全 文 ：擎天树人工林生态系统碳贮量及分布格局
苏 勇1，吴庆标2，施福军1，梁 机2，段文雯2
( 1．广西南宁良凤江国家森林公园，广西南宁 530031; 2．广西大学林学院，广西南宁 530005)
摘要 对 32年生擎天树人工林生态系统的碳素含量、碳贮量及其空间分配特征进行了研究。结果表明，擎天树不同器官碳素平均含量
的变化范围为 465． 1 ～493． 5 g /kg，各器官碳素含量依次为: 细根 ＞树干 ＞树叶 ＞根兜 ＞中根 ＞粗根 ＞树枝 ＞干皮; 32 年生擎天树人工
林生态系统的碳贮量为 300． 70 t /hm2，其中植被层碳储量为 169． 71 t /hm2，乔木层地上部分碳储量占整个植被层的 84． 22%。经估算，擎
天树人工林乔木层净固碳量和碳素净积累量分别为 11． 30和 5． 20 t / ( hm2·a)。
关键词 擎天树;生物量;碳贮量;碳素分配
中图分类号 X174 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611( 2011) 09 －05271 －03
Storage and Distrobution Pattern of Carbon in the Ecological System of Man-made Forest of Parashorea chinensis
SU Yong et al ( Liangfengjiang National Forest Park of Nanning in Guangxi，Nanning，Guangxi 530031)
Abstract The content，storage and spatial distribution of carbon in the ecological system of man-made forest of 32-years old Parashorea
chinensis were studied． The results showed that the average carbon contents in different organs of Parashorea chinensis varied in the range of
465． 1 － 493． 5 g /kg; the carbon contents in its organs were as follows: thin root ＞ tree trunk ＞ leaves ＞ root pocket ＞ middle root ＞ thick
root ＞ branches ＞ trunk bark; the carbon storage of the ecological system of man-made forest of 32-years old Parashorea chinensis was
300. 70 t /hm2，that of vegetable layer was 169． 71 t /hm2 and that of aerial part of tree layer accounted for 84． 22% in the carbon storage of
whole vegetable layer． It was estimated that the net carbon capacity and carbon accumulation of tree layer in the man-made forest of P． chinen-
sis were 11. 30 and 5. 20 t / ( hm2·a) ．
Key words Parashorea chinensis; Biomass; Carbon storage; Carbon distribution
基金项目 广西“十一五”林业科技研究项目( 桂林科字 2010 － 19) 。
作者简介 苏勇( 1962 － ) ，男，广西北流人，高级工程师，从事森林保护
和森林培育研究。
收稿日期 2010-12-27
森林作为陆地生态系统的主体，是陆地生态系统中最大
的碳库，贮存了陆地生态系统总碳库的 56%［1］，在调节全球
碳平衡及降低大气 CO2 含量方面发挥着主导作用。方精云
等推算了我国近几十年来森林碳库及其动态变化［2 －4］。然
而我国在森林碳循环方面的研究仍然十分薄弱，树种及区域
生产力的差异使得森林碳贮量和生产力的估计存在较大的
不确定性［4］。因此，加大对不同森林生态系统碳循环的研
究，对准确预测和维护其长期固碳潜力、以及在京都议定书
的框架范围内进行碳汇贸易谈判具有重要意义。
擎天树( Parashorea chinensis) 又名望天树，属龙脑香科
植物，是我国一级保护的珍稀热带季雨林树种，分布在我国
