全 文 ：第 35 卷第 1 期
2015年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.1
Jan.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家“十二五冶农村领域科技计划项目( 2012BAD22B0105); 中国林科院中央级公益性科研院所基本科研业务专项资金项目
(CAFYBB2014QA033); 广西自然科学基金青年基金项目(2014jjBA30073);中国林业科学研究院热带林业实验中心主任基金项目(RL2011鄄 02)
资助
收稿日期:2014鄄08鄄18; 摇 摇 修订日期:2014鄄11鄄05
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: E鄄mail:Liusr@ caf.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201408181638
明安刚, 刘世荣, 农友,蔡道雄, 贾宏炎, 黄德卫,王群能, 农志.南亚热带 3种阔叶树种人工幼龄纯林及其混交林碳贮量比较.生态学报,2015,
35(1):0180鄄0188.
Ming A G, Liu S R, Nong Y,Cai D X, Jia H Y, Huang D W, Wang Q N, Nong Z.Comparison of carbon storage in juvenile monoculture and mixed
plantation stands of three common broadleaved tree species in subtropical China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(1):0180鄄0188.
南亚热带 3种阔叶树种人工幼龄纯林及其混交林碳贮
量比较
明安刚1, 2, 3, 刘世荣2,*, 农 摇 友1,3,蔡道雄1,3, 贾宏炎1,3, 黄德卫1, 3,王群能1,3,
农摇 志1,3摇
1 中国林业科学研究院热带林业实验中心, 凭祥摇 532600
2 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京摇 100091
3 广西友谊关国家森林生态系统定位观测研究站, 凭祥摇 532600
摘要:如何通过优化造林模式来提高人工林生态系统碳贮量已受到广泛关注。 以南亚热带 8年生格木(Erythrophleum fordii)纯
林(PE)、红锥(Castanopsis hystrix)纯林(PC)、米老排(Mytilaria laosensis)纯林(PM)及格木伊红锥伊米老排混交林(MECM)生态
系统为研究对象,对其碳贮量及其分配特征进行了比较研究。 结果表明:格木、红锥和米老排不同器官平均碳含量分别为
512郾 4—561.7 g / kg,474.2—553.4 g / kg和 512.8—556.3 g / kg。 相同树种不同器官之间碳含量差异显著(P<0.05)。 各器官碳含
量的平均值大小顺序为格木(539.3 g / kg)> 米老排(532.7 g / kg)> 红锥(515.3 g / kg)。 不同林分间,灌木层、草本层和凋落物层
碳含量均以米老排纯林最高,混交林(MECM)居次,红锥纯林和格木纯林最低;不同林分之间的土壤碳含量差异显著(P<
0郾 05),0—10cm,10—30cm,30—50cm和 50—100cm 土壤碳含量均以米老排纯林最高,红锥纯林居次,格木纯林和混交林
(MECM)土壤碳含量最低。 生态系统碳贮量大小顺序为米老排(308.0 t / hm2)> 混交林(182.8 t / hm2)> 红锥纯林(180.2 t / hm2)
> 格木纯林(135.2 t / hm2),相同组分不同林分间以及相同林分的不同组分间均存在显著差异(P<0.05),但混交林与红锥纯林
间碳贮量总量无显著差异(P>0.05)。 造林模式对人工林碳贮量及其分配有显著影响,营建混交林有利于红锥和格木地上碳的
累积,不利于土壤碳的固定,而营建纯林既有利于米老排生物量碳的吸收,也有利于土壤碳的固定。 因而,对碳汇林造林模式的
选择,应根据树种固碳特性而定。
关键词:格木;红锥;米老排; 人工幼林;造林模式;碳贮量
Comparison of carbon storage in juvenile monoculture and mixed plantation
stands of three common broadleaved tree species in subtropical China
MING Angang1,2,3, LIU Shirong2,*, NONG You1,3,CAI Daoxiong1,3, JIA Hongyan1,3, HUANG Dewei1,3, WANG
Qunneng1,3, NONG Zhi1,3
1 Experimental Center of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Pingxiang 532600 China
2 Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
3 Guangxi Youyiguan Forest Ecosystem Research Station, Pingxiang 532600, China
Abstract: Enhancement of the carbon storage of plantation ecosystems by optimizing afforestation patterns has been
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extensively researched. In the present study, we investigated carbon storage and allocation in an 8鄄year鄄old Erythrophleum
fordii stand (PE), a Castanopsis hystrix stand (PC), a Mytilaria laosensis stand (PM), and a mixed E. fordii 伊 C. hystrix
伊 M. laosensis stand (MECM) in subtropical China. We showed that the average carbon contents of different organs in E.
