全 文 ：马占相思人工林生物量及碳素密度研究
黄丽娟
作者简介:黄丽娟 , 女 , 瑶族 , 广西恭城 , 在读硕士 , 研究方向森林生态。
收稿日期:2008-12-12
(广西大学 , 南宁　530005)
摘　要:对不同林龄段 (4年 、 7年 、 11年生)马占相思人工林生物量 、净生产力 、碳素密度进
行研究 。结果表明:(1)马占相思人工林林分生物量随着林龄的增大而逐渐积累 , 林下植被生物量也
有相似的变化趋势。(2)马占相思乔木层碳素密度是随着林龄的增长而增大;同一林分中各层次碳素
密度高低顺序为:乔木层>灌木层>草本层;不同林龄段马占相思土壤有机碳碳素密度随着林龄的增
大而增加 , 随着土壤深度的加深而减少。
关键词:马占相思人工林　不同林龄段　生物量　碳素密度
　　马占相思 (Acacia mangium)是豆科含羞草亚
科金合欢属的一种常绿高大乔木 , 原产于澳大利亚
昆士兰北部沿海 、 巴布亚新几内亚等地 , 适应性广 ,
耐干旱瘠薄 , 病虫害少 , 且具固氮改良土壤 , 速生
丰产 , 用途广泛等优点[ 1] 。
与此同时 , 随着马占相思人工林引种成功和经
营规模不断扩大 , 国内外对马占相思人工林的相关
研究也日益增多 。其中 , Otsamo A[ 2] 对马占相思林
分生长特性和林分密度的影响进行了较深入的研究 ,
翁启杰[ 3] 、郑文国[ 4] 、冯水[ 5]等分别研究了我国海
南 、福建和广东等地马占相思林分生长特性 , Hog-
berg 等[ 6]研究了马占相思根系的生物量及其动态变
化 , 以上研究结果均显示马占相思即使在立地条件
较差的林地上也显示出其速生特性;任海等[ 7] 对鹤
山马占相思人工林的生物量和净初级生产力进行了
研究 , 表明马占相思人工林不同生长发育阶段的生
物量增长存在明显的差异 。本课题首次对该树种人
工林不同林龄阶段生态系统的碳素密度及其分布进
行研究 , 为正确评价马占相思短周期工业用材的生
态效益提供正确的理论依据 , 同时也为我国森林生
态系统碳平衡及其动态模拟提供基础资料。
1　材料与方法
1.1　试验地概况
试验地位于广西南宁市国有高峰林场界牌分场 ,
地理位置为东经 108°21′, 北纬 22°58′, 属南亚热带
季风气候 , 年平均温度 21.8 ℃, 极端最高气温 40
℃, ≥10 ℃年积温约 7200 ℃, 年平均降雨量大约
1350 mm , 降雨多集中在 5 ～ 9 月 , 相对湿度大约
79%。标准地位于山坡中部 , 海拔高度约300 m , 坡
度 25 ～ 28度 , 坡向南偏东 , 土壤类型为砂页岩发育
形成的赤红壤 , 土壤厚度在 80 cm 以上 , 腐殖质层
厚度 15 ～ 20 cm 。
1.2　标准地的设置
试验地前茬林分均为杉木纯林 。2006 年 10 ～ 12
月 , 在经过全面实地调查并分析林分状况的基础上 ,
分别在 4 年生 、 7 年生和 11 年生这 3 个不同林龄
(即幼龄林 、 中龄林 、 近熟林)马占相思人工林中选
择邻近分布 , 母岩一致 , 海拔 、 坡向 、坡位等立地
条件基本相同 , 整地 、 抚育施肥等营林和管理措施
也相同 , 长势中等且较一致的林分 , 按不同林龄段
设置面积 20 m×20 m 的标准样地各 3块 (其中 4年
生为固定样地), 共设置样地 9块。
1.3　乔木层样品的采集与测定
标准地选定后 , 对各标准地内的乔木进行每木
检尺 , 测定胸径和树高 , 然后根据统计结果 , 在每
个林龄标准地内选择代表平均值的 3株样木 (平均
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木), 采用收获法 (冯宗炜 , 1999)测定样木的生物
量 , 具体方法是:样木伐倒后 , 地上部分采用 Mon-
sic分层切割法 , 每2 m为一区分段 , 分干材 、干皮 、
