全 文 ：观光木人工林生态系统碳储量及其分布格局*
黄松殿
1＊＊
吴庆标
2
廖克波
1
莫德祥
2
覃 静
2
(1南宁良凤江国家森林公园，南宁 530031;2广西大学林学院，南宁 530005)
摘 要 在生物量调查的基础上，对南亚热带 27 年生观光木(Tsoongiodendron odorum)人
工林生态系统的碳储量及分配格局进行了研究。结果表明:观光木人工林生态系统植被层
生物量为 101． 26 t·hm－2，乔木层生物量占 86. 90%;观光木的各器官碳素含量在 426． 5 ～
496． 9 g·kg－1，大小排序为:树干＞ 枝条＞ 枯枝＞ 根兜＞粗根＞树叶＞中根＞树皮＞细根。观光
木人工林生态系统总碳储量为 180． 49 t·hm－2，其中 0 ～ 80 cm 土壤层碳储量是植被层的
2. 67 倍;乔木层年净固碳量为 3． 07 t·hm－2·a－1，并主要以地上部分为主。
关键词 观光木;生物量;碳储量;碳素分配
中图分类号 S718． 5 文献标识码 A 文章编号 1000－4890(2011)11－2400－05
Carbon storage and its allocation in an artificial Tsoongiodendron odorum ecosystem in
southern subtropical region of China． HUANG Song-dian1＊＊，WU Qing-biao2，LIAO Ke-
bo1，MO De-xiang2，QIN Jing2 (1Guangxi Nanning Liangfengjiang National Forest Park，Nan-
ning 530031，China;2Forestry College，Guangxi University，Nanning 530005，China)． Chinese
Journal of Ecology，2011，30(11) :2400－2404．
Abstract:Based on the biomass investigation，this paper evaluated the carbon storage and its al-
location in a 27-year-old Tsoongiodendron odorum plantation ecosystem in southern subtropical re-
gion of China． In the ecosystem，the total biomass of vegetation layer was 101． 26 t·hm－2，and
the biomass of tree layer occupied 86． 90% ． The carbon storage in various organs of the trees
ranged from 426． 5 to 496． 9 g·kg－1，with the order of trunk ＞ branch ＞ dead branch ＞ root tip
＞ coarse root ＞ leaf ＞ middle root ＞ bark ＞ fine root． The total carbon storage of the ecosystem
was 180． 49 t·hm－2，and the carbon storage in 0－80 cm soil layer was 2． 67 times of that in veg-
etation layer． The annual net carbon sequestration of the tree layer was 3． 07 t·hm－2·a－1，
mostly in aboveground part．
Key words:Tsoongiodendron odorum;biomass;carbon storage;carbon allocation．
* 桂林科字［2009］第 22 号和中国科学院战略性先导科技专项
(XDA05050205)资助。