fordii, C. hystrix, and M. laosensis ranged from 509.0 g / kg to 572.4 g / kg, 474.2 g / kg to 553.4 g / kg, and 512.8 g / kg to
556.3 g / kg, respectively. We determined significant differences in carbon contents among different organs of the same tree
species. Within the same organs, the average carbon contents of different stands were ranked as follows: E. fordii (539.3 g /
kg) > M. laosensis (532.7 g / kg) > C. hystrix (515.3 g / kg) . In the shrub, herb, and litter layers, the highest carbon
contents among the four stands occurred in PM, followed by MECM, PC, and PE. The carbon contents of the 0—10 cm,
10—30 cm, 30—50 cm, and 50—100 cm soil layers differed significantly among the four stands and were the highest in
PM, followed by PC, MECM, and PE. The ecosystem carbon storages were ranked as PM (308.0 t / hm2) > MECM (182.8
t / hm2) > PC (180.2 t / hm2) > PE (135.2 t / hm2 ). We determined significant differences in average carbon contents
within and among stands (P < 0.05), but no significant differences in the total ecosystem carbon storage between MECM
and PE (P > 0.05). Our results indicate that the mode of afforestation can markedly influence the carbon storage and
allocation of plantations. In mixed stands, C. hystrix and E. fordii will benefit from an increase in aboveground biomass
carbon, but not from accumulation of soil carbon. On the other hand, in monoculture, M. laosensis will benefit from the
sequestration of aboveground biomass carbon and from accumulation of soil carbon. Therefore, the afforestation mode for
carbon sequestration forests should be selected according to the carbon accumulation characteristics of the representative tree
species.
Key Words: Erythrophleum fordii; Castanopsis hystrix; Mytilaria laosensis; young plantations; afforestation mode;
carbon storage
工业革命以后,由于化石燃料的大量使用和土地利用方式的变化,大气中 CO2浓度连年升高[1],CO2的吸
收、固定和排放过程是全球气候变化研究的重要内容[2鄄4]。 当前,世界上近 4伊109hm2森林中储存了 860Pg 碳,
