全 文 ：第 25 卷　第 5期
2003 年 9 月
北　京　林　业　大　学　学　报
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
Vol.25 , No.5
Sep., 2003
2002--07-12收稿
http: www.wanfangdata.com.cn
＊教育部高校优秀青年教师教学科研奖励计划 、教育部高等学校骨干教师资助计划及福建省科委重大基础研究资助项目(2000--F-004).
第一作者:杨玉盛 ,男 , 1964年生 ,博士 ,教授.主要研究方向:亚热带常绿阔叶林 C 、N 循环研究.电话:0599--8504990　Email:ffcyys@public.
npptt.f j.cn　地址:353001 福建省南平市西芹福建农林大学林学院.
杉木观光木混交林 C库与 C吸存＊
杨玉盛　谢锦升　王义祥　刘艳丽　岳永杰　于占源
(福建农林大学林学院)
摘要　对福建三明 27 年生杉木观光木混交林和杉木纯林 C 库和 C 吸存的研究结果表明 , 混交林 C 库总量为
222.508 t hm2 ,比纯林增加了21.85%,其中活植物体部分和土壤碳库分别为139.755 t hm2 和 80.281 t hm2 ,分别占 C
库总量的62.81%和 36.08%.混交林和纯林杉木乔木层有机碳年均积累量 6～ 11年最大 ,分别达 7.35 t hm2 和 5.79
t hm2.混交林乔木层 27 ～ 28 年 C 净固定量为 7.970 t hm2 ,折算成 CO2 为 29.223 t hm2 , 是纯林的 1.19 倍 ,其中凋落
物和死细根 C年归还量分别为 2.528 t hm2 和 0.871 t hm2 ,分别是纯林的 1.05 倍和 1.17 倍;混交林和纯林中叶和枝
C 年归还量分别占凋落物 C 年归还量的 66.57%、23.81%和 61.03%、25.20%;而<0.5 mm 的枯死细根 C 年归还量
分别占枯死细根 C年归还量 60%和 59%.凋落物中叶和枝及<0.5 mm 的死细根是该森林生态系统有机碳归还的
主体.
关键词　C 素库 , C 吸存 , 混交林 , 杉木 , 观光木
中图分类号　S791.189
Yang Yusheng;Xie Jinsheng;Wang Yixiang;Liu Yanli;Yue Yongjie;Yu Zhanyuan.Carbon stock and
carbon sequestration in mixed forest of Cunninghamia lanceolata and Tsoongiodendron odorum.Jour-
nal of Beijing Forestry University(2003)25(5)10--14[Ch , 22 ref.] Forestry College , Fujian Agriculture and
Forestry University , 353001 , P.R.China.
The carbon stock and carbon sequestration in a mixed forest of Cunninghamia lanceolata and Tsoongio-
dendron odorum and a pure forest of Cunninghamia lanceolata at 27-year-old were researched in Sanming , Fu-
jian Province.The total carbon stock of the mixed forest was up to 222.508 t hm2 , increasing by 21.85%
than the pure forest.The carbon stocks of the living parts and the soil of the mixed forest were 139.755 t hm2
and 80.281 t hm2 , respectively , contributing to 62.81% and 36.08% of the total carbon stock of the mixed
forest.Annual accumulating amount of organic carbon of the tree layer in the mixed forest and the pure forest
were up to the maximum value during 6 to 11 years old , being up to 7.35 t hm2 and 5.79 t hm2 , respectively.
Net carbon fixation and net CO2 fixation of the tree layer were 7.970 t hm2 and 29.223 t hm2 respectively from
27 to 28 years in the mixed forest , being 1.19 times as much as that in the pure stand.Annual C return
through litterfall and dead fine roots were up to 2.528 t hm2 and 0.871 t hm2 , being 1.05 and 1.17 times as
much as that in the pure stand , respectively.Annual C return through leaf and branch contributed to
66.57%,23.81% and 61.03%,25.20%of annual C return through the litterfall in the mixed forest and the
pure forest , respectively.Annual C return through <0.05 mm dead fine roots occupied 60%and 59%of an-
nual C return through dead fine roots in the mixed forest and the pure one , respectively.Leaf and branch of
the litterfall and <0.05 mm dead fine roots were the principal parts of C return to the forest ecosystem.
