全 文 ：第 33卷　第 3期
2009年 5月
南京林业大学学报(自然科学版)
JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalScienceEdition)
Vol.33, No.3
May, 2009
　收稿日期:2008-08-20　　　　修回日期:2008-12-23
　基金项目:广西科学基金资助项目(桂科自 0640018);广西教育厅科研基金(2006-26);广西 “十五 “林业科学研究项目(2002-66)
　作者简介:何　斌(1962—),研究员 ,研究方向为森林土壤和森林生态。 E-mail:hebin125@sina.com。
　引文格式:何　斌 , 余春和 , 王安武 ,等.厚荚相思人工林碳素贮量及其空间分布 [ J].南京林业大学学报:自然科学版 , 2009, 33
(3):46-50.
厚荚相思人工林碳素贮量及其空间分布
何　斌 1 ,余春和 2 ,王安武2 ,李就鹏 2 ,陈玉萍1 ,荣　薏 1
(1.广西大学林学院 ,广西　南宁　530004;2.广西七坡林场 ,广西　南宁　 530225)
摘要:对 7年生厚荚相思人工林生态系统的碳素含量 、贮量及其空间分布特征进行了研究。结果表明:厚荚相思
不同器官碳素含量为 470.1 ～ 533.8 g/kg, 排序从大到小依次为树叶 、树枝 、树干 、树根 、树皮。灌木层 、草本层和
凋落物层碳素含量分别为 465.4、425.7和 478.3 g/kg。土壤(0 ～ 80 cm)平均碳素含量为 12.94 g/kg, 随土层深
度的增加 , 各层次土壤碳素含量逐渐减少。厚荚相思人工林生态系统总碳贮量为 141.05 t/hm2 , 其中乔木层为
46.97 t/hm2 ,占整个生态系统碳贮量的 33.30%;灌草层为 2.07 t/hm2 , 占 1.47%;凋落物层为 4.49 t/hm2 , 占
3.18%;林地土壤(0 ～ 80 cm)为 92.01 t/hm2 , 占 65.23%。厚荚相思各器官碳贮量与其生物量成正比例关系 , 树
干的碳贮量最高 , 占乔木层碳贮量的 52.20%, 树枝 、树叶 、树皮和树根等碳贮量共占乔木层的 47.80%。 7年生
厚荚相思人工林乔木层年净生产力为 20.06 t/(hm2·a),碳素年净固定量为 9.86 t/(hm2·a)。
关键词:厚荚相思人工林;碳素含量;碳贮量;碳分配
中图分类号:S718.55　　　　文献标志码:A　　　　文章编号:1000-2006(2009)03-0046-05
CarbonstorageanddistributioninAcaciacrassicarpaplantationecosystem
HEBin1 , YUChun-he2 , WANGAn-wu2 , LIJiu-peng2 , CHENYu-ping1 , RONGYi1
(1.ForestryColegeofGuangxiUniversity, Nanning530004, China;2.QipoForestFarmofGuangxi, Nanning530225, China)
Abstract:Thecontent, storageanddistributionofcarbonin7-year-oldAcaciacrassicarpaplantationecosystemwere
studied.TheresultsshowedthatcarboncontentindiferentorgansofA.crassicarpatreesrangedfrom 470.1 g/kgto
533.8 g/kg, anddecreasedintheorderofleaf>branch>stem>root>bark.Thecarboncontentinshrub, herbandlit-
terfloorwere465.4 g/kg, 425.7 g/kgand478.3 g/kg, respectively.Carboncontentinthesoil(0— 80 cm)was
12.94 g/kganddeclineswithsoildepth.ThetotalcarbonstorageinA.crassicarpaplantationecosystemsamountedto
141.05 t/hm2 , ofwhichover-storeyofA.crassicarpastored46.97 t/hm2 andaccountedfor33.30%, andunder-storey
plantstored2.07 t/hm2 andaccountedfor1.47%, andliterfloorstored4.49 t/hm2 andaccountedfor3.18%, and
soilstored92.01 t/hm2 andaccountedfor65.23%.Thecarbonstorageindifferentorganswaspositivelyrelatedtothe
biomassofcorrespondingorgans.Stemaccumulatedthehighestcarbonstorage, comprised52.20% ofcarbonstoragein
overstorytrees, therestinbranch, leaf, barkandroot, etc., seized47.80%.Theannualnetproductivityof7-year-old
A.crassicarpaplantationwas20.06 t/(hm2·a)andannualcarbonfixationwasupto9.86 t/(hm2·a).