且每年可以从大气吸收 2.4Pg 碳,折合成 CO2为 8.8Pg[5鄄8]。 因而,作为陆地生态系统的主体,森林在储存
CO2,调节全球气候、减缓全球气候变暖方面的作用不可替代[9鄄10]。 当前,造林和再造林作为一种新增碳汇的
主要途径,已受到学术 界的高度重视[11鄄13]。 人工林在吸收和固定 CO2及减缓全球气候变暖等方面发挥着重
要作用,并日益引起人们的广泛关注。 为了更好的利用科学经营的方式减缓全球气候变化,需要对不同经营
模式的人工林固碳能力和潜力有深入的认识和科学的评估[14鄄15]。
最近十年,诸多学者对不同树种人工林的碳含量、碳贮量及其空间分布格局进行了深入研究[16鄄25],为森
林碳汇功能的研究做出了积极贡献。 也有学者对不同造林模式的人工林生物量和碳贮量进行了研究,发现造
林模式对人工林碳贮量有重要影响,纯林与混交林地上、地下碳贮量都有明显差异,但并未得出一致的结论,
He和 Wang 等人的研究认为红锥伊马尾松混交林土壤碳贮量高于马尾松纯林的,也高于红锥纯林[13,24],而何
友均等人的研究发现西南桦纯林生态系统碳贮量高于西南桦伊红锥混交林[23],由此可见,造林模式对人工林
碳贮量的究竟会产生怎样的影响,仍有相当大的不确定性,有进一步研究的必要。
格木(Erythrophleum fordii)、红锥(Castanopsis hystrix)和米老排(Mytilaria laosensis)是我国南亚热带地区
乡土阔叶树种,也是适合在该地区培养大径材的珍优造林树种[23]。 其中,格木是我国著名的硬木之一,与蚬
木(Excetrodendron hsiemvu)、金丝李(Garcinia paucinervis)并称为“广西三大硬木冶;红锥和米老排是分布在南
亚热带地区优良速生的用材树种,米老排人工林还具有较强的水源涵养功能[26]。 近几年,格木、红锥和米老
排 3个树种人工林发展迅速,逐渐成为南亚热带地区主要的乡土阔叶造林树种。 目前,已有学者对不同龄林
的格木,米老排和红锥人工林碳贮量的进行了研究,发现林龄对格木、米老排和红锥人工林碳贮量有显著影
响,人工林碳贮量随林龄的增加而增加[22鄄24,27]。 但种植模式对 3 种人工林固碳功能和固碳潜力的影响如何,
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学术界尚缺乏这方面的了解和认识,急需对不同种植模式的人工林碳贮量进行研究。 本文对南亚热带中国林
科院热林中心林区 8年生格木、红锥和米老排幼龄人工纯林和混交林生态系统碳贮量及其分配特征进行了研
究,旨在进一步阐明造林模式对人工林固碳能力与潜力影响,为区域尺度上科学评估森林生态系统碳库及碳
平衡提供基础数据和理论依据。
1摇 研究地区与研究方法
1.1摇 研究区概况
研究区位于广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心 (106毅39忆50义—106毅59忆30义 E,21毅57忆47义—
22毅19忆27义 N),属南亚热带季风气候区的西南部,与北热带北缘毗邻,为湿润半湿润气候。 干湿季节明显
(10—翌年 3月份为干季,4—9月份为湿季),太阳总辐射 439. 61 kJ cm-2 a-1,年日照时数 1218—1620 h,年均
温 20.5—21.7 益,极端高温 40郾 3益,极端低温-1.5益,逸10 益积温 6000—7600 益,年降水量 1400 mm,相对湿
度 80%—84%;地貌类型以低山丘陵为主,海拔 400—650m,地带性土壤为花岗岩发育成的山地红壤,土层厚
度在 100cm以上。
青山实验场于 2005年 4月营造了格木,米老排,选取格木纯林(PE),米老排纯林(PM),红锥纯林(PC)
和格木伊红锥伊米老排混交林(MECM,以下简称混交林)为研究对象,4 种林分均是在杉木(Cunninghamia
lanceolata)人工林皆伐炼山后,经块状整地营建的人工幼龄林。 造林当年和翌年各抚育 1 次,直至郁闭,目前
未曾间伐。 各林分初植密度均为 2000 株 / hm2,混交林为行间混交,混交比例为格木颐红锥颐米老排= 1颐1颐1,4 种
人工林中,红锥自然稀疏较多,林下灌草植被丰富,灌草层盖度为 75%;其次为混交林,盖度为 15%,格木米老
排纯林灌草盖度均小于 15%。 林下植被以杜茎山 (Maesa japonica)、酸藤子 ( Embelia laeta)、玉叶金花
(Mussaenda pubuscens)、五节芒(Miscanthus floridulu)等。
