全 文 ：间伐对杉木人工林碳储量的长期影响*
徐金良1 摇 毛玉明1 摇 成向荣2**摇 虞木奎2
( 1浙江省开化县林场, 浙江开化 324300; 2中国林业科学研究院亚热带林业研究所, 浙江富阳 311400)
摘摇 要摇 间伐改变了林分环境,影响林木生长及碳储量,准确评估间伐后人工林碳储量变化
对碳汇林业的发展具有重要意义.在浙江开化采用下层间伐法,开展了 3 种间伐处理(对照、
中度和强度间伐)对 22 年生杉木人工林碳储量及其组分分配影响的研究.强度间伐(总间伐
强度 50% )和中度间伐(总间伐强度 35% )均在第 7 年和第 14 年进行共计 2 次间伐,对照在
林木生长中期(第 14 年)进行 1 次轻度间伐(间伐强度 15% ) .结果表明: 树干碳储量的比例
随间伐强度增大而增加,树枝、叶和根碳储量的比例则略有降低,表明间伐有利于树干碳储量
的累积.中度和强度间伐处理杉木人工林乔木层碳储量随间伐强度增加而减小,碳储量分别
为对照的 89. 0%和 83. 1% .第 1 次间伐后 2 a乔木层碳储量显著减少,第 2 次间伐后 8 a,间
伐处理乔木层碳储量恢复速率较快,强度间伐乔木层碳储量增量接近对照.林下植被层、凋落
物层和土壤层碳储量在不同间伐处理间差异不显著.对照、中度和强度间伐杉木人工林系统
总碳储量分别为 169. 34、156. 65 和 154. 37 t·hm-2,不同间伐处理间差异不显著.可见,试验
区杉木人工林间伐 15 a后不会导致生态系统总碳储量降低.
关键词摇 杉木摇 间伐摇 碳储量
*国家自然科学基金项目(31300519)、浙江省自然科学基金项目( LY12C16007)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金
(RISF61257)资助.
**通讯作者. E鄄mail: chxrd@ sohu. com
2013鄄10鄄12 收稿,2014鄄04鄄28 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)07-1898-07摇 中图分类号摇 S753. 5摇 文献标识码摇 A
Long鄄term effects of thinning on carbon storage in Cunninghamia lanceolata plantations. XU
Jin鄄liang1, MAO Yu鄄ming1, CHENG Xiang鄄rong2, YU Mu鄄kui2 (1Zhejiang Province Kaihua Forestry
Farm, Kaihua 324300, Zhejiang, China; 2Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of For鄄
estry, Fuyang 311400, Zhejiang, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(7): 1898-1904.
Abstract: The stand environment and tree growth could be changed as well as carbon storage be
affected by thinning. Thus it is important to conduct the research on changes of carbon stock in
plantations after thinning for assessing the dynamics of forest ecosystem carbon pool. The carbon
storage and its distribution of various components in 22鄄year鄄old Cunninghamia lanceolata planta鄄
tions were studied with control and different treatments such as moderate and heavy thinning. Mod鄄
erate (thinning intensity was 35% ) and heavy ( thinning intensity was 50% ) thinning treatments
were conducted twice at the age of 7 and 14 years, respectively. The stand of control was thinned
15% in the 14th year. The results showed that the proportion of stem carbon storage increased with
the increasing thinning intensity, while the proportion of carbon storage in branches, leaves and
roots slightly decreased, which suggested that thinning was beneficial for carbon stocking in stem.
However, the carbon storage in arbor layer decreased with the thinning intensity in C. lanceolata
plantation under moderate and heavy thinning treatments, accounted for 89. 0% and 83. 1% of the
control, respectively. The arbor carbon storage decreased in followed two years after the first
thinning. The carbon storage in arbor layer had a fast recovery rate within eight years after the sec鄄
ond thinning, and the increment of carbon storage in arbor layer had no difference with the control
for the heavy thinning treatment. The carbon storage in understory vegetation, litter and soil layers
also had no significant difference under the different thinning treatments. Generally total ecosystem
carbon storage under the control, moderate and heavy thinning treatments reached 169. 34, 156. 65
and 154. 37 t·hm-2, respectively. There was no significant difference among the three treatments.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 7 月摇 第 25 卷摇 第 7 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2014, 25(7): 1898-1904
Therefore, it could be concluded that the carbon storage in C. lanceolata plantation did not reduce
after thinning in more than 15 years.