＊＊通讯作者 E-mail:Husd7743@ sina． com
收稿日期:2011-04-28 接受日期:2011-07-08
人类对化石燃料的大量燃烧以及对森林的大规
模破坏，导致大气中的 CO2剧增而引起了温室效应。
相关研究表明，CO2对于大气温室效应的贡献率达
到 50%以上(Rodhe，1990)。森林生态系统是大气
碳循环中重要的一环，对调节与维持地球碳平衡有
着不可替代的作用。作为陆地表面最大的碳库，森
林生态系统固定了陆地生态系统地上部分 76% ～
98%的有机碳和地下部分 40%的有机碳(Christo-
pher，1999)。如今，随着对森林影响地球大气循环
的相关研究的展开，森林碳汇也已经成为许多学者
研究的热点(王效科等，2001)。我国由于森林资源
的人为破坏，在 1949—1980 年间，森林向大气释放
了 618 亿 t的 CO2;1981—1998 年，我国实施了大规
模人工造林工程，森林每年固定大气中 0. 21 亿 t
CO2，森林碳汇潜力巨大(Fang et al．，2001)。但是，
不同人工林类型及同一森林类型在不同区域的森林
碳汇作用不同，人工林碳储量和碳汇估算存在明显
的不确定性。
观光木(Tsoongiodendron odorum) ，为木兰科
(Magnoliaceae)观光木属常绿大乔木，单种属树种，
俗名:宿轴木兰、香花木、香花楠，为我国特有，是国
家二级保护珍稀濒危树种(池毓章，2007)。其树干
通直，树皮浅灰，皮层略厚，有香味，木材材质轻软细
生态学杂志 Chinese Journal of Ecology 2011，30(11) :2400－2404
DOI:10.13292/j.1000-4890.2011.0361
致，边材淡黄色，心材淡绿色，易加工，是优良的用材
树种。观光木具有良好的速生性和丰产性，速生期
为 4 ～ 12 年，适生于温暖湿润气候，主要分布于江西
南部、福建、广东、广西、海南南部(邱德英等，2009;
罗坤水等，2010)。早在 80 年代初，我国就有学者对
观光木的引种、育苗、栽培技术进行了研究(陈玉洁
和谢早荣，1982)。之后又有一些学者对观光木人
工林的生长规律，群落结构，生态效益等方面进行研
究(刘春华等，1993;吉悦娜等，2008;罗坤水等，
2010)。而关于观光木生物量和碳储量的研究，只
报道过杉木观光木混交林的一些研究结果(李丽
红，2002;杨玉盛等，2003) ，对于观光木纯林的研究
还未见报道。
1 研究地区与研究方法
1. 1 研究地概况
本研究地位于广西南宁良凤江国家森林公园内
(22°3431″N—22°4651″N，108°1514″E—108°22
22″ E) ，属南亚热带南缘季风气候，年均气温
21. 6℃，极端最高温度为 40℃，极端最低温度 －
1. 5℃，≥10 ℃的年积温在 7600 ℃以上，年均降雨
量在 1280 mm以上，且多集中在 5—9 月，年无霜期
达 342 d。地层以第三系、泥盆系的地层为主，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。
试验林地是 1983 年营造的观光木人工林，面积
为 0. 22 hm2，郁闭度为 0. 95，林分密度为 1383
株·hm－2。林分平均树高为 16. 23 m，平均胸径为
14. 36 cm，树干解析表明，该林分的观光木成熟年龄
为 27 年。林下植被草本层以弓果黍(Cyrtococcum
patens)、五节芒(Miscanthus floridulu)、金毛狗蕨(Ci-
botium barometz)为优势;灌木层以潺槁树(Litsea
glutinosa)、糙叶榕(Ficus irisana)和阴香(Cinnamo-
mum burmannii)等为优势。林下植被覆盖度约为
50%，枯落物层厚度约为 2 ～ 3 cm。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 植物样品采集及 C 含量测定 于 2010 年
11 月在观光木人工林中设置 1000 m2的临时标准
地，对标准地内的每株树木进行编号并测定树高和