1年生枝 、多年生枝 、 枯枝 、叶 , 地下部分根系采用
全根挖掘法 , 按根蔸 、 粗根 (根系直径≥2.0 cm)、
细根 (0.5 ～ 2 cm)、 吸收根 (<0.5 cm), 分别称
重 , 并从中取样测定各器官的有机碳含量 。计算出
净生产力 (净生产力 =生物量/树龄)。采用重铬酸
钾氧化-外加热法测定碳含量[ 8] 。
1.4　林下植被样品的采集与测定
在每个标准地内各设置 3个面积为 1 m×1 m 小
样方 , 采用样方收获法 , 按草本层 、灌木层 、 死地
被物层分别测定其有机碳含量 、 生物量 , 采用重铬
酸钾氧化-外加热法测定有机碳含量[ 8] 。
1.5　土壤样品的采集与测定
在每个标准地内设置代表性采样点 3 个 , 按表
层 (0 ～ 20 cm)、第二层 (20 ～ 40 cm)、 第三层 (40
～ 80 cm)分层采集土壤样品 , 把相同标准地同一层
次土壤按重量等比例混合 , 用重铬酸钾氧化-外加热
法测定土壤有机碳含量[ 8] 。
2　结果与分析
2.1　马占相思人工林林分生物量与净生产力
2.1.1　不同林龄段乔木层生物量
从表 1可以看出 , 4年 、 7年 、 11年生马占相思
不同器官生物量中最大的是干材 , 最小的是吸收根;
在枝条的生物量分配中 , 多年生枝最大 。马占相思
的枯枝生物量随着林龄的增长是呈抛物线增长趋势 ,
最高在中林段 , 这种规律是因为 4 ～ 7龄还是马占相
思的生长期 , 随着年龄增大 , 林分郁闭度增大 , 是
自然整枝阶段 , 枝条开始枯死 、 脱落。根的生物量
分配中 , 吸收根是最少的 , 其次为细根 , 4林龄 、 11
林龄粗根生物量大于根蔸生物量 , 而 7林龄粗根生
物量小于根蔸生物量 。总之 , 随着林龄的增加 , 大
部分器官的生物量都是呈递增趋势 。
　　表 1 不同林龄段马占相思人工林乔木层生物量及其分配
林龄
树叶
kg/hm2 %
1 年生枝
kg /hm2 %
多年生枝
kg /hm2 %
枯枝
kg/hm2 %
干材
kg/hm2 %
干皮
kg/hm2 %
根蔸
kg/hm2 %
粗根
kg/hm2 %
细根
kg/hm2 %
吸收根
kg /hm2 %
4 龄 6.04 9.56 2.01 3.19 5.05 7.86 3.31 5.2 4 28.31 44.96 6.63 10.54 4.86 7.71 6.05 9.61 0.46 0.72 0.34 0.58
7 龄 6.07 3.96 4.84 2.86 16.68 9.96 8.10 4.7 9 89.81 53.07 9.83 5.81 16.30 9.63 15.7 8 9.32 0.52 0.31 0.48 0.28
11龄 6.62 3.10 5.52 2.58 21.37 10.01 4.38 2.0 5 122.83 57.50 12.28 5.75 19.16 8.98 19.6 8 9.22 0.88 0.41 0.72 0.34
2.1.2　不同林龄段林下植被生物量
从表 2可以看出 , 灌木层 、死地被物生物量均
随着林分年龄的增大而增加 , 草本层生物量随着林
分年龄的增大而减少 。4年生马占相思人工林灌木层
生物量小于草本层生物量;而 7年生和 11 年生马占
相思人工林下灌木层生物量却大于草本层生物量。
随着林龄的增大马占相思人工林灌木层生物量占其
林下植被生物量的比例呈先增加后下降的趋势 , 草
本层的呈递减趋势。不同林龄段死地被物生物量均
大于活地被物含量 , 且随着林分年龄的增大 , 死地
被物生物量出现明显的增加趋势 , 活地被物总生物
量虽是逐年增加的 , 但其所占的比例却是逐年减少
的 。以上林下植被生物量的变化结果说明在原杉木
林地营造马占相思林的初期 , 林分郁闭度较小 , 林
地土壤也比较贫瘠 , 比较有利于林下植被尤其是耐
瘠薄的草本类植被生长发育 , 生物量也较大;随着
林木的生长 , 林分逐渐郁闭 , 草本类林下植被生长
