全 文 ：　　收稿日期:2006-01-17
　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(30371153);福建省科技厅重大科学基金项目(2003I004)
　　作者简介:尉海东(1980—),男 ,讲师 ,硕士 ,主要从事区域生态学研究 ,(E-mai l)weihaidong2005@126.com ,(Tel)0539-2068037.
不同发育阶段楠木人工林生态系统碳贮量研究
尉海东1 ,马祥庆2
(1.临沂师范学院地理与旅游学院 ,山东 临沂 276005;2.福建农林大学林学院 ,福建 福州 350002)
摘要:对福建尤溪楠木(Phoebe bourmei Yang)幼龄林 、中龄林和成熟林生态系统各组分含碳率和碳贮量进行了
测定和比较研究.结果表明 , 不同发育阶段楠木林乔木层 、林下植被层和凋落物层含碳率为 42.64%—
51.45%,表现为成熟林最大 ,中龄林次之 , 幼龄林最小 , 0—100 cm 土壤层含碳率亦表现出同样的规律;随林龄
增大 ,乔木层 、凋落物层和土壤层碳贮量均逐渐增加 ,决定了生态系统总碳贮量也逐渐增大 ,成熟林生态系统
碳贮量为 210.32 t/hm2 ,分别是幼龄林和中龄林的 1.67倍和 1.26倍.
关键词:人工林生态系统;楠木;发育阶段;含碳率;碳贮量
中图分类号:S718.55　　文献标识码:A　　文章编号:1004-4930(2006)02-0130-04
　　随着石化燃料的大量使用和对森林的过度采
伐造成大气中含碳气体的大量增加 ,温室效应已
严重影响了人类的生存环境.在引起温室效应的
气体中 ,CO2是最主要的气体 ,其对温室效应的贡
献率占到了 50%以上[ 1 ,2] .森林作为地球陆地生
物圈的主体 ,其维持的碳库对调节地球碳平衡及
降低大气中 CO2的浓渡起着不可代替的作用 ,其
碳贮量的估算对预测气候变化具有重要意义.文
[ 3]研究了樟子松林 、落叶松林 、云冷杉林和热带
林的碳密度.由于目前国内外对全球不同森林类
型的碳贮量研究缺乏足够的实测数据 ,致使研究
结果存在很大的不确定性.楠木(Phoebe bourmei
Yang)作为珍贵的阔叶树种 ,木材坚实 ,结构细致 ,
不易变形和开裂 ,是建筑 、家俱 、造船行业的优良
用材 ,楠木造林具有涵养水源 、培肥土壤的作
用[ 3—5] .近年来 ,随着人们对楠木价值认识的不断
深入 ,楠木栽植面积不断增加 ,但探讨楠木人工林
在维护生态系统碳平衡方面的作用的研究还较
少.鉴于此 ,本文对立地条件相似的楠木人工幼龄
林 、中龄林和成熟林 ,通过林分生物量和含碳率的
实际测定 ,对不同发育阶段楠木人工林含碳率和
碳贮量进行比较研究 ,可为准确估算楠木人工林
碳贮量提供科学依据 ,也可为我国森林生态系统
碳平衡的估算和动态模拟提供参考数据.
1　试验地概况
　　试验地点为福建省尤溪(东经 117°48′30″,北
纬 25°50′36″),属中亚热带季风气候 ,海拔 500—
700 m ,坡度 25 —30°, 年均气温 19.2℃, 最低年
18.6℃,最高年 20.2℃,年均降水量 1620.6 mm ,
年均蒸发量1346.4 mm ,年平均相对湿度为 84%.
土壤为沙质页岩发育的红壤 ,土层厚度超过 1m.
样地概况见表 1.
　　 表 1　楠木人工林样地概况
林龄/ a 密度/(株·hm-2) 平均树高/m 平均胸径/ cm
幼龄林 8 1985 4.8 4.1
中龄林 24 1360 13.1 14.7
成熟林 35 832 18.5 23.52
2　研究方法
2.1　样地选择
　　选择立地条件相似的不同发育阶段(幼龄林 、
中龄林 、成熟林)的楠木人工林 ,在每种类型林分
内建立3个20 m×20 m 标准地 ,共建立 9个标准
地.