Key words　carbon stock , carbon sequestration , mixed forest , Cunninghamia lanceolata , Tsoongiodendron
odorum
DOI :10.13332/j .1000 -1522.2003.05.003
　　由于工业化的发展 、人口剧增 、大量使用化石燃
料和对森林的过度利用而造成大气 CO 2 浓度的增
加 ,引发温室效应等一系列全球性的生态环境变
化[ 1] .人类活动每年向大气排放 CO 2(7±1.5)Gt C ,
其中(5.4±0.5)Gt C来源化石燃料的燃烧 , 1.6Gt C
来自森林采伐[ 2] .目前我国由于技术和设备相对陈
旧落后 ,能源消耗强度大 ,我国单位国内生产总值的
温室气体排放量较高.森林生态系统是陆地生态系
统中最大的碳储存库 ,在维护全球碳平衡中具有重
大的作用 ,其地上部分碳库和土壤碳库分别占全球
地上部分碳库和土壤有机碳库的 80%和 70%,而且
每年的碳固定量约占整个陆地生物碳固定量的
2 3[ 3, 4] .本课题组自 1999年对福建三明 27年生的杉
木(Cunninghamia lanceolata)观光木(Tsoongiodendron
odorum)混交林和杉木纯林进行为期 3年的研究 ,凋
落物分解和养分释放 ,细根的生产力 、分布及养分归
还 、能量生态和土壤腐殖质的组成和性质等部分成
果已有报道[ 5-12] .本文通过对杉木观光木混交林 C
库与 C吸存的研究 ,从C 吸存角度评价杉阔混交林
与纯林差异 ,同时试图为正确估算森林的生态效益
提供参考.
1　试验地概况与研究方法
1.1　试验地概况
试验地位于福建三明福建林学院莘口教学林场
小湖工区(北纬 26°11′30″,东经 117°26′00″),属中亚热
带季风型气候 , 年均气温 19.1℃, 年均降水量
1 749mm ,年均蒸发量 1 585.0 mm ,年均相对湿度为
81%,无霜期 300 d左右 ,土壤是由砂页岩发育的红
壤 ,石砾含量较高(20%～ 30%).杉木观光木混交林
与杉木纯林毗邻 ,前茬均为格氏栲天然林 ,本底条件
基本一致.1973年天然林采伐后 ,用实生苗造林 ,初植
密度均为 3 000株 hm2 ,混交林为行间混交(杉木与观
光木比例为 3∶1).杉木纯林现保留密度为 1 100株
hm
2 ,平均树高 H 和平均胸径 D 分别为 19.2 m 和
24.0 cm ,郁闭度为 0.80 ,林下植被盖度 95%;混交林
中杉木和观光木现保留密度分别为 907株 hm2 和 450
株 hm2(混交比例调整为2∶1),其中杉木 H 和 D 分别
为22.5 m和 24.3 cm ,观光木 H 和 D 分别为 18.0 m
和17.4 cm ,郁闭度为0.95 ,林下植被盖度80%.
1.2　研究方法
1999年 1月在杉木观光木混交林和杉木纯林
分别设置 3块 20 m×20 m 的标准地 ,标准地坡向均
为东北坡 ,坡度在 18°～ 25°之间 ,平均土层厚度超过
100 cm;混交林土壤腐殖质层厚度为 10 cm ,杉木纯
林土壤腐殖质层厚度为 8 cm.
1.2.1　植株样品收集及有机 C含量的测定
用Monsi 分层切割法测定乔木层干 、皮 、枝 、
叶[ 8 , 13] ;全挖法测定粗根生物量 ,土芯法测定<0.5
mm ,0.5 ～ 1 mm ,1 ～ 2 mm 林木各径级细根(活 、死)
生物量[ 6 ,13] ;样方收获法测定林下植被和枯枝落叶
层生物量[ 8 , 9 , 13] ;凋落物收集框架法收集叶 、枝 、花 、
果等凋落物[ 5 ,9 , 11] .用 K2Cr2O7 容量法测定植株有机
C浓度[ 14] .