Keywords:Acaciacrassicarpaplantation;carboncontent;carbonstorage;carbondistribution
当前 ,大气 CO2浓度上升引起的温室效应及其所带来的一系列生态环境变化已成为生态学 、环境科
学等研究的热点问题 。森林作为陆地生态系统的主体 ,储存了陆地生态系统有机碳中地上部分的 80%和
地下部分的 40%[ 1] 。因此 ,森林生态系统在调节全球碳平衡 ,减缓大气中 CO2等温室气体浓度上升以及
调节全球气候等方面有着不可替代的作用 。 20世纪 90年代以来 ,许多科学家从全球 、区域或国家尺度上
研究了森林生态系统对全球碳循环的影响和不同森林生态系统碳贮量及其分配特征 [ 2-9] 。
厚荚相思(Acaciacrasicarpa)为常绿乔木 ,具有速生 、干形较直 、耐干旱瘠薄和抗逆性强等特点 ,是一
种多功能的速生用材树种。我国于 1985年从澳大利亚引种厚荚相思 [ 10] ,于 1999年在广东 、广西 、海南和
　第 3期 何　斌 ,等:厚荚相思人工林碳素贮量及其空间分布
福建等省(区)大规模推广营造 ,并取得了良好的生态和经济效益 ,成为桉树人工林多代连栽而引起地力
衰退后的重要替代树种之一。目前 ,国内外关于厚荚相思人工林的研究已有不少 [ 10-13] ,但有关厚荚相思
人工林碳循环方面的研究尚未见报道 。笔者对厚荚相思生态系统碳素含量 、贮量及其空间分布特征进行
系统研究 ,以期为正确评价厚荚相思人工林生态系统固碳效益提供基础数据 ,同时也为正确评估我国人工
造林的碳吸收量和吸收潜力 ,探讨森林生态系统碳蓄积规律和森林碳库的调控提供科学依据。
1　材料与方法
1.1　试验地概况
试验地位于广西南宁市北郊(108°21′E, 22°58′N),属南亚热带季风气候 ,年均气温 21.8℃,极端最高
气温 40℃, ≥10℃年积温约 7 200℃,年均降雨量约 1 350mm,降雨多集中在 5至 9月 ,相对湿度约 79%,
年日照时数 1 450 ～ 1 650h。标准地均位于山坡中下部 ,海拔 200 ～ 250 m,东南坡 ,坡度 25°～ 28°,土壤类
型为砂页岩发育形成的赤红壤 ,土层厚度在 80 cm以上 ,土壤腐殖质层厚度 15 ～ 20 cm。
试验地前茬林分为杉木(Cunninghamialanceolata)纯林 ,在栽种厚荚相思人工林前 , 0 ～ 20 cm和 20 ～
40 cm土层含有机碳的量分别为 12.40 g/kg和 0.564g/kg。 2000年 12月采伐杉木林并经炼山整地后 ,于
2001年 4月用厚荚相思实生苗定植 ,初植密度 1 140株 /hm2。 2008年 1月调查时经自然稀疏和间伐后林
分保留密度为 850株 /hm2 ,郁闭度 0.75,林分平均胸径 15.2 cm,平均树高 14.8m。林下植物主要有毛桐
(Malotusbarbatus)、潺槁树 (Litseaglutinosa)、越南悬钩子 (Rubuscochinchinensis)等灌木 ,以及五节芒
(Miscanthusfloridulus)和蔓生莠竹(Microstegiumvegans)等 ,凋落物层厚度 3 ～ 4 cm。
1.2　标准地的设置与生物量的测定
在厚荚相思人工林中设置 3个 20m×20m的标准地 ,测定标准地内树木的树高和胸径。根据林分生
长调查结果 ,按林木的径级分布 ,在标准地选取各径级标准木伐倒 ,地上部分采用 2 m区分段 “分层切割
法 ”测定干材 、干皮 、活枝 、枯枝 、树叶鲜质量 ,地下部分(根系)采用全根挖掘法 [ 12] ,分别测定根蔸 、粗根
(直径≥2.0 cm)、中根(直径 0.5 ～ 2.0cm)、细根(直径 <0.5 cm)鲜质量 。各器官分别取样 ,在 85℃恒温
下烘干至恒重 ,计算其生物量。
在每个标准地内各设置 5个 1m×1m的小样方 ,调查样方内植物种类 、个体数 、高度和覆盖度等 。灌