云南、广西 2 省区热带季雨林中海拔 1 000 m 以下的山谷
中［5］，自然分布主要集中在云南西双版纳和广西的巴马、龙
州、大新、田阳、那坡、龙州等地［2］。国内外有关擎天树的研
究始于 21世纪初，且大多研究集中在群落结构、林分生长规
律、土壤理化性能、遗传多样性等方面［6 －12］。而有关擎天树
人工林碳贮量和分配规律的研究较少。笔者对 32 年生擎天
树人工林不同器官碳素含量和碳贮量分配规律、年净固碳能
力进行了综合研究，以期为华南地区发展珍贵树种和进行人
工林碳汇造林项目谈判提供科学依据。
1 试验地概况与研究方法
1． 1 试验地概况 试验地位于广西南宁良凤江国家森林公
园内，地处 22°3431″ ～ 22°4651″ N，108°1514″ ～ 108°2222″
E，属南亚热带南缘季风气候，年平均气温 21． 6 ℃，极端最高
气温40 ℃，极端最低气温 －1． 5 ℃，≥10 ℃的年积温在7 600
℃以上，年均降雨量在 1 280 mm以上，且降雨多集中在 5 ～ 9
月，年无霜期达 342 d。试验地平均海拔 346 m，平均坡度约
25°，地层以第三系、泥盆系地层为主，土壤则由该地层中的
不同母岩和母质发育而成，以赤红壤为主，土层平均厚度在
80 cm以上。擎天树人工林标准地前茬为马尾松( Pinus mas-
soniana) 纯林，南宁树木园于 1978年春季采用云南西双版纳
地区的良种擎天树实生苗造林，期间未有过间伐，调查时林
分保存密度为 525株 /hm2，林分郁闭度 0． 8。林下植被较丰
富，草本层以金毛狗( Cibotium baromerz) 、半边旗( Pteris semi-
pinnata) 、东方乌毛蕨( Blechnum oriental) 为优势种;灌木层以
越南悬钩子( Rubus cochinchinensis) 、九节( Psychotria rubra) 、
大青( Cleredendrumcwtophyiium turcz) 等为优势种。林下植被
覆盖度约 50%，枯落物层厚度约 2 ～3 cm。
1． 2 研究方法
1． 2． 1 标准地设置与林分生物量测定。在 32 年生擎天树
人工林内设置 3个 400 m2 的临时标准地，对标准地内每株树
木进行编号并测定树高和胸径。根据林分生长情况调查结
果，在标准地选择 6 株标准径阶木，采用收获法测定其生物
量:①树干和树皮:采用 Monsic分层切割法，将平均木以 2 m
为一区分段称重，并分别在树干的上、中、下部锯取约 5 cm
厚的圆盘样品测定树干的含水率和树皮率;②枝条和叶片:
采用全测法，样木伐倒后，现场对活枝、枯枝、叶片分别称全
重，并按嫩叶和老叶之比获取枝条、叶片样品;③根系:采用
全根挖掘法，按细根( 根直径 d ＜ 0． 5 cm) 、中根( 0． 5 ～ 2． 0
cm) 、粗根( ≥2． 0 cm) 、根蔸等分别称重［13］。乔木层生物量
由各径级样木器官的生物量乘以相应单位面积保存株数获
得。林下植被生物量和现存凋落物量调查:在每个标准地内
各设置 5个面积为 1 m ×1 m的小样方，采用样方收获法，按
灌木层、草本层和凋落物层分别测定其生物量或现存量，同
时取样测定含水率和干重推算单位面积生物量。
1． 2． 2 样品采集及碳素含量测定。在测定生物量的同时，
采集乔木层不同器官( 树叶、活枝、树干、树皮、根蔸、粗根、中
根和细根) 、灌木层( 分叶、地上枝和根) 、草本层( 地上和地
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39( 9) : 5271 － 5273 责任编辑 常俊香 责任校对 卢瑶
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.09.218
下混合) 和凋落物层样品，烘干、粉碎、过筛后装瓶待测。并
在各标准地内分别设置 8 个代表性采样点，按 0 ～ 20、20 ～
40、40 ～60、60 ～ 80、80 ～ 100 cm 分层采集土壤样品，将相同
标准地同一层次土壤按重量比例混合，室内自然风干并粉碎
过筛后装瓶待测。同时用环刀( 100 cm3 ) 采集各层土壤的原
状土，用环刀法测定土壤密度。
植物和土壤样品的碳素含量均采用中国科学院生态环
境研究中心的元素分析仪( Vario ELⅢ，德国) 测定，每个样
品重复测定 2次( 2010 年 9 月) 。采用 Excel 2003 软件整理
试验数据，并采用 SPSS 11． 5 软件对试验结果进行差异显著
性分析。
2 结果与分析
2． 1 擎天树人工林不同结构层次的碳素含量
2． 1． 1 乔木层各器官碳素含量。擎天树不同器官平均碳素
含量为465． 1 ～ 493． 5 g /kg( 图1) ，同一器官碳素含量的变异