2013年 9月,在 4种个林分中,选取坡面均匀,人为干扰相对较少的区域,按坡位分别随机设置 4 个
20 m伊20 m样地,共计 16个样地。 对每个样方内的树木进行每木检尺,调查胸径、树高等指标。 林分基本情
况见表 1。
表 1摇 不同造林模式人工林的基本特征
Table 1摇 Basic characteristics of 4 plantations with different afforestation mode
林分类型
Forest type
坡度 / ( 毅)
Slope
密度 / ( trees / hm2)
Density
郁闭度
Canopy density
胸径 / cm
DBH
树高 / m
Tree height
格木纯林 PE 26.8依2.3 1725依41 0.9 7.1依1.8 6.6依1.2
红锥纯林 PC 31.4依2.7 1548依27 0.7 7.7+2.2 8.4依2.7
米老排纯林 PM 27.1依1.8 1693依36 0.9 13.6依4.8 13.6依2.9
格木伊红锥伊米老排混交林 MECM 24.4依2.1 1772依47 0.9 9.7依3.6 9.5依3.0
1.2摇 研究方法
1.2.1摇 林木调查及生物量的测定
根据每木检尺的结果,作出各林分胸径分布图,依据径级分布情况,在格木、红锥和米老排纯林中按大、
中、小 3个径级分别选取平均木 3株(每个树种各有 9株平均木,共选平均木 27 株),将平均木伐倒并挖完全
部根系后,按器官分别测定树干、树皮、树枝、树叶和树根的鲜重。 同时,按不同器官采集伐倒木的分析样品各
4份,每份样品 400g,带回实验室在 65 益下烘干至恒量,称干质量。 计算含水率后,将各器官的鲜质量换算成
干质量,各林分乔木各器官生物量按 3个径级平均木各器官干重与样地株数的乘积的加和进行计算。
1.2.2摇 林下植被生物量和凋落物现存量的测定
在每个 20 m伊20 m样方中的左上角和右下角选取 2个 5 m伊5 m小样方,记录小样方内灌木和草本植物
的种类,并采用“收获法冶测地上和地下部分生物量(每个林分 3个 20 m伊20 m样方,共 6 个 5 m伊5 m小样方
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用于植被生物量的测定)。 将同种植物相同器官混合取样 300g 左右,每个植物样品取 4 份带回实验室在
65 益下烘干至恒量,称干质量。 计算含水率后,将鲜质量换算成干质量。 在每个 20 m伊20 m样方中的 4个角
落各选取 1个 1 m伊1 m小样方,按未分解、半分解,测定凋落物现存量,并按不同组分取样各 200g 左右,用于
含水率和碳含量的测定。
1.2.3摇 土壤样品的采集
在各样方随机挖取 3个土壤剖面,按照 0—10 cm、10—30 cm、30—50 cm和 50—100 cm将土壤分为 4 个
土层(林地土壤厚度>100cm),用环刀取样,测定各土层土壤容重。 各土层土样混合,取 200g 用于含碳量的
测定。
1.2.4摇 碳含量测定和碳贮量计算
将植物样品于 65 益下烘干,土壤样品置于室内风干,磨碎。 植物和土壤样品均采用重铬酸钾鄄水合加热
法测定有机碳含量:
植物碳贮量=有机碳含量伊单位面积生物量
土壤碳贮量=土壤有机碳含量伊土壤容重伊土壤厚度
1.3摇 数据处理
采用 SPSS 13.0软件对数据进行统计分析,方差分析和差异显著性检验(琢 = 0.05)。 采用 Excel 和 PS 软
件作图。 图表数据为平均数依标准误。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同人工林生态系统各组分碳含量
2.1.1摇 乔木层碳含量
方差分析表明:相同树种不同器官之间和相同器官不同树种之间均存在显著差异(P<0.05)。 不同树种
各器官碳含量高低顺序有所不同,格木不同器官碳含量的排列顺序为:树干 > 树枝 > 树根 > 树皮 > 树叶,红
锥为:树皮 > 树叶 > 树干 > 树枝 > 树根,米老排为:树叶 > 树干 > 树根 > 树皮 > 树枝。 从整体上看,碳含量
的均值为格木(539.3 g / kg)> 米老排(532.7 g / kg)> 红锥(515.3 g / kg)。
表 2摇 不同树种各器官碳含量
Table 2摇 Carbon content of different organs in different tree species (g / kg)
