存贮量是石裸地的 2倍多。
表7 11年生火炬树群落植物层碳存贮量
Table 7 Carbon storage of plant layer of Rhus typhina
community （t·hm-2）
生境
火炬树碳存贮量
灌草 枯落物 合计
叶 干径 根 小计
石裸地 0.530 9 2.667 6 1.458 5 4.657 0 0.670 3 0.588 2 5.915 5
荒坡 1.212 0 6.396 2 3.355 0 10.963 2 1.229 0 0.782 9 12.975 1
2.3.2 火炬树群落土壤有机碳密度和碳贮量
测定了荒坡 11年生火炬树群落土壤有机碳含
量、碳密度列于表 8，从表中可以看出，11年生火
炬树群落 0～ 20 cm土壤有机碳贮量可达 21.722 0
t·hm-2。
表8 荒坡11年生火炬树群落土壤碳密度
Table 8 Soil carbon density of Rhus typhina community
of desolate sloping field
土层 土壤容重/（g·cm-2）
有机碳含量
/（g·kg-1）
土壤碳密度
/（kg·m-2）
0～ 10 1.38 8.21 1.133 0
10～ 20 1.41 7.37 1.039 2
合计 — — 2.172 2
175第 32卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
2.3.3 火炬树群落碳贮量
通过以上计算和分析，可以得出太行山南端荒坡
地 11年生火炬树群落碳贮量可达 34.697 1 t·hm-2，其中
植物层碳贮量为 12.975 1 t·hm-2，占 37.40%，0～ 20
cm土壤有机碳贮量为 21.722 0 t·hm-2，占 62.60%。
3 结论和讨论
利用相对生长关系建立了火炬树单株及各器
官生物量回归模型，相关系数均在 0.92以上，具
有很好的相关性，可以在实际中应用。
石裸地和荒坡 11年生火炬树基株单株生物量
分别达到 7 331.63 g 和 13 282.60 g。两种不同生
境火炬树基株、分株单株生物量分配表现出一定
的差异。条件恶劣的石裸地中火炬树基株地下根
系所占比例高于荒坡地；就根系而言，石裸地中
根和细、小根比例高于荒坡地，而荒坡地粗根比
例明显高于石裸地。分株地上和地下生物量的分
配和基株正好相反，在石裸地中火炬树分株地上
部分比例高于荒坡基株地上部分所占比例，充分
说明克隆植物火炬树对不同生境的反应。和现有
的两篇火炬树生物量的研究文献相比，远高于渭
北黄土高原 9年生火炬树单株生物量为 0.352～
2.422 kg[13]的水平。和太行山中段平山县 6年生单
株 4271 g[14]大体相当。
石裸地和荒坡地 11年生火炬树群落生物量分
别达 13.395 4 t·hm-2和 29.106 4 t·hm-2，其中火炬树
生物量分别为 10.432 6 t·hm-2和 24.371 7 t·hm-2。两
种生境相比较，荒坡火炬树群落生物量是石裸地
火炬树群落的 2倍多。群落生物量和生产力是决
定生态系统恢复成功与否的重要指标 [15]和目前太
行山低山丘陵区已有的研究结果比较来看 [16]，在
荒破地同等立地条件下火炬树群落生物量高于酸
枣（23.858 8 t·hm-2）、荆条（17.168 5 t·hm-2），
胡枝子（11.468 t·hm-2）和杠柳（14.745 6 t·hm-2）
等乡土灌丛生物量，若按年生物量增量计算，也
高于同立地相近年龄的侧柏、黄连木和栓皮栎等
乡土乔木树种生物量，充分说明，从群落生物量
这一指标来看，火炬树在这些困难立地可以形成
较高的生产能力，是生态恢复的优良植物种。
火炬树平均含碳率为 44.56%，以树干最高
为 46.04%，根最低为 43.51%，各器官含碳率差异不
大。石裸地 11年生火炬树群落植被层碳贮量 5.915 5
t·hm-2，其中火炬树为 4.657 0 t·hm-2，占 78.73%；
荒坡 11年生火炬树群落植物层碳贮量达 12.975 1 t·
hm-2，其中火炬树为 10.963 2 t·hm-2，占 84.49%。从
植被层碳贮量来看，高于同地区同生境酸枣（9.51 t
·hm-2）荆条（7.01 t·hm-2）等自然灌丛的碳贮量 [13]。
荒坡 11年生火炬树群落 0～ 20 cm土壤碳
密度为 2.1722 kg·m-2，整个火炬树群落碳贮量为
34.6971 t·hm-2，其中植物层碳贮量占 37.40%，土
壤碳贮量占 62.60%。
从群落生物量和碳贮量能力来看，火炬树在
这些困难立地可以形成较高的生产能力和较高的
碳截存能力，是太行山南端低山丘陵区生态恢复
和水土保持林建设的优良植物材料。
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[本文编校：吴 彬 ]