1.2.2　土壤样品采集及有机 C浓度测定
在杉木观光木混交林和杉木纯林每块标准地中
按“S”形随机设定取样点 5个 ,每个取样点按 0 ～ 20
cm ,20 ～ 40 cm ,40 ～ 60 cm ,60 ～ 80 cm , 80 ～ 100 cm 分
层取样.土样在室内自然风干后过 0.149 mm 土壤
筛 ,称取 0.200 0 g 左右采用重铬酸钾氧化-外加热
法测定土壤有机C[ 14] ;同时用环刀法取原状土 ,带回
室内测定土壤容重[ 13] .
1.2.3　乔木层有机碳年积累的计算
由 1999年选择各径阶标准木(每个径阶 1 ～ 2
株)数据 ,并收集这两片林分 1980年 、1988年和 1994
年 18株平均木有关资料 ,利用各器官生物量及总生
物量与D 2 H建立回归方程 ,采用相对生长法推算 5
～ 27年各器官的年生长量和碳素年积累量[ 15--17] ,并
将碳素年积累量相近的归为同一阶段 ,据此把 27年
生林分划分为 0 ～ 5年 、6 ～ 11年 、12 ～ 18年和 19 ～
27年 4个碳素积累阶段.
2　结果分析
2.1　生态系统 C库的大小与分配
2.1.1　乔木层各器官含C量及贮量
混交林和纯林中杉木与观光木的树干 、树叶 、
0.4 ～ 1 cm 、0.2 ～ 0.4 cm、0.1 ～ 0.2 cm 和 0.05 ～ 0.1
cm径级树根含 C量差异显著 ,其他各器官间差异均
不显著;混交林中杉木和纯林杉木各器官含 C 量均
无显著性差异.混交林的乔木层总的 C 贮量为
135.759 t hm2(其中杉木和观光木各占 77.78%和
22.22%),比纯林的增加 29.05%;混交林和纯林地
上部分 C 贮量分别占乔木层的 83.08%和 82.96%
(见表 1).
2.1.2　土壤 C储量
混交林土壤总的C储量为 80.281 t hm2 ,折合成
CO2 量为 294.364 t hm2 ,是纯林的1.17倍.混交林和
纯林土壤有机碳贮量均随深度的增加而减少 , 0 ～ 60
cm土层混交林土壤 C贮量明显大于纯林(见图 1).
由于没有造林前的本底资料 ,这种差异多大程度上
由土壤本底差异引起尚不清楚.
11第 5期 杨玉盛等:杉木观光木混交林C库与 C吸存
表 1　乔木层各器官含 C 量及 C 贮量
TABLE 1　Carbon content and carbon reserves of the tree layer
混　交　林 纯　林
杉木 观光木 杉木
含碳量
%
C贮量
(t·hm-2)
含碳量
%
C贮量
(t·hm-2)
小计
(t·hm-2)
含碳量
%
C贮量
(t·hm-2)
树干 53.00±6.5 a 68.458 59.16±6.6 b 18.730 87.187 54.10±6.8 ac 67.931
树皮 51.76±6.7 a 9.206 54.59±6.5 a 2.284 11.489 49.30±6.3 a 10.364
树枝 52.06±7.1 a 7.390 50.54±7.2 a 3.162 10.552 52.06±6.7 a 6.622
树叶 54.87±7.4 a 2.927 49.17±7.5 b 0.637 3.564 57.88±6.8 ac 2.361
树根(>4 cm) 52.68±6.4 a 9.171 54.27±7.3 a 2.952 12.123 52.68±7.7 a 8.807
树根(2～ 4 cm) 55.50±7.2 a 4.684 49.34±7.1 a 1.372 6.055 55.50±7.6 a 5.194
树根(1～ 2 cm) 50.39±8.7 a 0.907 49.63±7.3 a 0.427 1.334 49.46±7.9 a 0.796
树根(0.4～ 1 cm) 53.60±7.3 a 0.782 46.98±6.9 b 0.207 0.976 53.60±8.1 ac 0.766
树根(0.2～ 0.4 cm) 53.40±8.7 a 0.192 45.93±8.7 b 0.041 0.181 54.42±7.6 ac 0.528
树根(0.1～ 0.2 cm) 53.07±8.5 a 0.456 46.37±9.0 b 0.075 0.531 53.07±8.2 ac 0.461
树根(0.05～ 0.1 cm) 53.07±9.1 a 0.319 45.36±8.6 b 0.059 0.378 53.07±8.4 ac 0.316
树根(<0.05 cm) 46.80±8.9 a 1.100 42.85±8.6 a 0.224 1.324 46.80±9.6 a 1.051
合计 105.592 30.168 135.759 105.199
注:同一行中标有不同字母的数值表示存在显著性差异, p<0.05.