器官 Organs 格木 E. fordii 红锥 C. hystrix 米老排 M. laosensis
树干 Stem 561.7依10.2Aa 526.7依14.0Bc 540.2依11.6Bb
树皮 Bark 534.8依8.5Db 553.4依10.0Aa 522.2依9.5Db
树枝 Branch 549.8依7.4Bb 487.1依11.2Cc 512.8依12.6Eb
树叶 Leaf 512.4依9.1Ec 534.8依14.5Bb 556.3依16.0Aa
树根 Root 537.7依5.2Ca 474.6依16.8Dc 531.9依10.1Cb
摇 摇 不同大写字母表示相同树种不同器官间差异显著,不同小写字母表示相同器官不同树种间差异显著
2.1.2摇 林下地被物碳含量
格木人工林下地被物各层次平均碳含量以凋落物层最高,灌木层居次,草本层最低;灌木层和草本层地上
部分碳含量均高于地下部分,未分解的凋落物碳含量高于半分解的碳含量。 不同林分间,灌木层、草本层和凋
落物层碳含量均以米老排纯林最高,混交林居次,红锥和格木纯林最低,且 4个林分间地被层含碳量差异多数
达到显著水平(P<0.05)(表 3)。
2.1.3摇 土壤层碳含量
4种林分的土壤碳含量均以表土层(0—10 cm)最高,在 20.8—28.1g / kg 之间。 随着土层深度的增加,土
壤碳含量显著降低(P<0.05);而相同深度的土层中,不同树种之间的土壤碳含量差异显著(P<0.05),0—
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10cm, 10—30cm, 30—50cm和 50—100cm土壤碳含量均以米老排纯林最高,红锥纯林居次,格木纯林和混交
林土壤碳含量较低,米老排纯林和红锥纯林 0—100cm土壤平均含碳量分别是混交林的 1.8 倍和 1.3 倍,而格
木纯林和混交林平均土壤碳含量之间无显著差异(P>0.05)。
表 3摇 不同林分林下植被和凋落物碳含量
Table 3摇 Carbon content of understory vegetation and litter component in different stands (g / kg)
层次 Layers 组分 Components 格木纯林 PE 红锥纯林 PC 米老排纯林 PM 混交林 MECM
灌木层 Shrub layer 地上部分 494.4依10.3b 488.7依9.0c 512.5依17.7a 501.3依11.4b
地下部分 445.8依7.4d 454.9依10.1c 486.3依9.7a 466.6依8.7b
草本层 Herb layer 地上部分 476.3依11.2a 437.5依6.9c 477.1依10.1a 468.7依7.9b
地下部分 411.5依12.1b 407.8依8.8b 424.7依7.9a 427.8依14.2a
凋落物 Litter layer 未分解 517.2依9.4a 504.1依11.8b 523.8依6.4a 520.4依4.7a
半分解 471.4依20.3b 452.4依14.7c 490.1依17.2a 473.5依11.8b
摇 摇 PE:格木纯林,PC:红锥纯林,PM:米老排纯林,MECM:格木伊红锥伊米老排混交林;同一行不同字母表示不同林分间碳含量差异显著(P<
0郾 05)
表 4摇 不同林分土壤碳含量
Table 4摇 Carbon content of soil layer in different stands (g / kg)
土层深度 / cm
Soil layer 格木纯林 PE 红锥纯林 PC 米老排纯林 PM 混交林 MECM
0—10 21.4依1.4c 25.1依1.8b 28.1依2.7a 20.8依1.7c
10—30 12.7依0.7c 16.8依1.2b 23.2依2.0a 10.4依0.8d
30—50 8.2依0.7c 10.2依0.9b 18.9依1.7a 7.8依0.8c
50—100 5.8依0.4d 8.7依0.7b 10.9依0.9a 7.1依0.7c
土壤平均 Mean 12.0依0.8c 15.2依1.3b 20.3依1.9a 11.5依1.0c
摇 摇 同一行不同字母表示不同林分间碳含量差异显著(P<0.05)
2.2摇 格木人工林生态系统各组分碳贮量及其分配
2.2.1摇 乔木层碳贮量及其分配
乔木层碳贮量以米老排纯林最大,为 87.2 t / hm2, 混交林居次,红锥纯林碳贮量最小,格木纯林碳贮量较