　烟台师范学院学报(自然科学版)
　Yantai Normal University Journal(Natural Science) 2006 , 22(2):130—133　
2.2　生物量测定
　　1)乔木层生物量及年净生产力　对每个样
地内的林木进行每木调查和树高测定 ,根据林分
平均胸径和树高 ,采用平均标准木法 ,选取林分平
均木 1—2株 ,要求所选平均木胸径 、树高与林分
平均值误差不超过 5%.伐倒后 ,采用分层切割法
按2m 区分段 ,分别称取树干 、树皮 、树枝和树叶
鲜重 ,并用挖掘法测定根系生物量 , 随机抽取
30%样品带回室内 ,烘干测定后换算成干物质重.
利用总生物量及各器官生物量与 D2H 建立回归
方程 ,采用相对生长法结合平均木解析生长数据 ,
推算生物量年净增长量[ 6] .
　　2)林下植被生物量及现存凋落物量　在每
个类型的样地内设置 4个 1 m×1 m 的小样方 ,
采用样方收获法测定林下植被生物量和凋落物现
存量 ,即在调查样方内所有植被种类及数量基础
上 ,收集样方内所有的灌木 、草本 ,带回实验室烘
干测定.
　　3)年凋落量测定　在每个样地内 ,分别设置
7个 1m×1m凋落物收集网.每 2个月(逢单月上
旬)收集一次凋落物 ,装入塑料袋 ,带回室内 ,烘干
至恒重后称重 ,最后换算成单位面积凋落量.
2.3　含碳率测定
　　在测定生物量的同时 ,采集乔木层不同器官
(叶 、枝 、干 、皮和根)、林下植被层和凋落物层样
品 ,经烘干 、粉碎 、过筛后 ,用重铬酸钾加热法测定
含碳率.
　　在样地中按“S”形随机设定土壤取样点 5个 ,
每个取样点按 0—20 , 20—40 , 40—60 和 60—
100 cm 分层取样.土样在室内自然风干后过
0.149 mm 土壤筛 ,采用重铬酸钾加热法测定土壤
含碳率 ,用环刀法测定土壤容重.
2.4　楠木人工林生态系统各组分碳贮量及年净
固碳量计算
　　根据乔木层各器官(干 、枝 、叶 、皮 、根)、林下
植被层以及凋落物层生物量和相应的含碳率 ,计
算其相应碳贮量.乔木层碳贮量为乔木层各器官
碳贮量之和 ,乔木层年净固碳量是各器官年净生
产力与对应含碳率乘积的累积和 ,凋落物年净固
碳量是凋落物年凋落量与其含碳率的乘积.
　　本文对土壤碳贮量的估算限定在表土层
100 cm 深度内 ,不包括地表枯落物 ,其计算公式
为 Sd =∑t
1
DiCiHi ,其中 Sd 表示土壤表层d 深度
内单位面积土壤碳贮量(t/hm2),Di 表示第 i 土层
的容重(t/m3), Ci 表示第 i 土层的含碳率(%),Hi
表示第 i土层的厚度(m).
3　结果与分析
3.1　不同发育阶段楠木人工林生态系统各组分
含碳率
　　1)乔木层各器官含碳率　由表 2可知 ,楠木
人工林乔木层平均含碳率为 48.59%—51.45%,
表现为成熟林>中龄林>幼龄林 ,成熟林平均含
碳率分别是中龄林和幼龄林的 1.02和 1.06倍 ,
且以干的含碳率在不同发育阶段的差异最为显
著.楠木幼龄林和中龄林乔木层器官含碳率表现
为皮>干>根>枝>叶 ,成熟林表现为干>皮>
根>枝>叶 ,幼 、中 、成熟林乔木层含碳率变异系
数分别为 1.36%, 2.43%和 3.03%.这与文[ 4]对
鼎湖山马尾松各器官含碳率测定结果的大小排序
相一致.