图 1　土壤各层有机碳储量
FIGURE 1　Organic carbon reserves of different soil layers
2.1.3　生态系统C 库及其分配
混交林 C 库贮量为 222.508 t hm2 , 是纯林的
1.22倍 ,其中活植物体和死生物体碳贮量分别占
62.71%和 37.19%,纯林中活植物体和死生物体碳
贮量分别占61.49 %和 38.51%.纯林中林下植被碳
贮量是混交林的 1.73倍 ,混交林中枯枝落叶层碳贮
量是纯林的1.41倍(见图 2).
2.2　不同生长阶段乔木层有机碳积累动态
混交林和纯林中杉木乔木层有机碳年均积累量
0 ～ 5年间最小 ,6 ～ 11年间达最大 ,其中混交林乔木
层有机碳年均积累量为 7.35 t hm2 , 是纯林的 1.1
倍;随后有机碳年均积累量减小(见图 3).而观光木
从0 ～ 5年 ,6 ～ 11年至 12 ～ 18年期间有机碳积累速
率一直呈增加趋势 ,至 12 ～ 18年间达最大值后缓慢
下降(见图 3).
2.3　乔木层 C年净固定量
混交林乔木层 C 年净固定量为 7.970 t hm2 ,折
合成 CO2 量是 29.233 t hm2 ,是纯林的 1.19倍(见表
2),其中生物量 C年净积累量占乔木层 C年净固定
量的 57.35%,是纯林的 1.32倍.混交林C 年归还总
量是 3.399 t hm2 , 占乔木层 C 年净固定量的
42.65%,其中凋落物C 年归还量占31.72%,是纯林
的 1.05倍 ,死细根C 年归还量占10.93%,是纯林的
1.17倍.混交林和纯林凋落物各组分 C 年归还量均
为叶>枝>果>花 ,其中两个林分叶和枝 C年归还
量分别占凋落物 C年归还量的 86.18%和 90.36%.
混交林和纯林各径级枯死细根 C 年归还量中 ,
<0.5 mm 的枯死细根 C 年归还量分别占 60%和
59%,表明<0.5 mm 的细根是乔木层根系向土壤层
归还有机碳的主体.
3　讨　　论
本研究中混交林碳贮量(222.508 t hm2)低于我
国森林生态系统的平均碳贮量(258.83 t hm2),介于
暖性针叶林(163.82 t hm2)和热带林(230.35 t hm2)
之间 , 远低于我国针阔混交林碳贮量(408.00 t
hm
2),具有一定的地带性特点[ 19] .杉木观光木混交
林土壤碳贮量(0 ～ 100 cm)为 80.281 t hm2 ,大于杉
木人工林土壤碳贮量(68.581 t hm2),小于邻近地区
33年生福建柏人工林土壤碳贮量(102.818 t hm2).
12 北　京　林　业　大　学　学　报 第 25卷　
图 2　混交林生态系统 C库数值图(t·hm-2)
FIGURE 2　Numerical chart of C stock in a mixed forest ecosystem
图 3　不同生长阶段乔木层有机碳年均积累量
FIGURE 3　Annual accumulation of organic carbon of
the tree layer in dif ferent growth phases
　　混交林和纯林中杉木有机碳年均积累量在 6 ～
11年间最高(见图 3),这与杉木树高 H 和胸径D 连
年生长量最大值一般发生在这一期间有关[ 18-20] .混
交林中观光木有机碳年均积累量 12 ～ 18 年间达到
最大 ,混交林中观光木与杉木的有机碳年均积累量
比值随不同碳素积累阶段有明显增加趋势(见图
3);这充分表明杉木早期速生但早衰 ,而观光木生长
较为平缓 ,后劲比较足的两树种生物学特性的差异.