Key words: Cunninghamia lanceolata; thinning; carbon storage.
摇 摇 森林在全球碳循环中发挥着重要作用[1] . 随着
人工林面积和蓄积量的持续增加,人工林在全球碳
循环中占据了越来越重要的位置.许多研究证实,人
工林的经营管理对森林生态系统碳动态有重要影
响[1-3] .间伐作为一种重要的营林技术措施,通过调
控林分密度,改善林分环境,增加林木个体的生长空
间,促进林木生长[1,4-5] .但是,以往的研究大多关注
间伐对林分生物量、材积等的影响. 近年来,有关间
伐等营林措施对林分碳吸存和碳释放的研究日益受
到关注[6] .目前,间伐对植被碳储量的影响尚没有
一致结论,有研究认为,间伐不会改变地上植被碳储
量的大小[7-9];另有研究认为,间伐增加[10]或降低
了植被碳储量[11-12] .而间伐对地下碳储量的长期影
响也缺乏系统研究[13] .不同立地条件、间伐方式、间
伐强度以及间伐后持续时间等均影响森林生态系统
碳储量大小和组分分配[14] . 因此,加强人工林经营
管理对森林碳汇功能的影响研究,对促进我国碳汇
人工林的发展十分必要.
杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国南方山
地最重要的用材林造林树种.目前,南方各省区已建
立 896 万 hm2的杉木人工林基地,其中,幼、中龄林
面积约占总面积的 84. 2% . 通常杉木造林密度较
大,为了改善林分结构,提高林分质量,必须通过抚
育间伐合理地调整林分密度. 有关抚育间伐对杉木
生长[15-16]、材积[17]、养分动态[18]等方面已有一些研
究,而间伐对杉木人工林碳储量的影响缺乏深入研
究.短期杉木间伐试验表明,间伐 5 年后杉木林生态
系统碳贮量下降了 11. 7% ,主要是乔木层和土壤层
碳贮量明显减少[19] .但间伐对杉木人工林碳储量及
其组分分配的长期影响(>10 a)尚不清楚.因此,本
文以浙江省开化县 2 次间伐(在第 7 年和第 14 年间
伐)的 22 年生杉木大径材人工林为研究对象,分析
间伐后乔木层碳储量的动态变化特征以及不同间伐
强度下 22 年生杉木林分碳储量的组分分配特征,对
准确评估人工林经营管理对林地碳汇功能的影响具
有重要意义.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于浙江省开化县林场城关分场小桥头
林区杉木大径材培育基地(29毅09忆 N,118毅25忆 E, 海
拔 180 ~ 300 m).供试林分为 1991 年春季采用优良
家系群体无性化扦插苗造林,初植密度为 3000
株·hm-2 .试验区气候属亚热带季风气候,年均温
16. 4 益,年降雨量 1814 mm,无霜期 252 d,年日照
时数 1334 h. 试验地前茬为马尾松(Pinus massoni鄄
ana)疏林,土壤为红黄壤,土层厚度>80 cm,质地疏
松,平均坡度 20毅,立地指数 18(基准年龄 20 a).