木和草本层用样方法收割和称量地上部分鲜质量 ,再挖掘和称量样方地下 20 cm范围内的根[ 14] ,凋落物
层则收集和称量样方内所有凋落物 ,同时取样测定其含水率和干质量。
年凋落物量测定采用直接收集法 ,在每个标准地内随机设置 6个 1 m×1 m的木框架尼龙网(孔径
1 mm)收集器 ,每月月底收集凋落物 1次 ,带回室内 ,按叶 、枝 、花果和杂物等组分烘干测定生物量 。
1.3　样品的采集及其碳素含量与生态系统碳贮量的测定
在测定生物量的同时 ,采集 5株样木不同器官(树叶 、活枝 、枯枝 、树干 、树皮 、根蔸 、粗根 、中根和细
根)及灌木层 、草本层和凋落物层样品 ,经烘干 、粉碎 、过筛后装瓶待测 。在各标准地中分别设置 3个代表
性采样点 ,按 0 ～ 20、20 ～ 40、40 ～ 60和 60 ～ 80cm分层采集土壤样品 ,把同一标准地相同层次土壤按质量
比例混合 ,带回实验室于室内自然风干和粉碎过筛后装瓶待测。同时用环刀法采集原状土并测定土壤
密度。
植物和土壤样品碳素含量均采用重铬酸钾氧化–外加热法测定[ 15] 。
厚荚相思不同器官 、草本层 、灌木层和凋落物层生物量与其碳素含量的乘积为其相应的碳贮量 ,土壤
碳贮量则是土壤有机碳含量 、土壤体积质量 、采样深度和面积的乘积 ,乔木层 、灌木层 、草本层 、凋落物层和
土壤层碳贮量之和为生态系统的碳贮量。乔木层碳素年净固定量由各器官年平均净生产力及其相应的碳
素含量计算而得 。
2　结果与分析
2.1　厚荚相思人工林生态系统各组分碳素含量
2.1.1　乔木层各器官碳素含量
厚荚相思不同器官碳素含量变化范围在 470.1 ～ 533.8g/kg(表 1),各器官碳素含量的变异系数为 2.45% ～
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南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 33卷
表 1　厚荚相思各器官碳素含量
Table1　Carboncontentindiferentorgansof
A.crassicarpa
器官
organ
碳素含量 /(g·kg-1)
contentofC
变异系数 /%
variationcoeficient
树叶 533.8 3.52
活枝 492.2 4.34
枯枝 476.3 5.17
树皮 470.1 3.40
树干 479.6 2.45
根蔸 478.3 3.36
粗根 484.4 3.46
中根 481.6 2.76
细根 474.2 4.10
平均 483.6
　注:样本数为 5个;表中数据经相应各组分生物量加权平均。
5.17%。就不同器官碳素含量看 ,树叶 、树枝的碳素
含量较高 ,树皮相对较低 ,碳素含量从高到低依次为
树叶 、树枝 、树根 、树干 、树皮 ,这与栓皮栎不同器官碳
素含量的高低顺序(树皮 、树叶 、树干 、树枝 、树根)、杉
木不同器官的碳素含量高低顺序(树皮 、树叶 、树干 、
树根 、树枝)和马尾松不同器官的碳素含量高低顺序
(树干 、树根 、树皮 、树枝 、树叶 )等存在一定的差
异 [ 8, 16-17] ,反映了不同树种各器官碳素的累积特点。
2.1.2　林下植被 、凋落物层和土壤层碳素含量
厚荚相思人工林灌木层和草本层的平均碳素含量
分别为 465.4g/kg(地上 468.8 g/kg,地下 450.2 g/kg)
和 425.7g/kg(地上 430.5g/kg,地下 409.8g/kg)。由
于地表现存凋落物层主要以落叶为主 ,其部分有机物
已被分解 ,因而其碳素含量(478.3g/kg)略低于乔木层 ,但高于灌木层和草本层 。总的来看 ,厚荚相思人工林
生态系统中表现出随植物个体高度或组织木质化程度的降低 ,其碳素含量相应减少的趋势 ,即植物碳素平均
含量顺序从高到低依次为乔木层 、灌木层 、草本层。