混交林中杉木和观光木有机碳年均积累总量在不同
的碳素积累阶段均比杉木纯林的高(见图 3),这与
混交林群落结构和土壤肥力得到改善有关[ 12] .
森林通过林冠光合作用吸收和固定大气中
CO2 ,同时以凋落物和枯死细根形式向土壤中归还
有机碳 ,乔木层 C 年净固定量是指乔木层的生物量
C年积累量和 C 年归还量之和[ 21] .本研究中混交林
乔木层C 年净固定量为 7.970 t hm2 ,高于我国针阔
混交林平均水平(7.02 t hm2).其中生物量 C年净积
累量为 4.571 t hm2 ,大于 C年归还量的3.399 t hm2 ,
表明 27年生林分仍处在C净积累阶段.混交林凋落
物C 年归还量是 2.528 t hm2 ,低于我国针叶阔叶林
2.58 t hm2 的平均水平[ 19] .混交林和纯林凋落物各
组分 C年归还量均为叶>枝>果>花 ,其中混交林
和纯林中叶和枝 C年归还量占凋落物 C 年归还量
的比例与祁连山青海云杉林(60.52%、24.14%)相
近[ 22] ,表明叶和枝是森林凋落物向土壤归还有机碳
的主体.混交林中以枯死细根形式向土壤归还有机
C占C 年总归还总量的 25.57%(见表 2),表明通过
枯死细根向土壤归还有机碳是不可忽略的.
13第 5期 杨玉盛等:杉木观光木混交林C库与 C吸存
表 2　乔木层 C年净固定量 t·hm-2
TABLE 2　Annual C net fixation of the tree layer
混　交　林 纯　林
干物质量 C量 折算成CO2 量 干物质量 C量 折算成CO2 量
群落净固定量 15.626 7.970 29.223 13.108 6.691 24.534
生物量净增量 8.552 4.571 16.760 6.568 3.463 12.698
叶 3.449 1.683 6.171 3.033 1.475 5.408
枝 1.301 0.602 2.207 1.272 0.609 2.232
凋落物生产量 花 0.085 0.041 0.150 0.095 0.044 0.162
果 0.430 0.203 0.744 0.620 0.290 1.063
合计 5.265 2.528 9.269 5.021 2.417 8.862
1～ 2 mm 0.394 0.204 0.748 0.338 0.179 0.658
死细根生产量 0.5～ 1 mm 0.275 0.142 0.521 0.238 0.126 0.463
<0.5 mm 1.140 0.525 1.925 0.943 0.441 1.618
合计 1.809 0.871 3.194 1.519 0.747 2.739
参 考 文 献
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3 　Dixon R K , Houghton R A.Carbon pools and flux of global forest eco-
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4 　Sundquist E T.The global carbon dioxide budget.Science , 1993 , 259:
935--941
5 　杨玉盛 ,陈光水 ,郭剑芬 ,等.杉木观光木混交林凋落物分解及养
分释放的研究(英).植物生态学报 ,2002 , 26(3):275--282
6 　杨玉盛 ,陈光水 ,何宗明 ,等.杉木观光木混交林和杉木纯林群落
细根生产力 、分布及养分归还(英).应用与环境生物学报 , 2002 ,
8(3):223--233
7 　杨玉盛 ,陈光水 ,何宗明 ,等.杉木观光木混交林细根的分布.热
带亚热带植物学报 , 2002 , 10(2):111--117
8 　杨玉盛 ,陈光水 ,林瑞余 ,等.杉木观光木混交林群落的能量生
态.应用与环境生物学报 , 2001 , 7(6):536--542
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(责任编辑　赵　勃)
14 北　京　林　业　大　学　学　报 第 25卷