胸径。根据测定结果，在标准地内选取 7 株标准径
阶木，采用 Monsic 分层切割法和全根挖掘法，将平
均木以 2 m分段称重，测定乔木层生物量;同时分别
在树干的上、中、下部位取约 5 cm厚度的圆盘样品，
用以测定树干的含水率和树皮率;收集乔木层叶、
枝、皮、干，以及地下根系部分(细根(根直径 d＜0. 5
cm)、中根(0. 5 ～ 2. 0 cm)、粗根(≥2. 0 cm)、根蔸)
分别称重，并采集样品(秦武明等，2008) ;采用样方
收获法(标准地内随机设置 5 个面积为 1 m×1 m的
小样方) ，测定林下植被和凋落物生物量。样品经
烘干、粉碎、过筛后，采用元素分析仪(Vario EL Ⅲ，
德国)测定，每个样品 2 个重复。分析工作在中国
科学院生态环境研究中心完成。
1. 2. 2 土壤样品采集及 C 含量测定 在标准地中
分别设置 8 个代表性采样点，按 0 ～ 20、20 ～ 40、
40 ～ 60、60 ～ 80 cm 分层采集土壤样品，并把同一层
次土壤按重量比例混合，带回实验室于室内自然风
干和粉碎过筛后采用元素分析仪(Vario EL Ⅲ，德
国)测定，每个样品 2 个重复，分析工作在中国科学
院生态环境研究中心完成。同时用环刀(100 cm3)
采集各层土壤的原状土，带回实验室用环刀法测定
土壤密度。
1. 2. 3 数据处理 所有原始实验数据整理和图表
制作采用 Excel 2003 软件进行，不同器官的碳含量
显著性差异比较采用 SPSS 11. 5 软件的单因素
(one-way AVOVA)分析进行。
1. 3 生物量和碳储量的计算方法
1. 3. 1 生物量的计算方法 生物量计算采用径阶
标准木法，在样地内进行每木检尺，根据测定的乔木
胸径、树高以及林木径级分配确定几株标准木，按比
例从各径级中选择出标准木，用标准木各组成(干、
枝、叶、根)的平均生物量乘以该样地对应的径阶株
数后，汇总得到人工林总生物量(罗辑等，2000)。
灌草层和凋落物层生物量是采取实地收获法获得。
1. 3. 2 碳储量的计算方法 植物碳储量采用元素
分析仪器获得植物碳元素含量，根据对应器官的平
均碳含量乘以对应林分器官的总生物量就可得到各
器官的总碳储量，相加得到人工林总碳储量(周玉
荣等，2000)。
土壤碳储量用土壤碳含量乘以土层厚度和土壤
密度。具体公式为:
Cs =∑ 0. 1×Hi×Bi×Oi
式中:Cs为土壤碳储量(t·hm
－2) ;Hi为第 i 层土壤
的平均厚度(cm) ;Bi为第 i 层土壤的平均容重(g·
cm－3) ;Oi为第 i 层土壤的平均碳含量(g·kg
－1) ，
0. 1 为单位换算系数。
1042黄松殿等:观光木人工林生态系统碳储量及其分布格局
最后用各器官生物量和碳储量除以 27 年即可
得到林分各器官的年净生产力和年净固碳量。
2 结果与分析
2. 1 观光木人工林生态系统库大小与分配
2. 1. 1 乔木层各器官碳素含量 从图 1 可以看出，
观光木各器官碳素含量在 426. 5 ～ 496. 9 g·kg－1，
同一器官组分变异系数在 0. 89% ～ 9. 41%，碳素含
量符合 45% ～ 50%这个转换率(周玉荣等，2000) ，
各器官之间含碳量差异极显著(P＜0. 01)。和其他
器官相比，干材的碳素含量最高，这与成熟林楠木、
马尾松、尾巨桉等用材林树种研究结果一致(尉海
东和马祥庆，2006，2007;叶绍明等，2010) ;除中根、
树皮、细根的碳素含量较低以外，其他器官碳素含量
均在 480 g·kg－1以上;枯枝和枝条的碳素含量相差
不大;乔木层地上部分器官碳素含量稍大于地下部
分，各器官之间存在一定的差异。
2. 1. 2 林下植被、凋落物碳素含量 从图 2 可以看
出，观光木人工林林下植被碳素含量从大到小分别
为:灌枝﹥灌叶﹥枯落物﹥灌根﹥草本层。灌木层
的地上部分碳素含量大于地下部分，与乔木层碳素
含量分配规律一致，并且灌木各个器官都明显大于
草本层碳素含量。枯落物含碳率为 46. 13%，与火
力楠纯林凋落物层平均最大含碳率 45. 55% 相近
(赵凯，2010)。
2. 1. 3 土壤碳含量 森林土壤碳储量在整个森林