表 2　不同发育阶段楠木林乔木层各器官含碳率 (%)
林分 叶 枝 干 皮 根 平均值
幼龄林 42.52±0.36 47.73±0.39 49.43±0.35 50.62±0.31 47.89±0.26 48.59±0.66
中龄林 43.50±0.41 50.40±0.37 50.56±0.49 52.32±0.45 50.53±0.41 50.44±1.23
成熟林 44.21±0.45 49.61±0.31 52.48±0.30 51.82±0.26 50.65±0.28 51.45±1.56
　　2)林下植被层和凋落物层含碳率　由表 3
可见 ,不同发育阶段林下植被层含碳率表现为成
熟林最大 ,中龄林次之 ,幼龄林最小.其中成熟林
林下植被层含碳率分别是中龄林和幼龄林的
1.05和1.07倍;凋落物层含碳率亦表现为成熟林
>中龄林>幼龄林 ,成熟林分别是中龄林和幼龄
林的 1.03和 1.09 倍 ,成熟林与幼龄林间差异达
到了显著水平(p<0.05).综合表 2 ,3可知 ,楠木
人工林各组分含碳率表现为乔木层>凋落物层>
林下植被层.
　第 2期 尉海东 , 等:不同发育阶段楠木人工林生态系统碳贮量研究 131　
表 3　不同发育阶段楠木林下植被层和凋落物层含碳率
(%)
林分 幼龄林 中龄林 成熟林
林下植被层 42.64±0.24A 43.58±0.48 45.60±0.38B
凋落物层 45.65±0.29A 48.25±0.31 49.68±0.37B
　　说明:同一行中不同大写字母表示不同发育阶段间同一组分
含碳率差异显著(p<0.05).
　　3)不同发育阶段楠木林土壤层含碳率　由
表 4可知 ,同一发育阶段楠木人工林土壤层含碳
率随土壤深度的增加而降低 ,不同土层含碳率两
两间的差异均达显著水平(p<0.05),且相邻土层
含碳率以 0—20 cm与 20—40 cm的差异最为显
著(p<0.05),在成熟林中表现尤为明显.这与文
[ 4 ,5]的研究结论相一致.由表 4还可以看出 ,不
同发育阶段楠木人工林的土壤含碳率存在差异 ,
表现为成熟林>中龄林>幼龄林 ,而这种差异主
要体现在表层 0—20 cm 土壤上 ,随土层深度增
加 ,差异逐渐减小 ,到 100 cm土层时差异基本消
除.楠木成熟林 0—20 cm 土层土壤含碳率是
2.386%,分别是幼龄林和中龄林的 1.22和 1.12
倍 ,差异均达到了显著水平(p<0.05).
　表 4　不同发育阶段楠木林土壤层含碳率 (%)
土壤深度/ cm 0—20 20—40 40—60 60—100 平均值
幼龄林 1.956±0.05Aa 1.163±0.08b 0.612±0.02c 0.142±0.03d 0.803±0.026A
中龄林 2.135±0.24Aa 1.179±0.04b 0.626±0.06c 0.146±0.02d 0.846±0.047A
成熟林 2.386±0.31Ba 1.238±0.06b 0.625±0.05c 0.146±0.03d 0.908±0.019B
　　说明:同一列中不同大写字母表示不同发育阶段同一土层含碳率差异显著(p<0.05);同一行中不同小写字母表示同一发育阶段不
同土层含碳率差异显著(p<0.05).
3.2　楠木人工林生态系统碳贮量及分配
　　楠木人工林生态系统碳贮量主要由土壤层 、
乔木层 、林下植被层和凋落物层 4部分碳贮量组
成.根据不同层次的生物量及相应含碳率 ,计算出
楠木人工林生态系统不同层次碳贮量(表 5).由
表5可知 ,楠木幼龄林 、中龄林和成熟林生态系统
碳贮量分别是 125.79 ,166.38和 210.32t/hm2 ,表
现出随林龄增大而增大的趋势 ,且两两间差异均
达到显著水平(p<0.05).但不同组分碳贮量在不
同发育阶段间的差异程度却有所不同.乔木层 、林
下植被层 、凋落物层和土壤层碳贮量均表现出随
林龄增加而增加的趋势 ,且乔木层和凋落物层碳
贮量在幼龄林 、中龄林和成熟林两两间差异均达
到显著水平 ,而土壤层碳贮量只是在幼龄林和成
熟林间差异显著.