厚荚相思人工林土壤(0 ～ 80cm)碳素含量平均值为 8.46g/kg(0 ～ 20、20 ～ 40、40 ～ 60、60 ～ 80cm土
层碳素含量分别为 17.50、7.82、5.76、4.33g/kg),呈现随土壤深度增加而明显下降的趋势 ,其中 0 ～ 20cm
土层碳素含量明显高于其他土层 ,随着土壤深度的增加 ,相邻土层碳素含量的差异趋向变小。
2.2　厚荚相思人工林生态系统碳贮量及分配
表 2　厚荚相思人工林生态系统碳素贮量及其分配
Table2　Carbonstorageandspatialdistribution
inA.crassicarpaplantationecosystem
层次
layer
组分
component
生物量 /(t·hm-2)
biomas
碳贮量 /(t·hm-2)
carbonstorage
树叶 6.48 3.46(2.45)
树枝 15.51 7.56(5.36)
乔木层 树皮 9.56 4.50(3.19)
树干 51.12 24.52(17.38)
树根 14.46 6.94(4.92)
灌木层 地上部分地下部分
2.16
0.42
1.01(0.72)
0.19(0.13)
草本层 地上部分地下部分
1.57
0.48
0.68(0.48)
0.20(0.14)
凋落物层 9.38 4.49(3.18)
土壤层
0～ 20cm
20～ 40cm
40～ 60cm
60～ 80cm
41.72(29.58)
21.18(15.02)
16.31(11.56)
12.80(9.07)
总计 141.05(100.00)　
　　注:()中为所占整个生态系统碳贮量的比例。
　　厚荚相思人工林乔木层碳贮量为 46.98 t/hm2 ,
不同器官的碳贮量与各器官的生物量成正比例关系
(表 2)。树干作为乔木层碳贮量的主体 ,其生物量最
大 ,为 51.12 t/hm2 ,占乔木层生物量的 52.63%,其碳
贮量则占乔木层碳贮量的 52.20%;其次是树枝(活枝
和枯枝)、树根和树皮 ,它们的碳贮量依次占乔木层碳
贮量的 16.10%、14.78%和 9.58%;树叶最少 ,仅占乔
木层碳贮量的 7.37%。
厚荚相思人工林灌木层和草本层碳贮量分别为
1.20t/hm2和 0.88t/hm2(表 2)。凋落物层为森林生
态系统中土壤-植物系统碳循环的联结库 , 同时也是
土壤有机碳的最重要来源 ,在土壤有机碳的积累过程
中起着极为重要的作用。受树种生物学特性等影响 ,
厚荚相思人工林凋落物现存量较多 ,其生物量和碳贮
量分别达 9.38 t/hm2和 4.49 t/hm2 ,均明显超过相近
林龄的杉木和马尾松人工林[ 16-17] 。
厚荚相思人工林土壤(0 ～ 80 cm)有机碳贮量为
92.01 t/hm2 ,且表现出随土壤深度增加而减少的变化趋势 ,其中表土层(0 ～ 20 cm)和 20 ～ 40 cm土层的
土壤碳贮量占整个土壤有机碳贮量的 68.36%,可见表层土壤碳贮量的贡献较大 ,表明该地区人工林土壤
较脆弱 ,任何引起水土流失的活动如炼山 、整地等都很容易导致林地尤其是山地土壤碳素损失 ,同时也反
映了亚热带地区森林土壤的脆弱性。
森林生态系统的总碳贮量包括乔木层 、灌木层 、草本层 、凋落物层和土壤层 。厚荚相思人工林生态系统
总碳贮量分别为 141.05t/hm2 ,其中乔木层的碳贮量占总量的 33.30%;林下植被(灌草层)碳贮量占总碳贮
量的 1.47%;凋落物层占总量的 3.18%。林地土壤(0 ～ 80 cm)的碳贮量占总量的 65.23%,为植被层碳贮量
的 1.96倍。因此 ,林地土壤是碳的一个极重要的贮存库 ,在平衡大气的 CO2方面有着重要作用 。
48
　第 3期 何　斌 ,等:厚荚相思人工林碳素贮量及其空间分布
2.3　厚荚相思人工林碳素年净固定量
表 3　厚荚相思人工林碳素年净固定量
Table3　AnnualnetcarbonfixationofA.crassicarpa