1郾 2摇 间伐试验
1997 年 7 月,在小桥头林区选择坡向一致的 7
年生杉木人工林,在上、中、下坡位设置 3 个区组.每
个区组设置强度间伐、中度间伐和对照 3 种间伐处
理小区,小区面积 20 m伊20 m,共 9 个小区,间伐前
林分生长特征基本一致. 间伐前对每个小区所有林
木编号、划定胸径线,进行每木检尺.按照留优去劣、
间密留匀、兼顾株间距的原则,采用下层间伐法对林
分进行间伐(主要伐去平均木以下的个体).杉木林分
于 1997年 7月和 2004 年 11 月进行 2 次间伐.其中,
第 1次间伐:强度间伐处理为 33% (以林分密度计),
中度间伐为 20%,对照不间伐;第 2次间伐:在第 1次
间伐的基础上强度间伐 18%、中度间伐为 16%,对照
间伐 15% .对照为研究区杉木用材林传统经营方式,
整个轮伐期(25 a)仅在林木生长中期进行 1 次轻度
间伐(约 15%间伐强度). 2012年 10 月对所有试验小
区进行每木检尺,林分基本状况见表 1.
1郾 3摇 碳储量计算
1郾 3郾 1 乔木层碳储量估算 摇 根据林生明等[20]前期
在试验区基于 103 块样地选取标准木测定杉木各器
官生物量的研究结果,采用下式计算杉木各器官的
生物量:
表 1摇 不同间伐处理林分基本情况
Table 1 摇 Basic stand characteristics in different thinning
treatments
处理
Treatment
林龄
Age
(a)
密度
Tree density
(plants·hm-2)
平均树高
Tree height
(m)
平均胸径
DBH
(cm)
郁闭度
Coverage
CK 22 1985 16. 8 19. 6 0. 98
M 22 1530 17. 2 21. 5 0. 96
H 22 1334 17. 7 22. 3 0. 93
CK: 对照 Control; M: 中度间伐 Moderate thinning; H: 强度间伐
Heavy thinning. 下同 The same below.
99817 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐金良等: 间伐对杉木人工林碳储量的长期影响摇 摇 摇 摇 摇
摇 摇 Wstem =0. 0485D1. 31H1. 16
Wbranch =0. 1365D1. 2978H0. 0619
Wleaf =0. 2907D1. 3091H-0. 0369
Wroot =0. 0611D1. 1352H0. 9453
式中:D为胸径(cm);H为树高(m).
根据样地林分密度推算不同间伐处理下树木各
器官生物量.本研究测定了 22 年生杉木各器官含碳
量.结合其他文献数据[21-23],采用不同林龄杉木各
器官含碳量的平均值,即干含碳量为 48. 5% ,枝含
碳量为 48. 2% ,叶含碳量为 50. 1% ,根含碳量为
47. 7% ,来分析不同生长阶段杉木间伐后林分碳储
量的动态变化.
1郾 3郾 2 林下植被层碳储量估算摇 在样地对角线设置
6 个 1 m伊1 m小样方(每条对角线 3 个),记录每个
样方内植物种类,刈割地上部分,地下部分采用全挖
法测生物量.将收集的林下植被样品在 75 益下烘至
恒量,估算干质量,分析含碳量. 然后根据样地内林
下植被干质量和含碳量估算碳储量.
1郾 3郾 3 凋落物层碳储量估算摇 每个样地内随机设置
5 个 1 m 伊 1 m小样方,收集样方内所有凋落物并称
量,取部分凋落物带回实验室测定含水率,换算为干
质量.通过小样方内干质量、凋落物含碳率计算单位
面积凋落物碳储量.
1郾 3郾 4土壤碳储量估算摇 在每个样地内挖 5 个剖面,
按照 0 ~10、10 ~ 20、20 ~ 40 和 40 ~ 60 cm分层取样,
同一样地每层 5 个土样混合后装袋、编号.每层土壤
用环刀取样,测定土壤容重.采用重铬酸钾氧化鄄外加
热法测定土壤、凋落物、林下植被和杉木有机碳含量.
土壤碳密度(SOC,t C·hm-2)采用下式计算[7]:
SOC =移
n
i
C i 伊 Hi 伊 B i 伊 10
式中:C i为每层土壤有机碳含量( g·kg-1);Hi为每
一土层厚度(cm);B i为每层土壤容重(g·cm-3).