受到抑制 , 因而其生物量呈下降趋势 。林下植被的
这种变化规律对马占相思人工林群落结构 、 生物多
样性和林地土壤肥力的改善都有良好的作用。
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　　表 2 不同林龄段马占相思人工林林下植被生物量及其分配
林龄
活地被物
灌木层
生物量
(t/ hm2)
比例
(%)
草本层
生物量
(t/ hm2)
比例
(%)
总计
生物量
(t/hm2)
比例
(%)
死地被物
生物量
(t/hm2)
比例
(%)
4 龄 2.72 21.92 3.16 25.46 5.88 47.38 6.53 52.62
7 龄 5.28 31.10 2.48 14.60 7.76 45.70 9.22 54.30
11 龄 6.45 29.79 2.09 9.65 8.54 39.44 13.11 60.56
2.1.3　不同林龄段乔木层净生产力
净生产力是指单位土地面积上 , 单位时间内除
去呼吸消耗外所积累的有机物质干重 , 它是标志有
机物质生产速率的指标[ 9] , 由于没有将枯枝落叶层
生物量 、根系损失量和动物啃食量等计算在内 , 所
得到的净生产力要比实际低。从表 3可以看出 , 不
同林龄段马占相思人工林的年均净生产力均较高 ,
都达到 15.765 t/hm2以上 , 在1 ～ 4年生阶段相对稍
低 , 4 ～ 7年生阶段达到最高 , 其中随着林分年龄的
增大 , 净生产力减少的器官有树叶 、 干皮 、 吸收根 ,
净生产力先增加后减少的有 1 年生枝 、 多年生枝 、
枯枝 、 干材 、 根蔸 、 粗根 , 净生产力先减少后增加
的有细根。而在不同林龄段 , 干材的净生产力总是
最大 , 吸收根的净生产力总是最小 。在根的净生产
力中 , 根蔸 、粗根的净生产力较大 。
表 3 不同林龄段马占相思人工林乔木层净生产力
林龄 乔木层各部分年净生产力 (t/ hm
2)
树叶 1 年生枝 多年生枝 枯枝 干材 干皮 根蔸 粗根 细根 吸收根 合计
4 龄 1.510 0.503 1.263 0.828 7.078 1.658 1.215 1.513 0.115 0.085 15.765
7 龄 0.957 0.691 2.409 1.157 12.830 1.404 2.328 2.254 0.074 0.069 24.174
11 龄 0.602 0.502 1.943 0.398 11.166 1.116 1.742 1.789 0.080 0.065 19.404
2.2　马占相思人工林生态系统中各组分碳素密度
2.2.1　不同林龄段各器官碳素密度
从表 4可以看出 , 随着林分年龄的增大 , 马占相思
碳素密度呈增长趋势 , 4 ～ 7林龄段的增加量 (16.77 g/
kg)要比7 ～ 11林龄段的增加量 (4.20 g/kg)要大。马
占相思人工林的树叶 、枯枝 、树皮 、干材碳素密度相对
较高。4龄和 7龄 1年生枝比多年生枝碳素密度要高 ,
11龄中的则相反;树叶中碳素密度随着林龄的增长而
逐渐减少 , 由 4年生的 546.12 g/kg 减少到 11年生的
515.27 g/kg;1年生枝及树皮的碳素密度在 4 ～ 7年生
阶段是增加的 , 在7 ～ 11年生阶段是减少的;多年生枝
和枯枝的碳素密度均随着林龄的增大而增加;干材的增
加量在 4～ 7年生阶段比较大 , 而在 7 ～ 11年的增加量
很少。根蔸 、吸收根的碳素密度先减少后增大 , 而粗根
的碳素密度随着林龄的增大逐渐减少。不同林龄段的马
占相思人工林 , 各器官各组分碳素密度有高有低 , 但从
总的碳素密度来看 , 还是林龄越大 , 碳素密度越高。这
可能与各器官的老化程度有关[ 10] 。
表 4 不同林龄段马占相思人工林各器官碳素密度
林龄 乔木层碳素密度 (g/ kg)树叶 1 年生枝 多年生枝 枯枝 干材 树皮 根蔸 粗根 细根 吸收根 平均