红锥纯林大,但远比混交林低(表 5)。 混交林碳贮量是米老排纯林的 45.2%,却分别是格木和红锥纯林的 1.8
和 2.1倍。 可见,对米老排而言,相比与其它阔叶树种混交,营建纯林更有利于乔木生物量的生长和碳素的
累积。
表 5摇 乔木层各器官碳贮量及其分配
Table 5摇 Carbon storage of different organs in tree layer (t / hm2)
器官 Organs 格木纯林 PE 红锥纯林 PC 米老排纯林 PM 格木
伊红锥伊米老排
混交林 MECM
树干 Stem 10.2 (47.3) 10.8 (54.5) 60.1(68.9) 25.8(63.1)
树皮 Bark 1.8 (8.3) 1.5 (7.7) 5.0 (5.7) 2.9 (7.0)
树枝 Branch 3.7 (17.4) 1.3 (6.6) 4.6 (5.3) 2.9 (7.0)
树叶 Leaf 2.7 (12.6) 1.1 (5.6) 2.7 (3.1) 2.3 (5.5)
树根 Root 3.1 (14.4) 5.1 (25.6) 14.8 (17.0) 7.1 (17.4)
合计 total 21.5 (100.0) 19.8 (100.0) 87.2 (100.0) 41.0(100.0)
摇 摇 括号内数据为各器官碳贮量占乔木碳贮量总量的百分比
不同林分各器官碳贮量在乔木层的分配均以树干最高,树干碳贮量在 4 种林分中的分配顺序为:米老排
纯林 > 混交林 > 红锥纯林 > 格木纯林;树根和树皮与树干的分配大小顺序相同。 树枝和树叶在乔木层碳贮
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量的分配顺序有所不同,格木纯林树枝和树叶碳贮量在乔木层有较高的分配,分别占乔木层碳贮量的 17.4%
和 12.6%。 总体上看,不同林分间各器官在乔木层碳贮量的分配顺序不同,格木纯林为:树干 > 树根 > 树枝 >
树叶 > 树皮;红锥和米老排纯林为:树干 > 树根 > 树皮 > 树枝 > 树叶;混交林为:树干 > 树根 > 树皮 = 树枝
> 树叶,混交林中树皮和树枝在乔木中的分配差异不显著(P>0.05)。
2.2.2摇 林下地被物碳贮量及其分配
从表 6可知,人工林下地被物碳贮量均较小,在 2.439—11.077 t / hm2之间。 相同组分不同林分间以及相
同林分的不同组分间均存在显著差异(P < 0.05),灌草层碳贮量大小顺序为:红锥纯林 > 混交林 > 格木纯林
> 米老排纯林,凋落物层为:米老排 > 混交林 > 格木纯林 >红锥纯林;地被层碳贮量总量大小顺序为米老排
纯林 > 混交林 > 红锥纯林 > 格木纯林。
表 6摇 林下地被物碳贮量
Table 6摇 Carbon storage of ground cover (t / hm2)
层次 Layers 组分 Components 格木纯林 PE 红锥纯林 PC 米老排纯林 PM 混交林 MECM
灌木层 Shrub layer 地上 0.220依0.073c 0.698依0.159a 0.076依0.012d 0.354依0.037b
地下 0.094依0.028c 0.295依0.067a 0.019依0.005d 0.164依0.014b
小计 Subtotal 0.314依0.086c 0.993依0.189a 0.096依0.013d 0.518依0.045b
草本层 Herb layer 地上 0.021依0.008c 2.380依0.681a 0.002依0.001d 1.257依0.242b
地下 0.030依0.008c 1.513依0.236a 0.001依0.000d 1.307依0.317b
小计 Subtotal 0.051依0.012c 3.894依0.788a 0.003依0.001d 2.564依0.510b
凋落物层 Litter layer 未分解 1.393依0.237c 0.691依0.087d 6.945依1.144a 2.419依0.314b
半分解 0.682依0.170c 0.333依0.042d 4.033依1.275a 1.263依0.208b
小计 Subtotal 2.075依0.284c 1.025依0.109d 10.978依2.087a 3.682依0.481b
地被层总计 The total 2.439依0.441d 5.911依1.004c 11.077依2.090a 6.764依0.913b
摇 摇 同行中不同小写字母表示林分间差异显著(P<0.05)