系数为 0． 14% ～2． 25%。不同器官碳素含量存在一定差异
( P ＜0. 05) ，其中干皮比其他器官碳素含量显著偏低 ( P ＜
0. 05) 。各器官平均碳素含量大致为:细根 ＞树干 ＞树叶 ＞
根兜 ＞ 中根 ＞ 粗根 ＞ 树枝 ＞ 干皮。这与杉木［14］、马尾
松［15］、秃杉［16］、桉树［16］等南方常见造林树种各器官碳素含
量的排列次序不完全一致，说明不同树种碳素含量存在明
显差异。擎天树不同器官平均碳素含量低于吴庆标等估算
中国森林生态系统植被固碳现状和潜力时所假定的林木碳
图 1 擎天树人工林乔木层的碳素含量
Fig． 1 The carbon content in tree layers of Parashorea chinensis
planted forest
含量 500 g /kg［4］。
2． 1． 2 林下植被和土壤中碳素含量。由图 2 可知，擎天树
人工林灌木层的碳素平均含量为 462． 4 ～478． 6 g /kg，草本层
为 410． 2 g /kg，凋落物层为 458． 6 g /kg。其中灌木层地上部
碳素含量略高于地下部分，与乔木层碳素含量的分配规律不
完全一致。灌木层碳素含量整体高于草本层，且随灌木层植
物个体组织木质化程度的增加，其碳素含量呈增加趋势，这
与何斌等对杉木和秃杉人工林生态系统的研究结果
一致［16］。
擎天树人工林土壤碳素含量在垂直方向的分布存在明
显差异( 图 2) ，呈现出随土壤深度增加碳素含量明显下降的
趋势，40 cm以下土壤各层的碳素含量基本一致。
图 2 擎天树人工林地被层和土壤层的碳素含量
Fig． 2 The carbon content in ground layer and soil layer of Pa-
rashorea chinensis planted forest
2． 2 擎天树人工林生态系统碳贮量及其分配 由表 1 可
知，擎天树人工林植被生物量和碳贮量分别为 351． 10 和
169． 71 t /hm2。擎天树树干通直、高大，乔木层地上部分占整
个植被层的 84． 22%，其中干材和树皮的碳贮量高达
67. 78%。地下根系碳贮量仅占13． 84 %，且主要集中在根兜
和粗根部分。灌木层和草本层碳贮量所占比例极小，分别为
植被层的 0． 22%和 0． 21%。0 ～ 100 cm 土壤层碳贮量估算
为 131． 00 t /hm2，相当于植被层碳库的 77． 19 %，其中
61. 14%的土壤碳贮存在 0 ～ 40 cm土层中。由此可见，32 年
生擎天树人工林生态系统的碳贮量为 300． 7 t /hm2，且其植
被层的碳贮量甚至超过 0 ～100 cm土壤层贮存的有机碳量。
表 1 擎天树人工林生物量和碳贮量分配格局
Table 1 The distribution pattern of biomass and carbon storage in Parashorea chinensis planted forest
生态系统层次
Ecosystem layers
器官
Organs
生物量 Biomass
测定值∥t /hm2
Measured value
分配比例∥%
Allocation proportion
碳贮量 Carbon storage
测定值∥t /hm2
Measured value
分配比例∥%
Allocation proportion
乔木层 Tree layer 树叶 12． 200 3． 47 5． 95 3． 51
树枝 46． 260 13． 18 21． 96 12． 94
树皮 21． 250 6． 05 9． 88 5． 82
树干 215． 690 61． 43 105． 15 61． 96
地上部分合计 295． 400 84． 14 142． 93 84． 22
根兜 33． 360 9． 50 16． 19 9． 54
粗根 11． 430 3． 26 5． 51 3． 25
中根 2． 800 0． 80 1． 35 0． 80
细根 0． 870 0． 25 0． 43 0． 25
接下表
2725 安徽农业科学 2011 年
续表 1
生态系统层次
Ecosystem layers
器官
Organs
生物量 Biomass
测定值∥t /hm2
Measured value
分配比例∥%
Allocation proportion
碳贮量 Carbon storage
测定值∥t /hm2
Measured value
分配比例∥%
Allocation proportion
地下部分合计 48． 460 13． 80 23． 48 13． 84
乔木层合计 343． 860 97． 94 166． 41 98． 06
灌木层 Shrub layer 灌木叶 0． 153 0． 04 0． 07 0． 04