4 龄 546.12 484.55 474.70 508.08 481.23 518.83 515.08 509.94 494.44 496.17 497.94
7 龄 523.10 514.78 484.97 509.74 527.22 543.51 490.42 482.74 506.48 485.69 514.71
11 龄 515.27 494.01 507.07 534.01 529.17 527.23 507.97 478.94 485.93 533.91 518.91
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2.2.2　林下植被碳素密度
林下植被碳素密度测定结果如表 5。从表 5可以
看出 , 灌木层中的碳素密度平均为 436.61 g/kg , 它
们的碳素密度大小的排列顺序为:根>叶>茎。草
本层碳素密度平均为 407.17 g/kg , 地上部分的碳素
密度 (415.86 g/kg)大 于地下部 分碳素 密度
(398.48 g/kg)。死地被物层碳素密度为 435.27 g/
kg 。林下植被碳素密度的高低顺序为:灌木>死地
被物层>草本层。从表 4 和表 5还可看出 , 灌木层
叶片碳素密度 434.78 g/kg , 低于乔木层树叶碳素密
度。这除了与林下植被种类有关外 , 还与林下环境
条件密切相关。乔木层叶片处于林冠上部 , 有较长
的日照时间和充足的光能 , 从而可以截获较多太阳
能 , 有利于植物的光合作用 , 合成 、 积累较多的有
机物 , 因而碳素密度较高;而灌木层叶片处于荫蔽
生境 , 光照不仅在强度上减弱 , 而且在光质成分上
也与林冠层不同 ,最重要的区别是林下光照中生理辐
射光显著减少 ,因此 ,光合强度低 ,有机物合成 、积累
少 ,因而碳素密度低。同一林分中各层次植物的碳素
密度高低排列顺序为乔木层>灌木层>草本层。
表 5 马占相思人工林林下植被碳素密度
层次 组分 碳素密度 (g/kg)
叶 434.78
灌木层 茎 425.64
根 449.42
平均 436.61
草本层 地上部分 415.86
地下部分 398.48
平均 407.17
死地被物层 435.27
　注:各数据均为 3 种林龄段的平均值。
2.2.3　不同林龄段土壤有机碳碳素密度
不同林龄段马占相思土壤有机碳碳素密度测定
结果见表 6。从表 6可以看出 , 各林龄段中土壤有机
碳碳素密度均随着土壤层次的加深而降低 , 其原因
在于林分凋落物覆盖在上部土层 , 其生物归还量远
较下部土层的大 , 因此 , 致使有机碳较多积累在上
部土层的缘故[ 11] 。
与此同时 , 不同林龄段马占相思人工林各土层
土壤有机碳均随林龄的增大而呈现增大的趋势 , 其
中0 ～ 20 cm 层土壤有机碳碳素密度的增加量最大 ,
20 ～ 40 cm 层则明显减少 , 40 ～ 80 cm 层土壤有机碳
碳素密度的差异很小。由此可见 , 马占相思人工林
的生长过程也是土壤有机碳的积累过程 。
表 6 不同林龄段马占相思人工林土壤有机碳含量
深度
(cm)
有机碳 (g/ kg)
4龄 7 龄 11 龄
0～ 20 14.38 17.20 19.02
20～ 40 7.20 7.36 7.67
40～ 80 5.34 5.38 5.40
3　讨论
马占相思人工林从 4年生到 11年生 , 乔木层生
物量随着林龄的增大而增加 , 乔木层生物总量由 4
年生的 63.06 kg/hm2 增加到 11 年生的 213.44 kg/
hm2 。
各林龄段马占相思人工林林下植被中 , 活地被
物即灌木层与草本层的生物量所占比例分别为
47.38%、 45.70%和 39.44%, 即随着林龄的增大而
减少;而死地被物生物量所占比例 (52.62%、
54.30%、 60.56%)则随着林龄的增大而增大 。