不同林分各组分碳贮量分配顺序也有所差异,格木纯林和米老排纯林大小顺序为:凋落物层 > 灌木层 >
草本层,红锥纯林为:草本层 > 凋落物层 > 灌木层,而混交林为凋落物层 > 草本层 > 灌木层。 在灌木层中,
地上部分碳贮量均大于地下部分,但草本层植物地上与地下部分碳贮量差异不显著;凋落物层中,未分解的凋
落物碳贮量显著高于半分解的,约为半分解凋落物碳贮量的 2倍。
2.2.3摇 土壤碳贮量及其分配
各林分相同土层厚度的土壤平均碳贮量随土层深度增加而降低,变化趋势与土壤碳含量随土层深度的变
化一致,土壤碳贮量主要集中在 0—30cm的表土层,格木纯林,红锥纯林,米老排纯林和混交林 0—30cm土碳
贮量分别占 0—100cm土壤碳贮量的 44.7%,43.7%,42.0% 和 41.3%(见表 7)。
表 7摇 不同林分各土层土壤碳贮量
Table 7摇 Carbon storage in different soil layers in different stand (t / hm2)
土层深度 / cm
Soil depth 格木纯林 PE 红锥纯林 PC 米老排纯林 PM
格木伊红锥伊米老排
混交林 MECM
0—10 19.6依1.8c 26.9依2.8b 31.9依3.4a 27.2依3.1b
10—30 30.1依3.5c 40.6依4.1b 56.3依3.9a 28.7依4.7c
30—50 20.1依4.1c 26.4依3.7b 50.0依5.7a 23.8依2.5bc
50—100 41.3依5.5d 60.5依6.3b 71.6依7.1a 55.5依4.7c
合计 Total 111.1依12.7d 154.4依14.5b 209.8依18.4a 135.2依13.3c
摇 摇 同行中不同小写字母表示林分间差异显著(P<0.05)
从表 7可以看出,不同林分间土壤碳贮量差异显著,0—100cm 土壤碳贮量以米老排纯林最高,红锥纯林
居次,格木纯林最低。 各土层碳贮量大小顺序为:米老排纯林 > 红锥纯林 > 混交林 > 格木纯林,除红锥纯林
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与混交林 0—10cm和 30—50cm土层,格木纯林与混交林的 10—30cm 和 30—50cm 土层差异不显著外,其它
各土层林分间土壤碳贮量差异均达显著水平(P < 0.05)。
2.3摇 人工林生态系统碳贮量及其分配
格木纯林,红锥纯林,米老排纯林和混交林生态系统碳贮量分别是 135.2, 180.2, 308.0和 182.8 t / hm2,混
交林碳贮量显著高于格木纯林,为格木纯林碳贮量的 1.6倍,却显著低于米老排纯林,仅为米老排纯林碳贮量
的 0.6倍,而混交林与红锥纯林碳贮量总量无显著差异(P>0.05)。 相比于红锥纯林,混交林有较高的乔木碳
贮量,但混交林土壤碳贮量和灌草层碳贮量均低于红锥纯林。 可见,米老排纯林在 4 种林分中具有最高的碳
贮量,不仅表现在生态系统碳贮量总量上,同时具有最高的植被碳贮量,土壤碳贮量和地被层碳贮量。
乔木层和土壤层为各林分主要碳库,二者占各人工林生态系统碳贮量的 96.3%—98.2%以上,而灌木层、
草本层和凋落物层的碳贮量所占比例 < 4%。 不同林分相同组分碳贮量在生态系统分配有所不同,乔木层碳
贮量在生态系统碳分配的大小顺序为米老排(28.3%) > 混交林(22.4%) > 格木纯林(16.0%) > 红锥纯林
(11郾 0%),土壤碳贮量的分配顺序为:红锥纯林(85.7%)> 格木纯林(82.2%)> 混交林(73.9%)> 米老排纯林
(68.1%)。
图 1摇 不同林分生态系统碳贮量及其分配
Fig.1摇 Carbon storage and allocation of ecosystem in different stands
3摇 结论与讨论
8年生格木、红锥和米老排各器官碳含量的平均值分别为 539.3,532.7 g / kg 和 515.3 g / kg,高于广西巨尾
桉(Eucalyptus urophylla伊E. grandis)(475.2 g / kg)和杉木(497.0 g / kg) [28鄄31],也高于国际通用的树木平均碳含
量(0.5 g / kg)及热带 32个树种的平均碳含量(444.0—494.5 g / kg) [32]。 相比之下,3 个树种碳含量平均值的
大小顺序为格木 > 米老排 > 红锥,可见,即使在同一地区,树木各器官碳含量大小因树种不同而存在差异。