1郾 4摇 数据处理
采用 Excel 2003 和 SPSS 17. 0 软件对数据进行
统计分析.不同间伐处理乔木层、林下植被层、凋落
物层、土壤层以及总生态系统碳储量的差异采用
SPSS 17. 0 软件的单因素方差分析( one鄄way ANO鄄
VA)和 Duncan多重比较法进行检验(琢 = 0. 05).表
中数据为平均值依标准差.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同间伐强度乔木层碳储量变化
由表 2 可以看出,3 种间伐处理不同林龄阶段,
树木各器官碳储量大小均为干>根>枝>叶. 随林龄
增加,不同间伐处理树木各器官碳储量呈递增趋势,
其中,树干碳储量占整个树木碳储量的比例逐渐增
大,而树枝和树叶碳储量所占比例逐渐降低,树根碳
储量所占比例相对稳定,约为 25% . 尽管不同间伐
处理间树木各器官碳储量随林龄的变化趋势相似,
但变化幅度有一定差异. 同一林龄,随间伐强度增
加,树干碳储量的比例升高,树枝、叶和根碳储量的
表 2摇 不同间伐处理乔木层碳储量动态变化
Table 2摇 Dynamics of carbon storage in arbor layer in different thinning treatments ( t·hm-2)
处理
Treatment
器官
Organ
林 龄 Stand age (a)
7(伐前
Before
thinning)
7(伐后
After
thinning)
9 14(伐前
Before
thinning)
14(伐后
After
thinning)
16 17 22
CK 干 Stem 15. 14(47. 8) 15. 14(47. 8) 28. 97(54. 2) 46. 08(58. 4) 43. 08(59. 0) 47. 14(60. 0) 48. 20(60. 1) 59. 23(62. 1)
枝 Shoot 4. 32(13. 7) 4. 32(13. 7) 5. 81(10. 9) 7. 13(9. 0) 6. 45(8. 8) 6. 58(8. 4) 6. 68(8. 3) 7. 13(7. 5)
叶 Leaf 4. 14(13. 1) 4. 14(13. 1) 4. 86(9. 1) 5. 40(6. 8) 4. 82(6. 6) 4. 79(6. 1) 4. 85(6. 1) 4. 91(5. 1)
根 Root 8. 05(25. 4) 8. 05(25. 4) 13. 81(25. 9) 20. 29(25. 7) 18. 69(25. 6) 20. 28(25. 6) 20. 46(25. 5) 24. 15(25. 3)
合计 Total 31. 65 31. 65 53. 45 78. 90 73. 04 78. 59 80. 19 95. 43
M 干 Stem 15. 52(48. 6) 14. 44(49. 6) 27. 70(55. 8) 42. 34(59. 0) 39. 38(59. 6) 41. 19(60. 4) 43. 08(60. 9) 52. 97(62. 4)
枝 Shoot 4. 25(13. 3) 3. 79(13. 1) 5. 07(10. 2) 6. 38(8. 9) 5. 71(8. 6) 5. 66(8. 3) 5. 71(8. 1) 6. 21(7. 3)
叶 Leaf 4. 01(12. 5) 3. 52(12. 1) 4. 10(8. 3) 4. 79(6. 7) 4. 22(6. 4) 4. 10(6. 0) 4. 08(5. 8) 4. 23(5. 0)
根 Root 8. 17(25. 6) 7. 44(25. 5) 12. 81(25. 5) 18. 29(25. 5) 16. 75(25. 4) 17. 25(25. 3) 17. 87(25. 3) 21. 14(24. 9)
合计 Total 31. 94 29. 19 49. 68 71. 80 66. 06 68. 19 70. 74 84. 95
H 干 Stem 15. 99(48. 8) 12. 91(49. 8) 25. 30(56. 1) 38. 42(59. 4) 34. 82(60. 0) 38. 02(60. 9) 40. 27(61. 4) 50. 08(63. 1)
枝 Shoot 4. 32(13. 2) 3. 35(12. 9) 4. 55(10. 1) 5. 66(8. 7) 4. 93(8. 5) 5. 07(8. 1) 5. 15(7. 9) 5. 69(7. 2)
叶 Leaf 4. 05(12. 4) 3. 09(11. 9) 3. 65(8. 1) 4. 21(6. 5) 3. 61(6. 2) 3. 63(5. 8) 3. 65(5. 5) 3. 84(4. 8)
根 Root 8. 40(25. 6) 6. 60(25. 4) 11. 59(25. 7) 16. 41(25. 4) 14. 65(25. 3) 15. 73(25. 2) 16. 50(25. 2) 19. 74(24. 9)
合计 Total 32. 76 25. 95 45. 08 64. 69 58. 01 62. 64 65. 55 79. 34
括号内数字为各器官所占比例(% )Data in bracket were the proportion of organs to whole tree carbon storage.