不同林龄段马占相思人工林乔木层净生产力的
变化呈抛物线趋势 , 在进行测定的 3个不同林龄段
林分中 , 在 7 年生这个林龄段林分年净生产力达到
最大值 , 为 24.174 t/hm2 , 多数器官的净生产力在 7
林龄段要比其它两个林龄段要大 , 干材的净生产力
在所有器官中是最大的 , 这也体现了马占相思作为
用材林的优势。
不同林龄段马占相思人工林不同器官碳素密度
存在一定的差异 , 碳素密度在 474.70 ～ 546.12 g/kg
这个范围 , 碳素密度较高的有树叶 、 枯枝 、 干材 、
树皮;其中树叶的碳素密度随着林龄的增大而减少 ,
由 4年生的 546.12 g/kg 下降到11年生的 515.27 g/
kg , 枯枝 、 干材的碳素密度随着林龄的增加而增大 ,
分别由 4年生的 508.08 g/kg 、 481.23 g/kg 增加到
11年生的 534.01 g/kg 、 529.17 g/kg 。在地下部分
即根系中 , 各种根碳素密度的变化没有规律性 。枝
条的碳素密度有点特殊 , 1年生枝要比多年生枝碳素
密度从总体上要大 , 但是其变化的规律性不明显。
不同林龄段马占相思人工林土壤有机碳碳素密
度均遵循由表土层 (0 ～ 20 cm)向深层次降低这一
规律 , 与表土层相比 , 20 ～ 40 cm 土层下降得最快 ,
40 ～ 80 cm 土层下降得较慢 , 基本趋于稳定 。随着林
龄的增大 , 土壤有机碳碳素密度也逐渐增大。
112009 年第 2 期 (总第 121 期)　　　　　　　　　　广 西 热 带 农 业
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Study on Biomass and Carbon Density of
Acacia mangium Plantation
Huang Lijuan
(Guangxi University , Nanning 530005 , China)
Abstract:The biomass , net productivity and carbon density of Acacia mangium plantation in dif fer-
ent ages (4a 、 7a、 11a)was studied in this paper.The results show ed that:(1)The diomass of Acacia
mangium plantation raises gradually as the forest age increasing , and their underg row th biomass has the
similar changing trends.(2)The carbon density of t ree layer increases as the stand age increasing.The
carbon densi ty in each layer in the same stand is in the order of t ree layer >shrub layer >herb layer.The
density of soil organic carbon of Acacia mangium in dif ferent ages increases as the stand age increasing ,
and reduces as the soil depth deepening.
Key w ords:Plantation of Acacia mangium ;different age phase;biomass;carbon density
12 GUANGXI TROPICAL AGRICULTURE　　 　　　(General Serial No.121)No.2 Mar.2009