生态系统中占有十分重要的地位，森林土壤碳储量
通常为植被层的 2 倍(Dixon et al．，1994)。从图 3
可以看出，观光木人工林土壤碳含量在 0 ～ 20 cm最
高，为 20. 3 g·kg－1，并随深度的增加而逐渐减少，
20 ～ 40 cm碳含量为 10. 4 g·kg－1，大约为 0 ～ 20 cm
图 1 观光木人工林乔木层碳元素含量
Fig． 1 Carbon content in tree layers of Tsoongiodendron
odorum plantation
图 2 观光木林下地被层碳元素含量
Fig． 2 Carbon content in understory layers of Tsoongio-
dendron odorum plantation
图 3 观光木人工林土壤碳含量
Fig． 3 Carbon content in soil layers of Tsoongiodendron
odorum plantation
碳含量的 1 /2。在调查的 0 ～ 80 cm 土壤层中，有
63. 3%的碳储存在 0 ～ 40 cm土壤之中，可见上层土
壤为土壤层的主要碳库。
2. 2 观光木人工林生物量与碳储量
从表 1 可以看出，27 年生观光木人工林的生物
量为 101. 26 t·hm－2，其中乔木层生物量为 88. 00
t·hm－2，所占比重最大。27 年生观光木人工林生态
系统碳储量为 180. 49 t·hm－2。其中观光木人工林
植被层碳储量为 49. 18 t·hm－2。0 ～ 80 cm 土壤层
碳储量为 131. 31 t·hm－2，为植被层的 2. 67 倍。此
外，乔木、灌木、草本和凋落物的碳储量分别占植被
层的 87. 52%、8. 30%、1. 55%、2. 64%。可见，整个
观光木人工林生态系统植被层碳库主要集中在乔
木层。
2. 3 观光木人工林乔木层年固碳量估计
由表 2 可以看出，观光木人工林各器官年净生
产力在 0. 19 ～ 2. 95 t·hm－2·a－1，其中树皮最低，树
枝最高(按 4 年算) ，整个乔木层年净生产力为 6. 29
t·hm－2·a－1，年净固碳量为 3. 07 t·hm－2·a－1。各
2042 生态学杂志 第 30 卷 第 11 期
表 1 观光木人工林林分生物量和碳储量
Table 1 Biomass and carbon storage of Tsoongiodendron odorum plantation
层次 器官
生物量
t·hm－2 %
碳储量
t·hm－2 %
乔木层 地上部分 干材 51. 57 50. 93 25. 55 51. 95
树皮 5. 05 4. 99 2. 21 4. 49
树枝 11. 80 11. 65 5. 77 11. 73
树叶 2. 43 2. 40 1. 17 2. 38
小计 70. 86 69. 98 34. 70 70. 56
地下部分 根兜 13. 85 13. 68 6. 76 13. 75
粗根 1. 94 1. 92 0. 97 1. 97
中根 0. 77 0. 76 0. 36 0. 73
细根 0. 58 0. 57 0. 25 0. 51
小计 17. 14 16. 93 8. 34 16. 96
合计 88. 00 86. 90 43. 04 87. 52
灌木层 地上部分 灌枝 6. 26 6. 18 2. 98 6. 06
灌叶 2. 21 2. 18 1. 04 2. 11
地下部分 根系 0. 13 0. 13 0. 06 0. 12
合计 8. 61 8. 50 4. 08 8. 30
草本层合计 1. 83 1. 81 0. 76 1. 55
凋落物层合计 2. 82 2. 78 1. 30 2. 64
植被层合计 101. 26 100 49. 18 100
0 ～ 80 cm土壤层 131. 31
表 2 观光木人工林乔木层年净固碳量(t·hm－2·a－1)
Table 2 Average net production and distribution of bio-