　表 5　楠木人工林生态系统碳贮量及分配 (t/ hm2)
林分 幼龄林 中龄林 成熟林
乔木层 23.14±1.21A 56.42±2.23B 89.20±2.6C
林下植被层 1.98±0.37A 2.36±0.24A 3.43±0.16B
凋落物层 1.88±0.23A 4.62±0.31B 5.38±0.29C
土壤层
(cm)
0—20 39.28±2.24 44.54±3.14 51.87±3.6B
20—40 32.84±2.54 31.62±1.35 33.80±2.38
40—60 18.14±1.38 17.84±3.15 17.75±1.39
60—100 8.53±1.04 8.97±0.35 8.89±0.54
小　计 98.79A 102.98 112.31B
合　计 125.79A 166.38B 210.32C
　　说明:同一行不同大写字母表示不同发育阶段同一组分碳贮
量差异显著(p<0.05).
　　在楠木幼龄林 、中龄林和成熟林生态系统总
碳贮量中 ,乔木层碳贮量的比重分别是 18.40%,
33.91%和 42.41%,土壤层的碳贮量比重分别是
78.54%,61.89%和 53.4%.可见 ,土壤层是楠木
人工林生态系统碳贮量的主体 ,但土壤层碳贮量
在人工林生态系统总碳贮量中的比重表现出随林
龄增大而降低的趋势 ,而乔木层碳贮量在总碳贮
量中的比重则表现出与之相反的趋势.这说明随
林龄增大 ,林分乔木层碳贮量在生态系统总碳贮
量中占有越来越重要的地位.由此可见 ,森林植被
不仅是陆地生态系统最为重要的生物基因库 ,也
是大气 CO2的一个重要汇 ,是影响全球气候变化
的重要因子之一.
4　讨论与结论
　　本研究得到楠木幼龄林 、中龄林和成熟林乔
木层碳贮量分别是 23.14 ,56.42和 89.20 t/hm2 ,
平均为56.25 t/hm2 ,低于我国森林植被平均碳贮
量(57.78 t/hm2),且人工林生态系统碳贮量亦低
于我国森林生态系统的平均碳贮量(258.83 t/
hm2)[ 3] ,本研究得到的楠木人工林土壤碳贮量为
98.79—112.31 t/hm2 ,远小于文[ 3]得出的我国森
林生态系统的土壤碳密度 201.76 t/hm2.这是因
为在中亚热带气候区 ,温度较高 ,降雨量较大 ,凋
落物分解释放较多 ,因而在土壤中的积累量较少 ,
体现出中亚热带气候区土壤碳积累的特点.
　　楠木人工林乔木层碳贮量随林龄增大而增
大 ,是不同发育阶段林分生态系统碳贮量差异的
132　 烟台师范学院学报(自然科学版) 第 22 卷　
主要原因.说明林分密度的减小并没有减弱林分
的固碳能力 ,这是因为林分密度过大 ,林分的营养
空间相对较小 ,抑制了林分生物量的增加 ,而通过
适当间伐 ,调整林分密度 ,使林分拥有相对充足的
营养空间 ,会加速林分生物量的积累 ,增加林分碳
贮量.因此 ,随林龄增大 ,适当间伐 ,既可增加林分
蓄积量 ,又可增大林分碳贮量 ,能获得较好的经济
效益和生态效益[ 7—8] .
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Study on the Carbon Storage and Distribution of Phoebe bourmei Plantation
Ecosystem of Different Growing Stages
WEI　Hai-dong1 ,MA　Xiang-qing2
(1.School of Geography and Tourism , Linyi Normal University , Linyi 276005 , China;
2.Forest ry College of Fujian Agriculture and Forest ry University ,Fuzhou 350002 ,China)
Abstract:Carbon content and carbon storage of Phoebe bourmei plantation of different growing stages were mea-
sured.The results show that the carbon content of the arbor trees ,understory , litter and the soil for 100 cm depth is
in the sequence of MP(mature-plantation)>MAP (middle-aged plantation)>MP(young plantation);the carbon
storage of Phoebe bourmei plantation ecosystem increases with the age increment ,which of MP is as much 1.67
times as that of YP , and as much 1.26 times as that of MAP , respectively.
Key words:plantation ecosystem;Phoebe bourmei Yang;growing stage;carbon content;carbon storage
(责任编辑　司丽琴)
　第 2期 尉海东 , 等:不同发育阶段楠木人工林生态系统碳贮量研究 133