0091 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 3摇 不同间伐处理 22 年生杉木林林下植被、凋落物层含
碳量和碳储量
Table 3摇 Carbon content and carbon storage of understory
vegetation and litter in different thinning treatments in 22鄄
year鄄old Cunninghamia lanceolata plantations
处理
Treat鄄
ment
林下植被
Understory vegetation
含碳量
Carbon
content
(% )
碳储量
Carbon
storage
( t·hm-2)
凋落物
Litter
含碳量
Carbon
content
(% )
碳储量
Carbon
storage
( t·hm-2)
CK 43. 2依1. 5a 0. 54依0. 18a 47. 1依1. 7a 3. 63依0. 36a
M 44. 7依0. 9a 0. 60依0. 26a 49. 1依1. 1a 3. 53依0. 46a
H 44. 5依1. 0a 0. 82依0. 10a 47. 4依0. 8a 3. 61依0. 13a
同列不同字母表示差异显著(P<0. 05)Different letters in the same col鄄
umn indicated significant difference at 0. 05 level. 下同 The same below.
比例略有降低,表明间伐最有利于树干碳储量的累
积.其原因主要是间伐改善林木生长空间,促进了保
留木树高和胸径的快速生长.
不同林龄阶段,随间伐强度增加树木碳储量降
低.第 1 次间伐后至第 2 次间伐前(1997—2004),中
度和强度间伐树木碳储量增量分别为对照的
90郾 2%和 82. 0% (表 2). 第 2 次间伐后第 3 年
(2007),各间伐处理树木碳储量基本恢复到间伐前
水平(第 14 年);间伐后第 8 年(2012),中度和强度
间伐处理树木碳储量增量分别为对照的 84. 4%和
95. 3% .这表明第 2 次间伐后,间伐处理树木碳储量
得到了快速恢复,尤其是强度间伐处理树木碳储量
增量接近对照.随着树木个体的生长,其生长空间不
断减小,2 次间伐有效改善了林木生长环境,促进了
间伐后林分碳累积. 22 年生杉木林分乔木层碳储量
大小为对照>中度间伐>强度间伐,中度和强度间伐
处理碳储量分别为对照的 89. 0%和 83. 1% ,其中,
强度间伐处理碳储量显著低于对照,中度间伐与对
照碳储量差异不显著. 尽管如此,第 2 次间伐后,中
度和强度间伐处理树木碳储量与对照的比例随林龄
增长逐渐增加.因此,可以推测随着林木生长,对照
林木个体间的竞争将进一步加剧,总树木碳储量增
加速率减缓;而间伐处理碳储量增加较快,在适宜的
轮伐期内,间伐不会导致树木碳储量的降低.
2郾 2摇 不同间伐强度林下植被层和凋落物层碳储量
间伐后 15 a 不同间伐处理林下植被含碳量为
43. 2% ~44. 7% ,含碳量在 3 种间伐处理间差异不
显著(表 3).林下植被碳储量随间伐强度增加而增
大,但 3 种间伐处理间林下植被碳储量差异不显著.
林地凋落物含碳量和碳储量在 3 种不同间伐处理间
差异不显著.