mass and carbon in tree layer of Tsoongiodendron odorum
plantation
组分 净生产力 年净固碳量 年净碳素累积量
树叶 0. 61* 0. 29* 0. 04＊＊
树枝 2. 95* 1. 44* 0. 21＊＊
树干 1. 91 0. 95 0. 95
树皮 0. 19 0. 08 0. 08
根 0. 63 0. 31 0. 31
合计 6. 29 3. 07 1. 59
树干、树皮和根的年净固定碳量按 27 年计，* 树枝和树叶按 4 年算;
＊＊树枝和树叶按 27 年算。
器官年净固碳量所占比例与净生产力较为相似，其
中树枝年净固碳量最高，占乔木层的 46. 91%，其次
是树干占 30. 94%，其他部分较低，树叶、树皮和根
分别占 9. 45%、2. 61%和 10. 10%。若按 27 年算乔
木层各器官年净碳素累积量，观光木人工林乔木层
年净碳素累积量为 1. 59 t·hm－2·a－1。
3 讨 论
本研究表明，观光木人工林乔木层各器官碳含
量大小排序大致为:树干﹥树枝﹥根蔸﹥粗根﹥树
叶﹥中根﹥树皮﹥细根，各器官平均碳素含量为
47. 11%。相比而言，28 年生火力楠单株林木平均
碳素含量为 49. 13%(赵凯，2010) ;速生阶段杉木人
工林的平均碳素含量为 47. 66%(方昕等，2002) ;马
尾松各器官平均碳素含量为 54. 46%(尉海东和马
祥庆，2007) ，观光木各器官碳素含量符合 45% ～
50%的转换率(周玉荣等，2000)。
27 年生观光木人工林生态系统碳储量为
180. 49 t·hm－2，低于我国森林生态系统平均碳储量
258. 82 t·hm－2(周玉荣等，2000) ，其中植被层的碳
储量为 49. 18 t·hm－2。而 27 年生杉木观光木混交
林(混交比例约为 2:1)的植被层碳储量约为
135. 759 t·hm－2(杨玉盛等，2003) ;28 年生低密度
和高密度火力楠人工林的植被层碳储量分别为
50. 24 和 59. 93 t·hm－2(赵凯，2010) ;成熟林马尾松
人工林植被层的碳储量约为 76. 85 t·hm－2(尉海东
和马祥庆，2007)。可见，观光木人工林植被层碳储
量略低于火力楠人工林。而在整个观光木人工林生
态系统之中，土壤层碳储量所占比例较大，0 ～ 80 cm
土壤层碳储量为 131. 31 t· hm－2，占总碳储量的
72. 75%，低于我国森林生态系统平均土壤碳储量
201. 76 t·hm－2(周玉荣等，2000)。但与其他树种
在华南区的土壤碳储量相比，观光木土壤碳储量相
对较高，例如火力楠(111. 19 ～ 116. 55 t·hm－2)、马
尾松(107. 09 t·hm－2)、杉木观光木混交林(80. 28 t
·hm－2)、杉木火力楠混交林(79. 46 t·hm－2) (杨玉
盛等，2003;尉海东和马祥庆，2007;郭家新，2008;
3042黄松殿等:观光木人工林生态系统碳储量及其分布格局
赵凯，2010)。由此可见，观光木人工林碳汇能力主
要优势在于土壤层，森林土壤的碳储量较为可观。
作为观光木人工林生态系统主要的碳库，乔木
层年净固碳量为 3. 07 t·hm－2·a－1，并且主要以地
上部分为主。相比而言，速生阶段杉木林年净固碳
量为 3. 49 t·hm－2·a－1(方昕等，2002) ;38 年生马
尾松林年净固碳量为 4. 91 t·hm－2·a－1(方晰等，
2003) ;热带山地雨林为 3. 82 t·hm－2·a－1(李意德
等，1998)。若按 27 年算，观光木人工林乔木层年净
碳素累积量为 1. 59 t·hm－2·a－1。可见，观光木人
工林年净固碳量比较可观，在固碳方面具有较好的
发展前景。
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作者简介 黄松殿，男，1966 年生，工程师。主要从事森林
保护开发和碳循环研究。E-mail:Husd7743@ sina． com
责任编辑 王 伟
4042 生态学杂志 第 30 卷 第 11 期