灌木枝 0． 484 0． 14 0． 23 0． 14
灌木根 0． 163 0． 05 0． 08 0． 05
灌木层合计 0． 800 0． 23 0． 38 0． 22
草本层 Herbaceous layer 草本层合计 0． 854 0． 24 0． 35 0． 21
凋落物层 Litter layer 凋落物层合计 5． 590 1． 59 2． 56 1． 51
植被层合计 351． 100 100 169． 71 100
土壤层 Soil layer 0 ～100 cm 131． 00
2． 3 擎天树乔木层年固碳量估算 由表 2 可知，擎天树乔
木层年净生产力为 23． 52 t / ( hm2·a) ，年净固碳量为 11． 30
t / ( hm2·a) ，其中地上部分年净固碳量分别为地下部分的
14． 48 倍。擎天树乔木层不同组分的年净固碳量均以树枝最
大( 占乔木层年净固碳总量的 48． 58% ) ，其次为树干和树叶
( 分别占 29． 03%和 13． 19% ) ，树皮年净固碳量最小 ( 仅占
2. 47% ) 。若擎天树各器官按 32年平均计，乔木层不同组分
的年净碳素累积量为 5． 20 t / ( hm2·a) 。
表 2 擎天树人工林乔木层年净固碳量
Table 2 The annual net carbon fixed quantity tree layer of Parashorea
chinensis planted forest t / ( hm2·a)
组分
Component
净生产力
Net
productivity
年净固碳量
Annual net carbon
fixed quantity
年净碳素累积量
Annual net carbon
accumulation
树叶 Tree leaves 3． 05* 1． 49* 0． 19＊＊
树枝 Tree branches 11． 56* 5． 49* 0． 69＊＊
树干 Tree trunk 6． 74 3． 28 3． 28
树皮 Tree bark 0． 66 0． 31 0． 31
根 Roots 1． 51 0． 73 0． 73
合计 Total 23． 52 11． 30 5． 20
注:树干、树皮和根的年净固碳量按 32 年计; * 树枝和树叶年净固碳
量按 4年计;＊＊树枝和树叶年净固碳量按 32年计。
Note: Annual net carbon fixed quantity of tree trunk，tree bark and roots
were calculated by 32 years; * represent annual net carbon fixed
quantity of tree branches and leaves were calculated by 4 years;＊＊
represent annual net carbon fixed quantity of tree branches and leav-
es were calculated by 32years．
3 结论与讨论
( 1) 国内外常用 0． 45 与 0． 50作为大区域植被的平均含
碳率转换数［4，17］。该研究结果表明，擎天树乔木层碳含量平
均为 465． 1 ～ 493． 5 g /kg，灌木层碳素含量平均为 462． 4 ～
478. 6 g /kg，凋落物层碳素含量平均为 458． 6 g /kg;草本层碳
素含量平均为 410． 2 g /kg，略低于转换数 0． 45。擎天树乔木
层不同器官碳素含量不同，其中树皮的碳素含量显著偏低( P
＜0. 05) 。擎天树乔木层碳素含量在不同器官中的分配规律
与杉木、马尾松、秃杉等不同［13 －16］，说明树种对植物碳素含
量的分配格局影响较大。
( 2) 不同树种的年净固碳量存在较大差异。擎天树乔木
层年净固碳量为 11． 30 t / ( hm2·a) ，其中地上部分年净固碳
量分别为地下部分的 14． 48 倍。由于该研究没有将枯枝落
叶层生物量、根系损失量和动物啃食量等计算在内，所得到
的净生产力比实际偏低。若擎天树各器官按 32 年平均计，
乔木层不同组分的年净碳素累积量合计为 5． 20 t / ( hm2·a) 。
擎天树乔木层不同组分的年净碳素累积量略低于 28年生秃
杉乔木层［5． 93 t / ( hm2·a) ］［16］，高于 30年生马尾松林［2. 43
t / ( hm2·a) ］［14］、35 年生楠木人工林［2． 55 t / ( hm2·a) ］［18］。
由此可见，擎天树人工林可作为华南地区人工林碳汇项目的
备选树种。
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