2郾 3摇 不同间伐强度土壤层碳储量
不同土层土壤有机碳含量在 3 种间伐处理间差
异不显著(表 4). 各间伐处理土壤有机碳含量随土
壤深度增加均呈快速下降趋势,0 ~ 10 cm 土层土壤
有机碳含量最高,其次为 10 ~ 20 cm 土层,20 ~ 40
cm和 40 ~ 60 cm土层土壤有机碳含量显著低于 0 ~
10 和 10 ~ 20 cm土层.
各土层土壤有机碳储量在 3 种间伐处理间差异
不显著,整个剖面(0 ~ 60 cm)土壤总碳储量在各间
伐处理间差异不显著. 强度间伐、中度间伐和对照
0 ~ 20 cm土层土壤碳储量占整个剖面(0 ~ 60 cm)
总碳储量的比例分别为 52. 1% 、52. 5%和 51. 3% ,
这可能与浅层土壤获得较多有机碳底物的供给
有关.
2郾 4摇 不同间伐强度杉木人工林系统总碳储量
杉木人工林系统总碳储量随间伐强度增加而减
小,强度和中度间伐处理总碳储量分别为对照的
91. 2%和 92. 5% ,但 3 种间伐处理间总碳储量差异
不显著(表 5).不同间伐处理总碳储量组成中,均以
乔木层碳储量所占比例最高,>50% ,其次为土壤层
(41. 2% ~ 45. 8% ),凋落物层为 2. 1% ~ 2. 3% ,林
下植被层占系统总碳储量的比例<0. 6% .这表明试
验区 22 a生杉木人工林系统总碳储量仍以乔木层
碳储量累积为主,随间伐强度增大乔木层碳储量所
表 4摇 不同间伐处理 22 年生杉木林分土壤有机碳含量和碳储量
Table 4摇 Soil carbon content and carbon storage in different thinning treatments in 22鄄year鄄old Cunninghamia lanceolata
plantations
土层
Soil layer
(cm)
CK
含碳量
Carbon content
(g·kg-1)
碳储量
Carbon storage
( t·hm-2)
M
含碳量
Carbon content
(g·kg-1)
碳储量
Carbon storage
( t·hm-2)
H
含碳量
Carbon content
(g·kg-1)
碳储量
Carbon storage
( t·hm-2)
0 ~ 10 19. 05依1. 63a 20. 62依1. 69a 20. 15依1. 38a 21. 54依1. 31a 21. 55依1. 52a 22. 01依1. 37a
10 ~ 20 12. 02依1. 25b 15. 16依1. 38b 11. 25依0. 11b 13. 90依0. 34c 12. 75依0. 74b 14. 82依0. 70c
20 ~ 40 7. 55依1. 63c 19. 26依2. 70a 7. 16依0. 40c 18. 86依0. 81b 7. 08依0. 07c 17. 57依0. 28b
40 ~ 60 5. 58依0. 61c 14. 70依1. 59b 5. 13依0. 42d 13. 27依0. 97c 6. 15依0. 04d 16. 30依0. 93bc
10917 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐金良等: 间伐对杉木人工林碳储量的长期影响摇 摇 摇 摇 摇
表 5摇 不同间伐处理 22 a生杉木人工林系统总碳储量
Table 5 摇 Forest ecosystem carbon storage in different
thinning treatments in 22鄄year鄄old Cunninghamia lanceolata
plantations ( t·hm-2)
处理
Treatment
乔木层
Arbor
layer
林下植被层
Understory
vegetation layer
凋落物层
Litter
layer
土壤层
Soil layer
CK 95. 43依7. 49a 0. 54依0. 18a 3. 63依0. 36a 69. 74依5. 33a
M 84. 55依6. 84ab 0. 60依0. 26a 3. 53依0. 46a 67. 57依2. 05a
H 79. 34依4. 81b 0. 82依0. 10a 3. 61依0. 13a 70. 70依1. 89a
占比例逐渐降低,土壤层所占比例升高. 尽管间伐
(尤其是强度间伐)减少了乔木层碳储量,但林分总
碳储量在不同间伐处理间差异不显著.可见,杉木人
工林间伐 15 a 后不会导致生态系统总碳储量的
降低.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 间伐对杉木人工林乔木层碳储量的影响
抚育间伐影响林内环境、林分生长和生物量分
配等多个方面,因而对林分系统碳储量有重要影响.