另外,相同树种的不同器官碳含量差异显著(P < 0.05),不同树种之间,各器官碳含量的排列顺序也有所不
同。 可见树种是影响乔木器官含碳量的重要因素之一,这可能与树种本身的生理特性相关。
不同林分间,灌木层、草本层和凋落物层碳含量的大小顺序为米老排纯林 > 混交林 >红锥纯林 > 格木纯
林,这与不同林分间灌草植被及凋落物的组成密切相关,米老排纯林中灌草植被较少,林下植被主要以米老排
幼苗为主,凋落物以米老排落叶为主分,而米老排叶的碳含量极高(556.3 g / kg) [28],自然以米老排幼苗为主的
林下植被和以米老排凋落叶为主的凋落物层碳含量较其它林分高。
不同林分间的土壤碳含量差异显著(P<0.05),以米老排纯林最高,红锥纯林居次,格木纯林和混交林土
壤碳含量较低。 米老排纯林和红锥纯林土壤碳含量较高的主要原因是由于具有较高的土壤碳输入。 米老排
纯林是通过较多的凋落物增加土壤碳输入,而红锥纯林是因为自然稀疏强度较大,较多的光照条件和较大的
681 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 35卷摇
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生长空间使得林下植被得以快速生长,丰富的林下灌草植被也增加了其土壤的碳输入。 混交林和格木纯林因
郁闭度较大,林下植被生长受限,且没有足够的凋落物覆盖,因而缺乏土壤碳源,造成土壤碳含量低于米老排
和红锥纯林。
本研究表明,不同林分生态系统碳贮量有所不同,米老排纯林在 4种林分中具有最高的碳贮量,高于混交
林碳贮量总量的 68.5%,一方面是米老排纯林中米老排生长较为迅速,生物量较高,而乔木层在整个植被层碳
储量中占的比例较高,这样就增加了植被层碳的累积量;另一方面米老排纯林丰富的凋落物不仅增加了地被
层碳贮量,而且由于增加了土壤凋落物的输入,进而增加了土壤碳贮量的累积 ;而混交林由于林分树种组成
的改变,引起乔木层生物量生长的变化,3个主要乔木树种的平均生物量较米老排纯林小,从而导致混交林乔
木层生物量碳低于米老排纯林。 这一结论与诸多前人研究所得出的混交林的碳贮量大于纯林的结论并不一
致[13,23鄄24],营建纯林与混交林,其林分碳贮量大小,同所选择的造林树种有关,并非混交林固碳能力始终高于
纯林。
乔木层和土壤层为各林分主要碳库,二者占格木人工林生态系统碳贮量的 96.3%—98.2%,而灌木层、草
本层和凋落物层的碳贮量所占比例 < 4%。 不同林分相同组分碳贮量在生态系统分配有所不同,乔木层碳贮
量在生态系统碳分配的大小顺序为米老排纯林(28.3%) > 混交林(22.4%) > 格木纯林(16.0%) > 红锥纯林
(11郾 0%),这与明安刚对米老排和格木近熟林乔木层(28 年生)碳贮量在人工林生态系统中的分配结果明显
不同(28年生米老排和 29 年生格木人工林乔木层碳贮量占分别占生态系统碳贮量总量的 51. 8%和
52郾 4%) [27鄄28],与 27年生红锥人工林乔木层碳贮量所占比例(32.8%)也有所不同[33]。 这表明人工林碳贮量
各组分在生态系统碳贮量总量中的分配与林龄密切相关,随着林龄的增加,乔木层碳贮量在生态系统中的分
配也随之增加。
4种人工林中,格木纯林碳贮量最小,为 135.2 t / hm2, 仅相当于米老排纯林碳贮量(308.0 t / hm2)和混交
林碳贮量(182.8 t / hm2)的 43.9%和 74.0%,主要原因有二,一是相对于红锥和米老排,格木生长较慢,生物量
生长较慢,因而乔木层碳贮量较小;二是由于格木人工林较低的土壤碳含量,直接减少了土壤碳的累积。
总体上看,乔木层碳贮量大小顺序为米老排纯林 > 混交林 > 红锥纯林 > 格木纯林,而土壤层碳贮量大小
顺序为米老排纯林 > 红锥纯林 > 混交林 > 格木纯林,且差异显著(P<0.05)。 由此可见,造林模式对人工林
碳贮量及其分配有显著影响。 如果选用红锥和格木这两个树种营建碳汇林,选用混交模式更有利于地上碳的
累积,但不利于土壤碳的固定;而对米老排而言,营建纯林不仅有利于生物量碳的吸收,也有利于土壤碳的累
积。 因而,对碳汇林造林模式的选择,应根据树种生物学及固碳特性而定。
致谢:中国林业科学研究院热带林业实验中心黄德卫,王群能、农友、于浩龙等参加了野外调查工作,孙冬婧,
陶怡、龙涛参加了实验室样品处理和数据整理工作,王晖副研究员和史作民研究员帮助写作,特此致谢。
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