plantation t/(hm2·a)
组分
component
净生产力
annualnetproductivity
碳素年净固定量
annualnetcarbonfixation
树叶 0.93 0.49
树枝 2.22 1.08
树皮 1.36 0.64
树干 7.30 3.50
树根 2.07 0.99
年凋落物 6.18 3.15
合计 20.06 9.86
　　确定系统同化 CO2的能力是森林生态系统生产
力研究的重要内容之一 。根据厚荚相思人工林各组
分年净生产力及其相应碳素含量计算碳素年净固定
量(表 3),发现不同组分的碳素年净固定量以树干最
大 ,其年净固碳量占乔木层碳素年净固定量 35.50%,
其次是树枝 、树根和树皮 ,最小是树叶 ,仅占 4.97%。
3　讨　论
厚荚相思林各器官中碳素含量范围在 452.3 ～
533.8 g/kg,不同器官碳素含量从高到低为树叶 、树
枝 、树根 、树干 、树皮;草本层 、灌木层和凋落物层碳素平均含量分别为 465.4、425.7和 478.3 g/kg。土壤
碳素平均含量为 8.46g/kg,随土层深度的增加 ,各层次土壤碳素含量逐渐减少。
7年生厚荚相思人工林生态系统碳贮量为141.05 t/hm2 ,其中乔木层碳贮量为 46.98 t/hm2 ,略小于福建
顺昌 20年生马尾松人工林(50.28 t/hm2)和湖南会同 15年生杉木人工(52.55 t/hm2)[ 17-18] ,占生态系统碳
贮量的 33.30%;灌木和草本层为 2.08t/hm2 ,占 1.47%,凋落物层碳贮量 4.49 t/hm2 ,占 3.18%。虽然受研
究区所处区域和前茬林分即原杉木林的影响 ,厚荚相思人工林土壤碳贮量(92.01t/hm2)远低于我国森林土
壤平均碳贮量(193.55t/hm2)[ 5] ,占生态系统碳贮量的 65.23%,但由于厚荚相思人工林的高落叶量促进了
土壤有机碳的生物积累 ,因此 ,栽植厚荚相思 7年后土壤有机碳含量明显高于原杉木林 ,同时也表明厚荚相思
人工林土壤有机碳库还有较大积累或贮存潜力。
7年生厚荚相思人工林林分碳素年净固定量为 9.86t/(hm2·a),其中 ,乔木层碳素年净固定量和凋落物
碳素年归还量分别为 6.71、3.15t/(hm2·a)。据有关报道 ,福建南平 7、20、30年生杉木人工林乔木层碳素年
净固定量和凋落物碳素年净归还量为 2.07、4.78、1.75 t/(hm2·a)和 1.63、2.40、1.69 t/(hm2·a)[ 16] ,湖南会
同 15年生杉木人工林乔木层碳素年净固定量和凋落物碳素年净归还量分别为 3.48、1.85t/(hm2·a)[ 18] ,苏
南丘陵地区 18年生国外松乔木层碳素年固定碳量为 5.78t/(hm2·a)[ 8] 。可见 ,厚荚相思是一个碳吸存能力
较强的热带树种 。目前国际上已提出碳人工林(carbonplantation)的概念 ,其意义可理解为一种超越以木材
收获为主的传统经营目标 ,以同时追求木材收获和碳吸存效益为双重目标的新型人工林经营模式[ 19-20] 。我
国南方集体林区是我国商品林或用材林的重要基地 ,如何在提供木材的同时最大限度地发挥其固碳能力和
潜力已成为我国南方林区林业可持续发展的必然趋势 ,亦是缓解国际社会对中国 CO2限制压力的重要举措
之一 。因此 ,合理经营和发展厚荚相思等既具有良好经济效益和较强碳吸存能力 ,又对维护和提高林地地力
和生产力有良好作用的树种 ,增强人工林的碳汇功能 ,对提高人工林在全球碳平衡中的作用 ,调节大气 CO2
浓度 ,维护生态环境 ,从而提高人工林的经济和生态效益都有十分重要的作用和意义。
[ 　参　考　文　献　]
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(责任编辑　王国栋)
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