本研究中,间伐后,随林龄增加杉木人工林树干碳储
量的比例随间伐强度增大而升高,树枝、叶和根碳储
量的比例则略有降低,这表明间伐最有利于树干碳
储量的累积.经 2 次间伐的 22 年生杉木人工林乔木
层碳储量随间伐强度增加而减小,强度间伐处理乔
木层碳储量显著低于对照(主要是树干碳储量显著
降低),中度间伐和对照间差异不显著. Ruiz鄄Peinado
等[13]发现,地中海地区海岸松(Pinus pinaster)间伐
26 a后,间伐导致植被层碳储量显著降低. 方晰
等[19]研究表明,杉木间伐 5 a 后,乔木层碳储量下
降 17. 4% .另有研究表明,间伐减小了林分密度,导
致林分生产力和碳储量下降[11-12,23] . 而中国东北地
区兴安落叶松(Larix gmelinii)间伐试验表明,间伐
26 a后植被层碳储量显著高于未间伐处理[10] .麻栎
(Quercus acutissima)人工林间伐 5 a 后中度和强度
间伐处理乔木层碳储量显著高于对照[9] . 间伐后植
被层碳储量降低,这主要与保留木株数减少有关,如
果设置合理的轮伐期,间伐林分树木生长空间大,只
要在适宜的间伐强度下,植被层碳储量将恢复到未
间伐林分水平. 而麻栎人工林初植密度较高 (约
6000 株·hm-2),间伐后林分结构得到改善,因而间
伐 5 a后乔木层碳储量明显提高[9] .因此,间伐后林
分乔木层碳储量变化与树种、培育措施(如初植密
度)、间伐强度和间伐后持续时间等多种因素有关.
3郾 2摇 间伐对杉木人工林林下植被层碳储量的影响
间伐通过调整林分结构,改变林内光、温度和土
壤水分含量等资源,减小林木间竞争,能促进林下植
被的更新.杉木间伐 15 a后林下植被层碳储量在不
同间伐处理间差异不显著,林下植被层碳储量占林
分系统总碳储量的比例仅为 0. 3% ~ 0. 5% . Nilsen
和 Strand[7]研究表明,间伐 33 a 后挪威云杉(Picea
abies)林下植被层碳储量在不同间伐强度间差异不
显著. 兴安落叶松 26 a 的间伐研究得出相似结
论[10] .但熊有强等[24]研究发现,杉木间伐 11 a 后,
林下植被生物量随间伐强度增加而增大. 王祖华
等[25]发现,间伐 4 a 后杉木人工林林下植被生物量
和生物多样性显著增加.本研究中,3 种间伐处理间
杉木林林下植被层碳储量差异不显著,其原因可能
是随着林分生长,郁闭度增加,林下小气候环境接
近,因此,不同间伐处理间林下植被生长差异较小,
导致不同间伐处理林下植被层碳储量差异不显著.
3郾 3摇 间伐对杉木人工林凋落物层碳储量的影响
间伐后林分密度减小,增加了林冠开阔度,地面
温度升高,因而会加快枯枝落叶的分解,减少凋落物
量[6] . Jandl等[1]综合分析现有研究指出,凋落物碳
储量随间伐强度的增加而减少. 此外,黄松(Pinus
ponderosa)间伐试验表明,间伐后凋落物生物量降
低[12] .本研究表明,不同间伐处理间凋落物层碳储
量差异不显著. 海岸松间伐 26 a 后,不同间伐处理
凋落物层碳储量差异不显著[13] . 本研究中,杉木间
伐 15 a后,不同间伐处理叶和枝的生物量与对照接
近,表明各间伐处理凋落物年归还量相似,因此,研
究区不同间伐处理间凋落物碳储量差异不显著.
3郾 4摇 间伐对杉木人工林土壤层碳储量的影响
杉木林地土壤层有机碳储量在不同间伐处理间
差异不显著.有研究发现,间伐(>10 a)对土壤有机
碳储量没有显著影响[3,7,13] . 一些短期研究表明,间
伐增加了土壤有机碳储量.如 Vargas 等[26]指出,伐
去林内直径<2 cm的林木,5 a后土壤有机碳储量高
于未间伐林地;油松(Pinus tabuliformis)人工林间伐
3 a 后,土壤有机质含量随间伐强度增大逐渐升
高[27] .也有研究指出,间伐后土壤温度和湿度升高,
使土壤有机质分解加快,导致土壤有机碳储量减
少[28] .本研究中,土壤有机碳的主要来源(林下植
被、地表凋落物和林木根系)在不同间伐处理间差
异不显著,这可能是导致土壤碳储量在各间伐处理
间变异较小的主要原因.此外,间伐残留的林木根系
分解会增加土壤有机质含量,但随间伐时间延长,根
2091 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
系残余物对土壤有机质的影响逐渐减弱[7] .
3郾 5摇 间伐对杉木人工林生态系统总碳储量的影响
杉木人工林系统总碳储量随间伐强度增加而降
低,但不同间伐处理间差异不显著.皖东地区麻栎人
工林间伐 5 a后,中度间伐系统碳储量最高,对照最
低,但不同间伐处理间系统碳储量差异不显著[9] .
在日本落叶松(Larix kaempferi)(间伐 12 a后) [29]和
热带次生林(间伐 5 a 后) [26]的间伐研究也得出相
似结论. Ruiz鄄Peinado 等[13]对地中海地区海岸松间
伐 26 a后研究发现,间伐处理总碳储量显著低于对
照.间伐后短期内,由于立木株数减少,地表凋落物
快速分解,林分碳储量将降低. 模型分析表明,随间
伐强度增加,100 a后芬兰森林生态系统碳储量将会
减少[30] .但是兴安落叶松长期间伐试验(26 a后)表
明,间伐促进了植被生物量累积,降低土壤异养呼
吸,有利于增加整个森林生态系统碳汇[10] . 由于树
种、立地条件、间伐模式等差异,导致间伐后不同时
间的试验结果不一致.目前,多数研究关注间伐后短
期内碳储量和碳释放的变化,间伐对森林生态系统
碳储量的长期影响研究较少.因此,需加强间伐对树
木碳储量长期影响过程的研究.
3郾 6摇 间伐对杉木人工林系统总碳储量组分的影响
不同间伐处理杉木人工林系统总碳储量组成
中,乔木层>土壤层>林下植被层>凋落物层.随间伐
强度增加,乔木层碳储量所占比例略有降低,土壤层
所占比例小幅升高. Pan 等[31]对不同地区研究结果
的综合分析指出,森林生态系统碳分配具有明显的
地理和植被变异特征,在全球尺度上,土壤层碳储量
占森林生态系统总碳储量的比例为 44% ,植被层占
42% ,凋落物层占 5% ,枯损木占 8% . 另外,本研究
没有考虑间伐损失的碳储量,对照、中度和强度间伐
损失的树干碳储量分别为 3. 00、 4. 04 和 6郾 68
t·hm-2,枝、叶和根间伐后留在林地,分解后归还土
壤,因此未统计在内.间伐木在碳汇功能方面的作用
主要取决于其最终用途[32] .本文仅研究了不同间伐
强度下杉木人工林碳现存量的变化,没有涉及土壤
碳释放研究,今后应加强间伐后林地碳输入、输出过
程的长期动态监测,全面评估间伐对杉木人工林碳
循环过程的影响机制.
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作者简介摇 徐金良,男,高级工程师. 主要从事杉木培育和
森林资源管理研究. E鄄mail: xujinliang2010@ 126. com
责任编辑摇 孙摇 菊
4091 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